ES2593267B1 - Planta offshore de conversión de energías eólica y undimotriz a eléctrica - Google Patents
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Abstract
La invención denominada planta offshore de conversión de energías eólica y undimotriz a eléctrica, convierte eficientemente las energías eólica y undimotriz a energía eléctrica en base al aprovechamiento de la estructura flotante (torre) que hace de soporte tanto del generador eólico como a las instalaciones de conversión de energía undimotriz.
Description
DESCRIPCIÓN
Planta offshore de conversión de energías eólica y undimotriz a eléctrica.
Campo técnico de la invención 5
La presente invención pertenece al campo técnico de la conversión de las energías eólica y undimotriz (energía procedente de las olas oceánicas) a energía eléctrica en instalaciones flotantes a modo de plataformas flotantes ubicadas en el mar.
10
Objetivo de la invención
El objetivo de la presente invención denominada PLANTA OFFSHORE DE CONVERSIÓN DE ENERGÍAS EÓLICA Y UNDIMOTRIZ A ELÉCTRICA, es la conversión altamente eficiente de las energías eólica y undimotriz a energía eléctrica en base al 15 aprovechamiento de la estructura flotante que hace de soporte tanto del generador eólico como de las instalaciones de conversión de energía undimotriz.
Antecedentes de la invención
20
En el estado actual de la técnica aplicada a la producción energía eléctrica mediante energía procedente de las olas oceánicas existe desde hace décadas gran variedad de modelos, dada la sencillez constructiva de estos dispositivos.
La energía transportada por las olas oceánicas depende de la altura y la frecuencia. 25
Por tanto en aguas profundas en las cuales la profundidad sobrepasa la mitad de la longitud de onda, el flujo de energía definido como potencia viene dado como
30
siendo
P, el flujo de energía o potencia
35
ρ, la densidad del agua (kg/m3)
g, la aceleración de la gravedad (m/s2)
Hmo, la altura significativa de la ola (m) 40
T, es el período de la ola (s).
La potencia específica (potencia por unidad de frente de ola) neta aportada a la red está dada como 45
donde η es la eficiencia total de conversión.
50
Así, en el caso de oleaje oceánico cuya altura significativa de ola sea de 4 m, con una frecuencia de 7 s bajo una eficiencia de conversión del 50%, la energía proporcionada a
red sería aproximadamente P = η · 0.5 · Hmo · T ≈ 0.5 x 0.5 x 42 x 7 = 28 kW/m. Esto supone unos 28 kW por metro de frente de ola, equivalente a 2800 kW por cada 100 metros de longitud de plataforma, lo cual significa una potencia considerable.
Entre los documentos de patente de máquinas de conversión de energía undimotriz en 5 energía eléctrica se conoce la solicitud de patente WO2010058047-A1 denominada "Dispositivo de transformación de energía undimotriz en energía eléctrica" consiste en un dispositivo de transformación de energía undimotriz en energía eléctrica caracterizado por estar constituido esencialmente por un campo de boyas que son las que por el movimiento de las olas facilitan a un conjunto de ejes y engranajes esta fuerza que se 10 transforma en movimiento notorio de ejes que impulsan los generadores de energía eléctrica.
Asimismo, actualmente se conocen diversas estructuras de artefactos marinos que constituyen el soporte de generadores eólicos convencionales ubicados en campos de 15 explotación de vientos oceánicos para la conversión de energía eólica a eléctrica, los cuales en general llevan cerca de un par de décadas en operación con alta eficiencia partiendo de que la calidad del viento es más alta que en zonas montañosas.
La estimación de la potencia de energía eólica susceptible de conversión idealmente se 20 obtiene partiendo de que toda masa de aire m con movimiento uniforme unidireccional a velocidad v va asociada a una energía cinética que definida como
25
Siendo ρa es la densidad del aire de la corriente uniforme y Vol. el volumen de la masa m, la energía por unidad de volumen resulta ser:
30
entonces, al ser el caudal volumétrico a través de una superficie de control estacionaria de sección frontal A igual al producto de la sección transversal o normal a la dirección del viento por la velocidad del mismo v, se tiene:
35
resultando que el flujo de energía o potencia eólica de la corriente de viento a través de A vale:
40
La expresión que define la potencia prueba que existe una alta dependencia de la potencia con la velocidad de orden exponencial al cubo. Del mismo modo permite deducir que operando a nivel del mar, donde la densidad del aire es máxima, con un valor medio de 1,225 kg/m3, se obtienen los mejores resultados. 45
No obstante, en el estado actual de la técnica relacionada con la conversión de energía eólica procedente de los vientos marinos así como la energía undimotriz procedente del oleaje oceánico, no se conocen artefactos flotantes marinos (offshore) habilitados para soportar y operar simultáneamente los dos tipos de generadores (eólicos y undimotrices) 50 en un solo artefacto marino de soporte.
Breve descripción de la invención
La PLANTA OFFSHORE DE CONVERSIÓN DE ENERGÍAS EÓLICA Y UNDIMOTRIZ A ELÉCTRICA consiste en una instalación marina capaz de soportar un generador eólico y un generador undimotriz. Tal instalación marina puede estar diseñada para operar a flote 5 y anclada al lecho marino, cuando opera en aguas profundas (mayor de 100 metros) o estar diseñadas para operar cerca de la costa en donde la profundidad (menor de 100 metros) permite artefactos cuya estructura (no es flotante) y se halla pilotada y empotrada en el lecho marino. En cada uno de ambos tipos de soporte se hallan la instalación eólica de generación y la instalación undimotriz de generación, ambas constituidas por 10 tecnologías convencionales.
Descripción de las figuras
En esta sección se describen a modo ilustrativo y no limitativo, los componentes 15 esenciales que constituyen la PLANTA OFFSHORE DE CONVERSIÓN DE ENERGÍAS EÓLICA Y UNDIMOTRIZ A ELÉCTRICA para facilitar la comprensión de la invención en donde se hace referencia a las siguientes figuras:
Figura 1. PLANTA OFFSHORE DE CONVERSIÓN DE ENERGÍAS EÓLICA Y 20 UNDIMOTRIZ A ELÉCTRICA flotante y anclada al lecho marino constituida por los siguientes componentes fundamentales:
1. torre de soporte flotante de los generadores eólico y undimotriz
25
3. góndola
4. turbina eólica
5. generador undimotriz 30
6. superficie marina
7. anclajes de la torre flotante
35
8. lecho marino
9. compartimiento de lastre de la torre de soporte flotante (1)
Figura 2. PLANTA OFFSHORE DE CONVERSIÓN DE ENERGÍAS EÓLICA Y 40 UNDIMOTRIZ A ELÉCTRICA pilotada y empotrada en el lecho marino constituida por los siguientes componentes:
2. torre de soporte pilotada de los generadores eólico y undimotriz
45
3. góndola
4. turbina eólica
5. generador undimotriz 50
6. superficie marina
8. lecho marino
Descripción detallada de la invención
La PLANTA OFFSHORE DE CONVERSIÓN DE ENERGIA EÓLICA Y ENERGIA UNDIMOTRIZ A ELÉCTRICA, convierte las energías eólica y undimotriz a energía eléctrica mediante un generador eólico y un generador undimotriz ubicados en la misma 5 torre. La PLANTA OFFSHORE DE CONVERSIÓN DE ENERGIAS EÓLICA Y UNDIMOTRIZ A ELÉCTRICA está soportada por uno de los dos tipos de torre y se describe en las secciones, (a), y (b), en donde la sección (a) describe la torre de soporte flotante (1), y la sección (b) describe la torre de soporte pilotada y empotrada al lecho marino (2). 10
(a) La torre de soporte flotante (1), está constituida por los siguientes elementos fundamentales con referencia a la figura 1:
- la torre de soporte flotante de los generadores eólico y undimotriz (1) ubicada en 15 posición vertical y semi-sumergida en el agua hasta la profundidad necesaria para equilibrar su peso con el empuje vertical hacia arriba ejercido por el agua, la cual es responsable de soportar las instalaciones de los dos tipos de generadores: el generador eólico formado por la góndola (3) y la turbina eólica (4) y el generador undimotriz (5) ubicado a nivel del mar (6). 20
- la góndola (3), que realiza la función de alojar el generador eléctrico, el cual se halla acoplado por medio de un eje rígido a la turbina eólica (4).
- turbina eólica (4) responsable de convertir la energía eólica a energía mecánica de 25 rotación, así como transferir la energía mecánica al generador eléctrico.
- generador undimotriz (5), responsable de convertir la energía undimotriz (energía de las olas marinas) a energía eléctrica vía energía mecánica.
30
- anclajes de la torre de soporte pilotada (7) al lecho marino (8), los cuales son responsables de mantener la torre de soporte flotante en una determinada posición geográfica.
- compartimiento de lastre (9) de la torre de soporte flotante (1) el cual es responsable 35 proporcionar la estabilidad vertical de la torre flotante de soporte.
(b) La torre de soporte pilotada y empotrada al lecho marino (2) (apoyada y afirmada mediante pilotes) y empotrada en el lecho marino (8), está constituida por los siguientes elementos fundamentales con referencia a la figura 2: 40
- la torre de soporte pilotada (2) de los generadores eólico y undimotriz (2) ubicada en posición vertical y empotrada en el lecho marino (8), la cual es responsable de soportar las instalaciones de los dos tipos de generadores: el generador eólico formado por la góndola (3) y la turbina eólica (4) y el generador undimotriz (5) ubicado a nivel del mar 45 (6).
- la góndola (3), que realiza la función de alojar el generador eléctrico, el cual se halla acoplado por medio de un eje rígido a la turbina eólica (4).
50
- turbina eólica (4) responsable de convertir la energía eólica a energía mecánica de rotación, así como transferir la energía mecánica al generador eléctrico.
- generador undimotriz (5), responsable de convertir la energía undimotriz (energía de las olas marinas) a energía eléctrica vía energía mecánica.
Descripción de las realizaciones preferentes de la invención
5
Las figura 1 y 2 muestran la realización preferente de la PLANTA OFFSHORE DE CONVERSIÓN DE ENERGÍAS EÓLICA Y UNDIMOTRIZ A ELÉCTRICA la cual puede ser implementada bajo dos modelos de la torre de soporte:
- torre de soporte flotante (1), está constituida por los siguientes elementos 10 fundamentales con referencia a la figura 1.
- torre de soporte pilotada (2) (apoyada y afirmada mediante pilotes) y empotrada en el lecho marino (8) según la figura 2.
15
Claims (1)
- REIVINDICACIONES1. Planta offshore de conversión de energías eólica y undimotriz a eléctrica, caracterizada por convertir las energías eólica y undimotriz a energía eléctrica mediante un generador eólico y un generador undimotriz ubicados en la misma torre. 5Y donde la torre de soporte de los generadores eólico y undimotriz puede ser de tipo flotante (1) o de tipo pilotada (2).Y donde la torre de soporte de tipo flotante (1) está constituida los siguientes elementos 10 fundamentales:- la torre de soporte flotante de los generadores eólico y undimotriz (1) ubicada en posición vertical y semi-sumergida en el agua hasta la profundidad necesaria para equilibrar su peso con el empuje vertical hacia arriba ejercido por el agua, la cual es 15 responsable de soportar las instalaciones de los dos tipos de generadores: el generador eólico formado por la góndola (3) y la turbina eólica (4) y el generador undimotriz (5) ubicado a nivel del mar (6).- la góndola (3), que realiza la función de alojar el generador eléctrico, el cual se halla 20 acoplado por medio de un eje rígido a la turbina eólica (4).- turbina eólica (4) responsable de convertir la energía eólica a energía mecánica de rotación, así como transferir la energía mecánica al generador eléctrico.25- generador undimotriz (5), responsable de convertir la energía undimotriz (energía de las olas marinas) a energía eléctrica vía energía mecánica.- anclajes de la torre de soporte flotante (7) al lecho marino (8), los cuales son responsables de mantener la torre de soporte flotante en una determinada posición 30 geográfica.- compartimiento de lastre (9) de la torre de soporte flotante (1) el cual es responsable proporcionar la estabilidad vertical de la torre flotante de soporte.35Y donde la torre de soporte de tipo pilotado (2) (apoyada y afirmada mediante pilotes) y empotrada en el lecho marino (8), está constituida por los siguientes elementos fundamentales:- la torre de soporte pilotada (2) de los generadores eólico y undimotriz ubicada en 40 posición vertical y empotrada en el lecho marino (8), la cual es responsable de soportar las instalaciones de los dos tipos de generadores: el generador eólico formado por la góndola (3) y la turbina eólica (4) y el generador undimotriz (5) ubicado a nivel del mar (6).45- la góndola (3), que realiza la función de alojar el generador eléctrico, el cual se halla acoplado por medio de un eje rígido a la turbina eólica (4).- turbina eólica (4) responsable de convertir la energía eólica a energía mecánica de rotación, así como transferir la energía mecánica al generador eléctrico. 50- generador undimotriz (5), responsable de convertir la energía undimotriz (energía de las olas marinas) a energía eléctrica vía energía mecánica.
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