ES2320846B1 - Plataforma para capturar energia de las olas. - Google Patents

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Abstract

Plataforma para capturar energía de las olas.
Se trata de una plataforma para capturar energía de las olas, apta para aguas profundas y ultraprofundas, que comprende una cubierta (1) sustentada sobre un casco (2) sumergido, mediante pilares (3) hidrodinámicos uniformemente distribuidos a lo largo de sus flancos. Su vista en planta tiene forma de V y se autoorienta de manera que el frente de ola avanza perpendicularmente al plano de simetría de la misma. La energía de las olas se absorbe por medio de módulos capturadores (4) independientes que, ubicados entre los pilares (3) a lo largo de los flancos, contactan con ellas progresivamente según avanzan, lo que hace posible convertir el movimiento periódico de éstas en un movimiento continuo.
La plataforma se estabiliza con grandes lastres (8) unidos, mediante cables de amarre (9), al extremo inferior de su eje de pivotamiento (10), que la permite autoposicionarse adecuadamente en cada instante.

Description

Plataforma para capturar energía de las olas.
La presente invención se encuadra en el sector técnico de las energías renovables, más concretamente en lo relativo a la energía de las olas.
Antecedentes de la invención
Utilizar el mar como fuente de energía no contaminante no es una idea reciente. La energía del oleaje presenta el mayor potencial por estar muy distribuida en todo el mundo, de bajo impacto medioambiental y alta capacidad de predicción.
Japón, India, Noruega, USA, Dinamarca, Reino Unido, Irlanda y Portugal son los países que están desarrollando dispositivos para extraer la energía de las olas. Existe una amplia variedad de alternativas, algunas de las cuales ya disponen de prototipos en funcionamiento.
Los diseños, que deben considerarse experimentales, se pueden clasificar en los que se fijan en la propia costa y los flotantes, que capturan la energía de las olas mar adentro. Entre los conceptos utilizados para la conversión de la energía del oleaje, cabe destacar:
- Columna de agua oscilante: se trata de una chimenea parcialmente sumergida, que tiene una abertura en su base por la que penetran las olas. Debido a esto la columna de agua que hay en su interior sube y baja. Cuando el nivel del agua sube, el aire es obligado a pasar a través de una turbina y al volver, el aire succionado activa la turbina nuevamente. Normalmente se ubican en las costas, aunque hay versiones flotantes.
- Sistemas de llenado: recogen el agua de las olas incidentes para hacer funcionar una o más turbinas. Concentran las olas haciendo que rebosen a un estanque, desde el cual, el agua almacenada pasa a las turbinas. Necesitan olas grandes para que se produzca el rebose. Hay versiones flotantes y costeras.
- Absorbedores flotantes: utilizan el movimiento oscilante de las olas, que es transformado por medios mecánicos o hidráulicos.
Dentro de este grupo, se encuentran los formados por varios elementos flotantes articulados encargados de transformar el movimiento de las olas en energía eléctrica. En las articulaciones hay alojadas bombas hidráulicas. El vaivén al que están sometidos provoca que las articulaciones se doblen y que las bombas hidráulicas entren en acción enviando un fluido a alta presión hasta el generador hidráulico.
Otros métodos, se basan en el aprovechamiento de la energía de la oscilación vertical de las olas a través de unas boyas que se elevan y descienden sobre una estructura en la que se instala una bomba hidráulica. El agua entra y sale de la bomba con el movimiento e impulsa un generador eléctrico.
- Sistemas Pendulares: son dispositivos aptos para ser instalados en un rompeolas. Consisten en una cámara orientada hacia el mar, provista de una placa rígida de acero articulada en su parte superior, que puede oscilar ligeramente bajo la acción de las olas. En el interior de la cámara se produce una ondulación estacionaria que mueve la placa, cuyas oscilaciones se transmiten y absorben por un mecanismo hidráulico o neumático.
En alta mar la densidad de energía de las olas es más del doble que en la costa. Sin embargo, la mayor parte de los diseños para aprovechamiento de la energía de las olas se emplazan en la costa o cerca de ella y las potencias que generan son bajas.
La presente invención se centra en dar una solución adecuada al problema descrito anteriormente.
Descripción de la invención
Se trata de una plataforma para capturar energía de las olas, en lo sucesivo plataforma, semisumergible y apta para funcionar en aguas profundas y ultraprofundas, comprendida por al menos una cubierta sustentada sobre un casco. Éste, que puede llenarse de agua a voluntad para conseguir la altura de funcionamiento adecuada, está sumergido, por lo que el conjunto se estabiliza mejor aunque se trabaje con fuerte oleaje.
La plataforma, cuya vista en planta tiene forma de V (o de ala delta), se autoorienta de manera que el frente de ola avanza perpendicularmente al plano de simetría de la misma. De este modo, las olas van incidiendo paulatina y simultáneamente sobre una zona reducida (comparada con el tamaño de la plataforma) de cada flanco de la plataforma, que se desplazan con ellas hasta que la rebasan, lo que, evidentemente, simplifica el sistema de estabilización de la misma.
La energía de las olas se absorbe mediante módulos capturadores independientes, uniformemente distribuidos a lo largo de cada uno de los flancos de la plataforma. Con esta disposición, los módulos capturadores de cada flanco entran en contacto con la ola progresivamente según avanza ésta, lo que ofrece la posibilidad de convertir el movimiento periódico de las olas en un movimiento continuo.
La energía capturada se convierte en energía utilizable, generalmente electricidad. Otras opciones son: desalinización de agua, producción de hidrógeno etc.
La transmisión de la energía desde cada módulo capturador a generadores eléctricos u otro tipo de dispositivos, se realiza mecánicamente, utilizando fluidos como elementos transmisores o una combinación de ambos métodos.
Los generadores eléctricos se pueden conectar a una misma base para unir su potencia de generación. También es posible interconectar los otros dispositivos receptores de energía, según el propósito que se pretenda.
La plataforma se estabiliza con un sistema de anclaje, comprendido por grandes lastres unidos, mediante cables de amarre, al extremo inferior de su eje de pivotamiento, que la permite autoposicionarse en cada instante de la forma más adecuada.
Breve descripción de los dibujos
Para mejor comprensión de esta memoria, se acompañan unos dibujos en los que, tan sólo como ejemplo, se representa un caso práctico de realización de la invención.
La figura 1 representa en perspectiva un diseño que comprende los elementos básicos de la plataforma.
En la figura 2 se muestra un ejemplo de módulo capturador, su emplazamiento en la plataforma, los componentes que comprende y su mecanismo de traspaso de energía a un eje de transmisión articulado, común a todos los módulos capturadores de un mismo flanco de la plataforma.
La figura 3 es una vista en planta de los elementos que comprende el sistema conjunto de captura, transmisión y generación del flanco derecho de la plataforma.
Realización preferida del invento
La plataforma en cuestión, comprende una cubierta (1) sustentada sobre el casco (2) sumergido, mediante pilares (3) uniformemente distribuidos a lo largo de cada flanco y con un perfil hidrodinámico orientado según la dirección de avance de las olas.
Las galerías que conforman dos pilares (3) contiguos, comunican el exterior con la zona interior de la plataforma permitiendo así el flujo del agua entre ambas.
La plataforma se autoorienta de forma que el frente de ola avanza hacia ella perpendicularmente al plano de simetría de la misma. Con esta disposición, cada ola, al alcanzar la plataforma, es seccionada por los pilares (3) que va encontrando en su paso, generándose porciones de la misma que penetran en las citadas galerías.
La energía de las olas, se absorbe mediante módulos capturadores (4) independientes, dispuestos entre los pilares (3) de cada uno de los flancos de la plataforma. La energía absorbida por los módulos capturadores (4) del mismo flanco, es cedida al eje de transmisión articulado (15) correspondiente. Hay un eje de transmisión articulado (15) en cada flanco, que comprende ruedas receptoras (14), varillas de transmisión (16) y cardanes (17), que conectan los ejes de las ruedas receptoras (14) con las varillas de transmisión (16).
El módulo capturador (4) comprende un flotador (5), articulado en su parte superior sobre un eje (6) que permite el movimiento en la dirección del oleaje.
Los módulos capturadores (4) se encuentran encajonados en la zona de entrada de las olas en las galerías, en cámaras delimitadas lateralmente por los dos pilares (3) de cada una y, en su parte inferior, por unas rampas (7) rígidamente unidas a dichos pilares (3). Con esta disposición, la porción de ola que penetra en cada galería se ve obligada a interaccionar con el módulo capturador (4) correspondiente cediéndole su energía, tanto cinética como potencial.
Cuanto mayor es la altura de la rampa (7), que puede ser variable, mayor es la energía susceptible de ser capturada para un tamaño dado de ola. No obstante, dicha altura será tal, que la cámara, donde se ubica el módulo capturador (4), se haya evacuado cuando la siguiente porción de ola inicie su entrada en la misma. A tal objeto, la rampa (7) debe permitir que las olas mayores de un determinado tamaño la superen en parte, produciéndose también evacuación hacia la zona interior de la plataforma. Todo ello indica la necesidad de establecer una gama de alturas de la rampa (7), según el tamaño de las olas.
La energía que absorbe cada módulo capturador (4) es cedida mediante una corona dentada (11) a un piñón libre (12), y éste a su vez, por medio del engranaje transmisor del piñón (13), a la rueda receptora (14) del eje de transmisión articulado (15) correspondiente a su línea de módulos capturadores (4).
En cada instante, varios módulos capturadores (4) del mismo flanco, proporcionan energía a su eje de transmisión articulado (15), que la cede por último, a uno o varios generadores (19). Debido a que la velocidad de giro del árbol de transmisión es necesariamente baja, los generadores reciben la energía a través de multiplicadores de velocidad (18).
Durante el ascenso del flotador (5), cuando se está capturando la energía, el piñón (12) no trabaja, sólo se activa durante la fase de descenso. Al retirarse el agua, el flotador (5) desciende, pero con cierto retraso, ya que en esta etapa el piñón (12) está activo y le impide la caída libre. Por tanto, el flotador (5) se desplaza en suspensión a la vez que la energía absorbida se cede al eje de transmisión articulado (15). Con este procedimiento, el movimiento ascendente y descendente del flotador (5) se transforma en un giro.
El rendimiento del mecanismo conjunto de cada flanco es máximo cuando el periodo de las olas "coincide" con el de los flotadores (5) que lo componen. Pero, dado que el periodo de las olas es variable, la solución está en adaptar, en cada caso, el periodo de los flotadores (5) al de éstas. El volumen sumergido de los flotadores (5) se puede ajustar a unas condiciones de funcionamiento dadas. Una vez fijado el volumen sumergido de los flotadores (5), su periodo puede regularse variando el par resistente. Esto se consigue activando o desactivando generadores (19) del flanco en cuestión.
Debido a su disposición en ángulo respecto al frente de ola, las dos líneas de módulos capturadores (4) van activándose progresivamente según avanza ésta, lo que proporciona un giro continuo de los ejes de transmisión articulados (15). Ello permite convertir las bajas frecuencias en otras mayores, necesarias para la producción de energía eléctrica.
Con el eje de transmisión articulado (15) se eliminan esfuerzos indeseables, haciendo posible trabajar con ángulos variables sin menoscabar la eficiencia del mecanismo.
Para asegurar la continuidad del movimiento la longitud de la plataforma en la dirección de propagación de las olas (eslora) ha de ser mayor que la longitud de onda de las olas más largas del lugar. De esta manera, las olas alcanzan la plataforma antes de que la hayan rebasado sus precedentes.
La plataforma se estabiliza mediante un sistema de anclaje, que comprende dos grandes lastres (8) unidos por medio de cables de amarre (9) al extremo inferior de su eje de pivotamiento (10).
Con dos lastres (8) se simplifica el sistema. Además, en este caso, no es imprescindible que la plataforma permanezca en posición sobre la superficie del mar con un pequeño radio de tolerancia, como ocurre con las plataformas petrolíferas. Ahora, su posición no es tan determinante y el radio de tolerancia puede ser mucho mayor. Por todo ello, los desplazamientos de la plataforma se limitan a una zona cuyo tamaño depende de la rigidez del sistema de lastrado una vez instalado. En cualquier caso, estos desplazamientos, dentro del radio de tolerancia establecido, no afectan negativamente al funcionamiento de la plataforma en su conjunto. En reposo los cables de amarre (9) y el eje de pivotamiento (10) están, teóricamente, en un plano vertical.
Cuando la plataforma está orientada en la dirección del oleaje, éste ejerce un empuje análogo sabre ambos flancos de la misma, con lo que permanecerá en esa posición indefinidamente. En el caso de que se produzca un cambio en dicha dirección del oleaje, la diferencia de empujes horizontales de las olas sobre los flancos de la plataforma genera un momento que la obliga a girar respecto del eje de pivotamiento (10) hasta una nueva posición de equilibrio, en la que queda orientada adecuadamente. El giro sobre si mismo del eje de pivotamiento (10) está impedido por el sistema de lastrado. Tampoco puede girar el cable de potencia (20), ya que esta rígidamente unido al citado eje de pivotamiento (10).
También se considera un sistema complementario de posicionamiento dinámico dotado de radar, sonar y propulsores, que accionados por ordenador ayuden a posicionar correctamente la plataforma en casos de emergencia.
Conviene recordar que la eslora de una plataforma ha de ser mayor que la longitud de onda de las olas largas del lugar. Una geometría apropiada puede ser aquella en la que la eslora sea aproximadamente la mitad de la manga (anchura). Según esto, para emplazamientos donde se dan olas con longitudes de onda de 150 metros, el tamaño real de una plataforma en producción sería del orden de 160 metros de eslora por 320 metros de manga.
La potencia undimotriz generada por una plataforma es función del emplazamiento y de su tamaño. La potencia de las olas varía según la zona que se considere y, para una zona dada, cuanto mayor sea la manga de la plataforma mayor es la potencia producida. La manga coincide con la longitud de frente de ola que se explota. La potencia teórica undimotriz generada por una plataforma es el resultado de multiplicar la manga (en metros) por la potencia media de un metro de frente de ola. Con olas de 60 kW/m de potencia media (gran parte de las costas atlánticas europeas) y unas condiciones similares a las descritas en el párrafo anterior (anchura de plataforma de 320 metros), la potencia teórica undimotriz susceptible de ser generada es del orden de 19.2 MW.
Un conjunto de unidades dispuestas en una zona (parque) pueden compartir la unidad de control, el sistema de transporte y los dispositivos de conversión.
De lo descrito anteriormente y por la observación de los dibujos, se desprende que la plataforma en cuestión aporta ventajas respecto a otros dispositivos existentes de análogas finalidades.
En primer lugar, ofrece la posibilidad de instalar capturadores de energía de las olas lejos de la costa, en aguas profundas y ultraprofundas, donde las condiciones undimotrices son más favorables y, por tanto, el ratio capacidad de producción/superficie ocupada es considerablemente mayor. Asimismo, los emplazamientos mar adentro implican considerables ventajas medioambientales.
Lejos de la costa, donde hay mucho espacio, los emplazamientos de las plataformas no tienen los condicionamientos de la gran mayoría de las plantas energéticas, pudiendo ubicarse en los puntos más favorables para su explotación.
Por otra parte, como la plataforma no se fija de modo permanente al fondo del mar, es un recurso móvil. Si fuera necesario pueden desengancharse y ser remolcadas a una nueva ubicación.
También es una gran ventaja, el hecho de que la estructura flotante pueda ser compartida por dos sistemas capturadores diferentes, ya que debido a su gran tamaño, es perfectamente factible instalar un aerogenerador sobre la misma, lo cual, además de otros beneficios, ayudaría a resolver una de las cuestiones de mayor interés en el sector la energía eólica, como es la instalación offshore de estos molinos por las múltiples ventajas respecto a los aerogeneradores instalados en tierra, en la costa o cerca de ésta.

Claims (3)

1. Plataforma para capturar energía de las olas, caracterizada porque su vista en planta tiene forma de V (o de ala delta), que se autoorienta de forma que el frente de ola avanza hacia ella perpendicularmente a su plano de simetría, y que comprende al menos una cubierta (1) sustentada sobre un casco (2) sumergido, mediante pilares (3) con perfil hidrodinámico orientado según la dirección de avance de las olas, distribuidos en los flancos de la plataforma formando galerías que comunican la zona exterior con la interior de la misma, para así trocear progresivamente a las olas en su avance en porciones que penetran en las respectivas galerías; módulos capturadores (4) de energía de las olas, de manera que cada uno de ellos, que comprende un flotador (5) articulado en su parte superior sobre un eje (6) que permite el movimiento en la dirección del oleaje, está encajonado en la zona de entrada de la olas en su galería, en una cámara delimitada lateralmente por los dos pilares (3) de la misma y, en su parte inferior, por una estructura con forma de rampa (7) sujeta a dichos pilares (3), obligando así a que la porción de ola que penetra en cada galería interaccione con el módulo capturador (4) correspondiente, que absorbe su energía, tanto cinética como potencial, para cederla mediante una corona dentada (11) a un piñón libre (12), que la transmite por medio de un movimiento de giro en un sólo sentido; sistema de anclaje, que comprende lastres (8) unidos por medio de cables de amarre (9) al extremo inferior del eje de pivotamiento (10), que permite a la plataforma autoposicionarse en cada instante con la orientación adecuada.
2. Plataforma para capturar energía de las olas, según la reivindicación anterior, caracterizada porque cada piñón libre (12) cede la energía, mediante el engranaje transmisor del piñón (13), a la respectiva rueda receptora (14) de un eje de transmisión articulado (15), común a todos los módulos capturadores (4) del mismo flanco, que comprende ruedas receptoras (14), varillas de transmisión (16) y cardanes (17), que conectan los ejes de las ruedas receptoras (14) con las varillas de transmisión (16).
3. Plataforma para capturar energía de las olas, según la reivindicación 2, caracterizada porque el eje de transmisión articulado (15) cede la energía que le proporcionan los módulos capturadores (4) de su flanco, a través de multiplicadores de velocidad (18), a uno o varios generadores (19).
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