ES2897298T3 - Generador accionado por olas - Google Patents

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Abstract

Un generador para convertir el movimiento de las olas en un cuerpo de agua en energía útil, el generador que comprende: al menos un flotador (2) de captura de energía que es movible en respuesta a dicho movimiento de las olas; un miembro (1) de reacción para colocarse debajo del flotador (2) de captura de energía ; medios (5a, 5b, 5c, d) de conexión para conectar dicho al menos un flotador (2) de captura de energía a dicho miembro (1) de reacción; medios (6a, 6b, 6c, 6d) de conversión de energía para convertir el movimiento relativo entre dicho miembro (1) de reacción y dicho al menos un flotador (2) de captura de energía respectivo en la energía útil; en donde el generador incluye medios (3a, 3b, 3c, 3d) de establecimiento de profundidad adaptables para establecer, en un intervalo predeterminado, la profundidad del miembro (1) de reacción en el cuerpo de agua y la altura del miembro (1) de reacción desde un lecho de la cuerpo de agua, en donde tanto el flotador (2) como el miembro (1) de reacción tienen una flotabilidad positiva; y caracterizado por que el generador comprende al menos un modo de funcionamiento sumergido en el que el miembro (1) de reacción y el flotador (2) de captura de energía se sumergen utilizando los medios (3a, 3b, 3c, 3d) de establecer de profundidad.

Description

DESCRIPCIÓN
Generador accionado por olas
Campo de la invención
La presente invención se refiere a generadores que pueden usarse para extraer energía de las olas en un cuerpo de agua, convirtiendo la energía de las olas en energía más fácilmente utilizable.
Antecedentes de la invención
En los últimos años, se ha hecho mayor énfasis en la necesidad de explotar la energía renovable para que contribuya de forma significativa a la producción mundial de energía. Una combinación de objetivos gubernamentales, la representación de los medios de comunicación de las cuestiones asociadas con las fuentes de energía no renovables y los costes de energía crecientes han creado una poderosa fuerza impulsora para el desarrollo de sistemas de energía renovable.
Los impactos negativos de los combustibles fósiles en nuestro medio ambiente son bien conocidos, al igual que los problemas y los altos costes asociados con la energía nuclear. El aprovechamiento de la enorme abundancia natural de energía renovable, por otro lado, está limitado simplemente por nuestra capacidad de capturarla y suministrarla a un precio económicamente viable.
Una potencial fuente de energía renovable es la energía de las olas, un recurso energético abundante y constante disponible en todos los grandes océanos y mares del mundo. Se han propuesto diversos dispositivos de olas para generar energía a partir de la energía de las olas, pero tales dispositivos tienen muchas limitaciones y ningún dispositivo tiene la capacidad probada de explotar de manera fiable el recurso de energía de las olas disponible a largo plazo.
Lo hemos divulgado en los documentos WO2010007418, WO2011158006 y WO2013068748 generadores sucesivamente mejorados para convertir el movimiento de las olas en energía útil. Los generadores divulgados utilizan un cuerpo de reacción sumergible para resolver muchas de las dificultades asociadas con los convertidores de energía de las olas existentes.
Sin embargo, los convertidores de energía undimotriz divulgados en los documentos WO2010007418, WO2011158006 y WO2013068748 todavía tienen potencial para mejorar aún más.
Compendio de la invención
De acuerdo con la invención, se proporciona un generador como se señala en las reivindicaciones adjuntas.
El generador de la presente invención es para convertir el movimiento de las olas en un cuerpo de agua en energía útil, el generador que comprende las características de la reivindicación 1.
Con referencia a la técnica anterior, el aparato descrito e ilustrado en el documento WO2010007418 tiene un flotador de captura de energía que permanece en la superficie del mar continuamente, todo el tiempo. Esto significa que, en condiciones de mar de alta energía, como tormentas, el flotador estará sujeto a cargas elevadas. Estas altas cargas deben ser gestionadas por la estructura y el sistema de toma de fuerza, lo que da como resultado una costosa sobre ingeniería del aparato.
El aparato descrito e ilustrado en los documentos WO2011158006 y WO2013068748 proporcionar mejoras sobre esto, sin embargo, la estabilidad del miembro de reacción sumergido está limitada por la masa y, por lo tanto, el tamaño del miembro de reacción y, por lo tanto, es significativamente variable en el intervalo de conformaciones divulgadas en los documentos WO2011158006 y WO2013068748. Otro aparato se divulga en el documento US 2010/025993 A1.
Ahora hemos ideado un generador para convertir el movimiento de las olas en un cuerpo de agua en energía útil, el generador que tiene flotabilidad positiva tanto en el miembro de reacción como en el flotador de captura de energía para aumentar la estabilidad del miembro de reacción en respuesta a las fuerzas ejercidas sobre él directamente por las olas e indirectamente a través de las fuerzas transferidas a él por el flotador de captura de energía.
Nuestro trabajo de simulación ha demostrado que al aumentar la flotabilidad del miembro de reacción es posible transferir más fuerzas de reacción al lecho marino y, por lo tanto, aumentar la estabilidad del miembro de reacción, particularmente en estados energéticos del mar. Una ventaja adicional de aumentar la utilización del lecho marino para fines de reacción es que el tamaño y la masa del miembro de reacción se pueden reducir al mismo tiempo que se mejora la estabilidad.
El generador conocido descrito en el documento WO2013068748 mencionado anteriormente comprende: al menos un flotador de captura de energía que es movible en respuesta a dicho movimiento de las olas; un miembro de reacción que se colocará debajo del flotador de captura de energía; medios de conexión para conectar dicho al menos un flotador de captura de energía a dicho miembro de reacción y definir una distancia entre dicho flotador de captura de energía y dicho miembro de reacción; medios de conversión de energía para convertir el movimiento relativo entre dicho miembro de reacción y dicho al menos un flotador de captura de energía respectivo en energía útil; en donde el generador incluye medios de ajuste de profundidad adaptables para ajustar, en un intervalo predeterminado, la profundidad del miembro de reacción en el cuerpo de agua y la altura del miembro de reacción desde un lecho del cuerpo de agua, y porque los medios de conexión son de longitud ajustable para ajustar independientemente la distancia entre el flotador de captura de energía y el miembro de reacción.
Cualquier referencia en el presente documento a la técnica anterior conocida no constituye, a menos que aparezca la indicación contraria, una admisión de que dicha técnica anterior sea conocida comúnmente por los expertos en la técnica a la que se refiere la invención, en la fecha de prioridad de esta solicitud.
Preferiblemente, los medios de conexión definen una distancia entre dicho flotador de captura de energía y dicho miembro de reacción. Lo más preferiblemente, los medios de conexión son de longitud ajustable para ajustar independientemente la distancia entre el flotador de captura de energía y el miembro de reacción.
El generador incluye preferiblemente medios de establecimiento adaptables para establecer, en un intervalo predeterminado, la profundidad del miembro de reacción en el cuerpo de agua. Los medios de establecimiento están dispuestos además para establecer la altura del miembro de reacción desde el lecho del cuerpo de agua.
Por "establecer la profundidad" nos referimos a controlar de manera que la profundidad precisa se pueda elegir y fijar de una manera modificable. En otras palabras, si se desea cambiar la profundidad establecida, los medios de establecimiento pueden adaptarse, modificarse y controlarse de manera que se pueda elegir y fijar una profundidad más precisa.
En una primera realización de la invención, los medios de establecimiento de profundidad comprenden al menos una línea de amarre flexible de longitud ajustable para asegurar de manera ajustable el miembro de reacción a un lecho del cuerpo de agua. En esta realización, el generador tiene una flotabilidad positiva neta que es resistida por la tensión de la(s) línea(s) de amarre flexible.
El ángulo en el que se colocan las líneas de amarre con respecto al lecho del cuerpo de agua se puede cambiar para optimizar la estabilidad del cuerpo de reacción. Una configuración angular deseable de las líneas de amarre es vertical en la columna de agua, es decir, directamente hacia abajo desde el cuerpo de reacción hasta el lecho del cuerpo de agua.
En la realización mencionada anteriormente, los medios de establecimiento de profundidad están preferiblemente acoplados al miembro de reacción mediante uno o más cabrestantes.
Preferiblemente, los conectores en el generador según la invención incluyen al menos una línea flexible, que es de longitud ajustable, el ajuste de longitud se logra típicamente enrollando la o cada línea alrededor de un tambor respectivo. Por tanto, la distancia entre el miembro de reacción y el flotador de captura de energía se puede ajustar enrollando las líneas de conexión dentro o fuera de los respectivos tambores.
En realizaciones preferidas de la invención, los conectores son de longitud ajustable para permitir un ajuste independiente de la distancia (o espacio en una dirección vertical) entre el flotador de captura de energía y el miembro de reacción, y por lo tanto la profundidad del flotador de captura de energía en el cuerpo de agua.
Además, se prefiere que el miembro de reacción tenga flotabilidad ajustable y una pluralidad de modos de flotabilidad, que incluyen al menos un modo de funcionamiento sumergido en el que el miembro de reacción y el flotador de flotabilidad se sumergen utilizando los medios de establecimiento de profundidad, y un modo de flotabilidad máxima en el que el miembro de reacción flota en la superficie del cuerpo de agua. En cualquiera de esta pluralidad de modos de flotabilidad, el miembro de reacción debe tener inercia y arrastre para resistir el movimiento potencial del flotador de captura de energía provocado por el movimiento de las olas.
La anchura del miembro de reacción y/o puede seleccionarse para proporcionar la máxima estabilidad y puede relacionarse proporcionalmente con el diámetro, anchura y/o longitud del flotador. En realizaciones preferidas, la longitud y/o la anchura del miembro de reacción se en el intervalo de 30 y 50 metros, donde el diámetro, la anchura y/o la longitud del flotador se selecciona entre 10 y 20 metros. Lo más preferiblemente, la anchura y/o longitud del miembro de reacción es 40 metros y el diámetro, anchura y/o longitud del flotador es 15 metros. En esta relación aproximada, se proporciona una estabilidad óptima para el miembro de reacción dentro del agua. La flotabilidad positiva tanto del miembro de reacción como del flotador proporciona una tensión adecuada en las líneas de amarre de los medios de establecimiento de profundidad, lo que a su vez también confiere un nivel óptimo de estabilidad al generador dentro del agua.
La separación entre el flotador y el miembro de reacción también es crítica para la estabilidad del generador, particularmente en condiciones de mar muy enérgicas en donde el generador está sujeto a poderosas fuerzas de las olas. Una distancia de separación óptima entre el miembro de reacción y el flotador se selecciona preferiblemente en el intervalo de 20 y 40 metros. Las realizaciones más preferidas comprenden una separación entre el flotador y el miembro de reacción de 30 metros.
Las realizaciones preferidas de la invención se describirán ahora con más detalle, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que las partes similares se indican con números de referencia similares a lo largo del documento. Para evitar restar valor a la claridad de los dibujos, no todas las partes están etiquetadas en todos los dibujos.
Descripción detallada
Las realizaciones específicas se describirán ahora a modo de ejemplo únicamente, y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La FIG. 1 es una vista en perspectiva de una realización preferida del generador por olas según la invención cuando se encuentra en la superficie de un cuerpo de agua (generalmente, el mar);
La FIG. 2 es una vista en perspectiva del generador por ondas de la FIG. 1 cuando se sumerge debajo de la superficie de ese cuerpo de agua; y
La FIG. 3 es una vista ortogonal que muestra el convertidor de energía de la FIG. 2 amarrados al lecho del cuerpo de agua.
Haciendo referencia primero a la FIG. 1 y FIG. 2, se muestra un generador accionado por olas según la invención que comprende un miembro 1 de reacción submarino sumergible ; un flotador 2 de captura de energía que se mueve en respuesta a las olas; una serie de convertidores 6a, 6b, 6c, 6d de energía montados en el miembro 1 de reacción; y respectivas líneas 5a, 5b, 5c, 5d de conexión de longitud ajustable que conectan el flotador 2 de captura de energía al respectivo convertidor 6a, 6b, 6c, 6d de energía.
En la FIG. 1, cada una de las líneas 5a, 5b, 5c, 5d de conexión está enrollada alrededor de un tambor en el respectivo convertidor 6a, 6b, 6c, 6d de energía en la extensión máxima o completa, de modo que el espacio entre el flotador 2 de captura de energía y el miembro 1 de reacción es mínimo. En este caso, el miembro 1 de reacción y el flotador 2 de captura de energía están juntos flotando sobre la superficie S de un cuerpo de agua.
A la inversa, en la disposición mostrada en la FIG. 2, cada una de las líneas 5a, 5b, 5c, 5d de conexión se suelta (enrollada alrededor del tambor respectivo) de manera que el espacio entre el flotador 2 de captura de energía y el miembro 1 de reacción es máximo. En este caso, el flotador 2 de captura de energía se muestra justo debajo de la superficie S del cuerpo de agua.
Las FIG. 2 y FIG. 3 muestran el generador accionado por olas con líneas 3a, 3b, 3c, 3d de amarre que amarran el generador al del lecho marino SB, manteniendo así el generador en la estación.
Las líneas 3a, 3b, 3c, 3d de amarre pueden conectarse al cuerpo 1 de reacción mediante los correspondientes medios 4a, 4b, 4c, 4d de ajuste de longitud para permitir que se varíe la profundidad de inmersión del miembro 1 de reacción.
Cabe señalar que en la primera realización de la invención las líneas 3a, 3b, 3c, 3d de amarre permanecen tensas en todo momento de manera que el generador no puede moverse libremente hacia arriba y hacia abajo en la columna de agua. La flotabilidad positiva del miembro 1 de reacción y el flotador 2, B2 y B1 respectivamente, permite que el miembro 1 de reacción coloque sobre las líneas 3a, 3b, 3c, 3d de amarre una tensión Ta, Tb, Tc, Td, que proporciona estabilidad al miembro 1 de reacción y el flotador 2 en condiciones de mar muy enérgicas.
En la realización mostrada, el flotador tiene un radio R de 7,5 metros (diámetro de 15 metros) y el miembro de reacción tiene una longitud y una anchura L de 40 metros. La separación del flotador 1 y el miembro 2 de reacción es una distancia D2 de 30 metros. En esta configuración, el generador está dispuesto para funcionar de manera óptima en un entorno de mar abierto.
El miembro 1 de reacción es generalmente de construcción hueca y está adaptado para ser llenado selectivamente con aire o agua para ajustar su flotabilidad. El generador accionado por olas según la invención tiene una flotabilidad neta positiva que comprende la flotabilidad del miembro 1 de reacción, B2 y la flotabilidad del flotador 2 de captura de energía, B1. El generador tiene una flotabilidad positiva permanente, pero puede comprender una configuración de superficie como se muestra en la FIG. 1 y una configuración sumergida como se muestra en la FIG. 2 y FIG. 3. La configuración sumergida es el resultado de las líneas 3a, 3b, 3c, 3d de amarre utilizadas como medio de establecimiento de profundidad.
Cuando está en la configuración de superficie (FIG. 1), el miembro 1 de reacción flota sobre la superficie S del cuerpo de agua (tal como el mar) con suficiente flotabilidad para llevar todos los demás componentes del aparato. En esta condición, el generador según la invención puede desconectarse fácilmente de las líneas 3a, 3b, 3c, 3d de amarre y transportarse a través de la superficie S del cuerpo de agua. El generador accionado por olas puede asentarse lo suficientemente alto en el agua para que todas las conexiones a las líneas 3a, 3b, 3c, 3d de amarre y al cable 7 umbilical puedan estar fuera del agua y sean fácilmente accesibles. El generador accionado por olas también puede crear su propia plataforma de servicio estable con todos los componentes reparables fuera del agua para permitir un fácil acceso para el mantenimiento.
Con referencia a la FIG. 2, cuando el generador de olas está en la configuración operativa sumergida, el miembro 1 de reacción flotante se mantiene suspendido por la combinación del flotador 2 de captura de energía y las líneas 3a, 3b, 3c, 3d de amarre. La flotabilidad neta del generador se define por la suma de los valores de flotabilidad del miembro 1 de reacción y el flotador 2 de captura de energía (B1 B2).
El miembro 1 de reacción tiene una gran masa que resiste los movimientos provocados por las fuerzas aplicadas por el flotador 2 a través de las líneas 5a, 5b, 5c, 5d de conexión, y por las fuerzas que le aplican directamente las olas. El miembro 1 de reacción también tiene una gran área de superficie perpendicular a la dirección de la fuerza de elevación, lo que proporciona así una mayor resistencia al movimiento por medio de un gran arrastre y masa añadida.
El miembro 1 de reacción puede mantenerse suspendido entre el flotador 2 de captura de energía y el lecho marino SB utilizando las líneas 3a, 3b, 3c, 3d de amarre a una profundidad D1 suficiente para asegurar que el miembro 1 de reacción esté generalmente por debajo de la influencia de las olas en la superficie del mar. Por lo tanto, el movimiento del flotador 2 de captura de energía provocado por las olas da como resultado un movimiento relativo entre el flotador 2 de captura de energía y el miembro 1 de reacción. Este movimiento es tomado por las respectivas carreras de trabajo de los convertidores 6a, 6b, 6c, 6d de energía y así explotado para producir energía.
En la realización ilustrada, se muestra un solo flotador 2, pero se entenderá que se puede proporcionar más de uno de tales flotadores si es apropiado, cada uno con su propia serie de convertidores de energía montados en el miembro 1 de reacción, junto con las respectivas líneas de conexión.
En las realizaciones descritas, el radio del flotador se muestra como 7,5 metros (diámetro 15 metros) y la longitud y la anchura del miembro de reacción se muestran como 40 metros. Realizaciones alternativas pueden comprender un flotador que puede tener cualquier forma con un diámetro, o anchura y/o longitud, de entre 10 metros y 20 metros. Las realizaciones alternativas también pueden comprender un miembro de reacción de cualquier forma, con longitud y/o anchura, o diámetro (cuando es esférico), de entre 20 metros y 40 metros.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un generador para convertir el movimiento de las olas en un cuerpo de agua en energía útil, el generador que comprende: al menos un flotador (2) de captura de energía que es movible en respuesta a dicho movimiento de las olas; un miembro (1) de reacción para colocarse debajo del flotador (2) de captura de energía ; medios (5a, 5b, 5c, 5d) de conexión para conectar dicho al menos un flotador (2) de captura de energía a dicho miembro (1) de reacción; medios (6a, 6b, 6c, 6d) de conversión de energía para convertir el movimiento relativo entre dicho miembro (1) de reacción y dicho al menos un flotador (2) de captura de energía respectivo en la energía útil; en donde el generador incluye medios (3a, 3b, 3c, 3d) de establecimiento de profundidad adaptables para establecer, en un intervalo predeterminado, la profundidad del miembro (1) de reacción en el cuerpo de agua y la altura del miembro (1) de reacción desde un lecho de la cuerpo de agua, en donde tanto el flotador (2) como el miembro (1) de reacción tienen una flotabilidad positiva; y caracterizado por que el generador comprende al menos un modo de funcionamiento sumergido en el que el miembro (1) de reacción y el flotador (2) de captura de energía se sumergen utilizando los medios (3a, 3b, 3c, 3d) de establecer de profundidad.
2. Un generador según se reivindica en la reivindicación 1, en donde los medios (5a, 5b, 5c, 5d) de conexión definen una distancia entre dicho flotador (2) de captura de energía y dicho miembro (1) de reacción.
3. Un generador según se reivindica la reivindicación 2, en donde los medios (5a, 5b, 5c, 5d) de conexión son de longitud ajustable para ajustar independientemente la distancia entre el flotador (2) de captura de energía y el miembro (1) de reacción.
4. Un generador según se reivindica en la reivindicación 1, la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en donde la flotabilidad positiva del flotador (2) y el miembro (1) de reacción provoca una tensión adecuada en los medios (3a, 3b, 3c, 3d) de establecimiento de profundidad para proporcionar estabilidad al miembro (1) de reacción cuando está sumergido.
5. Un generador según se reivindica en las reivindicaciones 1 a 4, en el que los medios (5a, 5b, 5c, 5d) de conexión comprenden al menos una línea flexible de longitud ajustable en la que el ajuste de longitud se logra enrollando la o cada línea flexible alrededor de un tambor respectivo.
6. Un generador según se reivindica en las reivindicaciones 1 a 5, en el que los medios (5a, 5b, 5c, 5d) de conexión están montados de forma ajustable en el miembro (1) de reacción de manera que la geometría de los medios (5a, 5b, 5c, 5d) de conexión puede modificarse.
7. Un generador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde los medios (3a, 3b, 3c, 3d) de establecimiento de profundidad comprenden al menos una línea de amarre flexible de longitud ajustable para colocar de forma ajustable el miembro (1) de reacción por encima del lecho del cuerpo de agua.
8. Un generador según se reivindica en la reivindicación 7, en donde el generador tiene una flotabilidad positiva neta que es resistida por la tensión de la al menos una línea (3a, 3b, 3c, 3d) de amarre flexible.
9. Un generador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde los medios (3a, 3b, 3c, 3d) de establecimiento de profundidad están acoplados al miembro de reacción mediante un cabrestante (4a, 4b, 4c, 4d).
10. Un generador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde al menos uno de: a. la longitud del miembro de reacción;
b. la anchura del miembro de reacción;
c. el diámetro del miembro de reacción;
se selecciona en el intervalo de 20 a 60 metros.
11. Un generador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde al menos uno de: a. el diámetro del flotador;
b. la longitud del flotador;
c. la anchura del flotador;
se selecciona en el intervalo de 10 a 20 metros.
12. Un generador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la separación entre el flotador (2) y el miembro (1) de reacción se selecciona en el intervalo de 0 a 50 metros.
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