ES2922357B2 - Modulo convertidor de la energia undimotriz de las olas en energia electrica - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo convertidor de la energía undimotriz de las olas en energía eléctrica

Sector de la técnica

El sector de la Técnica en el que se encuadra esta Patente de Invención se corresponde con el de GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD, dentro del cual se encuadra como especialmente útil en el campo de las ENERGIAS RENOVABLES y dentro del mismo, en el de las ENERGÍAS MARINAS del tipo UNDIMOTRIZ, es decir, las que utilizan las energías cinética y potencial presentes en las olas del mar.

Más en concreto, la invención se encuadra en el sector tecnológico de las Turbinas, o máquinas hidráulicas de aprovechamiento de la energía de las corrientes de agua. En nuestro caso, se trata de las corrientes de agua consecuencia del movimiento ondulatorio de las olas, dónde las moléculas de agua tienen un movimiento oscilatorio, con trayectoria cuasi cerrada (circularelíptica), en contraposición a las corrientes de agua de trayectoria abierta, que se aprovechan con las turbinas convencionales existentes. Por ello, resulta que la parte fundamental de la presente invención es la de una Turbina nueva, que se puede llamar Turbina Undimotriz.

Antecedentes de la invención

La actual situación energética se basa en la utilización masiva de productos fósiles (carbón, petróleo, gases naturales) producidos en el interior de la Tierra mediante procesos de millones de años, con los inconvenientes de no ser renovables y a la vez causa de emisiones de gases contaminantes y de efecto invernadero (CO² y NOx , entre otros) y el aprovechamiento de la energía nuclear, con su grave problema de los residuos radiactivos.

Además, surge a veces la necesidad de abastecer de energía eléctrica puntos determinados aislados (islas, zonas de costa, plataformas offshore de utilización variadas, etc.) y se hace precisa la búsqueda de la fuente de energía más próxima a la zona de su utilización y que, en los puntos referenciados anteriormente, precisamente la fuente energética más cercana sea la del movimiento de las olas.

Este último tipo de energía, la UNDIMOTRIZ, por su cuasi 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.), juntamente con otras energías renovables y limpias, como la EOLICA y la FOTOVOLTAICA, con las que se puede combinar (hibridación), ha reclamado desde hace tiempo el interés de los investigadores.

Son diversos los países (Dinamarca, Noruega, Portugal, Reino Unido, Suecia, Francia, Italia, etc.) que, desde hace más de 30 años, están tratando de obtener un progreso significativo en la tecnología para la conversión en electricidad de la energía undimotriz.

En ESPAÑA, en la actualidad, se están desarrollando diversos proyectos, y se considera que hay una buena oportunidad para unirse a los esfuerzos de los países citados. Los dispositivos utilizados para aprovechamiento de este tipo de energía marina deberán estar diseñados de acuerdo con las características medioambientales de la zona y contingencias de la misma y no tan solo por la agresividad química del medio marino, sino que debe contemplar otros parámetros como la máxima amplitud de la ola, y también las mareas vivas que se produzcan en la zona. Pues, en caso de superarse esas condiciones, se puede dar una situación peligrosa, para evitar la cual el dispositivo deberá situarse en posición segura, libre de daños.

Otro aspecto a considerar es que las olas no se presentan de manera uniforme, sino que aparecen formando los denominados "trenes de olas”, con distintas características definitorias en lo que a su altura (Hs), su Período (T) y su longitud de onda se refiere, por lo que el dispositivo debe diseñarse de forma que abarque el mayor espectro posible de dichas olas y de las potencias de los frentes de ola correspondientes.

La diversidad de las olas de un determinado entorno se puede reflejar en "Tablas de ocurrencias”, como la expuesta a continuación, facilitada por el organismo PUERTOS DEL ESTADO, según los datos históricos recogidos durante el año 2019 por la Boya LANGOSTEIRA II de LA CORUÑA.

Explicación de la invención

De acuerdo con todo lo anteriormente expuesto, el MÓDULO CONVERTIDOR que se está describiendo tiene como finalidad el aprovechamiento de la energía presente en las olas para su transformación en ENERGÍA ELÉCTRICA. Por ello, en lo que sigue, se van a dar unas breves ideas sobre las características de las olas en su relación con la concepción y funcionamiento del MÓDULO.

Las olas están formadas por el movimiento ondulatorio de las moléculas de agua en trayectorias cuasi cerradas y circulares/elípticas, dándose en la masa de agua una continua conversión de la energía cinética en potencial, y recíprocamente, según avanza el proceso en una cierta dirección. Así que el MÓDULO se concibe para que capte la mayor cantidad posible de la energía mecánica, haciendo primeramente que las trayectorias cerradas se hagan abiertas, y después convirtiéndola toda (o su mayor parte) en energía potencial. Esto último se realiza elevando el agua progresivamente y almacenándola dentro de un Depósito (5), de tal forma que el nivel de la superficie de ese agua se encuentre normalmente por encima del que el mar tiene en el exterior de dicho Depósito.

Conseguido lo anterior, se realiza después el proceso inverso, de conversión de la energía potencial almacenada en energía cinética, dando salida al agua almacenada por el fondo del depósito y a través de una turbina rotatoria (8), la cual acciona el correspondiente Generador rotatorio (11) de Eje vertical (9). Se complementa el aprovechamiento energético con la utilización de un Flotador (13), cuyo movimiento oscilatorio de vaivén vertical deviene en energía eléctrica, mediante el empleo de un Generador Lineal (15) u otro artíficio equivalente.

Así que, en el MÓDULO CONVERTIDOR que se patenta, se realizan tres trasformaciones energéticas:

1. De energía undimotriz (oscilatoria) a energía potencial (en el campo gravitatorio), mediante un conjunto de artificios, llamado TURBINA UNDIMOTRIZ, la cual convierte primeramente las trayectorias de las moléculas de agua de cerradas en abiertas, y posteriormente pasando la energía cinética a potencial en el Depósito (5);

2. De energía potencial a energía cinética (tanto de movimiento giratorio de eje vertical, como de movimiento de vaivén lineal, también de eje vertical), mediante una Turbina giratoria convencional (8) y un Flotador (13), respectivamente;

3. De energía mecánica cinética (giratoria y de vaivén) a energía eléctrica, mediante los Generadores (11) y (15).

Controlando la velocidad de salida del agua del Depósito (5), que evacua al Conducto de Aspiración (7), en función del algoritmo fijado, se logra mantener en todo momento la producción continua de electricidad, incluso en aquellos de aguas bajas (Valle de la ola).

Así que, el MÓDULO CONVERTIDOR se compone esencialmente, al menos, de las siguientes partes:

- Primera parte: (TURBINA UNDIMOTRIZ), constituida por las siguientes piezas:

o Elemento Captor y concentrador de la energía de la ola, constituido por dos piezas (1) cuya misión es dirigir todo el flujo de la ola entrante hacía la parte central del MÓDULO, juntamente con dos formas (18), como proas de barco, a derecha e izquierda de la parte frontal del mismo. o Conductos de Aceleración, constituido por otras dos piezas (2), que conducen y guían el agua captada hacia las Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3).

o Conjunto de Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3), dispuestas perpendicularmente a la dirección del oleaje, que constituyen la parte fundamental ("el corazón”) de la TURBINA UNIDIMOTRIZ, y que son accionadas en general por los flujos de agua que provienen de la ola, así como algunas de las Ruedas (3.1) y (3.2), también por el que fluye por el Conducto de Aspiración (7), de sentido contrario, pero compatible con los primeros.

- Segunda parte: Depósito (5) de almacenamiento de la energía en forma de agua acumulada y elevada, es decir, como energía potencial.

- Tercera parte: Equipo de generación de energía eléctrica, constituido, entre otros, por los elementos referidos hasta ahora:

o alternadores giratorios de eje horizontal acoplados a la prolongación de ejes de las RH; o turbinas giratorias de eje vertical con sus alternadores acoplados en la parte superior de dichos ejes verticales;

o generadores lineales (o artefactos equivalentes) acoplados en la parte superior de ejes verticales que arrancan del Flotador.

Como componentes de MÓDULO se tienen los siguientes Sistemas:

- SISTEMA DE CAPTACIÓN Y ACELERACIÓN

- SISTEMA DE RUEDAS HIDRÁULICAS

- SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE AGUA

- SISTEMA DE VÁLVULAS ANTIRRETORNO

- SISTEMA DE DETECCIÓN DE LA POTENCIA DEL FRENTE DE LA OLA

- SISTEMAS DE CONTROL DEL NIVEL DEL AGUA EN EL DEPÓSITO

- SISTEMA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA

- SISTEMA DE TRATAMIENTO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

- SISTEMA DE PROTECCIÓN DEL MÓDULO CONTRA INVERSIONES DE CORRIENTE - SISTEMA DE COMUNICACIÓN DE SEÑALES ENTRE MÓDULO Y CENTRAL

- SISTEMA DE CONTROL AUTOMATIZADO DEL MÓDULO

Las características y composición de los Sistemas citados se describen a continuación:

- SISTEMA DE CAPTACIÓN Y ACELERACIÓN

En la parte frontal del Módulo hay dos piezas (1) cuya misión es dirigir todo el potencial de la ola entrante hacía el interior de los Conductos de Aceleración (2).

Las dos piezas (1) delimitan un espacio de gran desarrollo vertical, entre la superior y la inferior, alcanzando una profundidad en la que todavía es apreciable el efecto de la ola, por lo que se aprovecha la energía de una masa de agua mucho mayor que la meramente superficial, y consiguiendo a la vez que en el choque de la ola contra dichas piezas se produzca la menor pérdida energética posible.

Se disponen a ambos lados de las piezas (1), otras dos piezas (18) que ensanchan en horizontal la zona de captación de agua. Cada una de estas dos últimas piezas se fortalecen frente a la deformación mediante una parte estructural (19).

Los Conductos de Aceleración (2) tienen como objetivo principal laminar el flujo del agua que impacta en el frontal del MÓDULO, de forma que el mismo llegue sin turbulencias a la zona donde se encuentra el Sistema de Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3). Este sistema se compone de dos piezas (2) situadas repartiéndose el espacio vertical entre las dos piezas del (inferior y superior), constituyendo, entre las cuatro piezas, y los Conductos de Aceleración y guiado de los flujos de agua. Otro objetivo de este Sistema es concentrar los volúmenes de agua en los puntos de aplicación más favorable de las Ruedas (3).

- SISTEMA DE RUEDAS HIDRÁULICAS

Este SISTEMA está constituido por un conjunto de RUEDAS HIDRÁULICAS (3) de eje horizontal orientado perpendicularmente a la dirección del frente de ola, y cuya función es recibir el agua marina transportada por los Conductos de Aceleración (2), ir pasándola a cada una de las siguientes ruedas, elevándola para inyectarla finalmente en el Depósito (5).

El conjunto de estas Ruedas constituye el corazón de la TURBINA UNDIMOTRIZ, dónde se realiza la conversión entre los diversos tipos de energía mecánica (oscilatoria, cinética lineal, potencial; previamente a su conversión en energía eléctrica), por la concatenación de Ruedas en escalera, que van elevando el agua de nivel.

Cada Rueda está provista de álabes, cuyo número es función de los parámetros propios de las Ruedas (número y diámetro de ellas). Lo que caracteriza esencialmente a la TURBINA UNDIMOTRIZ es que, cualquiera que sea el número y diámetro de cada rueda, y la forma y número de los álabes de cada una de ellas, la conexión entre ellas es exclusivamente hidrodinámica, estando en estrecho contacto físico, no por la materialidad de las mismas Ruedas, sino por las corrientes de agua entre ellas, es decir, que la transmisión de la energía se hace mediante el paso de flujos de agua entre cada dos ruedas, no siendo utilizada ninguna conexión de tipo mecánico sólido entre ellas, lo que minimiza las pérdidas de energía por rozamiento.

Se puede decir que la máquina a patentar es una Turbina Undimotriz independientemente del número de Ruedas Hidráulicas que posea, sea menor o mayor. En el límite inferior, caso de una sola Rueda Hidráulica, sigue estando constituida la TURBINA UNDIMOTRIZ. Igualmente pasa con los diámetros de las Ruedas, y con la forma y número de sus álabes.

Hay determinadas Ruedas del conjunto (3.1) y (3.2) que se caracterizan por su accionamiento por dos flujos de agua de sentido contrario, el primero de los cuales es el que discurre por el Conducto de Aceleración inferior (2) impulsado por la energía propia de las olas que se abaten sobre el MÓDULO, mientras que el segundo flujo es el que circula por el Conducto de Aspiración (7) que evacua el Depósito (5); esto es posible por estar situadas linealmente, una tras otra, entre los dos Conductos citados (2) y (7), de tal manera que los dos flujos contrarios son compatibles para producir el movimiento giratorio acrecentado de las Ruedas.

La Rueda (3.3) también recibe dos impulsos hidráulicos: uno, directamente procedente de la ola, a través del Conducto de Aceleración central y otro, procedente de la Rueda (3.2).

Otra Rueda (3.4), situada a nivel superior de todas, es la que hace función de alimentación directa del Depósito (5), procurando la apertura de la válvula antirretorno (6.3), a la que ha llegado el agua subiendo gradualmente de nivel, por la función de escala continua del conjunto de todas las Ruedas.

Casi al final del Conducto de Aspiración (7) se abre un Conducto de conexión (16) con el espacio limitado por las piezas (1) y los Conductos de Aceleración (2), con objeto de que en el momento del Valle de la ola (cuando las moléculas de agua cambian su trayectoria de sentido hacia la Turbina Undimotriz por el sentido contrario, alejándose de ella) se produzca un efecto de Succión que ayude a potenciar el de Aspiración y mejorar así el rendimiento energético de la máquina.

- SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE AGUA

El SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE AGUA consiste en un Depósito (5), adecuadamente controlado, que mantiene un salto diferencial con respecto al nivel del mar presente en su exterior lo suficientemente aprovechable para que accione la turbina (8) dispuesta en el fondo del Depósito (4) y la mantenga funcionando el máximo tiempo posible. Del fondo del Depósito (5) arranca el Conducto de Aspiración (7) de la turbina (8) antedicha.

Además de esta turbina citada, se dispone dentro del Depósito (5) un Flotador (13), que se mueve en dirección vertical, arriba y abajo, siguiendo la oscilación del nivel del agua dentro del Depósito (5). Dicho Flotador (13) está conectado, mediante un Eje vertical (14), con un Generador de tipo Lineal (15), que incrementará la energía eléctrica conseguida por el MÓDULO.

Las entradas de agua en el Depósito (5) son múltiples, indicadas por la válvula antirretorno que le corresponde y enumeradas en orden de mayor a menor nivel:

• Válvula (6.2), flujo directo de las olas de mayor altura.

• Válvula (6.1), flujo directo de las olas de menor altura.

• Válvula (6.3), flujo de alimentación procedente de la Rueda superior.

• Válvula (6.4), entrada de agua por la pared trasera del Depósito (5), cuando el nivel del mar en el exterior es menor que en el interior del mismo.

La salida de agua del Depósito (5) es única, por el fondo de éste, pasando siempre a través de la turbina rotatoria (8) citada, cuyo Conducto de Aspiración (7), con la válvula antirretorno (6.5) en su inicio, sirve de desagüe.

Las entradas de agua en el Depósito son autónomas, pues dependen exclusivamente del oleaje presente, mientras que la salida del agua se puede graduar actuando sobre la posición de los álabes de la turbina (8). La optimización de la producción de electricidad (suma de los dos procedimientos: turbina rotatoria (8) y Generador Lineal (15)) se consigue, en función del algoritmo fijado, atendiendo a la variación de los niveles del agua en el Depósito (5).

- SISTEMA DE VÁLVULAS ANTIRRETORNO

Este SISTEMA está formado por una serie de válvulas (6) antirretorno (o de retención) que, adecuadamente dispuestas, impiden que el flujo del agua tome sentido contrario al deseado en el conducto dónde se insertan.

Aparte de las cuatro válvulas ya citadas, situadas en las entradas de agua al Depósito, las (6.1), (6.2), (6.3) y (6.4), más la de salida del Depósito (5), la (6.5), situada al inicio del Conducto de Aspiración (7), se dispone otra válvula antirretorno, la (6.6), en el Conducto de Conexión (16), situado entre el Conducto de Aspiración (7) y el seno de agua (4) en la parte frontal del MÓDULO entre las dos piezas (1).

- SISTEMA DE DETECCIÓN DE LA POTENCIA DEL FRENTE DE LA OLA

Un conjunto de elementos sensores detectarán en cada momento la potencia del frente de la ola que está incidiendo sobre el SISTEMA DEFLECTOR.

- SISTEMAS DE CONTROL DEL NIVEL DEL AGUA EN EL DEPÓSITO

El MÓDULO CONVERTIDOR dispondrá también de unos sensores de nivel en función de los cuales modificará la posición de los alabes de la turbina (8), controlando el flujo de la salida del agua del Depósito (5), a la vez que accionará sobre los elementos de control del Generador Lineal (15).

- SISTEMA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA

El SISTEMA DE GENERACIÓN está formado principalmente por una turbina (8) situada en el fondo del Depósito (5), con su Eje vertical (9) y que acciona el Alternador rotatorio (11) y su correspondiente Caja de Engranajes (12), el cual multiplica la velocidad de rotación de la mencionada turbina (8) hasta la adecuada velocidad de rotación del Alternador (11). Tanto éste, como la Caja de Engranajes (12), se ubican sobre el Forjado (10), situado sobre la parte superior del Depósito (5).

El Sistema de Generación eléctrica se completa con un Generador Lineal (15), el cual recibirá el movimiento oscilatorio vertical mediante el Eje vertical (14), conectado con el Flotador (13) citado anteriormente. El Generador Lineal se soporta también sobre el Forjado (10), también citado.

Además, en cualquiera de las Ruedas se puede instalar un generador de corriente eléctrica de eje rotatorio horizontal.

Este sistema múltiple de generación de electricidad permite el funcionamiento óptimo del MÓDULO CONVERTIDOR, pues controlando la velocidad de salida del agua del Depósito (5), en función del algoritmo fijado, se logra mantener en todo momento la producción regulada y continua de electricidad, incluso en aquellos de aguas bajas (Valle de la ola).

- SISTEMA DE TRATAMIENTO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Un sistema de electrónica de potencia tratará la corriente eléctrica generada, tanto por el Alternador (10), como por el Generador (15) y los demás instalados, para adaptarla a los parámetros de tensión y frecuencia normalizados para su uso.

- SISTEMA DE PROTECCIÓN DEL MÓDULO CONTRA INVERSIONES DE CORRIENTE

El MÓDULO CONVERTIDOR dispone también de los adecuados relés electrónicos que protegen a los Sistemas eléctricos contra inversiones de corriente.

- SISTEMA DE COMUNICACIÓN DE SEÑALES ENTRE MÓDULO Y CENTRAL

Un conjunto de elementos de comunicación permite el intercambio de órdenes y datos entre el MÓDULO CONVERTIDOR y el Scada Central, permitiendo así el control automatizado del MÓDULO.

Realización preferente de la invención

El MÓDULO CONVERTIDOR de energía undimotriz descrito se puede utilizar, como una de las aplicaciones favoritas de esta invención, en el suministro de energía eléctrica al sistema de explotación de plataformas marinas diversas (de energía eólica marina, petrolíferas, etc.), en las que se pueden utilizar sus pilares como puntos de apoyo de este MÓDULO y uno de los forjados de la plataforma para situar el turboalternador y el Generador Lineal, así como todos los elementos de electrónica de potencia y componentes del sistema de control Scada (transmisores, sensores, etc.).

También, este invento es idóneo para suministrar electricidad de manera puntual a núcleos de población costeros, a hospitales, polígonos industriales y/o tecnológicos, edificios singulares, etc., cercanos a la costa, e incluso como complemento de suministro eléctrico general de más grandes núcleos cercanos al mar.

Respecto al emplazamiento del MÓDULO, se pueden considerar, entre otros, los siguientes: - Cercano a la costa, en aguas someras (del orden de 30-40 m de profundidad), ya esté fijado a pilares, existentes o construidos exprofeso, o flotando en dichas aguas, anclado al fondo marino mediante cables.

- Igualmente, se puede implantar el MÓDULO en la propia línea de costa, adoptando los adecuados sistemas de fijación y anclaje, orientación respecto a los trenes de ola, seguridad de funcionamiento, y de protección y defensa frente a temporales.

Ventajas técnicas del módulo convertidor

Las ventajas técnicas del MÓDULO CONVERTIDOR que se patenta son, entre otras, las siguientes:

- Regularidad del aprovechamiento energético de una fuente irregular como el oleaje.

- Eficiencia en la extracción de energía, consiguiendo una captación cuasi total de la que porta la ola, incluidos los momentos de aguas bajas (Valle de la ola).

- Por su conexión entre partes de la máquina de tipo hidrodinámico, mediante flujos de agua, sin conexiones mecánicas entre sólidos (engranajes, correas, etc.), se minimizan las pérdidas de energía por rozamiento, choques, etc.

- La disposición del Depósito (5) de almacenamiento de agua, con energía potencial referida al estado del nivel del mar, en su ubicación entre la TURBINA UNDIMOTRIZ y los equipos de Generación eléctrica, es fundamental para conseguir regularidad y eficiencia.

- En síntesis, esta invención reúne las condiciones de una buena concepción de un nuevo tipo de turbina, la TURBINA UNDIMOTRIZ, especializada en el aprovechamiento de la energía de las olas.

Breve descripción de los dibujos

Para ilustrar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña, como parte integrante de la misma, un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1 - Muestra una Sección A-A Longitudinal del dispositivo de la invención en la que se aprecian las dos piezas convergentes (1), los Conductos de Aceleración (2), las Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3.1), (3.2), (3.3) y (3.4), perpendiculares a la dirección del frente de ola, el Depósito (5), las válvulas del Sistema Antirretorno (6.1), (6.2), (6.3), (6.4), (6.5) y (6.6), y el Conducto de Aspiración (7).

Se observa, dentro del Depósito de Almacenamiento, el equipo de Generación eléctrica, constituido por la Turbina de Generación (8) con su Eje (9) vertical y ya, sobre un Forjado (10) en la parte superior, el Alternador rotatorio (11) y la Caja Multiplicadora de velocidad (12).

Igualmente dentro del Depósito está el Flotador (13), que transmite su movimiento oscilatorio mediante un Eje vertical (14), conectado con el Generador Lineal (15), situado sobre el Forjado (10) ya citado.

También se observa el Conducto de Conexión (16) entre el Conducto de Aspiración (7) y el espacio (4), provisto de una válvula antirretorno (6.6), que permanece cerrada durante el tiempo de actuación de las aguas altas (Cresta de la ola), y abierta en los momentos del Valle de la misma (cuando las moléculas de agua cambian su trayectoria de sentido contra la parte frontal, por el sentido contrario, alejándose de ella), lo que produce un efecto de Succión que potencia el de Aspiración y mejora así el rendimiento energético del MÓDULO.

Finalmente, se aprecia la disposición voluntaria de Oquedades (17) en diversas partes de las piezas componentes del MÓDULO (en principio conteniendo sólo aire, pero que se puede llenar parcial o totalmente de agua), y que tienen una misión reguladora del peso total y de la situación del centro de gravedad del mismo.

Figura 2 - Planta del MÓDULO CONVERTIDOR visto desde arriba.

En conjunto, se consideran las siguientes zonas en planta componentes del MÓDULO, citadas en orden desde el frente hacia la trasera del mismo:

- Primeramente, los dos elementos (18), con su parte estructural (19) correspondiente, uno a cada lado de la parte frontal del MÓDULO, que delimitan la zona de Captación del agua de la ola (“tragaolas”) para su entrada a la TURBINA UNDIMOTRIZ, con varias funciones:

• Servir de captación aumentada de agua del frente de ola, con su ensanchamiento en horizontal, lo que refuerza bastante la captación conseguida por el ensanchamiento en profundidad ya citado anteriormente. Igualmente se aumenta el efecto de Succión ya también citado.

• Servir de orientador en relación con el frente de ola, por su forma hidrodinámica, tipo de proa de barco (“catamarán”), consiguiendo la regulación y mantenimiento de dicha orientación.

- Estos elementos (18) están constituidos principalmente por láminas de materiales ligeros a la vez que resistentes, además de estar provistos de una sencilla pero robusta estructura (19) que evita su deformación fácil.

- Finalmente, el forjado (10) sobre el Depósito (5) de almacenamiento de energía potencial y la parte superior de los equipos de Generación Eléctrica (11), (12) y (15).

Figura 3 - Muestra, sobre la Sección A-A Longitudinal del dispositivo, los flujos de las corrientes de agua dentro del mismo, en los momentos de aguas elevadas (cercanía de la Cresta de la Ola).

Figura 4 - Muestra, sobre la Sección A-A Longitudinal del dispositivo, los flujos de las corrientes de agua dentro del mismo, en los momentos de aguas bajas (cercanía del Valle de la Ola).

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES

   1.- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELECTRICA caracterizado por comprender, al menos, cinco partes, con sus respectivos componentes:

   - Primera, el elemento Captor y Concentrador de la masa de agua del frente de Ola con su Energía Undimotriz, constituido por dos grandes piezas (1), cuya misión es dirigir todo el flujo de la ola entrante hacía el interior del MÓDULO.

   - Segunda, los Conductos Convergentes (CC) (2), conductos de aceleración y guiado hacia la siguiente parte del Módulo (Ruedas Hidráulicas).

   - Tercera, las Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (RH) (3) perpendicular al sentido de avance de las olas, provistas de álabes y accionadas por el flujo de agua que proviene de los Conductos Convergentes, así como por el que fluye por el Conducto de Aspiración (7).

   - Cuarta, el Depósito (5) de almacenamiento de la energía en forma de agua acumulada y elevada sobre el nivel del mar, es decir, como energía potencial.

   - Quinta, los equipos de Generación de energía eléctrica (GE), utilizando tres subsistemas:

   - el alternador giratorio de eje horizontal aplicado al eje de la Rueda Hidráulica (3.3), que aprovecha el movimiento de giro de las RH;

   - la turbina giratoria (8) de eje vertical (9) alimentada por el vaciado del agua almacenada en el Depósito, y su correspondiente Alternador rotatorio (11),

   - Generadores Lineales (15), accionados por el Flotador (13) ubicado dentro del Depósito.
2. 2 - MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicación 1, caracterizado por utilizar un frontal constituido por dos piezas (1), cuya misión es dirigir el flujo de la ola entrante hacía el interior de los Conductos Convergentes (2). Dichas piezas diseñadas en forma de dos cascos marinos estancos (tipo "catamarán”), situados a lo largo de cada uno de los dos lados del resto del Módulo, para que en el choque de la ola contra dichas piezas se produzca la menor pérdida de energía posible, llegando en plenitud la corriente del agua a los Conductos Convergentes (2).
3. 3 - MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque las dos piezas (1) tienen altura mayor que las olas normalmente aprovechables en el MÓDULO, quedando situado su metacentro de manera que el nivel medio del mar esté como a la mitad de dicha altura, con lo que se alcanza la profundidad en la que todavía es apreciable la energía de la ola, y así se extrae la energía de una masa de agua mayor que la meramente superficial.
4. 4 - MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOT RIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el gran ensanchamiento en horizontal entre las piezas (1) [del orden del doble de la anchura del frente de la boca de los Conductos Convergentes (2)], con formas curvas suaves apropiadas para la captación plena de la energía de la ola, lo que incrementa aún más la masa de agua captada, que se cita en la Reivindicación 3.
5. 5.- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicación 1, caracterizado por utilizar un Sistema de Conductos Convergentes (2), cuyo objetivo es concentrar y laminar el flujo del agua que se ha introducido en el MÓDULO, de forma que llegue con la máxima eficiencia y sin urbulencias a la zona donde se encuentran las Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3). Los citados conductos sirven de aceleradores y guía del flujo del agua (gradación continua y suave del estrechamiento de la sección de los conductos) y tienen el diseño hidráulico adecuado (ángulo pequeño - del orden de los 10° - entre las líneas de corriente y las superficies límites de los conductos, y pendiente siempre en elevación, facilitando la conversión de la energía cinética en potencial) para que se produzca la menor pérdida posible de energía.
6. 6 - MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicación 1 , caracterizado por utilizar un Sistema de Ruedas Hidráulicas (3) de eje horizontal, orientado perpendicularmente a la dirección del frente de ola, y que son accionadas por el impacto del flujo de agua que circula por los Conductos Convergentes (2), procedente directamente de las olas que se abaten sobre el frontal del MÓDULO, así como, en algunas de ellas, por la acción simultánea del flujo que circula en sentido contrario (de la trasera del mismo hacia dicho frontal) por el Conducto de Aspiración (7). Cada Rueda está provista de un cierto número de álabes, con diseño de forma y número (contrastado en el prototipo) que consigue la mínima pérdida de energía en el movimiento.
7. 7 - MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 y 6 , caracterizado por utilizar un Sistema de Ruedas Hidráulicas, en el que algunas de ellas [por ejemplo las Ruedas (3.1) y (3.2)] se sitúan entre un Conducto Convergente (2) por la parte superior y otro conducto de flujo en sentido contrario [como el Conducto de Aspiración (7)] por la parte inferior de la Rueda, lo que hace posible que sobre ella actúen dos flujos de agua compatibles con el movimiento giratorio de la misma, pues los dos empujes (el directo de la ola y el de evacuación del Depósito) se componen dando un momento de giro, produciéndose de esta manera un fuerte incremento del movimiento giratorio de las Ruedas.
8. 8.- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1, 6 y 7 , caracterizado por utilizar un Sistema de Ruedas Hidráulicas (3), que pueden estar en posiciones diversas respecto a los flujos directos de agua del oleaje, lo que determina el sentido del giro de cada Rueda, según el impacto del flujo sea por encima (sentido de giro de las agujas de un reloj) o por debajo del eje horizontal de la Rueda (giro contrario al de las agujas de un reloj). En algunos casos la disposición de las Ruedas puede ser por parejas, impactando el flujo a la vez en las dos Ruedas, a una por encima y a la otra por debajo [como es el caso de las (3.2) y (3.3)], consiguiendo que los sentidos de giro sean contrarios. Por otra parte, hay Ruedas que no transmiten el flujo de agua en cadena a otras, sino que alimentan directamente de agua al Depósito [como la (3.4)].

   9 - MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1, 6, 7 y 8, caracterizado por utilizar un Sistema de Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3), que en el conjunto de todas sus Ruedas componentes cumplen función de escalera continua, que va subiendo el agua de manera suave y gradual de nivel, incrementando su energía potencial.

   10.-- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1, 6, 7, 8 y 9 , caracterizado porque las Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3) tienen conexión entre ellas de tipo exclusivamente hidráulico, no siendo necesaria ninguna relación mecánica de sólidos entre ellas, del tipo de engranajes, ruedas metálicas, correas, etc., lo que minimiza las pérdidas de energía por rozamiento o choque, aumentando en consecuencia el rendimiento del MÓDULO.

   11. -- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 a 10 , caracterizado porque tiene un Conducto de Conexión (16) que parte de casi el final del Conducto de Aspiración (7) y desemboca en la zona (4) de la parte frontal, delimitada por la Captación (1) y el comienzo de los Conductos Convergentes (2). El objeto de dicho Conducto (16) es que, en el momento del Valle de la ola (cuando las moléculas de agua cambian su trayectoria de sentido hacia el MÓDULO por la del sentido contrario, alejándose de él), se produzca un efecto de Succión que ayuda a potenciar y mejorar el de Aspiración, y a mantener el movimiento de las Ruedas incluso en la fase de aguas bajas (Valle de la ola).

   12. -- MÓDULO CONVERTIDOR DE 5 LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se establece el concepto unitario e innovador de la que se puede llamar TURBINA UNDIMOTRIZ, constituida de manera orgánica por las piezas que integran los Sistemas de Captación y concentración (1) con ampliación de anchura y profundidad (18) y (19) (captores y concentradores de energía en planta y alzado), los Conductos Convergentes (2), las Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3) y el Conducto (16), en lo que atañe a la parte delantera de la Turbina Undimotriz, y que termina en las tres entradas a la parte delantera del Depósito, provistas de las correspondientes válvulas antirretorno (6.1), (6.2) y (6.3).

   13. -- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicación 1, caracterizado por utilizar como Sistema de Almacenamiento de Energía Potencial un Depósito de agua (5), adecuadamente controlado, que mantiene un salto diferencial, respecto al nivel exterior del mar, lo suficientemente aprovechable para que accione la turbina rotatoria (8) de Eje vertical (9) dispuesta en el fondo del depósito, al que sirve de elemento de desagüe. Se regula al caudal de salida del agua a través de la Turbina mediante la mayor o menor apertura de los álabes del estator, consiguiendo que la turbina se mantenga funcionando incluso en aquellos momentos del ciclo de las olas que cesan de ejercer su empuje directo sobre y hacia el MÓDULO CONVERTIDOR. Dentro del Depósito, además de la Turbina rotativa (8) de Eje vertical (11), hay un Flotador (13), con guías que ayudan a su movimiento vertical de vaivén, arriba y abajo, transmitido, por medio de otro Eje vertical (14), a un Generador Lineal (15), situado sobre el Forjado (10) de encima del Depósito (5), dónde también está el Generador conectado a la turbina rotativa (8) citada.

   14. -- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por utilizar un Sistema de válvulas antirretorno (6) (o de retención), que, adecuadamente dispuestas en los puntos necesarios, impiden que el flujo del agua tome un sentido contrario al deseado. Éstas válvulas son automáticas y no necesitan motorización ni sistemas de accionamiento, criterio que se ha mantenido en toda la concepción del Módulo Convertidor, consiguiendo así una gran eficacia y robustez de funcionamiento y una disminución de problemas de mantenimiento y seguridad. Se disponen en los sitios siguientes las correspondientes válvulas de esta tipología:

   - En las entradas de agua al Depósito (5) por la pared frontal (la más cercana al frente de ola), las (6.1) y (6.2) de entrada directa, y la (6.3), procedente de la Rueda Hidráulica alimentadora (3.4) , del Depósito; en total 3 x 2 = 6 válvulas.

   - En la entrada de agua al Depósito (5) por la pared trasera (la más alejada del frente de ola), la (6.4) , (al menos, dos válvulas).

   - Al inicio del conducto de Aspiración (7), la (6.5).

   - En el conducto (16), la (6.6), que impedirá, cerrada, el flujo de agua, durante el paso de las aguas altas de la ola (Cresta) y lo permitirá, abierta, durante las aguas bajas de la ola (Valle).

   15. -- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicación 1 , caracterizado por utilizar un SISTEMA DE DETECCIÓN DE LA POTENCIA DEL FRENTE DE LA OLA e integrado por un conjunto de elementos sensores que detectarán en cada momento la potencia del frente de la ola que está incidiendo sobre el MÓDULO.

   16. -- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 a 12 , caracterizado por utilizar un Sistema de Control de nivel de agua en el Depósito (5), compuesto por un conjunto de sensores de nivel, en función de los cuales modificará la posición de los álabes de la turbina de eje vertical (8), controlando el flujo de salida de agua.

   17. -- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicación 1, caracterizado por utilizar un Sistema de Generación eléctrica, formado por una combinación de tres Subsistemas de Generación Eléctrica diferentes: alternador de eje horizontal, turboalternador de eje vertical y Generador Lineal.

   El primer subsistema está constituido por un alternador convencional que tiene como eje la prolongación del eje horizontal de la Rueda (3.4), la cual tiene además la función de desaguar directamente en el Depósito (5). Este subsistema se podría ampliar utilizando otro(s) eje(s) de otras Ruedas, encajando otro(s) generador(es) eléctrico(s) convencional(es) en la prolongación del eje correspondiente.

   18 - MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA según Reivindicaciones 1 y 17 , caracterizado por un segundo Subsistema de Generación eléctrica mediante turboalternador convencional, compuesto por los siguientes elementos: turbina (8) (en principio, del tipo Kaplan o similar), situada en el fondo del Depósito (5), con su eje vertical (15), que acciona el Alternador (12), con su correspondiente Caja de engranajes (11), que multiplica la velocidad de rotación de la turbina hasta la velocidad de rotación del Alternador, el cual, así como los otros equipos anejos, se sitúa sobre un Forjado (10) por encima del propio Depósito (5). Dicho forjado forma parte de un Recinto estanco de equipos de Generación Eléctrica. Finalmente, del fondo del Depósito arranca el Conducto de Aspiración (7) de la turbina rotatoria (8).
9. 19.-- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1, 17 y 18, caracterizado por un tercer Subsistema de Generación eléctrica mediante Generador Lineal, compuesto por los siguientes elementos:

   Flotador (13), con ayuda de sus guías correspondientes, para conducir su movimiento de subida y bajada, entre un mínimo y un máximo nivel, siguiendo la variación de nivel del agua en el Depósito (5). Dicho Flotador está conectado mediante Ejes verticales (14) con Generadores Lineales (15), situados sobre el mismo forjado (10) citado en la Reivindicación 18. (Los generadores lineales pueden ser sustituidos por otro sistema de generación eléctrica partiendo de un movimiento mecánico alternativo). El propio Conducto de Aspiración (7) citado también en la misma Reivindicación 18, sirve además para la evacuación del agua procedente de la turbina rotatoria (8), como elemento del desagüe que acompañará las bajadas de nivel del Flotador (13).

   20. -- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1, 17, 18 y 19, caracterizado por utilizar un Sistema de Tratamiento de la corriente eléctrica, consistente en un sistema electrónico de potencia que modificará la corriente eléctrica generada para adaptarla a los parámetros de tensión y frecuencia aceptables para su uso.

   21. -- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1, y 17 a 20, caracterizado por utilizar un Sistema de protección del Módulo contra inversiones de corriente, para lo cual se dispondrá también de los adecuados relés electrónicos que protejan al sistema eléctrico contra dichas inversiones de corriente.

   22. -- MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 a 21, caracterizado por utilizar un Sistema de Comunicación de Señales entre MÓDULO y CENTRAL compuesto por un conjunto de elementos de comunicación que permitirá el intercambio de órdenes y datos entre el MÓDULO CONVERTIDOR y el Scada Central, permitiendo así el control automatizado de dicho MÓDULO.