[0001] La presente invención está referida a un equipo y un método para la obtención de energía eléctrica a partir de la captación de la energía cinética de los ríos y de las corrientes marinas, tal y como se describe en las reivindicaciones que acompañan a la presente memoria descriptiva.

Sector de la técnica [0002] El sector de la técnica de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria energética, centrándose particularmente en el ámbito de la industria dedicada a la fabricación y a la instalación de sistemas, aparatos, dispositivos, equipos, métodos y/o procesos para el aprovechamiento de energías limpias y generación de energía eléctrica y, en particular, los aplicables para el aprovechamiento de la energía cinética de corrientes fluviales y marítimas.

Estado de la técnica de la invención

[0003] Es necesario buscar energías limpias que no perturben los ecosistemas y medioambiente y que, por otra parte, no contaminen el paisaje de nuestro planeta. Es por tanto, una necesidad imperiosa en el estado de la técnica actual, desarrollar procedimientos para conseguir energía limpia y no contaminante de forma más barata, más respetuosa con la flora, la fauna y la estética de la naturaleza que la que ofrecen otros sistemas.

[0004] En la actualidad, los sistemas de obtención de energías limpias más empleados son - básicamente- dos: (a) la energía solar fotovoltaica; y (b) la energía eólica. Sin embargo, ambos métodos perturban, de forma notable, tanto la flora, como la fauna y estética del entorno en el que se instalan. [0005] Así, la energía solar fotovoltaica, en campos de grandes dimensiones, hacen que la flora y la fauna de lugar se desplacen de su hábitat y, por supuesto, perjudiquen espacios y paisajes. Por otro lado, los campos eólicos, por su parte, son aún más perjudiciales. En primer lugar, porque deterioran el terreno circundante en su instalación, dado que requieren infraestructuras de transporte e instalación muy grandes. En segundo lugar, perjudican notablemente el hábitat de las aves, ya que muchas de ellas se ven afectadas severamente por las aspas de los molinos. En tercer lugar, pero no menos importante, el aspecto visual -la contaminación visual- de los molinos en los distintos paisajes es muy notable.

[0006] En otro aspecto, las dos fuentes de energía referidas dependen -lógicamente- de la naturaleza para trabajar y captar energía. Así, la energía fotovoltaica depende de las horas de sol y la energía eólica del viento y su velocidad. Por tanto, la captación de energía se hace en función de la climatología, basándose en modelos estadísticos de los datos climatológicos que, por su propia naturaleza, tienen una variabilidad muy grande.

10007] Para evitar estos problemas, se han desarrollado distintos sistemas, entre los que se encuentran el aprovechamiento de la energía cinética que producen las aguas de ríos y corrientes marinas para producir energía eléctrica. Para evitar la dependencia de la climatología para una mavor o menor obtención de energía, aplicamos energías constantes las 24 horas del día, v los 365 días del año. Las tenemos en las corrientes marinas v los cursos fluviales, donde la masa es mil veces mavor. v aunque la velocidad es menor, es constante. Por tanto, sería deseable un sistema que pueda aprovechar esta energía.

[0008] En el estado de la técnica actual, el documento US5281856A describe un aparato para capturar los contenidos de energía de corrientes de agua relativamente bajas, por ejemplo, de alrededor de un metro de espesor de capa y de nivel cambiante. El aparato descrito en US5281856A es capaz de utilizar la energía de las corrientes presentes en cuerpos de aguas superficiales, tales como las corrientes de ríos de sección transversal aún pequeña pero con una velocidad de flujo relativamente alta, corrientes de marea, corrientes de diferentes tipos de olas que avanzan como inundaciones, ondas y otros movimientos similares del cuerpo de agua. Otro objeto de la invención es proporcionar un aparato que haga uso de la energía de tales cuerpos de agua a costos de inversión y operacionales relativamente bajos, y que sea capaz de convertirla en trabajo que produzca formas con alta eficiencia.

[0009] Así pues, el documento US5281856A describe un convertidor de energía de corriente de agua que tiene al menos una unidad de bombeo que comprende una bomba rotativa hidráulica acoplada a un eje. El cuerpo flotante se mantiene mediante medios de anclaje adecuados en una orientación predeterminada y en una posición sustancialmente estacionaria en una superficie de agua en movimiento, preferiblemente en un área cercana a la costa de un mar o lago, o en la boca de un río, de manera que se permite seguir libremente los cambios, es decir, la subida y bajada del nivel del agua superficial. La bomba rotativa hidráulica comprende, entre otras partes, un motor hidráulico que está acoplado a un generador de energía. [0010] Por otro lado, el documento US2007020097A1 se refiere a carcasas de turbinas y al aumento de potencia de los motores primarios, y en particular a los motores primarios que aprovechan la energía del fluido que fluye libremente. La invención también se extiende a un método para aumentar la energía generada de los motores primarios. Este documento describe un alojamiento de turbina que comprende un cuerpo de alojamiento que tiene un primer extremo, un segundo extremo y una región central, en el que el cuerpo de alojamiento comprende un orificio que se extiende a través del mismo, y en el que el agujero se estrecha desde un en primer lugar, una sección transversal más grande en y/o en la región de los extremos primero y segundo, a una segunda sección transversal más pequeña hacia la parte central.

[0011] Finalmente, el documento US2017122283A1 describe un sistema de turbina descrito aquí proporcionan una turbina que gira en respuesta al flujo de fluido, e incluyen un dispositivo de rampa que permanece relativamente estacionario en comparación con la turbina y está configurado para afectar el flujo de fluido para la generación efectiva de energía. La rotación de la turbina puede hacer que un generador emita energía eléctrica.

[0012] No obstante, ninguno de los documentos indicados permite el aprovechamiento de la energía cinética que producen las aguas de ríos y corrientes marinas para generar energía eléctrica y, además, eliminar los antedichos problemas que supone la obtención de energías limpias, evitando los daños al medio ambiente y estéticos, consiguiendo elevar considerablemente las magnitudes de energía que pueden obtenerse con costes sensiblemente inferiores a los indicados. Este problema se soluciona con el equipo y método de las reivindicaciones que acompañan a la presente memoria descriptiva.

Descripción de la invención

[0013] Es un objeto de la presente invención un equipo para la obtención de energía eléctrica que, basado en la instalación de un conjunto de turbinas verticales cuyos ejes se acoplan a unos cables flexibles que tensionan unas pesas sumergidas bajo una plataforma flotante, sobre la que se instala una bomba hidráulica que está acoplada mecánicamente a dichos ejes y que permite recoger la energía cinética de la corriente del río o marina que mueve dichas palas para convertir esta energía cinética en electricidad a través de una dinamo. Este objeto se alcanza con el equipo de la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes de ésta se describen otras realizaciones prácticas de la invención, así como otros aspectos relevantes.

[0014] La presente invención es un equipo, en el que para obtener la energía eléctrica, se basa en la disposición de una plataforma anclada al fondo marino, v la colocación de un eie vertical que adosado a dicha plataforma, por debato de la misma, dispone de una serie de palas o hélices, cuyo diseño se realizará en función de la hidrodinámica que genere una meior v/o mavor manera posible, para obtener una velocidad adecuada con la menor turbulencia en sus giros. En la parte superior, en la plataforma contiene el rotor que transmite el giro a un generador vertical, protegido con una carcasa, v que si lo precisara, en función de la longitud del eie vertical todo el cuerpo dispondría de un dispositivo para minimizar el esfuerzo palanca.

[0015] Gracias al equipo y método descrito en las reivindicaciones, en primer lugar, es posible obtener energía limpia. En segundo lugar, se utilizan elementos y sistemas de obtención de materiales más dúctiles, más económicos y menos pesados, facilitando el transporte, instalación, manipulación y mantenimiento. Así, los ejes y las palas bajo el agua podrían ser de silicona y resina, carbono pintado con silicona, o cualquier otro material inerte a la agresión del agua salada. Es evidente que, con estas premisas se obtendrán instalaciones menos onerosas y, por tanto, se podrán alcanzar los objetivos con inversiones económicas inferiores a las necesarios actualmente.

[0016] Otro objeto que se alcanza con el equipo y método de la invención es constituir una instalación en el medio acuático con materiales que no perjudican dicho ecosistema, ni su flora, ni su fauna. Además, es una instalación que no afecta de forma alguna a la estética del paisaje, ni durante su instalación, ni durante su vida útil, ni en su manipulación o mantenimiento.

[0017] Es un objeto de la invención emplear la energía cinética del agua -masa en movimiento a una velocidad aproximada de 1 ,5 m/s- que durante 365 días al año aporta una energía cinética disponible para su transformación en energía eléctrica que se estima en 10130940 Julios/año. Si se compara esta disponibilidad de energía con la energía eólica, por ejemplo, se obtiene que para 3000 horas de viento anual en el Campo de Tarifa, y a una velocidad media de 55 Km/h, solo aportaría una energía de 414450 Julios/año, unas veinticinco veces menos que la aportada por el agua. [0018] Finalmente, el equipo de la invención se constituye como un elemento de protección o de barrera para el medio en el que se instala. Así pues, en función de la zona en la que se instale, puede convertirse en un medio de protección frente a los efectos indeseables de la pesca de arrastre, de manera que proteja de ella la flora que pueda estar en peligro de extinción. Especialmente, se podrían proteger especies como la Posidonia Oceánica, Zostera Marina y Zostera Nodosa, que generan grandes praderas subacuáticas de gran riqueza y complejidad biológica, incluidas como hábitats de especial protección por la Unión Europea y que representan, además, un espacio vital para el desove y alevinaje de determinadas especies marinas endémicas.

[0019] A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones, la palabra «comprende» y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la invención y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración y no se pretende que restrinjan la presente invención. Además, la invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.

Breve descripción de los dibujos

[0020] A continuación, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención, que se ¡lustra como un ejemplo no limitativo de ésta.

La FIG.1 muestra una vista esquemática de un ejemplo de realización de la invención, en donde se puede observar el equipo para la obtención de energía eléctrica, apreciándose las principales partes y elementos que lo componen, así como la configuración y disposición de dichas partes, tanto en la superficie del agua como por debajo de la misma. En la figura 1 se puede apreciar que comprende un eie vertical que contiene un mínimo de tres palas o hélices, que hacen airar dicho eje. que asoma por encima de la plataforma y que transmite su movimiento a un generador vertical, que lo convierte en energía eléctrica

Las referencias empleadas en la FIG.1 son las siguientes:

1 a 16 - Palas

17 - Eje transmisor y portador de las palas

18 - cables de anclaje al suelo marino 19 - Plataforma de ubicación de la instalación

20 - Recogedores de las anclas

21 - Peto de la plataforma

22 - Generador eléctrico vertical

23 - Cubierta de la plataforma

24 - Protección del generador

25 - Nivel del agua

26 - Elemento portador del juego de cojinetes donde descansa el rotor del eje. Explicación detallada de un modo de realización de la invención

[0021] Tal y como se puede observar en la FIG.1 , el equipo de obtención de energía eléctrica que es objeto de la presente invención comprende, esencialmente, una turbinas vertical que consisten en una pluralidad de palas (1 a 16) -con un mínimo de tres- que giran sobre un eje vertical (17) que une solidariamente la turbina vertical con una plataforma flotante (19), lógicamente situada sobre la superficie del agua (25) en emplazamientos fluviales o marítimos, para aprovechar la energía cinética que provoca el flujo de las corrientes de agua de río y marinas en la superficie y bajo la superficie de agua.

[0022] Como se ha indicado, la turbina vertical está solidarizada con la plataforma (19) mediante un eje (17). Como es sabido, los cursos de los ríos y las corrientes marinas, superficiales o sumergidas, son masas de agua con una densidad determinada, con velocidades constantes o variables, así como con cambios direccionales y que, por tanto, son portadores de energía cinética que, gracias a las palas (1 a 16) de la turbina vertical puede ser aprovechada, ya que la corriente de agua, sea cual sea su dirección -puesto que el giro del eje (17) es bidireccional- hará girar al eje (17) y éste último accionará un generador eléctrico vertical (22) ubicado en la plataforma flotante (19) que está configurado para convertir la energía cinética en energía eléctrica aprovechable. [0023] En la realización no limitativa mostrada en la FIG.1 la conexión mecánica entre el eje

(17) y el generador eléctrico (22) se realiza mediante una pluralidad de cojinetes (26).

[0024] La plataforma (19) está conectada con el fondo marino mediante cables tensores (18). Estos cables tensores (18) están configurado para mantener a la plataforma (19) en su posición frente al empuje de la corriente de agua. Para ello, los cables tensores (18) están tensados -en una realización práctica no limitativa- mediante pesas previstas en el extremo inferior de los mismos. Opcionalmente, estas pesas pueden estar fijadas al suelo marino o lecho del río mediante anclajes modulares o anclas. Los cables tensores (18) están regulados mediante respectivos mecanismos tensores o recogedores (20) de tal forma que pueden ser extendidos o recogidos dependiendo de si se quiere una mayor o menor tensión en los cables (18) en función de la fuerza de las corrientes del agua, de tal forma que los cables tensores

(18) dispuestos axialmente respecto del eje (17) que ha de permanecer vertical, suficientemente tenso como para soportar el empuje del agua contra las palas (1 a 16) del eje (17), lo que se consigue regulando el peso del fondeo y la plataforma flotante (19). [0025] Por otra parte, las palas (1 a 16) están configuradas para girar de la misma forma en un sentido u otro. El objetivo de este diseño es que, aunque varíe el sentido de la corriente, no afecte a la generación de la corriente eléctrica. Las palas (1 a 16) además, están fabricadas con un material con un cierto grado de flexibilidad, ya que de esta forma se optimiza el rendimiento energético del conjunto, ya que se amplía la superficie de empuje y se disminuye la resistencia al agua. Preferentemente, las palas (1 a 16) están fabricadas en silicona, una combinación de silicona y resina, una combinación de carbono o silicona y, en general, cualquier otro material con un cierto grado de flexibilidad, y que, además, sea inerte a la agresión del agua, no se pueda adherir ninguna materia animal, vegetal o mineral, que no se degrade y que no sea contaminante.

[0026] La plataforma flotante (19), en una realización particular no limitativa, incorpora una cubierta estanca (23) que cubre completamente los elementos funcionales del equipo previstos sobre la misma. Dicha cubierta estanca (23) en una realización particular, es semiesférica y cuanta con un único acceso o registro (21) para su uso en caso de mantenimiento y que normalmente permanece cerrada para evitar que entre el agua en su interior. Opcionalmente, la plataforma flotante (19) cuenta con elementos de señalización y localización.

[0027] Es importante señalar que el montaje es notablemente más simple que aquellos descritos en el estado de la técnica. Para ello, se parte de un concepto modular y escalable, puesto que, para aumentar la energía generada, simplemente es necesario añadir más dispositivos como el de la invención en serie o paralelo, formando una red de generación eléctrica.

[0028] Los cursos de los ríos, como las corrientes marinas, superficiales o sumergidas, son masas de agua con una densidad determinada, con velocidades constantes o variables, así como cambios direccionales y que, por tanto, son portadores de energías potencialmente susceptibles de ser utilizadas de forma adecuada. Precisamente, es la forma de obtención de la energía la base de la presente invención. La energía cinética que poseen tanto las corrientes marinas superficiales como los cursos de los ríos son transformables, gracias a la presente invención, en energía eléctrica.

[0029] La aplicación de la invención en corrientes marinas sumergidas podría tener elementos de corrección del brazo de palanca en el eje de transmisión de rotación (17), para que la transmisión al generador (22) sea correcta. De esta manera en el agua sólo se dispone de elementos mecánicos, de materiales compatibles con el medio marino, de densidad un poco inferior o similar a la del agua, bien para facilitar su flotabilidad, o por su peso, facilitar su mantenimiento, y que los trabajos que fuesen necesarios realizar bajo el agua, fueren lo más livianos posibles. [0030] Básicamente la Invención consiste en crear una plataforma flotante (19), situada dentro del ancho de la corriente marina, y anclada permanentemente al fondo del mar, de tal manera que la corriente no la arrastre. Esta plataforma (19) tendrá la forma que sea más adecuada, y sus dimensiones estarán en función de los elementos que sobre ella se dispongan. En cualquier caso deberá estar cubierta con los materiales más ¡dóneos. Las plataformas tendrán las mismas características, tanto si se sitúan sobre el mar o sobre las aguas de los ríos. Pueden variar, tanto sus dimensiones como su estética.

[0031] En la plataforma disponemos un cilindro que actúa de eje (17) del diámetro adecuado, que por un lado, bajará por debajo de la plataforma (19), según los casos entre 1 y 15 metros, y recibirá de 1 a 16 palas horizontales con la forma y longitud más adecuada para ser impulsadas por el agua, que al ponerlas en movimiento, trasladarán esa rotación a un generador (22) colocado en la otra punta del eje (17) cilindrico que se encuentra en el nivel superior de la plataforma. [0032] Si se desea disponer varios receptores de energía en la misma plataforma (19), se podrían colocar de forma que la posible turbulencia de un elemento no peijudique a otros, pudiéndose variar las distancias verticales y horizontales de cada elemento, así como su número. Así por ejemplo, cada nuevo elemento bajaría sobre el anterior colocado 1,5 a 15,5 metros, de tal manera que las palas se encuentren en niveles diferentes. La disposición del número de elementos condicionará las dimensiones de la plataforma. [0033] Se considera que cada plataforma, de una superficie de unos 240 metros cuadrados, no debe poseer más de 5 o 6 unidades de captación energética, y de este modo, los trabajos a realizar bajo la plataforma no rebasarían los 15 o 20 metros de profundidad. Pero ello va a depender de la envergadura de las palas, que nos condicionaran la potencia que deseemos obtener.

[0034] En una realización preferida cada captador de energía debe poseer su propio generador (22), que en este caso, sería vertical, ya que la avería de uno no debe condicionar el funcionamiento de la plataforma. Según cada caso, veríamos la conveniencia de disponer de reguladores de velocidad, para su instalación y disponer un generador cada dos o tres elementos.

[0035] La Energía conseguida, será transportada a tierra por la forma más segura que se está utilizando en la actualidad, debiendo ser recogida en boyas cada cuatro unidades. Desde éstas, y según el número de boyas, se recogería para ser transportada a tierra.

[0036] De esta forma obtendremos (a) una optimización de la energía cinética, y en consecuencia un mayor rendimiento de la energía eléctrica; (b) al realizar una mayor sectorización de los puntos de captación, si bien nos puede ocasionar en principio un mayor costo, en el caso de mantenimiento y averías, la inversión se reduce; (c) supresión de la energía eléctrica sumergida; (d) simplificar y minimizar infraestructuras, abaratando costes de producción y de mantenimiento; (e) reducir, minimizar o anular impactos medioambientales.

[0037] La Energía Cinética disponible en el mar es muv superior a la que se genera por el viento. Así pues si aplicamos las densidades de las masas de agua v de aire en determinadas condiciones normales para ellas, vemos que para el AGUA es de 1.027 kilos el metro cúbico mientras que para el AIRE es de 1.228 kilos metro cúbico. Si aplicamos estos valores a la Eneraía Cinética, para el aaua de una corriente como la que sale del Mediterráneo, con una velocidad de 1.5 m/seaundo, tendremos en un año una E.C. de 10.121.085 julios. Aplicada al

Aire en Tarifa, con 3.000 horas de viento al año v dándole una velocidad media de 50K/h. (13.9 m/s) nos produce una E.C. de 355.890 julios. Un 2.700% menos que el aaua.

[0038] Esto hace que, para una potencia de 50 MW, sea necesario un único equipo como el de la invención captando sólo el 10% de la energía de las comentes marinas del estrecho de Gibraltar, mientras que para la misma energía serían necesarios 5 aerogeneradores de 10 MW. Lógicamente, la superficie necesaria para cinco aerogeneradores es mucho mayor que la necesaria para el equipo de la invención, lo cual es muy importante cuando se trata de escalar la producción de energía. Realmente, obteniendo sólo el 10% de la energía cinética disponible, se obtendrían 100 MW con un único aparato de esta invención.

[0039] En cualquier caso, el diseño final de las palas (1 a 16), sus dimensiones, profundidad, y tamaño de la plataforma flotante (19) dependen de la instalación final. Por tanto, el estudio de la plataforma, de las palas y de sus anclajes se debe dimensionar en función del espacio donde se quieren ubicar y de la energía que se pretende obtener.

[0040] En cualquier caso, como se ha indicado, el uso de la invención permite incrementos del rendimiento y de la escalabilidad del equipo sin mayor limitación que el espacio disponible para la instalación del equipo. Además, el equipo de la invención está diseñado para que, además de la generación de energía limpia, pueda actuar al mismo tiempo como protector de la fauna y flora marinas, especialmente en el caso de la presencia de especies en peligro de extinción, ya que supondría una barrera frente a la pesca de arrastre.

[0041] Es conocido que la posidonia es una planta subacuática que genera grandes praderas que sirven como campo de desove y alevinaje de una parte de la fauna marina. Estas praderas, hoy, en peligro de extinción, como consecuencia de la pesca de arrastre, se pueden proteger mediante la invención. Parte de la composición de estos elementos, pueden ser introducidos en el medio marino, sin que se produzca ningún tipo de contaminación, por lo que se podrían establecer barreras de protección de estas plantas, de las redes de arrastre, que impedirían su destrucción. Al mismo tiempo, si se dispusiera como obligatorio, que las redes de pesca, con una determinada frecuencia, llevaran impresa, la matrícula de cada barco, aquél que las utilizase en este tipo de pesca, podría ser localizado, al quedar en estas barreras, parte de esas redes, con la identificación de cada nave. La comprobación por equipos de buceo de protección del Medio Ambiente Marino, de la situación de estas praderas de Posidonia, encontraría restos de las mallas atrapadas por nuestras barreras de protección, con la localización de quienes las utilizaron.

[0042] Este último aspecto es muy relevante, va que la presente invención, además de su objeto principal relacionado con la generación de energía, ayuda a la protección de la biología marina, va que las corrientes marinas son utilizadas por determinados cetáceos v por otros peces tanto para su entrada en el Mediterráneo, como para su salida. Por ello se considera que en borde externo de la plataforma, deben colocarse elementos rígidos verticales con la profundidad de un metro v medio mavor que la longitud del eie. Sujetado a estos elementos verticales se dispondrá de una malla que impida que penetren en la zona de giro los animales.