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WO2009068712A1 - Sistema marino de produccion de energia electrica y metodo de instalacion - Google Patents

Sistema marino de produccion de energia electrica y metodo de instalacion Download PDF

Info

Publication number
WO2009068712A1
WO2009068712A1 PCT/ES2008/000740 ES2008000740W WO2009068712A1 WO 2009068712 A1 WO2009068712 A1 WO 2009068712A1 ES 2008000740 W ES2008000740 W ES 2008000740W WO 2009068712 A1 WO2009068712 A1 WO 2009068712A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
marine
electricity
waves
producing
production
Prior art date
Application number
PCT/ES2008/000740
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carlos Itoiz Beunza
Original Assignee
Acciona Energia, S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Acciona Energia, S.A. filed Critical Acciona Energia, S.A.
Publication of WO2009068712A1 publication Critical patent/WO2009068712A1/es

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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the following invention refers to a marine system of electric power production and installation method, the system being based on a floating structure type "spar" buoy, so that the own floating structure integrates, at least, an energy producing device, being able to be a wind harnessing device, such as a wind turbine and / or a device for harnessing wave energy and / or a harnessing device for Ia energy from sea currents, with the objective of obtaining electrical energy through wind and / or waves.
  • this method presents a method for the installation of the system that allows its uninstallation, repair and subsequent new installation.
  • This report describes a marine system for the production of electrical energy and installation method, which is of special application for installation at sea, taking advantage of the energy provided by wind and / or waves, being integrated into a single structure floating type "spar" buoy.
  • Floating systems are known that incorporate a wind turbine in its upper part, as well as systems of energy use of the waves.
  • JP2002303454 describes a large floating structure in which many systems are integrated, in order to produce hydrogen and oxygen, through various technologies, including wind and wave energy .
  • the floating spa “spar” system refers to systems that maintain the center of gravity below the center of flotation, thus achieving the desired stability.
  • the basic parts of a “spar” system include:
  • a lower ballast tank (“soft tank”).
  • the upper structure usually consists of a multi-level configuration of roofs in order to achieve a sufficient work area, while minimizing cantilever surfaces.
  • the upper ballast tank is responsible for providing sufficient buoyancy reserve to support the weight of the other elements, since none of them would have positive buoyancy by itself.
  • the term "hard tank” comes from the fact that its compartments are sized to withstand all the hydrostatic pressure without flooding them. It is usually divided into 5 or 6 levels of watertight compartments separated by roofs and each of these is further subdivided into another 4 by radial bulkheads.
  • the tank located at the height of the flotation usually has a double hull or double bulkheads ("cofferdams") to minimize the flood volume in case of collision with another vessel. In any case, it is usual that only the lowest level of tanks is flooded with a variable amount of ballast depending on the loading condition of the platform, leaving the rest empty.
  • the intermediate section extends from the lower base of the "hard tank” to provide the design draft to the structure.
  • the ladders of this central body are sized from the bending moments to resist during the phase of adrizamiento after the trailer to the point of final location. In a subsequent evolution, this central body was replaced by a less heavy lattice structure and a simpler and cheaper construction.
  • the TLP (Leg Platform Tension) is vertically attached, by means of tensions attached to the sea floor, in this way it avoids the ascending movement (“heave”) and the rotations of the axes contained in the plane of the marine surface (“piten and roll” )
  • the semi-submersible is a floating structure with a large roof, from which several columns that connect underwater with horizontal floating elements (called pontoons) come out.
  • a marine electric power production system is described, being based on a floating structure type "spar” that keeps the center of gravity below the center of flotation, so that the marine electric power production system It includes a floating structure type "spar” in which it is integrated:
  • the proposed system has the advantage that the different electrical energy production devices, independently or combined with each other, are integrated into a single floating structure type "spar", while presenting a great simplicity.
  • synergies are obtained, both in the construction and in the use of the different components of the devices integrated in it.
  • the device for producing electricity through wind is defined by a wind turbine.
  • the device for producing electricity through waves is defined by vertical generators, which can be linear electric generators, air compression devices that have a coupled electric generator or seawater or fluid compression devices that have a generator coupled to a turbine as the final device.
  • the vertical generators are mounted between two platforms, being able to be linear electric generators or compressors of air, sea water, or other fluid, at the water level, constituted by cylindrical elements and their corresponding float movable along it by the wave action, generating electricity if it is an electric generator or compressing the corresponding fluid if it is a compressor.
  • the upper mounting platform of the vertical generators is at a height such that the water level does not reach the waves.
  • the system incorporates a power electronics
  • controllers necessary for the adaptation of the generated electrical signals, according to the final application of the generated energy.
  • the device for producing electrical energy through the marine currents is defined by at least one arm integral to the floating structure below the water level, provided with a rotating propeller.
  • the system can incorporate, at least, a controller that adapts and integrates the signals of the different generators of the system, in a single signal.
  • the system can incorporate, in proximity to the floating structure, a fish farm next to the wave's own energy exploitation device, allowing it to give added value to the installation, both economic and ecological.
  • the system is capable of incorporating a hydrogen production device by means of water electrolysis, so that with the electric power produced, and by means of the electronics of adequate power and an electrolysing device, pure hydrogen will be obtained for various uses.
  • the pure water that the electrolyzer needs to produce hydrogen can be obtained by incorporating a Seawater desalination device, also integrated in the system itself.
  • the system can incorporate photovoltaic panels, allowing it to be autonomous.
  • This method also describes an installation method, which also allows and facilitates system maintenance.
  • the installation method is based on the construction of the complete port system, the subsequent floating drag of the assembly to the chosen site and the final fastening to the seabed, by means of chains or other anchorage devices.
  • the proposed installation method facilitates maintenance and is based on the idea that, in case of serious breakdown, the anchoring devices are released, the system is dragged to the port and the repair work is carried out, then it is taken again to the location and is reattached with the anchoring system.
  • the anchoring device that incorporates the system can be of different types, and, thus, it can be: catenary lines, "taut moorings", “tension / torsion leg” or other type of anchoring device.
  • the system may not be fixed to the seabed, but be able to maintain or vary its position by means of "DP" systems.
  • Figure 1 Shows a perspective view of an installation of an energy producing system, being based on a floating structure that integrates a "spar" type buoy, and incorporates a wind turbine producing electric energy through the wind.
  • Figure 2. Shows a perspective view of an installation of an energy producing system, being based on a floating structure that integrates a "spar” type buoy, and incorporates an electric energy producing device through the waves.
  • Figure 3 It shows a front view of an installation of an energy producing system, being based on a floating structure that integrates a "spar" type buoy, and incorporates an electric energy producing device through the marine currents.
  • Figure 4 Shows a perspective view of an installation of an energy producing system, being based on a floating structure that integrates a "spar" type buoy, and incorporates a wind turbine producing electricity through the wind and a device producing Electric power through the waves.
  • Figure 5 It shows a front view of an installation of an energy producing system, being based on a floating structure that integrates a "spar" type buoy, and incorporates a wind turbine producing electricity through the wind and an energy producing device Electric through the waves.
  • Figure 6 Shows a perspective view of an installation of an energy producing system, being based on a floating structure that integrates a "spar" type buoy, and incorporates a wind turbine producing electricity through the wind and a device producing Electric power through sea currents.
  • Figure 7 Shows a perspective view of an installation of an energy producing system, being based on a floating structure that integrates a "spar" type buoy, and incorporates an electrical energy producing device through the waves and a producing device of electrical energy through marine currents.
  • Figure 8 It shows a perspective view of an installation of a global energy producing system, being based on a floating structure that integrates a "spar" type buoy, and incorporates a wind turbine, a device producing electricity through the waves and an electric power producing device through sea currents based on arms fitted with propellers.
  • Figure 9 Shows a detailed view of the outer zone of the wave energy use device based on some vertical generators
  • Figure 10 It shows a general scheme of the installation, being able to observe a wind turbine and a system of use of the waves, each with its corresponding power electronics.
  • Figure 11 It shows a general scheme of the installation, being able to observe a wind turbine, a system of use of the waves and a common controller for both devices.
  • Figure 12 Shows a schematic detail of the linear generators with relative movement of the float element with respect to the cylindrical body by the action of the waves.
  • Figure 13 Shows a perspective view of the installation, in which photovoltaic panels are located in the upper part of the wind turbine.
  • Figure 14 It shows a perspective view of the installation, with an integrated fish farm next to the wave use system.
  • Figure 15 Shows a schematic detail of the process of converting seawater into hydrogen.
  • the marine electric power production system is based on a floating structure 1 type buoy "spar" that keeps the center of gravity below the center of flotation , whose floating structure 1 integrates, at least, an electric power production device, which may be based on a wind turbine 2 that takes advantage of the wind and / or an electric power production device 3 through the waves and / or a device 12 for producing electrical energy through sea currents.
  • the floating structure 1 type buoy "spar” can mount that or those devices of energy production more convenient according to the existing environmental and maritime conditions at the installation site for optimum energy efficiency.
  • the floating structure 1 type buoy "spar” can mount a only device producing electricity from those previously mentioned or any combination thereof.
  • each of the electric energy production devices that incorporate the floating structure 1 will have its corresponding power electronics (controllers).
  • This power electronics has the mission of adapting the output signal of the device corresponding to the characteristics required by the output of the system.
  • each of the energy production devices 2 and 3 through the wind and waves, respectively has its power electronics 4 and 5
  • the individual power electronics for each device 2 and 3 of energy use of wind and waves It is replaced by a single controller 15 at the output thereof, which performs the same function of adapting the signal.
  • the output of the system can be connected, through a transformer or directly to an electrical evacuation network, according to the voltage at which electricity is produced with this system.
  • These generators can be linear direct power generation or air compression systems with a second stage of air expansion, and generating electricity, or sea / fluid water compression systems with an electric generator coupled to a turbine in its final phase.
  • Figure 9 shows a detail of the vertical arrangement generators, which are constituted by a central axis 6, which extends between the two lower and upper platforms 9 and 8, respectively, and of a float 7 with less extension, which through its relative movement (up / down) generates electricity in the case of the linear generator or compresses air / liquids / fluids in the case of the compression system.
  • the upper platform 8 must be at a certain height of the surface of the water 10 to never be impacted by the waves, due to the large load that they would have to bear in such case.
  • the system will have funding means 11 for positioning, in order not to undergo significant changes in the location of the system.
  • a device 12 for energy use of the currents can be integrated such that 2 devices are arranged symmetrically placed with respect to the floating structure, and arranged under the water level 10, as well as photovoltaic panels 13 that generate electricity for the system's own consumption, as can be seen in Figure 13.
  • a fish farm 14 is installed next to the energy production system 3 by waves, which allows to add value to the installation, both economic and ecological.
  • a hydrogen production system can be added by electrolysis, as seen in Figure 15 of the designs, so that with the electricity produced, and by means of the electronics of adequate power and an electrolyzer device, pure hydrogen is obtained for various uses Pure water, which electrolyser 16 needs to produce hydrogen, can be obtained by means of a desalination device 17 (desalination plant) of seawater integrated into the entire global system.
  • an installation method is also described, whereby the maintenance of the system in question is facilitated.
  • the installation method is based on the construction of the complete port system, the subsequent floating drag of the assembly to the chosen site and the final fastening to the seabed, by means of chains 11 or other means of anchorage.
  • Catenary lines They are the oldest and most common funding systems. Its restoration strength is based mainly on its weight.
  • Tension / torsion leg The flotation of the platform exceeds its weight, and this type of line counteracts the net force in a vertical and upward direction, holding the platform.
  • These types of lines are typical of TLP platforms, although they could also be used for other platforms, and one of these lines could even be used to hold a platform.
  • the catenary lines can use passive devices, such as dead weights, or floats, along their lines, in order to improve the dynamics of the floating structure or behavior structural of the line.
  • the “DP” (“Dynamic Positioning”) systems are active devices to control the position of the structure. They are based on an active system, such as propellers, or any other system that allows displacement, they are also controlled by a control device.

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Abstract

Sistema marino de producción de energía eléctrica, estando basado en una estructura flotante tipo boya 'spar' que mantiene el centro de gravedad por debajo del centro de flotación, comprendiendo el sistema marino de producción de energía eléctrica una estructura flotante (1) tipo 'spar' en Ia que se integra: un dispositivo (2) de producción de energía eléctrica a través del viento, y/o; un dispositivo (3) de producción de energía eléctrica a través de las olas, y/o; un dispositivo (12) de producción de energía eléctrica a través de las corrientes marinas, y para su método de instalación al ser construido el sistema totalmente en puerto, es posteriormente arrastrado en flotación hasta el emplazamiento elegido, y, finalmente, se sujeta al fondo marino con medios (11) de fondeo.

Description

SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y MÉTODO DE INSTALACIÓN- OBJETO DE LA INVENCIÓN.
La siguiente invención, según se expresa en el enunciado de Ia presente memoria descriptiva, se refiere a un sistema marino de producción de energía eléctrica y método de instalación, estando basado el sistema en una estructura flotante tipo boya "spar", de forma que Ia propia estructura flotante integra, al menos, un dispositivo productor de energía, pudiendo tratarse de un dispositivo de aprovechamiento del viento, tal como un aerogenerador y/o un dispositivo de aprovechamiento de Ia energía de las olas y/o un dispositivo de aprovechamiento de Ia energía de las corrientes marinas, teniendo por objeto obtener energía eléctrica a través del viento y/o de las olas. Asimismo, en Ia presente memoria se presenta un método para Ia instalación del sistema que permite su desinstalación, reparación y posterior nueva instalación.
CAMPO DE APLICACIÓN.
En Ia presente memoria se describe un sistema marino de producción de energía eléctrica y método de instalación, el cual es de especial aplicación para su instalación en el mar aprovechando Ia energía que proporcionan el viento y/o las olas, estando integrados en una sola estructura flotante tipo boya "spar".
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN. Son conocidos sistemas flotantes que incorporan un aerogenerador en su parte superior, así como sistemas de aprovechamiento energético de las olas.
Asimismo, en relación a Ia combinación de estas tecnologías existe una patente (JP2002303454) que describe una gran estructura flotante en Ia que se integran muchos sistemas, con objeto de producir hidrógeno y oxígeno, mediante diversas tecnologías, entre ellas energía eólica y de las olas.
Por otra parte, el sistema "spar" de boya flotante se refiere a sistemas que mantienen el centro de gravedad por debajo del centro de flotación, consiguiendo así Ia estabilidad deseada. Las partes básicas de un sistema "spar" incluyen:
1) Una estructura superior.
2) Un tanque de lastre superior ("hard tank").
3) Una sección intermedia (configuración cilindrica ciega o en celosía).
4) Un tanque de lastre inferior ("soft tank").
La estructura superior consta habitualmente de una configuración multi-nivel de cubiertas para así conseguir un área de trabajo suficiente, minimizando al mismo tiempo las superficies en voladizo.
El tanque de lastre superior es el encargado de aportar Ia reserva de flotabilidad suficiente para soportar el peso de los demás elementos, ya que ninguno de ellos tendría flotabilidad positiva por sí mismo. El término "hard tank" viene del hecho de que sus compartimentos están dimensionados para soportar toda Ia presión hidrostática sin necesidad de inundar los mismos. Habitualmente está dividido en 5 ó 6 niveles de compartimentos estancos separados por cubiertas y cada uno de estos se subdivide a su vez en otros 4 mediante mamparos radiales. El tanque situado a Ia altura de Ia flotación dispone usualmente de doble casco o mamparos dobles ("cofferdams") para minimizar el volumen inundable en caso de colisión con otro buque. En cualquier caso Io usual es que sólo el nivel más bajo de tanques esté inundado con una cantidad variable de lastre dependiendo de Ia condición de carga de Ia plataforma, quedando el resto vacíos.
La sección intermedia se extiende a partir de Ia base inferior del "hard tank" para dotar del calado de diseño a Ia estructura. En las "spar" clásicas éste no era sino una extensión de Ia chapa que constituye el forro exterior del tanque superior sin apenas ninguna estructura interna. Los escantillones de este cuerpo central se dimensionan a partir de los momentos flectores a resistir durante Ia fase de adrizamiento tras el remolque hasta el punto de emplazamiento final. En una posterior evolución se reemplazó este cuerpo central por una estructura en celosía menos pesada y de construcción más simple y barata. Existen otros conceptos de sistemas flotantes, distintos al "spar", tales como, por ejemplo, el TLP (Tensión Leg Platform) y el semisumergible.
El TLP (Tensión Leg Platform) está verticalmente sujeto, mediante ataduras tensionadas al suelo marino, de esta forma evita el movimiento ascensional ("heave") y las rotaciones de los ejes contenidos en el plano de Ia superficie marina ("piten and roll")
El semisumergible es una estructura flotante con una gran cubierta, de Ia que salen varias columnas que conectan bajo el agua con elementos flotantes horizontales (llamados pontones).
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.
En Ia presente memoria se describe un sistema marino de producción de energía eléctrica, estando basado en una estructura flotante tipo boya "spar" que mantiene el centro de gravedad por debajo del centro de flotación, de forma que el sistema marino de producción de energía eléctrica comprende una estructura flotante tipo "spar" en Ia que se integra:
• un dispositivo de producción de energía eléctrica a través del viento, y/o; • un dispositivo de producción de energía eléctrica a través de las olas, y/o;
• un dispositivo de producción de energía eléctrica a través de las corrientes marinas.
Así, el sistema propuesto presenta Ia ventaja de que los diferentes dispositivos de producción de energía eléctrica, independientemente o combinados entre sí, se integran en una única estructura flotante tipo "spar", a Ia vez que presenta una gran simplicidad. Al integrarse en una sola estructura flotante tipo "spar", se obtienen sinergias, tanto en Ia construcción como en el aprovechamiento de los distintos componentes de los dispositivos integrados en Ia misma.
El dispositivo de producción de energía eléctrica a través del viento, se define por un aerogenerador.
El dispositivo de producción de energía eléctrica a través de las olas, se define por unos generadores verticales, los cuales pueden ser generadores eléctricos lineales, dispositivos de compresión de aire que tengan un generador eléctrico acoplado o unos dispositivos de compresión de agua marina o fluidos que tengan un generador acoplado a una turbina como dispositivo final. Los generadores verticales quedan montados entre dos plataformas, pudiendo tratarse de generadores eléctricos lineales o unos compresores de aire, agua marina, u otro fluido, a nivel del agua, constituidos por unos elementos cilindricos y su correspondiente flotador desplazable a Io largo de él por Ia acción de las olas, generando electricidad si se trata de un generador eléctrico o comprimiendo el fluido correspondiente si se trata de unos compresores.
La plataforma superior de montaje de los generadores verticales queda a una altura tal del nivel del agua que las olas no llegan a contactar con él. El sistema incorpora una electrónica de potencia
(controladores) necesaria para Ia adecuación de las señales eléctricas generadas, según Ia aplicación final de Ia energía generada.
Asimismo, el dispositivo de producción de energía eléctrica a través de las corrientes marinas se define por, al menos, un brazo solidario a Ia estructura flotante por debajo del nivel de agua, dotado de una hélice giratoria.
El sistema puede incorporar, al menos, un controlador que adecúa e integra las señales de los distintos generadores del sistema, en una sola señal. Igualmente, el sistema puede incorporar, en proximidad a Ia estructura flotante, una piscifactoría junto al propio dispositivo de aprovechamiento energético de las olas, permitiendo darle un valor añadido a Ia instalación, tanto económico como ecológico.
Asimismo, el sistema es susceptible de incorporar un dispositivo de producción de hidrógeno mediante electrólisis de agua, de forma que con Ia energía eléctrica producida, y mediante Ia electrónica de potencia adecuada y un dispositivo electrolizador, se obtendrá hidrógeno puro para diversos usos.
El agua pura que necesita el electrolizador para producir hidrógeno, se podrá obtener mediante Ia incorporación de un dispositivo de desalación de agua marina, integrado, igualmente, en el propio sistema.
Con objeto de generar energía eléctrica para autoconsumo el sistema puede incorporar unas placas fotovoltaicas, permitiendo que sea autónomo.
En Ia presente memoria también se describe un método de instalación, que, además, permite y facilita el mantenimiento del sistema.
Así, el método de instalación se basa en Ia construcción del sistema completo en puerto, el posterior arrastre en flotación del conjunto hasta el emplazamiento elegido y Ia final sujeción al fondo marino, mediante cadenas u otros dispositivos de fondeo.
Además, el método de instalación propuesto facilita el mantenimiento y se basa en Ia idea de que, en caso de avería grave, se sueltan los dispositivos de fondeo, se arrastra el sistema a puerto y se realizan las labores de reparación, posteriormente se lleva nuevamente al emplazamiento y se vuelve a sujetar con el sistema de fondeo.
El dispositivo de fondeo que incorpore el sistema puede ser de diferentes tipos, y, así, puede ser: líneas catenarias, "taut moorings", "tension/torsion leg" u otro tipo de dispositivo de fondeo.
Asimismo, el sistema puede no estar fijado al fondo marino, pero ser capaz de mantener o variar su posición mediante sistemas "DP".
Para complementar Ia descripción que seguidamente se va a realizar, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, se acompaña a Ia presente memoria descriptiva, de un juego de planos, en cuyas figuras de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más característicos de Ia invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DISEÑOS.
Figura 1. Muestra una vista en perspectiva de una instalación de un sistema productor de energía, estando basado en una estructura flotante que integra una boya tipo "spar", e incorpora un aerogenerador productor de Ia energía eléctrica a través del viento. Figura 2. Muestra una vista en perspectiva de una instalación de un sistema productor de energía, estando basado en una estructura flotante que integra una boya tipo "spar", e incorpora un dispositivo productor de energía eléctrica a través de las olas.
Figura 3. Muestra una vista frontal de una instalación de un sistema productor de energía, estando basado en una estructura flotante que integra una boya tipo "spar", e incorpora un dispositivo productor de energía eléctrica a través de las corrientes marinas.
Figura 4. Muestra una vista en perspectiva de una instalación de un sistema productor de energía, estando basado en una estructura flotante que integra una boya tipo "spar", e incorpora un aerogenerador productor de energía eléctrica a través del viento y un dispositivo productor de energía eléctrica a través de las olas.
Figura 5. Muestra una vista frontal de una instalación de un sistema productor de energía, estando basado en una estructura flotante que integra una boya tipo "spar", e incorpora un aerogenerador productor de energía eléctrica a través del viento y un dispositivo productor de energía eléctrica a través de las olas.
Figura 6. Muestra una vista en perspectiva de una instalación de un sistema productor de energía, estando basado en una estructura flotante que integra una boya tipo "spar", e incorpora un aerogenerador productor de energía eléctrica a través del viento y un dispositivo productor de energía eléctrica a través de las corrientes marinas.
Figura 7. Muestra una vista en perspectiva de una instalación de un sistema productor de energía, estando basado en una estructura flotante que integra una boya tipo "spar", e incorpora un dispositivo productor de energía eléctrica a través de las olas y un dispositivo productor de energía eléctrica a través de las corrientes marinas.
Figura 8. Muestra una vista en perspectiva de una instalación de un sistema global productor de energía, estando basado en una estructura flotante que integra una boya tipo "spar", e incorpora un aerogenerador, un dispositivo productor de energía eléctrica a través de las olas y un dispositivo productor de energía eléctrica a través de las corrientes marinas basado en unos brazos dotados de unas hélices.
Figura 9. Muestra una vista en detalle de Ia zona exterior del dispositivo de aprovechamiento energético de las olas basado en unos generadores verticales.
Figura 10. Muestra un esquema general de Ia instalación, pudiendo observar un aerogenerador y un sistema de aprovechamiento de las olas, cada uno con su correspondiente electrónica de potencia. Figura 11. Muestra un esquema general de Ia instalación, pudiendo observar un aerogenerador, un sistema de aprovechamiento de las olas y un controlador común para ambos dispositivos.
Figura 12. Muestra un detalle esquemático de los generadores lineales con movimiento relativo del elemento flotador respecto del cuerpo cilindrico por Ia acción de las olas.
Figura 13. Muestra una vista en perspectiva de Ia instalación, en Ia que están situadas unas placas fotovoltaicas en Ia parte superior del aerogenerador.
Figura 14. Muestra una vista en perspectiva de Ia instalación, con una piscifactoría integrada junto al sistema de aprovechamiento de las olas.
Figura 15. Muestra un detalle esquemático del proceso de conversión de agua marina en hidrógeno.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE. A Ia vista de las comentadas figuras y de acuerdo con Ia numeración adoptada podemos observar como el sistema marino de producción de energía eléctrica, se basa en una estructura 1 flotante tipo boya "spar" que mantiene el centro de gravedad por debajo del centro de flotación, cuya estructura 1 flotante integra, al menos, un dispositivo de producción de energía eléctrica, el cual puede estar basado en un aerogenerador 2 que aprovecha el viento y/o un dispositivo 3 de producción de energía eléctrica a través de las olas y/o un dispositivo 12 de producción de energía eléctrica a través de las corrientes marinas. De esta forma, Ia estructura 1 flotante tipo boya "spar" podrá montar aquel o aquellos dispositivos de producción energética más convenientes de acuerdo a las condiciones ambientales y marítimas existentes en el lugar de instalación para un óptimo rendimiento energético. Así, Ia estructura 1 flotante tipo boya "spar" podrá montar un único dispositivo productor de energía eléctrica de los citados previamente o cualquier combinación de ellos.
Por otra parte, cada uno de los dispositivos de producción de energía eléctrica que incorpore Ia estructura 1 flotante dispondrá de su correspondiente electrónica de potencia (controladores). Esta electrónica de potencia tiene Ia misión de adecuar Ia señal de salida del dispositivo correspondiente a las características que requiere Ia salida del sistema.
Así, a modo de ejemplo, en una primera ejecución practica de Ia invención, tal como se observa en Ia figura 10 de los diseños, cada uno de los dispositivos de producción de energía 2 y 3 a través del viento y de las olas, respectivamente, dispone de su electrónica de potencia 4 y 5, mientras que en una segunda ejecución practica, tal como se observa en Ia figura 11 de los diseños, Ia electrónica de potencia individual para cada dispositivo 2 y 3 de aprovechamiento energético del viento y las olas es sustituido por un solo controlador 15 a Ia salida de los mismos, el cual realiza Ia misma función de adaptación de Ia señal. Esto es extensible a cualquier combinación de dispositivos de producción energética. En una realización preferente Ia salida del sistema puede estar conectada, a través de un transformador o directamente a una red de evacuación eléctrica, según Ia tensión a Ia que se produzca electricidad con este sistema.
Respecto al sistema de aprovechamiento de las olas, como puede verse, por ejemplo en las figuras 2 y 9, constará de generadores dispuestos verticalmente, situados entre una plataforma 8 superior y una plataforma 9 inferior.
Estos generadores pueden ser lineales de generación eléctrica directa o sistemas de compresión de aire con una segunda etapa de expansión del aire, y generando electricidad, o sistemas de compresión de agua marina/fluidos con un generador eléctrico acoplado a una turbina en su fase final.
En Ia figura 9 se puede ver un detalle de los generadores de disposición vertical, los cuales se constituyen por un eje central 6, que se extiende entre las dos plataformas 9 y 8 inferior y superior, respectivamente, y de un flotador 7 con menor extensión, que a través de su movimiento relativo (ascendente/descendente) genera electricidad en el caso del generador lineal o comprime aire/líquidos/fluidos en el caso del sistema de compresión. La plataforma superior 8 deberá estar a una altura determinada de Ia superficie del agua 10 para no ser impactada nunca por las olas, debido a Ia gran carga que tendrían que soportar en tal caso.
Debido a esto, entre Ia plataforma superior 8 y Ia plataforma inferior 9 tendrá que haber una distancia determinada para poder evitar los impactos, que vendrá dada en función de las condiciones oceanógraficas propias de cada emplazamiento, Io que implica que toda esta zona tendrá una función estructural, y por tanto, tendrá que ser calculada acorde a esto. El sistema dispondrá de medios de fondeo 11 para el posicionado, con el objeto de no sufrir cambios significativos en Ia localización del sistema.
Tal como se ha indicado en una realización práctica se puede integrar un dispositivo 12 de aprovechamiento energético de las corrientes (como puede verse en Ia figura 3) de tal manera que se dispongan 2 dispositivos simétricamente colocados respecto de Ia estructura flotante, y dispuestos bajo el nivel 10 del agua, así como también pueden disponerse placas fotovoltaicas 13 que generen electricidad para el consumo propio del sistema, como puede verse en Ia figura 13.
En una realización preferente se instala una piscifactoría 14 junto al sistema 3 de producción energética mediante olas, Io que permite dar un valor añadido a Ia instalación, tanto económico como ecológico. Además, puede añadirse un sistema de producción de hidrógeno mediante electrólisis, tal como se observa en Ia figura 15 de los diseños, de forma que con Ia electricidad producida, y mediante Ia electrónica de potencia adecuada y un dispositivo electrolizador, se obtiene hidrógeno puro para diversos usos. El agua pura, que necesita el electrolizador 16 para producir hidrógeno, se puede obtener mediante un dispositivo 17 de desalado (planta desaladora) de agua marina integrado dentro de todo el sistema global.
Como realización preferente también se describe un método de instalación, mediante el cual se facilita el mantenimiento del sistema que se trata.
El método de instalación se basa en Ia construcción del sistema completo en puerto, el posterior arrastre en flotación del conjunto hasta el emplazamiento elegido y Ia final sujeción al fondo marino, mediante cadenas 11 u otros medios de fondeo.
Asimismo, mediante el método propuesto se facilitan las tareas de mantenimiento, ya que, en caso de avería grave, se sueltan los medios de fondeo, se arrastra el sistema a puerto y se realizan las labores de reparación, posteriormente se lleva nuevamente al emplazamiento y se vuelve a sujetar con los medios de fondeo.
Existen varias posibilidades de dispositivo de fondeo: líneas catenarias, "taut moorings", "tension/torsion leg" u otro tipo de dispositivo de fondeo. A continuación se explican cada uno de los conceptos: • Líneas catenarias: Son los sistemas de fondeo más antiguos y comunes. Su fuerza de restauración se basa principalmente en su peso.
• "Taut moorings": Son líneas con una pretensión determinada. Su fuerza de restauración se consigue por las características elásticas del material.
• "Tension/torsion leg": La flotación de Ia plataforma excede su peso, y este tipo de línea contraresta Ia fuerza neta en dirección vertical y hacia arriba, sujetando Ia plataforma. Este tipo de líneas son típicas de las plataformas TLP, aunque también podrían servir para otras plataformas, e incluso podría utilizarse una sola de estas líneas para sujetar una plataforma.
Las líneas catenarias pueden utilizar dispositivos pasivos, como pesos muertos, o flotadores, a Io largo de sus líneas, con el fin de mejorar Ia dinámica de Ia estructura flotante o el comportamiento estructural de Ia línea.
También existe Ia posibilidad de no utilizar dispositivos de fondeo. Esto implica que el sistema no estaría fijado al fondo marino, y sin embargoo, es capaz de mantener o variar su posición mediante sistemas "DP" u otros dispositivos.
Los sistemas "DP" ("Dynamic Positioning") son dispositivos activos para controlar Ia posición de Ia estructura. Están basados en un sistema activo, tal como hélices, o cualquier otro sistema que permita desplazamiento, además son controlados por un dispositivo de control.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S.
1a.- SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, estando basado en una estructura flotante tipo boya "spar" que mantiene el centro de gravedad por debajo del centro de flotación, caracterizado porque el sistema marino de producción de energía eléctrica comprende una estructura flotante (1) tipo "spar" en Ia que se integra:
• un dispositivo (2) de producción de energía eléctrica a través del viento, y/o; • un dispositivo (3) de producción de energía eléctrica a través de las olas, y/o;
• un dispositivo (12) de producción de energía eléctrica a través de las corrientes marinas.
2a.- SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, según reivindicación 1a, caracterizado porque el dispositivo (2) de producción de energía eléctrica a través del viento, se define por un aerogenerador.
3a.- SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, según reivindicación 1a, caracterizado porque el dispositivo (3) de producción de energía eléctrica a través de las olas, se define por, al menos, un generador eléctrico lineal y/o una turbina de aire y/o una turbina de agua marina y/o una turbina de un fluido determinado.
4a.- SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, según reivindicaciones 1a y 3a, caracterizado porque los generadores verticales (6-7) quedan montados entre dos plataformas (8- 9), pudiendo tratarse de un generador eléctrico lineal o unos compresores de aire, a nivel del agua, constituidos por unos elementos cilindricos (6) y su correspondiente flotador (7) desplazable a Io largo de él, por Ia acción de las olas, generando electricidad si se trata de un generador eléctrico o comprimiendo aire si se trata de unos compresores de aire, compresión de agua marina u otros fluidos.
5a.- SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, según reivindicación 4a, caracterizado porque Ia plataforma (8) superior de montaje de los generadores verticales (6-7) queda a una altura tal del nivel (10) del agua que las olas no llegan a contactar con él.
6a.- SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, según reivindicación 1a, caracterizado porque el dispositivo (12) de producción de energía eléctrica a través de las corrientes marinas se define por, al menos, un brazo solidario a Ia estructura flotante por debajo del nivel (10) de agua, dotado de una hélice giratoria.
7a.- SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, según reivindicación 1a, caracterizado porque el sistema incorpora, al menos, un controlador que adecúa e integra las señales de los distintos generadores del sistema, en una sola señal.
8a.- SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, según reivindicación 1a, caracterizado porque el sistema incorpora una piscifactoría (14) junto al propio dispositivo flotante.
9a.- SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, según reivindicación 1a, caracterizado porque el sistema incorpora un dispositivo (16) de producción de hidrógeno mediante electrólisis de agua. 10a.- SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA, según reivindicación 1a, caracterizado porque el sistema incorpora un dispositivo (17) de desalación de agua marina, obteniendo agua pura, para ciertas aplicaciones, como Ia producción de hidrógeno.
11a.- SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, según reivindicación 1a, caracterizado porque el sistema incorpora unas placas fotovoltaicas (13) que proporcionan energía eléctrica para los diferentes sistemas de control, instrumentación, registro y transmisión de datos .
12a.- MÉTODO DE INSTALACIÓN DEL SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, de acuerdo con las reivindicaciones 1a a 11a, caracterizado porque el sistema se construye totalmente en puerto, posteriormente es arrastrado en flotación hasta el emplazamiento elegido, y, finalmente, se sujeta al fondo marino con medios (11) de fondeo. 13a.- MÉTODO DE INSTALACIÓN DEL SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, según reivindicación 12a, caracterizado porque en el caso de avería grave, se sueltan los medios (11) de fondeo, se arrastra en flotación el sistema hasta puerto, se realizan las labores de reparación, y, finalmente, se vuelve a llevar hasta el emplazamiento y se vuelve a sujetar con los medios (11) de fondeo.
14a.- SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, según reivindicación 1a, caracterizado porque el sistema incorpora un dispositivo de fondeo, que puede ser: líneas catenarias, "taut moorings", "tension/torsion leg" u otro tipo de dispositivo de fondeo.
15a.- SISTEMA MARINO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, según reivindicación 1a, caracterizado porque el sistema no está fijado al fondo marino, pero es capaz de mantener o variar su posición mediante sistemas "DP" (Dinamic Positioning).
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