IT201800004300A1 - Integrated hydro wind power plant for the production of electricity and the storage of potential energy. - Google Patents
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Description
Descrizione Description
La rivendicazione principale riguarda un impianto idro eolico per lo stoccaggio di energia potenziale meccanica e per la produzione di energia meccanica ed elettrica. The main claim relates to a hydro wind power plant for the storage of mechanical potential energy and for the production of mechanical and electrical energy.
I bacini (7) ed (8) possono contenere acqua o altro liquido. Basins (7) and (8) can contain water or other liquid.
Il bacino (7) può essere sostenuto da una struttura di sostegno, da un edificio di qualunque genere o da un'altura naturale o artificiale. The basin (7) can be supported by a support structure, by a building of any kind or by a natural or artificial hill.
Il bacino (7) può ricevere liquido solo dalle pompe idrauliche (11) o anche da altre fonti, per esempio, acqua meteorica che scende dalle montagne. The basin (7) can receive liquid only from the hydraulic pumps (11) or also from other sources, for example, rainwater coming down from the mountains.
Della produzione di energia idroelettrica ed eolico-elettrica, oltre alla usuale ed importante integrazione mediante connessione alla rete elettrica, non mi è nota un'altra attuale integrazione funzionale ed operativa tra impianti idroelettrici e impianti eolici. In addition to the usual and important integration through connection to the electricity grid, I am not aware of another current functional and operational integration between hydroelectric and wind power plants.
Un impianto idroelettrico usuale necessita di acqua presente in bacini elevati sulle montagne rispetto alle turbine idrauliche in valle e gli impianti elettro eolici necessitano di vento con forza sufficiente per produrre energia. A usual hydroelectric plant needs water present in high basins on the mountains compared to the hydraulic turbines in the valley and the electric wind plants need wind with sufficient force to produce energy.
Le risorse idriche disponibili variano nel tempo ed ancor più le risorse eoliche (il vento). The water resources available vary over time and the wind resources (wind) even more.
Oltre ai vantaggi sinergici, che cercherò di evidenziare più avanti, fra impianti eolici ed idroelettrici, fondamentale è il fatto che, insieme integrati, i due tipi di impianti sono meno soggetti alla variabilità delle risorse disponibili e possano più prontamente soddisfare la domanda energetica. L'essenziale innovazione dell'impianto idro-eolico rivendicato nella rivendicazione principale, rispetto ad un impianto idroelettrico usuale, è che il generatore eolico (10) fornisce direttamente l'energia necessaria al funzionamento della pompa idraulica (11), la quale innalza acqua da un bacino inferiore (7) o (8) ad un bacino (7) superiore. In addition to the synergistic advantages, which I will try to highlight later, between wind and hydroelectric plants, it is essential that, together integrated, the two types of plants are less subject to the variability of available resources and can more readily satisfy energy demand. The essential innovation of the hydro-wind plant claimed in the main claim, compared to a usual hydroelectric plant, is that the wind generator (10) directly supplies the energy necessary for the operation of the hydraulic pump (11), which raises water from a lower pelvis (7) or (8) to an upper pelvis (7).
Il generatore eolico (10) fa funzionare la pompa quando c'è vento indipendentemente dal ciclo giornaliero di richiesta di energia elettrica e quindi nei periodi in cui c'è vento l'acqua, che viene accumulata nei bacini (7) alti, costituisce un incremento netto di energia potenziale dell'impianto. Una questione non trascurabile è il fatto che mentre la pompa idraulica (11), azionata dalla girante (1), manda acqua al bacino (7), la turbina idraulica (9) fa girare l'alternatore il quale produce energia elettrica. The wind generator (10) operates the pump when there is wind regardless of the daily cycle of electricity request and therefore in the periods when there is wind the water, which is accumulated in the high basins (7), constitutes a net potential energy increase of the plant. A non-negligible issue is the fact that while the hydraulic pump (11), driven by the impeller (1), sends water to the basin (7), the hydraulic turbine (9) turns the alternator which produces electricity.
In alcuni attuali impianti la turbina idraulica può fungere anche da pompa idraulica, ma nel periodo in cui pompa acqua, non può produrre energia elettrica. In some current systems the hydraulic turbine can also act as a hydraulic pump, but in the period in which it pumps water, it cannot produce electricity.
La rivendicazione 1 rivendica che almeno una girante (1) del generatore (10) faccia ruotare l'albero della pompa idraulica (11) tramite organi meccanici di trasmissione e variazione del moto. Claim 1 claims that at least one impeller (1) of the generator (10) rotates the shaft of the hydraulic pump (11) by means of mechanical motion transmission and variation members.
Ciò significa che l'energia meccanica, prodotta dalla girante (1), direttamente fa funzionare la pompa idraulica. This means that the mechanical energy produced by the impeller (1) directly drives the hydraulic pump.
Non c'è perdita di energia dovuta alla trasformazione da meccanica ad elettrica ed ancora da elettrica a meccanica. There is no loss of energy due to the transformation from mechanical to electrical and again from electrical to mechanical.
Per semplificare di mezzo non c'è l'alternatore e non c'è il motore elettrico. To simplify, there is no alternator and no electric motor.
Nel caso che la girante (1) sia ad asse di rotazione (18) verticale, teoricamente ed in alcuni casi concretamente, i due alberi, della girante e della pompa, possono essere direttamente connessi, con perdita di potenza veramente minima. In the event that the impeller (1) has a vertical rotation axis (18), theoretically and in some cases concretely, the two shafts, of the impeller and of the pump, can be directly connected, with truly minimal power loss.
La rivendicazione 2 rivendica che la pompa idraulica (11) funzioni con energia elettrica prodotta dal generatore eolico (10). Tale soluzione, rispetto alla soluzione della rivendicazione principale, dal punto di vista energetico, è meno efficiente, in alcuni casi può tuttavia essere necessaria. Per esempio nel caso che il generatore eolico sia separato dalla pompa idraulica (11) da un ostacolo per esempio una montagna. Claim 2 claims that the hydraulic pump (11) works with electrical energy produced by the wind generator (10). This solution, compared to the solution of the main claim, from the energy point of view, is less efficient, in some cases it may however be necessary. For example if the wind generator is separated from the hydraulic pump (11) by an obstacle such as a mountain.
La rivendicazione 3 rivendica un impianto con almeno un generatore eolico (10) che si orienta rispetto al vento in modo da presentare trasversalmente le giranti rispetto al vento. Claim 3 claims a plant with at least one wind generator (10) which is oriented with respect to the wind so as to present the impellers transversely with respect to the wind.
L'ala (2) vincola le giranti in modo che possano ruotare per effetto dell'aria che le investe. The wing (2) constrains the impellers so that they can rotate due to the effect of the air that hits them.
L'ala svolge molte funzioni. The wing performs many functions.
La prima funzione è quella come detto di vincolare le giranti e permetterne la rotazione prodotta dalla spinta del vento sulle pale (4). The first function, as mentioned, is to constrain the impellers and allow them to rotate produced by the thrust of the wind on the blades (4).
La seconda è quella di convogliare l'aria verso la girante (1). The second is to convey the air towards the impeller (1).
La terza è quella di mandare l'aria su un solo lato della girante rispetto al suo asse di rotazione (18). La quarta è quella di avvolgere e proteggere dal vento la girante sul lato opposto rispetto all'asse di rotazione, in modo che l'aria non colpisca su quel lato la girante e quindi non ne rallenti la rotazione. La quinta è quella, girando, per effetto del vento, intorno all'asse orizzontale di oscillazione (5), di spostare gradualmente sottovento la girante all'aumentare della velocità del vento e contemporaneamente, inclinandosi, di proteggere maggiormente la girante dal vento. The third is to send the air on only one side of the impeller with respect to its rotation axis (18). The fourth is to wrap and protect the impeller from the wind on the opposite side with respect to the rotation axis, so that the air does not hit the impeller on that side and therefore does not slow down its rotation. The fifth is that, by turning, due to the effect of the wind, around the horizontal axis of oscillation (5), to gradually move the impeller downwind as the wind speed increases and at the same time, by inclining, to better protect the impeller from the wind.
Ed ultima è quella, per mezzo della struttura orientabile (3), di orientare la girante in modo che l'asse di rotazione della girante (18) sia trasversale al vento. And last is that, by means of the adjustable structure (3), to orient the impeller so that the rotation axis of the impeller (18) is transversal to the wind.
Il vento orienta la struttura orientabile senza necessita di motori, anche nel caso di generatori eolici molto grandi e potenti nell'ordine di migliaia di KW. The wind directs the adjustable structure without the need for motors, even in the case of very large and powerful wind generators in the order of thousands of KW.
La struttura del generatore è robusta, gli alberi delle giranti sono vincolati in modo equilibrato ed in più punti. Le giranti possono essere in buon numero, evitando giranti di dimensioni eccessive. The generator structure is sturdy, the impeller shafts are constrained in a balanced way and in several points. The impellers can be in good number, avoiding impellers of excessive dimensions.
Inoltre le dimensioni relativamente contenute delle giranti ne facilitano la manutenzione. Furthermore, the relatively small dimensions of the impellers facilitate maintenance.
Il generatore eolico è compatto e, a parità di potenza, è notevolmente meno esteso rispetto alle attuali turbine a tre pale ad asse orizzontale. The wind generator is compact and, with the same power, it is considerably smaller than the current three-blade horizontal axis turbines.
A parità di potenza, la notevolmente minore dimensione delle giranti rende il generatore più sensibile rispetto a venti deboli. With the same power, the considerably smaller size of the impellers makes the generator more sensitive to light winds.
Inoltre il robusto ed automatico meccanismo di salvaguardia da venti eccessivamente forti permette al generatore di funzionare anche con venti forti. In addition, the robust and automatic mechanism for safeguarding against excessively strong winds allows the generator to work even in strong winds.
La rivendicazione 4 rivendica un impianto con almeno un generatore eolico (10) che ha le giranti (1) vincolate ad un convogliatore (16). Il convogliatore si orienta per effetto del vento, vincola le giranti in modo che possano ruotare spinte dal vento, protegge ogni girante su un lato rispetto all'asse di rotazione (18) e manda l'aria sull'altro lato in modo da spingere le pale in rotazione. Claim 4 claims a plant with at least one wind generator (10) which has the impellers (1) connected to a conveyor (16). The conveyor is oriented by the effect of the wind, constrains the impellers so that they can rotate pushed by the wind, protects each impeller on one side with respect to the rotation axis (18) and sends the air to the other side in order to push the rotating blades.
Questo tipo di generatore ha la possibilità di avere una girante con asse di rotazione (18) verticale e, come caso particolare, che l'asse (18) coincida con l'asse verticale di orientamento (14). In questo caso gli alberi della girante e della pompa idraulica (11) possono essere direttamente connessi. Il generatore eolico (10), della rivendicazione 5, è privo di giranti (1) il suo funzionamento si basa sul fatto che l'ala (2) investita dal vento, inclinata in un senso, è alzata dal vento e inclinata, nel senso opposto, è abbassata dal vento. This type of generator has the possibility of having an impeller with a vertical axis of rotation (18) and, as a particular case, that the axis (18) coincides with the vertical axis of orientation (14). In this case the impeller and hydraulic pump shafts (11) can be directly connected. The wind generator (10), of claim 5, is devoid of impellers (1) its operation is based on the fact that the wing (2) hit by the wind, inclined in one direction, is raised by the wind and inclined, in the direction opposite, it is lowered by the wind.
Inclinando l'ala (2) alternativamente in un senso e nell'altro, l'ala sale e scende. Se l'ala è collegato, tramite la struttura orientabile (3), ad uno stantuffo (22) verticale di una pompa idraulica (11) allora l'ala aziona direttamente la pompa idraulica. By tilting the wing (2) alternately in one direction and the other, the wing rises and falls. If the wing is connected, via the adjustable structure (3), to a vertical plunger (22) of a hydraulic pump (11) then the wing directly drives the hydraulic pump.
In questo caso l'azione del vento per l'azionamento della pompa è veramente immediato, non c'è più nemmeno la girante, l'ala spinge su e giù direttamente lo stantuffo della pompa idraulica. In this case the action of the wind to drive the pump is really immediate, there is no longer even the impeller, the wing pushes the plunger of the hydraulic pump directly up and down.
La pompa in questione può avere uno o più stantuffi di dimensioni notevoli. The pump in question may have one or more plungers of considerable size.
La rivendicazione 6 riguarda un'ala (2), come da rivendicazione 5, dotata di almeno una girante similmente come nella rivendicazione 3. Claim 6 relates to a wing (2), as per claim 5, equipped with at least one impeller similarly as in claim 3.
In questo caso la girante fornisce, direttamente in loco, l'energia meccanica od elettrica necessaria per inclinare l'ala alternativamente in un senso e nell'altro. In this case the impeller supplies, directly on site, the mechanical or electrical energy necessary to tilt the wing alternately in one direction and the other.
Tanto si discute che i bacini idrici artificiali alterino l'equilibrio naturale e deturpino il paesaggio come del resto lo si dice anche delle attuali turbine a tre pale ad asse orizzontale. There is much debate that artificial water basins alter the natural balance and disfigure the landscape as is also said of the current three-blade horizontal axis turbines.
Il fatto che un generatore eolico (10) sia collocato sopra un bacino artificiale occupando uno spazio non altrimenti utilizzabile e che la elevatezza del generatore è moderata, rispetto alle attuali turbine, potrebbe essere percepito come accettabile. The fact that a wind generator (10) is placed over an artificial reservoir occupying a space not otherwise usable and that the elevation of the generator is moderate, compared to current turbines, could be perceived as acceptable.
Considerando inoltre che un generatore eolico (10) di grande potenza può aumentare in misura considerevole le prestazioni dell'impianto idroelettrico, allora ciò che rivendicano la rivendicazione 7, 8 e 9 potrebbe essere una soluzione per aumentare la potenza degli impianti idroelettrici esistenti evitando di costruire ulteriori bacini artificiali. Also considering that a large power wind generator (10) can considerably increase the performance of the hydroelectric plant, then what claim 7, 8 and 9 claim could be a solution to increase the power of existing hydroelectric plants avoiding building additional reservoirs.
Sopra un bacino (7) artificiale, la ventilazione può essere adeguata per un generatore eolico (10) e la larghezza del sito congrua per la sua collocazione. Above an artificial basin (7), the ventilation can be adequate for a wind generator (10) and the width of the site adequate for its location.
L'installazione di almeno un generatore eolico (10) di grande potenza, sopra un bacino (7) artificiale, può aumentare la potenza complessiva dell'impianto, essere economicamente vantaggiosa ed essere minimamente invasiva. The installation of at least one wind generator (10) of great power, above an artificial basin (7), can increase the overall power of the plant, be economically advantageous and be minimally invasive.
La soluzione della chiatta, ancorata al giro, in un bacino (7), rivendicata dalla rivendicazione 9 apparentemente sembra complicata e costosa. In realtà se l'orografia la permette è poco costosa e semplifica il generatore eolico (10). Basti pensare che non bisogna costruire il sostegno (13). The solution of the barge, anchored to the turn, in a dock (7), claimed by claim 9 apparently seems complicated and expensive. In reality, if the orography allows it, it is inexpensive and simplifies the wind generator (10). Suffice it to say that there is no need to build support (13).
Le protezioni (15), rivendicate con la rivendicazione 10, rendono sicuro il generatore eolico (10). Le protezioni sono fissate a ciò che vincola la girante (1): quindi all'ala (2) per quanto riguarda il generatore eolico (10) rivendicato dalla rivendicazione 3, al convogliatore (16) per quello rivendicato dalla rivendicazione 4 ed in fine all'ala (2) per quello rivendicato dalla rivendicazione 5. The protections (15), claimed with claim 10, make the wind generator (10) safe. The protections are fixed to what binds the impeller (1): therefore to the wing (2) as regards the wind generator (10) claimed by claim 3, to the conveyor (16) for the one claimed by claim 4 and finally to the wing (2) for that claimed by claim 5.
Le protezioni (15) possono essere fissate anche alla struttura orientabile (3) (fig.16). The protections (15) can also be fixed to the adjustable structure (3) (fig. 16).
I generatori eolici (10) delle rivendicazioni 3, 4 e 5 hanno, a parità di potenza, dimensioni notevolmente più contenute rispetto alle attuali turbine a tre pale ad asse di rotazione orizzontale. Hanno costi di costruzione, e manutenzione sensibilmente inferiori. Non hanno problemi di trasporto poiché non hanno parti eccessivamente lunghe. Il loro montaggio è più semplice e meno costoso. Sono meno visibili, più mimetizzabili, meno invasivi. Se vengono collocati sopra o nei pressi di bacini (7) già realizzati, occupano spazi già dedicati ad impianti energetici e non comportano aggravamenti dal punto di vista paesaggistico. Le protezioni (15) proteggono la fauna. Su grandi impianti, terrestri o offshore, le protezioni (15) permettono di avvicinarsi alle giranti mentre ruotano, proteggendo il personale addetto a controlli e manutenzioni. The wind generators (10) of claims 3, 4 and 5 have, for the same power, considerably smaller dimensions than the current three-blade turbines with horizontal rotation axis. They have significantly lower construction and maintenance costs. They have no transport problems as they do not have excessively long parts. Their assembly is simpler and less expensive. They are less visible, more camouflaged, less invasive. If they are placed on or near basins (7) already built, they occupy spaces already dedicated to energy systems and do not cause aggravation from the landscape point of view. The guards (15) protect the fauna. On large plants, on land or offshore, the guards (15) allow you to get close to the impellers while they rotate, protecting the personnel assigned to checks and maintenance.
Le pale (4) dei generatori eolici (10), delle rivendicazioni 3, 4 e 5, per l'effetto Venturi, sono spinte in rotazione da aria a velocità maggiore del vento e per il medesimo motivo l'ala (2) della rivendicazione 5 è mossa verticalmente da aria più veloce del vento. The blades (4) of the wind generators (10), of claims 3, 4 and 5, due to the Venturi effect, are driven into rotation by air at a higher wind speed and for the same reason the wing (2) of claim 5 is moved vertically by air faster than the wind.
I generatori eolici producono, tramite alternatori, energia elettrica che si somma all'energia elettrica prodotta dalle turbine idrauliche (9). Wind generators produce, through alternators, electricity that is added to the electricity produced by the water turbines (9).
Quella parte di energia prodotta dai generatori eolici ed impiegata per far funzionare le pompe idrauliche (11) è da considerare anch'essa come incremento di energia prodotta, poiché anch'essa sarà trasformata in energia elettrica tramite le turbine idrauliche (9). That part of the energy produced by the wind generators and used to operate the hydraulic pumps (11) is also to be considered as an increase in the energy produced, since it too will be transformed into electricity by the hydraulic turbines (9).
Tallone d'Achille di un impianto eolico è il non funzionamento per mancanza di vento. Achilles heel of a wind power plant is the non-functioning due to lack of wind.
L'impianto eolico, integrato con impianto idroelettrico, esprime le sue non trascurabili qualità senza far pesare i suoi limiti. The wind power plant, integrated with a hydroelectric plant, expresses its non-negligible qualities without weighing its limits.
In conclusione il matrimonio tra impianto idroelettrico ed impianto eolico aumenta la potenza complessiva dell'impianto, ottenuta sostanzialmente nella stessa area occupata dal solo impianto idroelettrico e rende l'impianto nel suo complesso più elastico e pronto a soddisfare la variazione di domanda di energia. La parte eolica e la parte idraulica dell'impianto vicendevolmente si valorizzano. In conclusion, the marriage between the hydroelectric plant and the wind plant increases the overall power of the plant, obtained substantially in the same area occupied by the hydroelectric plant alone and makes the plant as a whole more flexible and ready to satisfy the variation in energy demand. The wind part and the hydraulic part of the plant mutually enhance each other.
La rivendicazione 3 si riferisce alla domanda di brevetto 102017000046799. Claim 3 refers to patent application 102017000046799.
La rivendicazione 4 si riferisce alla domanda di brevetto 102016000099565. Claim 4 refers to patent application 102016000099565.
La rivendicazione 5 si riferisce alla domanda di brevetto 102017000060728. Claim 5 refers to patent application 102017000060728.
1 girante 1 impeller
2 ala 2 wing
3 struttura orientabile 3 adjustable structure
4 pale 4 blades
5 asse orizzontale di oscillazione 5 horizontal axis of oscillation
6 asse orizzontale di rotazione della girante 6 horizontal axis of rotation of the impeller
7 bacino a monte 7 upstream basin
8 bacino a valle 8 basin downstream
9 turbina idraulica 9 hydraulic turbine
10 generatore eolico 10 wind generator
11 pompa idraulica 11 hydraulic pump
12 chiatta 12 barge
13 sostegno 13 support
14 asse verticale di orientamento 14 vertical axis of orientation
15 protezione 15 protection
16 convogliatore 16 conveyor
17 albero di girante 17 impeller shaft
18 asse di rotazione della girante 18 axis of rotation of the impeller
21 asse orizzontale di inclinazione 21 horizontal axis of inclination
22 stantuffo 22 plunger
23 organi meccanici di trasmissione e variazione del moto 23 mechanical parts for transmission and variation of motion
Claims (10)
Priority Applications (1)
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IT102018000004300A IT201800004300A1 (en) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | Integrated hydro wind power plant for the production of electricity and the storage of potential energy. |
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