PT106113A - Turbina de eixo vertical para aproveitamento directo da energia das ondas - Google Patents

Abstract

O PRESENTE INVENTO DIZ RESPEITO A UM SISTEMA DE PRODUÇÃO DE ENERGIA ÚTIL A PARTIR DAS ONDAS DO MAR. O SISTEMA É CONSTITUÍDO POR UMA TURBINA (1) COM O EIXO DE ROTAÇÃO DISPOSTO NA VERTICAL, QUE ABSORVE PARTE DO MOVIMENTO GERADO PELAS ONDAS AQUANDO DA SUA PASSAGEM, QUALQUER QUE SEJA O MOVIMENTO DAS PARTÍCULAS DE ÁGUA. ISTO DEVE-SE AO FORMATO CIRCULAR DA TURBINA (1) E À FORMA, PERFIL E DISPOSIÇÃO DAS SUAS PÁS. CADA PÁ É COMPOSTA POR DUAS PARTES FUNDAMENTAIS, UMA RÍGIDA (2), E OUTRA FLEXÍVEL (3).A TURBINA (1) OPERA SUBMERSA EM CONDIÇÕES ÓPTIMAS DE RENTABILIDADE A UMA COTA ABAIXO DO NÍVEL MÉDIO DO MAR, QUE É IMPOSTA PELO SISTEMA DE CONTROLO (5).A TURBINA ESTÁ ACOPLADA A UMA ESTRUTURA TUBULAR (10,11), A QUAL DESLIZA VERTICALMENTE POR ACÇÃO DO SISTEMA DE CONTROLO (5) EM PERFIS DE GUIAMENTO TIPO MACHO/FÊMEA SOB A ESTRUTURA TUBULAR (10,11) QUE NÃO POSSUI LIBERDADE DE MOVIMENTOS VERTICAIS.

Description

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DESCRIÇÃO

"SISTEMA DE PRODUÇÃO DE ENERGIA ÚTIL A PARTIR DO MOVIMENTO DAS ONDAS DO MAR" Âmbito do invento 0 presente invento diz respeito a um sistema de produção de energia útil a partir da movimentação das ondas do mar. Técnica anterior

Actualmente, em virtude da questão petrolífera e das preocupações ambientais em que as sociedades estão cada vez mais empenhadas, é maior a recorrência a energias renováveis, nomeadamente à energia do mar e particularmente à energia gerada pelas ondas do mar. São muitos os documentos sobre o aproveitamento de energia das ondas do mar. Não são contudo do conhecimento do requerente dispositivos que encerrem um conjunto de características, que considera fundamentais para a afirmação integral da tecnologia.

Sumário do invento 0 presente invento apresenta como características diferenciadoras dos outros dispositivos e sistemas das técnicas anteriores, a forma de captação da energia - 2 - disponibilizada pelas ondas. A colocação no plano horizontal de uma turbina (1) especialmente concebida girando em torno de um eixo estrutural vertical permite a transformação imediata dos efeitos da onda em movimento convenientemente rotativo, onde pode ser acoplado directamente um gerador eléctrico (6) sem necessidade de fluidos intermédios mitigando-se assim os riscos de acidentes ambientais nomeadamente com a dispensa da utilização de grandes quantidades de fluidos poluentes como o óleo hidráulico, entre outros inconvenientes como os resultantes dos fins de curso caracteristicos nos sistemas de êmbolo. 0 controlo absoluto do sistema permitindo operar em qualquer estado de mar e também a sua imobilização total em caso de necessidade. A possibilidade da formação hibrida com um sistema de captação eólico. Todos os mecanismos de controlo e produção eléctrica estarem salvaguardados do alcance da água. As caracteristicas referidas aliadas à simplicidade de construção e às facilidades de implantação e levantamento previstas tanto em nearshore como para offshore conferindo a possibilidade de serviços de manutenção radicais serem efectuados em doca seca, são decisivas para a contribuição da sua viabilidade.

Breve descrição dos desenhos A descrição que se segue baseia-se nos desenhos anexos que, sem qualquer carácter limitativo, ilustram modelos de realização preferidos do invento: - 3 - - A figura 1 representa uma vista em perspectiva do conjunto turbina e estrutura (parte dela em corte), com uma possivel localização da linha de água. - A figura 2 representa uma vista em perspectiva do conjunto turbina e estrutura. A figura 3 representa uma vista em planta do conjunto sistema turbina e estrutura. A figura 4 representa uma vista em perfil do conjunto turbina e estrutura com um exemplo de movimentação subida da parte flexível (3) das pás da turbina. A figura 5 representa uma vista em perfil do conjunto turbina e estrutura com um exemplo de movimentação descida da parte flexível (3) das pás da turbina. A figura 6 representa um corte longitudinal do conjunto turbina e estrutura. - A figura 7 representa em perspectiva a turbina dando relevância à flexibilidade das pás. - A figura 8 representa em perspectiva a possibilidade de formação de um sistema hibrido com turbina eólica (12). - 4 -

Descrição detalhada do invento 0 presente invento diz respeito a um sistema de produção de energia útil a partir das ondas do mar. 0 sistema é constituído por uma turbina (1) com o eixo de rotação disposto na vertical, a qual absorve parte do movimento gerado pelas ondas aquando da sua passagem, qualquer que seja o movimento das partículas de água. Esta absorção reflecte-se no movimento de rotação sempre no mesmo sentido da turbina (1). Isto deve-se ao formato circular da turbina (1) e à forma, perfil e disposição das suas pás. Cada pá é composta por duas partes fundamentais, uma rigida (2), e outra flexivel (3). A parte rigida (2) composta por um determinado perfil simétrico, tem como caracteristica, a absorção multidireccional da acção fluidica convertendo-a em movimento (sempre no mesmo sentido), minimizando também o seu próprio arrasto. A parte flexivel (3), de material do tipo elastómetro (borracha) é caracterizada por optimizar as condições de adaptação entre a acção do fluido e de solicitação de binário imposto à turbina pelo gerador eléctrico fazendo com que a flutuação dos valores de rotação sejam muito pequenos e conferindo um maior rendimento entre a energia disponibilizada pelas ondas e a energia mecânica produzida. A turbina opera submersa em condições óptimas de rentabilidade a uma cota abaixo do nivel médio do mar e que é imposta pelo sistema de controlo. Esta cota é variável e é definida pela utilização de um algoritmo introduzido na programação dos PLC de controlo, o qual é conjugado com a - 5 - informação recolhida do estado do mar (tipo, caracteristicas de ondas e variação de marés). Esta cota de operação é verificada e ajustada automaticamente em intervalos de tempo pré-definidos. A variação de cota tem também como vantagem poder estacionar a turbina dentro de uma zona onde a acção das ondas seja menos intensa, zona esta em que os sistemas de travão a disco (não representados) existentes podem imobilizar completamente a rotação da turbina. A turbina (1) tem a particularidade de poder operar continuamente em qualquer que seja o estado de mar ainda devido à variação de cota e que quanto mais energético este se apresentar maior será o afastamento desta em direcção ao fundo procurando sempre a zona de maior conforto para uma melhor rentabilidade e garantia de funcionamento. A turbina (1) opera a baixa rotação e grande poder de binário, eliminando problemas com desequilíbrios estruturais e vibrações. A operacionalidade do sistema será feita por auto controlo e/ou controlo remoto para o cumprimento dos patamares predefinidos na regularidade de fornecimento energético, de modo a optimizar a produção energética e salvaguardar a sua integridade estrutural permitindo também a aplicação da gestão em rede. - 6 - A turbina (1) está acoplada a uma estrutura de composição multitubular (10) e (11), a qual garante as condições de funcionamento e é suportada pela estrutura tubular estacionária (4) através dos apoios (7) . A estrutura tubular estacionária (4) é também a ponte com o conjunto de fixação (9) o qual assegurará a ligação ao fundo do mar fornecendo as condições de estabilidade requeridas e que será adaptado às necessidades e caracteristicas de cada local. A turbina (1) pode também ser acoplada a um sistema tipo flutuante. A estrutura tubular estacionária (4) servirá também de suporte ao gerador eléctrico (6) e a todos os órgãos que tenham de beneficiar deste tipo de apoio. O sistema tem como caracteristica os apoios (7) estarem salvaguardados do contacto com a água. Todo o sistema de controlo (5) que inclui os mecanismos de controlo, gerador eléctrico (6) e desmultiplicadora (8) situam-se fora do alcance da água. O sistema tem como caracteristica a versatilidade de poder ser implantado e levantado permitindo trabalhos de manutenção radicais em doca seca e ainda o desmantelamento total em fim de vida mitigando-se a pegada ecológica.

Para cumprimento da caracteristica anterior é utilizado um conjunto especifico e próprio de flutuadores - 7 - em que não são necessários grandes aparatos como sejam gruas, reduzindo substancialmente os custos e permitindo agilizar todos os processos relacionados, mesmo em estados de mar adversos. 0 sistema também é caracterizado pela não utilização de grandes quantidades de óleo hidráulico mitigando-se os riscos de contaminação ambiental. 0 presente invento no seu todo tem como caracteristica ser um sistema simplificado e de baixo custo de fabricação, quer a nível dos materiais e formas utilizadas, quer nos processos, métodos e procedimentos de fabrico e montagem a partir da utilização de normas já conhecidas noutras aplicações metalomecânicas marítimas. Resultando numa fácil replicação de conjuntos possibilitando a formação de parques de energia das ondas. 0 sistema tem ainda a possibilidade e características para poder acoplar uma turbina eólica (12) resultando deste modo em um sistema híbrido.

Lisboa, 19 de Abril de 2013

Claims (17)

1. - 1 - REIVINDICAÇÕES 1. Sistema de produção de energia útil a partir do movimento das ondas do mar constituído por uma turbina (1) com o eixo de rotação disposto na vertical, a qual absorve directamente parte do movimento gerado pelas ondas aquando da sua passagem, qualquer que seja o sentido do movimento das partículas de água e que se reflecte no movimento de rotação sempre no mesmo sentido da turbina (1) caracterizado por a referia turbina (1) operar submersa em condições óptimas de rentabilidade a uma cota abaixo do nivel médio do mar cota essa que é imposta por um sistema de controlo (5) de subida e descida, e por, o formato da turbina (1) ser circular, à forma, perfil e disposição das suas pás, as quais são compostas por duas partes, uma rigida (2), e outra flexível (3), a parte rígida (3) composta por um perfil simétrico, e cuja função consiste na absorção multidireccional da acção fluídica convertendo-a em movimento, sempre no mesmo sentido, minimizando também o seu próprio arrasto, e a parte flexível (3) cuja função consiste em optimizar as condições de adaptação entre a acção do fluido e de solicitação de binário imposto à turbina pelo gerador eléctrico conferindo-lhe uma maior potência e consequente maior rendimento entre a energia disponibilizada pelas ondas e a energia mecânica produzida.
2. 2. Sistema de produção de energia útil a partir do movimento das ondas do mar de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por cota abaixo do nível médio ser variável e definida pela utilização de um algoritmo - 2 - introduzido na programação dos PLC de controlo, o qual é conjugado com a informação recolhida do estado do mar.
3. 3. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a absorção ser independente da direcção de propagação das ondas, não necessitando de sistema de orientação.
4. 4. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a turbina (1) ser movimentada na vertical por acção de um sistema de controlo de subida e descida (5) conferindo-lhe a possibilidade de estar colocada à cota mais conveniente.
5. 5. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o referido controlo funcionar de forma autónoma por comando programado ou por comando não programado.
6. 6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 e 4 caracterizado por se baixar a turbina (1) para uma cota em que a acção das ondas seja bastante menor, numa zona chamada de segurança, em que sistemas de travão existentes imobilizam a rotação da turbina.
7. 7. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a turbina estar acoplada a uma estrutura tubular (10, 11), a qual desliza verticalmente por acção do mecanismo de controlo (5) de movimentação de subida e descida em perfis de guiamento - 3 - tipo macho/fêmea sob uma estrutura tubular (10, 11) que não possui liberdade de movimentos verticais.
8. 8. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 1 e 7, caracterizado por a estrutura tubular (10, 11) se encontrar ligada, através de apoios (7) os quais lhe conferem liberdade de movimentos unicamente radiais, a uma estrutura tubular estacionária (4), que por sua vez promove a ligação a um conjunto de fixação (9) ao fundo do mar adaptada às necessidades e características de cada local.
9. 9. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, 4 e 7 caracterizada por na estrutura estacionária (4) estarem instalados uma desmultiplicadora (8) de movimentos e um gerador eléctrico (6), bem como todos os órgãos que tenham beneficiar de apoio estacionário.
10. 10. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a energia útil ser gerada de modo directo ao movimento da turbina (1) ou por qualquer outro sistema de tomada de força, mediante o tipo de energia útil que se pretenda obter.
11. 11. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 1 e 10, caracterizado por o sistema de tomada de força ser hidráulico e o gerador ser colocado ou não na estrutura. - 5 - aplicação de um algoritmo aplicado em função do estado de mar e que quanto mais energético este se apresentar maior será o afastamento desta em direcção ao fundo procurando sempre a zona de maior conforto para uma melhor rentabilidade e garantia de funcionamento. Lisboa, 19 de Abril de 2013 - 4 -
12. 12. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a turbina (1) ser dotada de pelo menos 2 pás.
13. 13. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicações anteriores, caracterizado por os apoios de rotação da turbina (1) na estrutura estacionária (4) estarem salvaguardados do contacto com a água e por todos os mecanismos de controlo e produção eléctrica se situarem fora do alcance da água.
14. 14. Sistema de produção de energia de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por turbina (1) operar a baixa rotação e grande poder de Binário.
15. 15. Sistema de produção de energia de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por se encontrar acoplado um sistema de optimização binário/rotação em relação ao gerador (6) para produção de electricidade.
16. 16. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ter acoplada a estrutura estacionária (4) uma turbina eólica (12 ) ·
17. 17. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a referida turbina (1) operar continuamente em todos os regimes de mar devido a