BR102017003156B1

BR102017003156B1 - Método e sistema para gerar energia elétrica.

Info

Publication number: BR102017003156B1
Application number: BR102017003156-0A
Authority: BR
Inventors: Mathew A. Coffman
Original assignee: The Boeing Company
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2022-12-13
Also published as: CA2954987C; US10443570B2; US10865776B2; US20190390653A1; US20170241406A1; EP3208461A1; CN107091204A; EP3208461B1; CN107091204B; CA3111504C; BR102017003156A2; CA2954987A1; CA3111504A1

Abstract

Um método e sistema para gerar energia elétrica a partir do vento são descritos. Em um exemplo, um método inclui capturar vento em uma admissão em uma superfície externa de uma estrutura. O método inclui adicionalmente direcionar, por intermédio de um duto, o vento da admissão para uma ventoinha centrífuga e, enquanto direciona o vento da admissão para a ventoinha centrífuga, comprime e acelera o vento no duto. O método inclui adicionalmente receber na ventoinha centrífuga, o vento a partir do duto e girar, por intermédio do vento recebido, um conjunto de pás de ventilador na ventoinha centrífuga. O método ainda inclui adicionalmente gerar energia elétrica, por intermédio de um gerador, com base na rotação do conjunto de pás de ventilador.

Description

FUNDAMENTOS

[001] A menos que indicado de outra forma aqui, os materiais descritos nesta seção não constituem técnica anterior para as reivindicações e não são admitidos ser técnica anterior por inclusão nesta seção.

[002] Existe considerável interesse na geração de energia elétrica a partir de fontes de energia renováveis, tais como, por exemplo, o vento. Os sistemas de geração de energia eólica convencionais são tipicamente providos na forma de turbinas do tipo de hélice, comumente referidas como moinhos de vento. Em geral, tais sistemas incluem uma pluralidade de longas pás de hélice montadas sobre uma alta torre. Quando posicionadas em áreas que têm suficiente velocidade de vento, a energia cinética do vento gira as pás de hélice em torno de um rotor. O rotor é acoplado a um eixo principal, que gira um gerador para criar energia elétrica.

[003] Os sistemas de geração de energia eólica convencionais têm um número de limitações. Por exemplo, os sistemas de geração de energia eólica convencionais geralmente requerem grandes espaços abertos com velocidades de vento relativamente altas. Adicionalmente, por exemplo, os sistemas de geração de energia eólica convencionais podem ser ruidosos, impactar sobre a estética ambiental, e impactar sobre a vida selvagem.

BREVE SUMÁRIO

[004] Um método e sistema para gerar energia elétrica a partir do vento são descritos. Em um exemplo, um método para gerar energia elétrica a partir do vento inclui capturar vento em uma admissão em uma superfície externa de uma estrutura. O método inclui adicionalmente direcionar o vento, por intermédio de um duto, da admissão para uma ventoinha centrífuga e, enquanto direciona o vento da admissão para a ventoinha centrífuga, comprimir e acelerar o vento no duto. O método inclui adicionalmente receber na ventoinha centrífuga, o vento a partir do duto e girar, por intermédio do vento recebido, um conjunto de pás de ventilador na ventoinha centrífuga. O método ainda inclui adicionalmente gerar energia elétrica, por intermédio de um gerador, com base na rotação do conjunto de pás de ventilador.

[005] Em outro exemplo, um sistema para gerar energia a partir de uma carga de vento sobre uma estrutura inclui uma admissão em uma superfície externa da estrutura. A admissão é configurada para capturar vento sobre a superfície externa. O sistema inclui adicionalmente um duto acoplado à admissão em uma primeira extremidade do duto. O duto é configurado para direcionar o vento da primeira extremidade para uma segunda extremidade do duto. O duto é também configurado para comprimir e acelerar o vento direcionado da primeira extremidade para a segunda extremidade. O sistema inclui adicionalmente uma ventoinha centrífuga acoplada à segunda extremidade do duto para receber o vento a partir do duto. A ventoinha centrífuga inclui um conjunto de pás de ventilador configurado para girar em resposta ao vento recebido a partir do duto. O sistema inclui adicionalmente um gerador configurado para gerar energia elétrica com base na rotação do conjunto de pás de ventilador.

[006] Esses, bem como outros aspectos, vantagens, e alternativas, se tornarão aparentes para aqueles de conhecimento comum na técnica pela leitura da seguinte descrição detalhada com referência, onde apropriado, aos desenhos anexos. Ainda, deve ser entendido que a descrição provida nesta seção de sumário e em algum ponto neste documento é destinada a ilustrar a matéria reivindicada, a título de exemplo, e não a título de limitação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] A figura 1 representa uma vista em perspectiva de um sistema de geração de energia eólica de acordo com um exemplo.

[008] A figura 2 representa uma vista superior secional do sistema de geração de energia eólica de exemplo da figura 1.

[009] A figura 3 representa uma vista lateral secional do sistema de geração de energia eólica de exemplo da figura 1.

[0010] A figura 4A ilustra uma vista em perspectiva de uma ventoinha centrífuga de acordo com um exemplo.

[0011] A figura 4B ilustra uma vista parcial da ventoinha centrífuga de exemplo, representado na figura 4A.

[0012] A figura 5 representa uma vista em perspectiva de uma admissão de exemplo do sistema de geração de energia eólica.

[0013] A figura 6 representa uma vista em perspectiva de uma admissão de exemplo do sistema de geração de energia eólica.

[0014] A figura 7 representa uma vista em perspectiva de um sistema de geração de energia eólica de exemplo.

[0015] A figura 8 representa um fluxograma para um método para gerar energia elétrica a partir do vento de acordo com um exemplo.

[0016] A figura 9 representa um fluxograma para um método para instalar um sistema de geração de energia eólica em uma estrutura de acordo com um exemplo.

[0017] A figura 10 representa uma vista superior secional de um sistema de geração de energia eólica de exemplo.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0018] Os métodos e sistemas descritos provêm geração de energia elétrica a partir de uma carga de vento sobre uma estrutura, por exemplo, um edifício, uma ponte, e/ou uma torre. Embora exemplos sejam mostrados nas figuras e descritos abaixo no contexto de um edifício, será entendido que os princípios da descrição podem se estender para aplicação em outras estruturas, tais como, por exemplo, uma ponte ou uma torre.

[0019] As figuras 1 a 3 representam um sistema de geração de energia eólica 100 de acordo com um exemplo da descrição. Para representar mais claramente aspectos do sistema de geração de energia 100, as figuras 1 a 3 não estão em escala umas em relação às outras. Como mostrado na figura 1, o sistema de geração de energia 100 inclui um edifício 102 tendo uma pluralidade de superfícies laterais externas 104A-104D e um teto 106. O edifício 102 pode ser, por exemplo, uma casa unifamiliar, um edifício de baixa altura, um edifício de altura média, e/ou um edifício de alta altura utilizado para fins comerciais, industriais e/ou residenciais.

[0020] A figura 1 mostra adicionalmente o vento de exemplo 108 incidente sobre e atravessando as superfícies externas 104A, 104B do edifício 102. Em geral, quando o vento 108 encontra as superfícies externas 104A, 104B do edifício 102, o vento 108 é forçado ao longo das superfícies externas 104A, 104B na direção para os respectivos cantos 110 do edifício 102. Adicionalmente, devido pelo menos em parte às diferenças de pressão do ar nos cantos 110, o vento 108 se acelera quando ele atravessa ao longo das superfícies externas 104A, 104B na direção para os cantos 110. O vento incidente sobre, e atravessando uma, superfície externa de um edifício, pode também ser referido como uma carga de vento sobre esta superfície externa do edifício.

[0021] O sistema de geração de energia 100 vantajosamente captura tais cargas de vento sobre a superfície externa 104A e direciona o vento capturado 108 para uma turbina eólica 112 em um interior do edifício 102 para gerar energia elétrica. Para capturar vento 108 incidente sobre e atravessando a superfície externa 104A do edifício 102, o sistema de geração de energia 100 inclui uma admissão 114 na superfície externa 104A. Como mostrado na figura 2, a admissão 114 provê uma abertura através da qual o vento 108 pode passar da superfície lateral externa 104A para um espaço interno do edifício 102. A admissão 114 pode ter um tamanho e formato que facilitam o direcionamento do vento 108 para dentro do edifício 102 com reduzida ou mínima resistência de fluxo de ar. Implementações de exemplo da admissão 114 são descritas abaixo com relação às figuras 5 e 6.

[0022] No exemplo mostrado nas figuras 1 e 2, o edifício 102 inclui uma única admissão 114 em uma superfície externa 104A; todavia, como será descrito abaixo, o edifício 102 pode incluir múltiplas admissões 114 em uma ou mais das superfícies externas 104A-104D do edifício 102, em outros exemplos. A realização disto pode facilitar ao sistema de geração de energia 100 a capturar maiores quantidades de vento 108 e gerar assim maiores quantidades de energia elétrica.

[0023] Como mostrado nas figuras 2 e 3, a admissão 114 é acoplada à turbina eólica 112 por intermédio de um duto de ar 116. O duto de ar 116 inclui uma ou mais paredes 120 que se estendem entre uma primeira extremidade 116A acoplada à admissão 114 e uma segunda extremidade 116B acoplada à turbina eólica 112. A uma ou mais paredes 120 do duto de ar 116 substancialmente ou completamente encerram um espaço interno dentro do duto de ar 116. Como tal, o duto de ar 116 provê um conduto para direcionar vento capturado 108 da admissão 114 para a turbina eólica 112. Em exemplos, o duto de ar 116 pode ter um formato de seção transversal circular, um retangular, um quadrado e/ou um poligonal.

[0024] De acordo com aspectos da descrição, o duto de ar 116 comprime e acelera o vento 108 quando ele flui da admissão 114 para a turbina eólica 112. Para efetuar isto, o duto de ar 116 inclui uma ou mais seções afiladas, que se afilam para dentro na direção para um eixo geométrico “A” do duto de ar 116 da admissão 114 para a turbina eólica 112. Nas figuras 2 e 3, o duto de ar 116 se afila continuamente ao longo de uma distância inteira do duto de ar 116. O afilamento do duto de ar 116 sobre a distância inteira do duto de ar 116 pode ajudar a reduzir o ângulo de afilamento necessário para obter uma extensão particular de compressão e aceleração do vento, o que, por sua vez, pode ajudar a minimizar as perdas de fluxo de ar. Todavia, em outros exemplos, o duto de ar 116 pode incluir uma ou mais seções não afiladas, nas quais as dimensões de seção transversal do duto de ar 116 permanecem fixas sobre pelo menos uma porção do duto de ar 116. Mais geralmente, o duto de ar 116 pode ser configurado de modo que as dimensões de seção transversal do duto de ar 116 sejam maiores na primeira extremidade 116A que na segunda extremidade 116B e, em algumas implementações, as máximas na primeira extremidade 116A e as mínimas na segunda extremidade 116B. O duto 116 atua assim como um bocal da mecânica de fluidos para comprimir e acelerar o vento 108.

[0025] Pela compressão e aceleração do vento 108, a velocidade do ar e assim a densidade de energia de fluxo são aumentadas. Isto permite a geração de energia elétrica mais eficiente pela turbina eólica 112 descrita abaixo. Adicionalmente, a compressão e a aceleração do vento 108 por intermédio do duto 116 pode prover o uso mais eficiente de espaço interno dentro do edifício 102.

[0026] O duto de ar 116 pode ter um afilamento linear de graus e formatos variáveis para modificar a compressão e/ou aceleração da quantidade de vento 108. Em um exemplo, o duto de ar 116 pode ter um afilamento linear de aproximadamente 20 graus. O duto de ar 116 pode ser continuamente afilado usando um formato de afilamento polinomial multienergia usando um algoritmo de dinâmica de fluido computacional complexo. Ainda, outros exemplos são também possíveis.

[0027] Nas figuras 2 e 3, o duto de ar 116 é mostrado como um percurso retilíneo entre a admissão 114 e a turbina eólica 112. Isto é, o duto de ar 116 não inclui quaisquer joelhos ou curvas. Isto pode reduzir e mitigar de forma benéfica a resistência de fluxo de ar dentro do duto de ar 116. Opcionalmente, o duto de ar 116 pode incluir um ou mais joelhos ou curvas para prover maior flexibilidade no posicionamento relativo entre a admissão 114 e a turbina eólica 112 no edifício 102. Por exemplo, a figura 10 ilustra um sistema de geração de energia de exemplo 1000 incluindo um duto 1016, que se encurva entre uma admissão 1014 e uma turbina eólica 1012.

[0028] Como descrito acima, a turbina eólica 112 é acoplada à segunda extremidade 116B do duto de ar 116. A turbina eólica 112 converte a energia cinética do vento 108 recebido a partir do duto 116 em energia elétrica. Para efetuar isto, a turbina eólica 112 inclui uma ventoinha centrífuga 122 acoplada a um gerador elétrico 124. Em particular, o vento 108 recebido na turbina eólica 112 gira um conjunto de pás de ventilador 132 na ventoinha centrífuga 122, que faz com que o gerador elétrico 124 gere energia elétrica. Por exemplo, o conjunto de pás de ventilador 132 pode ser acoplado ao gerador elétrico 124 por um eixo 126 de modo que a rotação do conjunto de pás de ventilador 132 gire o eixo 126, o qual, por sua vez, gira um rotor dentro de um estator do gerador elétrico 124 para gerar energia elétrica. O conjunto de pás de ventilador 132 e o rotor podem girar à mesma velocidade por exemplo, em uma configuração de acionamento direto. A turbina eólica 112 pode também incluir uma caixa de engrenagens não mostrada para aumentar ou diminuir uma velocidade de acoplamento rotacional entre a ventoinha centrífuga 122 e o gerador elétrico 124.

[0029] A utilização da ventoinha centrífuga 122 para converter a energia cinética do vento 108 para energia elétrica provê um número de benefícios. Por exemplo, as pás de ventilador de uma ventoinha centrífuga 122 provêm uma maior área de superfície por volume para o vento agir sobre turbinas relativas do tipo de hélice, convencionalmente usadas para a geração de energia eólica. Como um resultado, a turbina eólica 112, a qual tem a ventoinha centrífuga 122, pode gerar energia elétrica a velocidades mais baixas do vento que em turbinas eólicas do tipo de hélice, similarmente dimensionados. Adicionalmente, por exemplo, uma ventoinha centrífuga 122 pode ser operado de forma mais tranquila do que uma turbina eólica do tipo de hélice, pois a turbulência do ar e as eficiências de turbina se referem diretamente a ruído de ventilador.

[0030] De acordo com aspectos da descrição, a energia elétrica gerada pela turbina eólica 112 pode ser fornecida para uma rede elétrica dentro do edifício 102, uma rede de energia elétrica externa ao edifício 102, e/ou um ou mais dispositivos de armazenamento de energia 125, tais como, por exemplo, uma ou mais baterias recarregáveis, dispositivos de armazenamento térmico por exemplo, sais fundidos, volantes, e/ou bobinas magnéticas supercondutoras. Assim, a energia elétrica gerada pode ser usada para operar dispositivos elétricos dentro do edifício 102 e/ou armazenada para o uso futuro por tais dispositivos.

[0031] Como mostrado na figura 3, a turbina eólica 112 é ainda acoplada a um duto de exaustão 118, o qual facilita o egresso do vento 108 a partir do sistema de geração de energia 100. Quando o vento 108 passa através da ventoinha centrífuga 122, o vento 108 se encurva por 90 graus e abandona a ventoinha centrífuga 122 por intermédio do duto de exaustão 118. O duto de exaustão 118 pode direcionar o vento 108 a partir da ventoinha centrífuga 122 para uma abertura de descarga 144 no edifício 102. Por exemplo, na figura 1, a abertura de descarga 144 está no teto 106; todavia, a abertura de descarga 144 pode estar em diferentes locais, em outros exemplos.

[0032] Opcionalmente, o duto de exaustão 118 pode ser acoplado a um sistema de aquecimento, ventilação, e condicionamento de ar HVAC no edifício 102. Desta maneira, o vento 108 descarregado do sistema de geração de energia 100 pode ser usado para melhorar o fluxo de ar no sistema de HVAC. Isto pode, por exemplo, mitigar a necessidade de ventiladores de amplificação no sistema de HVAC.

[0033] Como descrito acima, a turbina eólica 112 inclui uma ventoinha centrífuga 122. A figura 4A ilustra uma ventoinha centrífuga 122 de acordo com um exemplo. A ventoinha centrífuga 122 inclui um conjunto de pás de ventilador 132 em um alojamento 134. O alojamento 134 tem uma entrada 136 para receber vento 108 a partir do duto de ar 116 e uma saída 138 para descarregar ar para o duto de exaustão 118. Como mostrado na figura 4A, a entrada 136 é geralmente perpendicular à saída 138.

[0034] A figura 4B representa a ventoinha centrífuga 122 da figura 4A com uma porção do alojamento 134 removida para expor o conjunto de pás de ventilador 132. Como mostrado na figura 4B, o conjunto de pás de ventilador 132 inclui uma pluralidade de pás de ventilador 140 acopladas a um cubo 142. Na figura 4B, cada uma das pás de ventilador 140 se encurva contra uma direção de rotação do conjunto de pás de ventilador 132 isto é, em uma configuração "encurvada para trás". Alternativamente, as pás de ventilador 140 podem se encurvar na direção de rotação do conjunto de pás de ventilador 132 isto é, em uma configuração "encurvada para frente" ou as pás de ventilador 140 podem se estender a partir do cubo 142 sem encurvamento isto é, em uma configuração "radial retilínea". Um conjunto de pás de ventilador 132 que tem uma configuração encurvada para trás pode prover uma maior eficiência que uma configuração encurvada para frente ou uma configuração radial retilínea em algumas implementações.

[0035] Como descrito acima, quando vento 108 entra na entrada 136 a partir do duto de ar 116, o vento 108 atua sobre as pás de ventilador 140 do conjunto de pás de ventilador 132. Em particular, o vento 108 faz com que o conjunto de pás de ventilador 132 gire dentro do alojamento 134. A energia rotacional do conjunto de pás de ventilador 132 é transferida para o gerador 124 por exemplo, por intermédio do eixo 126, que converte a energia rotacional em energia elétrica. A rotação das pás de ventilador 140 aplica adicionalmente uma força centrífuga ao vento 108, que força o vento 108 para fora do alojamento 134 por intermédio da saída 138.

[0036] No exemplo ilustrado, a saída 138 é coaxial com um eixo geométrico de rotação do conjunto de pás de ventilador 132 e a entrada 136 é perpendicular a este eixo geométrico de rotação. Todavia, o vento 108 pode ser recebido por intermédio da saída 138, mostrada na figura 4A, e descarregado por intermédio da entrada 136. Isto é, o vento 108 pode ser recebido a partir do duto de ar 116 através de uma abertura paralela ao eixo geométrico de rotação do conjunto de pás de ventilador 132 e o vento 108 descarregado perpendicularmente ao eixo geométrico de rotação do conjunto de pás de ventilador 132.

[0037] A ventoinha centrífuga 122 pode também opcionalmente incluir um sistema de freio para facilitar a segura manutenção, reparo, e/ou atualização do sistema de geração de energia 100. O sistema de freio pode ter um primeiro estado de operação, no qual o sistema de freio é desengatado a partir do conjunto de pás de ventilador 132 para permitir a rotação do conjunto de pás de ventilador 132, e um segundo estado de operação, no qual o sistema de freio é engatado com o conjunto de pás de ventilador 132 para parar ou prevenir a rotação do conjunto de pás de ventilador 132. Desta maneira, o sistema de freio pode ser seletivamente atuado entre o primeiro e o segundo estados para facilitar um seguro reparo e/ou manutenção do sistema de geração de energia 100.

[0038] Como descrito acima, a admissão 114 captura o vento incidente sobre e que atravessa a superfície externa 104A do edifício 102. As figuras 5 a 6 representam configurações de exemplo para a admissão 114, as quais podem ser utilizadas nos sistemas de geração de energia descritos aqui por exemplo, o sistema de geração de energia 100. A figura 5 representa uma admissão de exemplo 514 na superfície externa 104A do edifício 102. Como mostrado na figura 5, a admissão 514 é formada como uma abertura rebaixada na superfície externa 104A. Em particular, a admissão 514 tem uma superfície se inclinando para dentro 528, a qual forma a abertura rebaixada na superfície externa 104A. Como também mostrado na figura 5, quando o vento 108 que atravessa a superfície externa 104A encontra a admissão 514, o vento 108 flui através de um interstício entre a superfície 528 e a superfície 104A para então passar para dentro do duto 116.

[0039] Na figura 5, a admissão 514 é nivelada com a superfície externa 104A, pois nenhuma porção da admissão 514 se projeta para fora a partir da superfície externa 104A. Por se ter uma admissão rebaixada 514, a admissão 514 pode ter pouco ou nenhum impacto negativo sobre a estética do edifício 102. Isto pode ajudar a reduzir ou eliminar uma significante barreira para a instalação de sistemas de geração de energia eólica em edifícios e ambientes urbanos.

[0040] Como mostrado na figura 6, a admissão 614 inclui um coletor 630 que se projeta a partir da superfície externa 104A para facilitar a captura de maiores quantidades de vento em comparação com uma admissão do tipo rebaixada 514. Embora uma admissão do tipo de coletor 614 possa melhorar a funcionalidade de captura de vento, o coletor projetante pode ser mais perceptível aos observadores que uma admissão do tipo rebaixada 514. Ainda, em relação às exigências de espaço e tamanho substanciais das turbinas eólicas do tipo de hélice convencionais, o coletor 130 é relativamente pequeno e é menos propenso a impactar sobre a estética do edifício.

[0041] Opcionalmente, a admissão 114 pode incluir aspectos de tanto da admissão do tipo rebaixado 514 quanto da admissão do tipo de coletor 614. Por exemplo, a admissão 114 pode incluir tanto uma superfície se inclinando para dentro por exemplo, a superfície 528 quanto um coletor por exemplo, o coletor 630.

[0042] De acordo com alguns aspectos, o sistema 100 pode também incluir um filtro de admissão não mostrado que é configurado para inibir que objetos sólidos tais como, por exemplo, pássaros, morcegos, insetos, sacolas plásticas, e resíduos entrem na admissão 114, 514, 614. Como exemplos, o filtro de admissão pode incluir uma grade, uma malha, redes, combinações das mesmas, e/ou similares. Consequentemente, os sistemas de geração de energia desta descrição podem mitigar impactos ambientais associados com colisões com turbinas eólicas do tipo de hélice convencionais.

[0043] Nos exemplos ilustrados, as admissões 114, 514, e 614 são representadas com o formato geralmente alongado. Isto pode ajudar a capturar maiores quantidades de carga de vento sobre a superfícies dos edifícios usando menos ou mínimo espaço interno dentro do edifício 102. Todavia, as admissões 114, 514, 614 podem ser formadas em outros formatos, de acordo com outros exemplos. Adicionalmente, as admissões 114, 514, e 614 podem ser orientadas em qualquer configuração em relação ao eixo geométrico vertical do edifício. Embora as admissões 114, 514, e 614 sejam geralmente mostradas orientadas paralelas a um eixo geométrico vertical do edifício, as admissões 114, 514, e 614 podem ser orientadas diferentemente em relação ao eixo geométrico vertical do edifício.

[0044] Na figura 1, a admissão 114 é posicionada em um canto 110 do edifício 102. O posicionamento da admissão 114 em um canto 110 do edifício 102 pode vantajosamente facilitar a captura de maiores cargas de vento na admissão 114 em relação a outros locais na superfície externa 104 por exemplo, devido ao vento 108 se acumular e atravessar sobre uma maior área de superfície da superfície externa 104; todavia, a admissão 114 pode estar em diferentes locais na superfície externa 104, como mostrado na figura 7. Adicionalmente, embora o edifício 102 inclua somente uma admissão 114, duto 116, e turbina eólica 112 nas figuras 1 a 3, o edifício 102 pode incluir mais que uma admissão 114, duto 116, e/ou turbina eólica 112. A integração de múltiplas admissões 114, dutos 116, e turbinas eólicas 112 dentro do edifício 102 podem prover a captura de maiores cargas de vento sobre o edifício 102 e, assim, maior geração de energia elétrica.

[0045] Como notado acima, o sistema de geração de energia eólica 100 pode incluir qualquer número de admissões 114, dutos 116, e turbinas eólicas 112 em qualquer local em qualquer superfície do edifício 102 como um exemplo disso, a figura 7 representa um sistema de geração de energia 700, em que um edifício 702 inclui múltiplas admissões 714 em vários locais nas superfícies externas 704 do edifício 702. Também, na figura 7, uma das admissões 714 é posicionada em um teto 706 do edifício 702. Como mostrado na figura 7, o tamanho e a orientação de pelo menos algumas admissões 714 diferem em relação a outros tamanhos e orientações das admissões 714. Também, como mostrado na figura 7, as admissões 714’ são posicionadas e orientadas de modo a capturar uma corrente ascendente e uma corrente descendente, respectivamente, sobre uma das superfícies externas 704. O número, local, tamanho, e a orientação das admissões 714, 714’ podem ser com base em fatores, tais como, por exemplo, cargas de vento esperadas, restrições de espaço dentro do interior do edifício 702, e/ou necessidades de geração de energia elétrica do edifício 702. Embora não mostrado, o sistema 700 pode incluir adicionalmente múltiplos dutos, turbinas eólicas, e dutos de descarga, cada um acoplado a uma respectiva das admissões 714 de uma maneira similar àquela descrita acima.

[0046] Como ilustrado e descrito acima, cada turbina eólica recebe vento a partir de um único duto e uma única admissão; todavia, de acordo com exemplos adicionais ou alternativos, uma única turbina eólica pode receber vento a partir de múltiplos dutos e/ou múltiplas admissões. Em tais exemplos, o sistema pode incluir uma ou mais características configuradas para facilitar a mistura do vento recebido dos diferentes dutos e/ou admissões de modo a mitigar a resistência e/ou outras perdas. Por exemplo, o sistema pode incluir uma ou mais ripas direcionais no duto de ar, que ajudam a reduzir a turbulência do fluxo de ar entre as múltiplas correntes de ar. Por direcionamento do vento a partir de múltiplas admissões e/ou dutos a uma turbina eólica comum, até mesmo maiores quantidades de vento podem ser capturadas e direcionadas para a turbina eólica. Isto pode ajudar a obter uma utilização mais eficiente do espaço dentro do edifício para a geração de energia.

[0047] Como descrito acima, os sistemas de geração de energia da presente descrição são geralmente posicionados em um espaço interno do edifício 102. Isto provê um número de benefícios e vantagens adicionais sobre os sistemas do tipo de hélice convencionais. Por exemplo, porque o(s) moinho(s) de vento é/são posicionado(s) em um espaço interno do edifício 102, os sistemas de geração de energia desta descrição abordam impactos ambientais associados com turbinas eólicas do tipo de hélice convencionais por exemplo, a vida selvagem colidindo com hélices. Adicionalmente, por posicionamento dos componentes dos sistemas de geração de energia em um espaço interno do edifício 102, os sistemas podem ser facilmente, seguramente, e eficientemente em termos de custo reparados, submetidos à manutenção, e/ou atualizados a partir deste espaço interno do edifício 102. Em contraste, moinhos de vento convencionais são requeridos que sejam colocadas em espaços abertos expostos a condições potencialmente severas e/ou perigosas. Ainda adicionalmente, o posicionamento dos componentes dos sistemas de geração de energia no edifício 102 ajuda a manter a estética do edifício.

[0048] Com referência agora à figura 8, um fluxograma para um método de exemplo de geração de energia elétrica a partir do vento é representado. No bloco 860, uma admissão captura vento sobre uma superfície lateral externa de um edifício. No bloco 862, um duto direciona o vento capturado da admissão para uma ventoinha centrífuga. No bloco 864, enquanto direciona o vento da admissão para a ventoinha centrífuga, o duto comprime e acelera o vento. No bloco 866, depois de o vento ter sido comprimido e acelerado no duto, a ventoinha centrífuga recebe o vento a partir do duto. No bloco 868, o vento gira um conjunto de pás de ventilador na ventoinha centrífuga. No bloco 870, em resposta à rotação do conjunto de pás de ventilador, energia elétrica é gerada.

[0049] O fluxograma ilustrado na figura 8 é um exemplo de um método para gerar energia elétrica a partir do vento. O método de geração de energia elétrica pode omitir etapas, incluir etapas adicionais, e/ou modificar a ordem das etapas apresentadas acima.

[0050] Com referência agora à figura 9, um fluxograma para um método de exemplo de instalação de um sistema de geração de energia eólica em um edifício é representado. Em algumas implementações, o método pode ser realizado para readaptar um edifício existente com o sistema de geração de energia eólica. Alternativamente, o método pode ser realizado simultaneamente com a construção do edifício.

[0051] No bloco 980, o método envolve formar uma admissão em uma superfície lateral externa do edifício. A admissão pode ser formada, por exemplo, por formar uma abertura na superfície lateral externa do edifício. A abertura pode ser inclinada para baixo da superfície lateral externa do edifício de modo a prover uma admissão rebaixada. Opcionalmente, formar a admissão pode incluir acoplar um coletor à superfície externa na abertura.

[0052] No bloco 982, uma turbina eólica é instalada em um espaço interno do edifício por exemplo, um recinto de manutenção. No bloco 984, uma primeira extremidade do duto é acoplada à admissão. No bloco 986, um segundo do duto é acoplado à turbina eólica. Em particular, o segundo do duto pode ser acoplado a uma entrada de uma ventoinha centrífuga na turbina eólica. No bloco 988, uma saída da turbina eólica é acoplada a um duto de exaustão configurado para facilitar o egresso do vento a partir do espaço interno no edifício. No bloco 990, um gerador da turbina eólica é eletricamente acoplado a uma rede elétrica do edifício, uma rede de energia elétrica externa ao edifício, e/ou um dispositivo de armazenamento de energia.

[0053] O fluxograma ilustrado na figura 9 é um exemplo de um método para instalar um sistema de geração de energia eólica em um edifício. O método de instalação pode omitir etapas, incluir etapas adicionais, e/ou modificar a ordem das etapas apresentadas acima.

[0054] Ainda, a descrição compreende modalidades de acordo com as seguintes cláusulas: Cláusula 1. Um método para gerar energia elétrica a partir do vento, compreendendo: capturar vento em uma admissão em uma superfície externa de uma estrutura; direcionar, por intermédio de um duto, o vento da admissão para uma ventoinha centrífuga; enquanto direciona o vento da admissão para a ventoinha centrífuga, comprimir e acelerar o vento no duto; receber no ventoinha centrífuga, o vento a partir do duto; girar, por intermédio do vento recebido, um conjunto de pás de ventilador na ventoinha centrífuga; e gerar energia elétrica, por intermédio de um gerador, com base na rotação do conjunto de pás de ventilador. Cláusula 2. O método de acordo com a cláusula 1, em que a ventoinha centrífuga é posicionada em um espaço interno da estrutura. Cláusula 3. O método de acordo com a cláusula 1 ou 2, em que capturar o vento na admissão compreende receber o vento em uma abertura rebaixada na superfície externa da estrutura, e em que a admissão é nivelada com a superfície externa. Cláusula 4. O método de acordo com a cláusula 1 ou 2, em que capturar o vento na admissão compreende capturar o vento em um coletor que se projeta a partir da superfície externa. Cláusula 5. O método de acordo com qualquer uma das cláusulas 1 a 4, em que a superfície externa é uma superfície lateral da estrutura. Cláusula 6. O método de acordo com qualquer uma das cláusulas 1 a 5, em que o duto se afila para dentro em uma direção da admissão para a ventoinha centrífuga para comprimir e acelerar o vento. Cláusula 7. O método de acordo com a cláusula 6, em que o duto se afila continuamente ao longo de uma distância inteira do duto da admissão para a ventoinha centrífuga. Cláusula 8. O método de acordo com qualquer uma das cláusulas 1 a 7, compreendendo adicionalmente descarregar o vento a partir da ventoinha centrífuga em uma direção que é perpendicular a uma direção na qual o vento é recebido na ventoinha centrífuga. Cláusula 9. O método de acordo com a cláusula 8, compreendendo adicionalmente o direcionamento do vento descarregado a partir da ventoinha centrífuga para um sistema de aquecimento, ventilação, e condicionamento de ar HVAC para auxiliar o fluxo de ar no sistema de HVAC. Cláusula 10. O método de acordo com qualquer uma das cláusulas 1 a 9, compreendendo adicionalmente armazenar, por intermédio de um dispositivo de armazenamento de energia, a energia elétrica gerada. Cláusula 11. Um sistema para gerar energia elétrica a partir de uma carga de vento sobre uma estrutura, compreendendo: uma admissão, em uma superfície externa de uma estrutura, configurada para capturar vento sobre a superfície externa; um duto acoplado à admissão em uma primeira extremidade do duto e configurado para direcionar o vento da primeira extremidade para uma segunda extremidade do duto, em que o duto é configurado para comprimir e acelerar o vento direcionado da primeira extremidade para a segunda extremidade; uma ventoinha centrífuga acoplada à segunda extremidade do duto para receber o vento a partir do duto, a ventoinha centrífuga incluindo um conjunto de pás de ventilador configurado para girar em resposta ao vento recebido a partir do duto; e um gerador configurado para gerar energia elétrica com base na rotação do conjunto de pás de ventilador. Cláusula 12. O sistema de acordo com a cláusula 11, compreendendo adicionalmente um dispositivo de armazenamento de energia configurado para armazenar a energia elétrica gerada pelo gerador. Cláusula 13. O sistema de acordo com a cláusula 11 ou 12, em que o duto se afila para dentro em uma direção da primeira extremidade para a segunda extremidade para comprimir e acelerar o vento. Cláusula 14. O sistema de acordo com a cláusula 13, em que o duto se afila continuamente ao longo de uma distância inteira do duto da admissão para a ventoinha centrífuga. Cláusula 15. O sistema de acordo com qualquer uma das cláusulas 11 a 14, em que a admissão é nivelada com a superfície externa da estrutura. Cláusula 16. O sistema de acordo com qualquer uma das cláusulas 11 a 15, em que a admissão compreende adicionalmente um coletor que se projeta a partir da superfície externa. Cláusula 17. O sistema de acordo com qualquer uma das cláusulas 11 a 16, em que o conjunto de pás de ventilador compreende uma pluralidade de pás de ventilador, e cada uma da pluralidade de pás de ventilador se encurva contra uma direção de rotação do conjunto de pás de ventilador. Cláusula 18. O sistema de acordo com qualquer uma das cláusulas 11 a 17, compreendendo adicionalmente um duto de exaustão acoplado a uma saída da ventoinha centrífuga e configurado para descarregar vento a partir da ventoinha centrífuga, em que a segunda extremidade do duto é acoplado a uma entrada da ventoinha centrífuga, em que a entrada é perpendicular à saída. Cláusula 19. O sistema de acordo com a cláusula 18, em que a saída é coaxial com um eixo geométrico de rotação do conjunto de pás de ventilador. Cláusula 20. O sistema de acordo com qualquer uma das cláusulas 11 a 19, em que a superfície externa é uma superfície lateral da estrutura. Cláusula 21. O sistema de acordo com qualquer uma das cláusulas 11 a 20, em que a admissão é posicionada em um canto da estrutura. Cláusula 22. O sistema de acordo com qualquer uma das cláusulas 11 a 21, em que a admissão compreende uma pluralidade de admissões e a superfície externa compreende uma pluralidade de superfícies externas de modo que o vento seja capturado em uma pluralidade de locais sobre a estrutura.

[0055] Aspectos de exemplo foram descritos acima. Depois do estudo das configurações, exemplos, e arranjos descritos aqui, uma pessoa especializada pode chegar à compreensão, todavia, de que alterações e modificações podem ser feitas sem fugir do verdadeiro escopo e espírito da descrição. A descrição dos diferentes aspectos vantajosos foi apresentada para finalidades de ilustração e descrição, e não é destinada a ser exaustiva ou limitada à forma descrita. Depois da revisão desta descrição, muitas modificações e variações se tornarão aparentes à Ainda de conhecimento comum na técnica. Ainda, diferentes aspectos vantajosos podem prover diferentes vantagens em comparação com outros aspectos vantajosos. Os aspectos de exemplo selecionados são escolhidos e descritos a fim de mais bem explicar os princípios da descrição, a aplicação prática, e para permitir que outros de conhecimento comum na técnica compreendam a descrição com várias modificações, quando forem apropriadas para o uso particular contemplado.

Claims

1. Método para gerar energia elétrica a partir do vento, caracterizado pelo fato de que compreende: capturar vento em uma admissão (114, 614) em uma superfície externa (104A) de uma estrutura; direcionar, por intermédio de um duto (116), o vento (108) da admissão para uma ventoinha centrífuga (122); enquanto direciona o vento da admissão (114) para a ventoinha centrífuga (122), comprimir e acelerar o vento no duto (116); receber na ventoinha centrífuga (122), o vento (108) a partir do duto (116); girar, por intermédio do vento (108) recebido, um conjunto de pás de ventilador (132) na ventoinha centrífuga (122); e gerar energia elétrica, por intermédio de um gerador (124), com base na rotação do conjunto de pás de ventilador (132); descarregar o vento (108) a partir da ventoinha centrífuga (122) em uma direção que é perpendicular a uma direção na qual o vento (108) é recebido na ventoinha centrífuga (122) e coaxial com um eixo geométrico de rotação do conjunto de pás de ventilador (132).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ventoinha centrífuga (122) é posicionada em um espaço interno da estrutura.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que capturar o vento (108) na admissão (114, 614) compreende receber o vento em uma abertura rebaixada na superfície externa (104A) da estrutura, e em que a admissão (114, 614) é nivelada com a superfície externa (104A), ou em que capturar o vento (108) na admissão (114, 614) compreende capturar o vento (108) em um coletor (630) que se projeta da superfície externa (104A).

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a superfície externa é uma superfície lateral da estrutura.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o duto se afila para dentro em uma direção da admissão para a ventoinha centrífuga (122) para comprimir e acelerar o vento (108), em que o duto opcionalmente se afila continuamente ao longo de uma distância inteira do duto (116) da admissão para a ventoinha centrífuga (122).

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente direcionar o vento descarregado a partir da ventoinha centrífuga (122) para um sistema de aquecimento, ventilação, e condicionamento de ar, HVAC, para auxiliar o fluxo de ar no sistema de HVAC.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente armazenar, por intermédio de um dispositivo de armazenamento de energia (125), a energia elétrica gerada.

8. Sistema para gerar energia elétrica a partir de uma carga de vento sobre uma estrutura, caracterizado pelo fato de que compreende: uma admissão (114, 614), em uma superfície externa (104A) de uma estrutura, configurada para capturar vento sobre a superfície externa; um duto (116) acoplado à admissão em uma primeira extremidade do duto e configurado para direcionar o vento da primeira extremidade (116A) para uma segunda extremidade (116B) do duto (116), em que o duto é configurado para comprimir e acelerar o vento (108) direcionado da primeira extremidade (116A) para a segunda extremidade (116B); uma ventoinha centrífuga (122) acoplada à segunda extremidade do duto (116B) para receber o vento a partir do duto, a ventoinha centrífuga (122) incluindo um conjunto de pás de ventilador (132) configurado para girar em resposta ao vento (108) recebido a partir do duto (116); um duto de exaustão (118) acoplado a uma saída (138) da ventoinha centrífuga (122) e configurado para descarregar vento a partir da ventoinha centrífuga, em que a segunda extremidade do duto (116B) é acoplada a uma entrada (136) da ventoinha centrífuga (122), em que a entrada é perpendicular à saída (138) e em que a saída (138) é coaxial com um eixo geométrico de rotação do conjunto de pás de ventilador (132); e um gerador (124) configurado para gerar energia elétrica com base na rotação do conjunto de pás de ventilador (132).

9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um dispositivo de armazenamento de energia (125) configurado para armazenar a energia elétrica gerada pelo gerador (124).

10. Sistema de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o duto (116) se afila para dentro em uma direção da primeira extremidade (116A) para a segunda extremidade (116B) para comprimir e acelerar o vento, em que o duto (116) opcionalmente se afila continuamente ao longo de uma distância inteira do duto da admissão para a ventoinha centrífuga (122).

11. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que a admissão (114, 614) é nivelada com a superfície externa (104A) da estrutura, e/ou em que a superfície externa (104A) é uma superfície lateral da estrutura (102), ou em que a admissão (114, 614) compreende adicionalmente um coletor (630) que se projeta da superfície externa (104A).

12. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que o conjunto de pás de ventilador (132) compreende uma pluralidade de pás de ventilador, e cada uma dentre a pluralidade de pás de ventilador se encurva contra uma direção de rotação do conjunto de pás de ventilador.

13. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que a admissão (114, 614) é posicionada em um canto da estrutura (102).

14. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, caracterizado pelo fato de que a admissão (114, 614) compreende uma pluralidade de admissões (114, 614) e a superfície externa (104A) compreende uma pluralidade de superfícies externas de modo que o vento seja capturado em uma pluralidade de locais sobre a estrutura (102).