BR112013003565B1 - Sistema de recuperação de energia de ondas compreendendo uma disposição de ajuste de maré - Google Patents
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Abstract
disposição de ajuste relacionado á maré para um sistema de recuperação de energia de ondas. trata-se de uma disposição de ajuste relacionado á maré para um sistema de recuperação de energia de ondas, em que o sistema de recuperação de energia de ondas compreende pelo menos um corpo (2), uma alheta (3a) articulada a sua borda inferior no corpo (2) para produzir um movimento recíproco em resposta á energia cinética das ondas ou corrente da maré e um meio de tomada de força (pto) (3b). a disposição compreende pelo menos um dispositivo de suporte (6) capaz de alterar a posição vertical da alheta (3a).
Description
[001] A presente invenção refere-se um sistema de recuperação de energia de ondas compreendendo uma disposição de ajuste de maré.
[002] A disposição de ajuste relacionado à maré de acordo com a invenção é muito bem adequada, por exemplo, para ser usada em conexão com um aparelho que tem uma aleta semelhante à placa ou à vela articulada com sua borda inferior para fazer um movimento recíproco causado pela energia das ondas ou energia da maré de água do mar. A energia das ondas ou a energia da maré coletada pelo aparelho é adicionalmente convertida com um sistema conversor de energia de ondas, por exemplo, em energia elétrica e/ou água potável.
[003] De acordo com a técnica anterior, há diversos tipos de sistemas de recuperação de energia de ondas em que as disposições incluem uma base e uma ou mais aletas do tipo de placa conectada de maneira articulada à base para fazer um movimento recíproco ou oscilante ao redor de um eixo geométrico de rotação em resposta às forças das ondas ou às forças de maré. O movimento oscilante é, então, convertido, por exemplo, em energia elétrica com a ajuda de um gerador ou semelhante.
[004] Devido às condições prevalecentes do oceano, as quais são muitíssimo instáveis, a eficiência dos sistemas de recuperação de energia de ondas conhecidos tem sido, geralmente, muito ruim. Tem sido extremamente difícil ajustar os sistemas de recuperação de energia de ondas conhecidos para coletar o máximo de energia das ondas em diferentes situações da maré e também tanto durante as condições de oceano calmo quanto durante as condições de oceano tempestuoso. Os sistemas de recuperação de energia de ondas conhecidos geralmente não lidaram bem com esses tipos de condições extremas e, portanto, a eficiência total tem sido baixíssima.
[005] Um problema tem sido o ajuste de altura da aleta de acordo com as condições prevalecentes da maré. A altura do nível do mar varia, muitas vezes, em vários metros entre uma maré baixa e uma maré alta, e no caso de a aleta oscilante ser articulada próxima do fundo do mar ela não pode ser usada otimamente em todas as situações da maré. Por exemplo, se a aleta alcançar a partir do fundo à superfície durante a maré baixa a borda superior da aleta permanece longe da superfície durante a maré alta e uma grande parte da energia das ondas que poderia ter sido coletada imediatamente sob a superfície se perde. De maneira correspondente, se a aleta alcançar a partir do fundo à superfície durante a maré alta a borda superior da aleta se estende alta da superfície durante a maré baixa e é, portanto, tanto visualmente indesejável como também perde sua habilidade de coletar a quantidade máxima de energia das ondas por causa do vento que diminui a força de coleta.
[006] Uma solução conhecida para o ajuste de altura da aleta de acordo com as condições prevalecentes da maré e do mar é mostrada na publicação de patente japonesa No JP4358769 (A). A publicação mostra um aparelho que tem uma aleta semelhante à placa que é articulada no fundo do mar e disposta para alternar-se junto com as ondas. Na parte superior da aleta há uma parte móvel com uma boia que mantém a borda superior da parte móvel sempre na superfície da água. Quando o nível da maré muda a boia com a parte móvel move para cima e para baixo de acordo com o nível da maré. Assim, quando o nível da maré está alto a boia move-se para cima e alonga a altura da aleta, e quando o nível da maré está baixo a boia move-se para baixo e encurta a altura da aleta de maneira correspondente. Esta solução como outras soluções de flutuação semelhantes tem uma desvantagem de que não é adequada para as condições de mar tempestuoso e ajustes ou disposições protetoras contra condições de mar tempestuoso são difíceis e custosas para se fazer. Uma desvantagem adicional da solução japonesa é que ela não otimiza nem equilibra a captura de acordo com as condições prevalecentes do mar.
[007] O objeto da presente invenção é eliminar as desvantagens descritas acima e alcançar uma disposição de ajuste relacionado à maré confiável e eficiente para o sistema de recuperação de energia de ondas a fim de ser capaz de capturar uma quantidade máxima de energia da maré ou das ondas disponível. Igualmente, o objeto da presente invenção é alcançar uma disposição de ajuste relacionado à maré para o sistema de recuperação de energia de ondas em que a altura e/ou a posição da altura da aleta semelhante à placa ou à vela seja facilmente ajustável.
[008] A solução da invenção tem a vantagem de que graças à disposição de ajuste avançada a conversão de energia pode ser maximizada devido ao fato de o sistema ser muito adaptável às várias condições do oceano. Assim, a força máxima proveniente da movimentação da aleta da maré baixa para a maré alta pode ser provida para o dispositivo de tomada de força (PTO) do sistema de recuperação de energia de ondas. Uma outra vantagem é o fato de que a aleta pode estar totalmente sob a superfície da água para nenhuma parte indesejável seja visível. Uma vantagem adicional é que a disposição de ajuste de acordo com a invenção ajuda a capturar mais energia em condições calmas quando as ondas estão pequenas. Ainda uma vantagem adicional é a habilidade de usar os calendários de maré já prontos para o ajuste relacionado à maré. Isso torna o ajuste fácil e confiável. Ainda uma vantagem adicional é uma habilidade controlada de proteger o aparelho contra as condições de mar tempestuoso. A seguir, a invenção será descrita em detalhes por meio da ajuda de três exemplos ao se referir aos desenhos simplificados e diagramáticos em anexo, em que:
[009] A Figura 1 apresenta em uma vista de topo um módulo de recuperação de energia das ondas em que a disposição de ajuste relacionado à maré do sistema de recuperação de energia de ondas de acordo com a invenção pode ser usada,
[0010] A Figura 2 apresenta em uma vista frontal e de um modo simplificado e diagramado uma aleta semelhante à placa de acordo com a invenção em sua posição mais inferior,
[0011] A Figura 3 apresenta em uma vista frontal e de um modo simplificado e diagramado uma aleta semelhante à placa de acordo com a invenção em sua posição mais superior,
[0012] A Figura 4 apresenta em uma vista frontal e de um modo simplificado e diagramado uma outra aleta semelhante à placa de acordo com a invenção em sua posição mais inferior,
[0013] A Figura 5 apresenta em uma vista frontal e de um modo simplificado e diagramado uma outra aleta semelhante à placa de acordo com a invenção em sua posição mais superior,
[0014] A Figura 6 apresenta em uma vista de topo e de um modo simplificado e diagramado uma aleta semelhante à vela de acordo com a invenção em sua posição mais inferior,
[0015] A Figura 7 apresenta em uma vista de topo e de um modo simplificado e diagramado uma aleta semelhante à vela de acordo com a invenção em sua posição mais superior e
[0016] A Figura 8 apresenta em uma vista lateral e de um modo simplificado e diagramado um meio de ajuste de altura da aleta de acordo com a invenção em suas posições mais inferior e mais superior. Na Figura 1 um módulo de recuperação de energia das ondas 1 em que a disposição de ajuste relacionado à maré para o sistema de recuperação de energia de ondas de acordo com a invenção pode ser usada para recuperar energia cinética como a energia das ondas ou a energia da maré da água do mar. O módulo de recuperação de energia das ondas 1 de acordo com o exemplo foi ancorado em seu local de produção no fundo do mar e é situado, por exemplo, em uma suposta área de água intermediária da bacia hidrográfica. A área de água intermediária refere- se, no presente, à mesma área que na publicação WO 2004097212, isto é, refere-se à área da bacia hidrográfica, geralmente a área do oceano na faixa de profundidade das denominadas águas da linha da arrebentação e rasas, estendendo-se até o comprimento de onda de 0,5. Na área de água intermediária a relação da profundidade da água para os comprimentos de onda que prevalecem principalmente é entre 1/2 - 1/20. Nessa área da água a profundidade da água é geralmente de cerca de 8 m a 20 m, e a altura da superfície da água causada pela maré pode oscilar diversos metros. Em seu local de produção, o módulo de recuperação de energia das ondas 1 é capaz de recuperar a energia cinética das ondas do mar e converter a energia cinética em energia elétrica. Igualmente, o módulo de recuperação de energia das ondas 1 é capaz de transformar água potável a partir da água do mar. O módulo de recuperação de energia das ondas 1 compreende pelo menos um corpo 2 que funciona como uma base, uma ou mais unidades de recuperação 3 presas no corpo 2 para recuperar a energia das ondas, dispositivos de coleta 3c para coletar a energia recuperada pelas unidades de recuperação 3, um cabo 4 para transferir a energia coletada para o uso mais adiante, e uma calha de cabo 5 equipada com uma cobertura protetora para unir todas as unidades de recuperação 3 do módulo de recuperação de energia das ondas 1 pelo menos nos dispositivos de coleta 3c.
[0017] O corpo 2 é feito, por exemplo, de concreto ou aço e consiste em um grupo de compartimentos flutuantes, instrumento e câmaras de maquinário que são mantidos secos, e compartimentos de válvula em ambas as extremidades do corpo 2. Nos compartimentos de válvula há válvulas de enchimento e de descarga para ar e válvulas de enchimento e de descarga para água. As tubulações de água e as tubulações de ar foram instaladas para atravessarem as paredes de separação dos compartimentos a gim de permitir que a água e o ar corram para todos os compartimentos flutuantes e os compartimentos de válvula. Graças a sua estrutura de concreto ou aço pesada o módulo de recuperação de energia das ondas 1 permanece estável no fundo do mar quando os compartimentos flutuantes são cheios com água. De maneira correspondente, os compartimentos flutuantes são grandes o bastante para permitir que o corpo 2 flutue na superfície da água quando os compartimentos flutuantes são cheios com ar. Cada unidade de recuperação 3 compreende pelo menos um elemento de aleta semelhante à placa ou à vela 3a que é articulado no corpo 2 do módulo de recuperação de energia das ondas 1, e os dispositivos de recuperação ou os dispositivos de tomada de força (PTO) 3b da energia das ondas. O elemento de aleta 3a é disposto para produzir um movimento recíproco causado pela energia cinética das ondas, e a energia recuperada ou é guardada nos depósitos de energia situados no corpo 2 ou transferida através dos dispositivos de coleta 3c e do cabo 4 para o uso da próxima unidade que pode ser, por exemplo, uma estação de coleta situada em terra. A água potável produzida pelo módulo de recuperação de energia das ondas 1 pode ser armazenada em recipientes situados no corpo 2 do módulo de recuperação de energia das ondas 1, e liberada de tempos em tempos para o uso posterior. Nas Figuras 2 e 3 uma unidade de recuperação 3 que compreende duas aletas semelhantes à placa 3a de acordo com a invenção é mostrada de um modo simplificado e diagramático em suas posições mais inferior e mais superior. Na Figura 2, ambas as aletas 3a estão em sua posição mais inferior e na Figura 3, a primeira aleta 3a está em sua posição mais superior e a segunda aleta 3a está em sua posição mais inferior. É possível que apenas a primeira aleta 3a seja móvel para cima e para baixo e a segunda aleta 3a seja fixa, mas preferivelmente, ambas as aletas 3a são moveis para cima e para baixo. Isso torna o ajuste mais eficaz.
[0018] O corpo 2 no qual um par dos dispositivos de suporte 6 das aletas 3a é articulado com um par de dispositivos de dobradiça 6a também é mostrado de um modo simplificado e diagramático. As aletas 3a são fixadas aos dispositivos de suporte 6 individualmente para que elas possam ser movidas separadamente em uma direção vertical. O movimento vertical das aletas 3a é implementado com os dispositivos de suporte 6 que podem ser estendidos em uma direção vertical. O dispositivo de suporte 6 inclui, por exemplo, cilindros hidráulicos com duas, três ou mais partes do cilindro extensíveis.
[0019] Este tipo da unidade de recuperação 3 é muito versátil. Durante a maré baixa ambas as aletas 3a são sempre abaixadas para sua posição mais inferior, conforme mostrado na Figura 2. De maneira correspondente, durante a maré alta quando as condições prevalecentes do oceano estão normais, ambas as aletas 3a são elevadas para sua posição mais superior ou, dependendo das condições, uma das aletas 3a é elevada para sua posição mais superior e uma outra aleta 3a é elevada um pouco mais baixa a fim de capturar tanta energia das ondas quanto possível. Enquanto as condições prevalecentes do oceano estão calmas ambas as aletas 3a são elevadas para sua posição mais superior a fim de ocasionar o mínimo possível de arrasto de água perto do fundo do mar onde a água não se move na mesma fase do que mais perto da superfície. E por fim, quando as condições prevalecentes do oceano são tempestuosas uma das aletas 3a é elevada para sua posição mais superior ou perto dela e uma outra aleta 3a é abaixada para sua posição mais inferior a fim de ocasionar o mínimo possível de arrasto de água perto do fundo do mar para resistir à força da água tempestuosa. A última situação é mostrada na Figura 3. Nas Figuras 4 e 5, uma outra unidade de recuperação 3 que compreende uma aleta semelhante à placa 3a de acordo com a invenção é mostrada de um modo simplificado e diagramático em suas posições mais inferior e mais superior. Na Figura 4 a aleta 3a está em sua posição mais inferior e na Figura 5 a aleta 3a está em sua posição mais superior. O corpo 2 no qual um par dos dispositivos de suporte 6 das aletas 3a é articulado com um par de dispositivos de dobradiça 6a também é mostrado de um modo simplificado e diagramático. A aleta 3a é presa aos dispositivos de suporte 6 para que ela possa ser movida para cima e para baixo em uma direção vertical. O movimento vertical da aleta 3a é implementado com os dispositivos de suporte 6 que podem ser estendidos em uma direção vertical. O dispositivo de suporte 6 inclui, por exemplo, cilindros hidráulicos com duas, três ou mais partes do cilindro extensíveis.
[0020] Nas Figuras 6 e 7, ainda uma outra unidade de recuperação 3 que compreende uma aleta semelhante à vela 3a de acordo com a invenção é mostrada de um modo simplificado e diagramático em suas posições mais inferior e mais superior. Na Figura 6 a aleta 3a está em sua posição mais inferior e na Figura 7 a aleta 3a está em sua posição mais superior. O corpo 2 no qual um par dos dispositivos de suporte 6 das aletas 3a é articulado com um par de dispositivos de dobradiça 6a não é mostrado nas figuras. A aleta 3a é presa aos dispositivos de suporte 6 para que sua borda superior 8 possa ser movida para cima e para baixo em uma direção vertical. O movimento vertical da borda superior 8 da aleta 3a é implementado com os dispositivos de suporte 6 que podem ser estendidos em uma direção vertical. O dispositivo de suporte 6 inclui, por exemplo, cilindros hidráulicos com duas, três ou mais partes do cilindro extensíveis.
[0021] A borda inferior da aleta semelhante à vela 3a é enrolada em um rolo disposto no invólucro horizontal 9 que é estacionário preso a ambos os dispositivos de suporte 6. O ajuste de altura é implementado com os dispositivos de suporte 6 ao estender as extremidades superiores dos dispositivos de suporte para cima e, ao mesmo tempo, elevar a borda superior 8 da aleta 3a para cima para um nível necessário de altura. A quantidade correspondente de lona se desenrola do rolo durante a elevação. Quando a borda superior 8 é abaixada, a quantidade correspondente de lona se enrola novamente no rolo no invólucro 9. Na Figura 8 o dispositivo de suporte 6 que agem como meio de ajuste de altura da aleta 3a de acordo com a invenção é mostrado em sua posição mais inferior e mais superior. O dispositivo de suporte 6 é articulado em sua extremidade inferior com a dobradiça 6a no corpo 2 do módulo de recuperação de energia das ondas 1. Neste exemplo, o dispositivo de suporte 6 inclui um cilindro hidráulico como um dispositivo de acionamento, mas o dispositivo de acionamento também pode ser outro tipo de acionador, por exemplo, um sistema de engrenagem de cremalheira ou um acionador linear ou semelhante. A elevação e a posição da aleta 3a pode ser controlada de vários modos. Um modo é usar os calendários de maré públicos que incluem predições suficientemente precisas para prover um modo fácil e confiável de controlar a posição da altura da aleta 3a que corresponde à superfície da água. Os dados dos calendários de marés são inseridos no banco de dados do computador do módulo de recuperação de energia das ondas 1 e eles podem ser usados continuamente para controlar a posição da altura da aleta 3a. Um outro modo de controlar o ajuste relacionado à maré é usar um sensor de pressão 7 ou semelhante para medir a altura atual da superfície da água. Esses dois modos também podem ser usados juntos. Quando a aleta semelhante à placa 3a ou a borda superior 8 da aleta semelhante à vela 3a é movida para cima ou para baixo a posição da altura pode ser ajustada de maneira contínua entre a posição da altura mais superior e a posição da altura mais inferior. Um recurso comum a todos os modos de controlar a elevação da aleta 3a é um dispositivo de controle de posição 10 do módulo de recuperação de energia das ondas 1 pelo qual o controle é feito. O dispositivo de controle de posição 10 é conectado ao sistema de controle do sistema de recuperação de energia de ondas e monitora a posição da altura da aleta 3a mantendo a posição tão ótima quanto possível em todas as situações.
[0022] A disposição de ajuste relacionado à maré para um sistema de recuperação de energia de ondas de acordo com a invenção compreende também um dispositivo detector 11 para reconhecer as condições prevalecentes do oceano. O dispositivo detector 11 é conectado ao sistema de controle do sistema de recuperação de energia de ondas e disposto para maximizar a captura de energia ao prover a informação para posicionar a aleta 3a na altura que é tão otimizada quanto possível para as condições prevalecentes do oceano. O dispositivo detector 11 também é disposto para dar a informação para abaixar a aleta 3a para mais próxima do fundo do mar em relação à resistência das condições do mar, e para dar uma ordem para elevar a aleta 3a para mais perto da superfície da água a fim de maximizar a captura da energia das ondas nas condições de mar calmo.
[0023] É óbvio para uma pessoa versada na técnica que a invenção não é restrita ao exemplo descrito acima, mas pode ser variada no escopo da presente invenção. Assim, por exemplo, a estrutura da unidade de recuperação de energia das ondas pode variar.
Claims (7)
1. Sistema de recuperação de energia de ondas compreendendo uma disposição de ajuste de maré, em que o sistema de recuperação de energia deondas compreende pelo menos um corpo (2), uma aleta(3a) articulada em sua borda inferior ao corpo (2) para produzir um movimento recíproco em resposta à energia cinética das ondas ou correntes de maré, um dispositivo de tomada de força (PTO) (3b) e um dispositivo de suporte (6) da aleta (3a), caracterizado pelo fato de que o dispositivo de suporte (6) é capaz de alterar uma posição verticalda aleta (3a) alterando o comprimento da aleta (3a) da borda inferior a uma borda superior da aleta (3a) ao mover a borda inferior da aleta (3a) e/ou a borda superior da aleta (3a) para cima ou para baixo controlado por um dispositivo de controle de posição (10) para controlar a alteração da posição vertical da aleta (3a).
2. Sistema de recuperação de energia de ondas compreendendo uma disposição de ajuste de maré, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle de posição (10) para controlar a alteração da posição vertical da aleta (3a) é disposto para usar os dados dos calendários de marés disponíveis.
3. Sistema de recuperação de energia de ondas compreendendo uma disposição de ajuste de maré, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de controle de posição (10) para controlar a alteração da posição vertical da aleta (3a) é disposto para usar os dados do sensor de pressão (7) ou semelhante conectado para informar a altura atual da superfícieda água.
4. Sistema de recuperação de energia deondas compreendendo uma disposição de ajuste de maré, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a disposição inclui um dispositivo detector (11) para reconhecer as condições prevalecentes do oceano cujo dispositivo é conectado ao sistema de controle dosistema de recuperação de energia de ondas e disposto para maximizar a captura de energia ao posicionar aaleta (3a) até a altura que é tão otimizada quanto possível para as condições prevalecentes do oceano.
5. Sistema de recuperação de energia de ondas compreendendo uma disposição de ajuste de maré, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dispositivo detector (11) para reconhecer as condições prevalecentes do oceano é disposto para prover uma ordem para abaixar a aleta (3a) para mais perto do fundo do mar em relação à resistência das condições do mar.
6. Sistema de recuperação de energia de ondas compreendendo uma disposição de ajuste de maré, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo detector (11) para reconhecer as condições prevalecentes do oceano é disposto para prover uma ordem para elevar a aleta (3a) para mais perto da superfície da água a fim de maximizar a captura da energia das ondas nas condições de mar calmo.
7. Sistema de recuperação de energia de ondas compreendendo uma disposição de ajuste de maré, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a disposição de ajuste da aleta (3a) é mecânico ou elétrico e baseado automaticamente tanto em movimento, velocidade ou posição da aleta (3a), quanto ou ajuste de altura é baseado em uma programação controlada.
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