BR112015010175B1

BR112015010175B1 - usina de conversão de energia térmica do oceano

Info

Publication number: BR112015010175B1
Application number: BR112015010175-5A
Authority: BR
Inventors: Barry R. Cole; Jonathan M. Ross; Laurence Jay Shapiro
Original assignee: The Abell Foundation, Inc.
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2021-02-17
Also published as: EP2929184A4; EP2929184B1; EP2929184A1; JP2015536401A; CN104903573A; US20150292490A1; WO2014074686A1; BR112015010175A2; US20170306933A1; CN104903573B; JP6313318B2; US9556857B2; KR102142166B1; KR20150081357A; EP3282123B1; EP3282123A1

Abstract

USINA DE CONVERSÃO DE ENERGIA TÉRMICA DO OCEANO. A presente invenção se refere a uma estrutura de geração de energia ao largo da costa que compreende uma porção submersa tendo uma primeira porção de plataforma que compreende um sistema evaporador de múltiplos estágios integral, uma segunda porção de plataforma que compreende um sistema de condensação de múltiplos estágios, uma terceira porção de plataforma que aloja o equipamento de geração de energia, tubo de água fria; e uma conexão de tubo de água fria.

Description

USINA DE CONVERSÃO DE ENERGIA TÉRMICA DO OCEANO

Campo técnico

[001] A presente invenção refere-se a usinas de conversão de energia térmica do oceano e mais especificamente a motor de calor de múltiplos estágios de plataforma flutuante de mínima elevação, usinas de conversão de energia térmica do oceano.

Antecedentes

[002] O consumo de energia e a demanda através do mundo têm crescido em uma taxa exponencial. A referida demanda é esperada continuar a crescer, particularmente em países em desenvolvimento na Ásia e América Latina. Ao mesmo tempo, fontes tradicionais de energia, ou seja, combustíveis fósseis, estão sendo esgotadas a uma taxa acelerada e o custo de explorar os combustíveis fósseis continua a subir. As preocupações com o ambiente e regulamentais estão exacerbando esse problema.

[003] Energia renovável relacionada ao sol é uma fonte de energia alternativa que pode proporcionar uma porção da solução para a crescente demanda de energia. Energia renovável relacionada ao sol é interessante pelo fato de que, diferente dos combustíveis fósseis, urânio, ou mesmo energia térmica "verde", há pouco ou nenhum risco climático associado com o seu uso. Adicionalmente, energia relacionada ao sol é grátis e amplamente abundante.

[004] Conversão de Energia Térmica do Oceano ("OTEC") é um modo de produzir energia renovável usando energia solar armazenada como calor em regiões tropicais dos oceanos. Oceanos e mares tropicais ao redor do mundo oferecem um recurso único de energia renovável. Em muitas áreas tropicais (entre aproximadamente 20° norte e 20° sul de latitude), a temperatura da superfície da água do mar permanece quase constante. A profundidades de aproximadamente 30,5 m (100 pés) a temperatura média da superfície da água do mar varia sazonalmente entre 23,9 °C e 29,4 °C (75° e 85° F) ou mais. Nas mesmas regiões, águas profundas do oceano (entre 762 e 1280 m (2500 pés e 4200 pés) ou mais) permanecem relativamente constantes a 4,4 °C (40° F). Assim, a estrutura do oceano tropical oferece um grande reservatório de água morna na superfície e um grande reservatório de água fria em profundidade, com a diferença de temperatura entre os reservatórios de água morna e fria de entre 1,7 °C a 7,2 °C (35° a 45° F). A referida diferença de temperatura permanece relativamente constante através do dia e da noite, com pequenas mudanças sazonais.

[005] O processo de OTEC usa a diferença de temperatura entre águas tropicais de superfície e de profundidade para acionar um motor de calor para produzir energia elétrica. Geração de energia OTEC foi identificada no final dos anos 1970 como uma possível fonte de energia renovável tendo uma pegada de carbono de baixa a zero para a energia produzida. Uma instalação de energia OTEC, entretanto, tem uma baixa eficiência termodinâmica comparada às instalações de geração de energia mais tradicionais, de alta pressão, de alta temperatura. Por exemplo, usando as temperaturas médias da superfície do oceano entre 26,7 °C e 29,4 °C (80° e 85° F) e a temperatura constante de águas profundas de 4,4 °C (40° F), a eficiência máxima ideal de Carnot de uma instalação de energia OTEC será de 7,5 a 8%. Em uma operação prática, a eficiência da energia bruta de um sistema de energia OTEC foi estimada ser cerca da metade do limite de Carnot, ou aproximadamente 3,5 a 4,0%. Adicionalmente, a análise realizada por investigadores em 1970 e 1980, e documentada em "Renewable Energy from the Ocean, a Guide to OTEC" William Avery e Chih Wu, Oxford University Press, 1994 (incorporada aqui por referência), indica que entre um quarto à metade (ou mais) da energia elétrica bruta gerada por uma instalação de OTEC que opera com um ∆T de 22,2 °C (40° F) seria necessário para acionar as bombas de água e de fluido de trabalho e para fornecer energia para outras necessidades auxiliares da instalação. Com base nisso, a baixa eficiência geral líquida de uma instalação de energia OTEC que converte a energia térmica armazenada nas águas da superfície do oceano em energia elétrica líquida não tem sido uma opção de produção de energia comercialmente viável.

[006] Um fator adicional que resulta em reduções adicionais na eficiência termodinâmica geral é a perda associada com proporcionar os necessários controles na turbina para a precisa regulagem de frequência. Isso introduz perdas de pressão no ciclo da turbina que limita o trabalho que pode ser extraído a partir da água morna do mar.

[007] A referida baixa eficiência líquida de OTEC comparada com eficiências típicas de motores de calor que operam a altas temperaturas e pressões levou a uma suposição amplamente difundida por planejadores de energia de que a energia OTEC é muito custosa para competir com os métodos mais tradicionais de produção de energia.

[008] De fato, as necessidades de energia elétrica parasítica são particularmente importantes em uma instalação de energia OTEC pelo fato de uma diferença relativamente pequena de temperatura entre a água fria e a água quente. Para alcançar máxima transferência de calor entre a água morna do mar e o fluido de trabalho, e entre a água fria do mar e o fluido de trabalho grandes áreas superfície de troca de calor são necessárias, junto com altas velocidades de fluido. Ao se aumentar qualquer um dos referidos fatores pode aumentar de modo significante a carga parasítica na instalação de OTEC, desse modo reduzindo a eficiência líquida. Um sistema de transferência de calor eficiente que maximiza a transferência de energia no diferencial de temperatura limitado entre a água do mar e o fluido de trabalho aumentaria a viabilidade comercial de uma instalação de energia OTEC.

[009] Adicionalmente as eficiências relativamente baixas com grandes cargas parasíticas aparentemente inerentes, o ambiente de operação das instalações OTEC apresenta configuração e desafios operacionais que também reduzem a viabilidade comercial das referidas operações. Como anteriormente mencionado, a água morna necessária para o motor de calor de OTEC é encontrada na superfície do oceano, a uma profundidade de 30,5 m (100 pés) ou menos. A constante fonte de água fria para resfriar o motor de OTEC é encontrada a uma profundidade de entre 823 m e 1280 m (2700 pés e 4200 pés) ou mais. As referidas profundidades não são tipicamente encontradas em proximidade aos centros populacionais ou mesmo em massas de terra. Uma usina ao largo da costa é necessária.

[0010] Independente de se a instalação é flutuante ou fixa a uma característica debaixo da água, um longo tubo de captação de água fria de 610 m (2000 pés) ou mais longo é necessário. Adicionalmente, em virtude do grande volume de água necessária em operações OTEC comercialmente oferecidas, o tubo de captação de água fria requer um grande diâmetro (tipicamente entre 1,83 e 10,7 m (6 e 35 pés) ou mais). Suspender um grande diâmetro tubo a partir de uma estrutura ao largo da costa apresenta desafios de estabilidade, de conexão e de construção que orientaram anteriormente os custos de OTEC além da viabilidade comercial.

[0011] Adicionalmente, um tubo tendo uma significante relação de comprimento para diâmetro que é suspenso em um ambiente dinâmico do oceano pode ser submetido a diferenças de temperatura e correntes variáveis do oceano junto ao comprimento do tubo. Tensões a partir de flexão e turbilhão junto ao tubo também apresentam desafios. As influências da superfície tal como a ação das ondas apresentam desafios adicionais com a conexão entre o tubo e plataforma flutuante. Um sistema de tubo de captação de água fria tendo desejáveis considerações de desempenho, conexão, e construção aumentaria a viabilidade comercial de uma instalação de energia OTEC.

[0012] Preocupações ambientais associadas com uma instalação de OTEC foram também um impedimento para operações de OTEC. Sistemas de OTEC tradicionais captam grandes volumes de água fria rica em nutrientes a partir das profundidades do oceano e descarregam a referida água em ou próximo da superfície. A referida descarga pode efetuar, em um modo positivo ou adverso, o ambiente do oceano próximo da instalação de OTEC, impactando as populações de peixes e os sistemas de coral que podem estar abaixo da corrente a partir da descarga de OTEC.

Sumário

[0013] Aspectos da presente descrição são direcionados a uma instalação de geração de energia que utiliza processos de Conversão de Energia Térmica do Oceano.

[0014] Uma usina de OTEC ao largo da costa aprimorou as eficiências gerais com reduzidas cargas parasíticas, maior estabilidade, construção e custos operacionais mais baixos, e pegada ambiental aprimorada. Outros aspectos incluem condutos de grande volume de água que são integrais com a estrutura flutuante. A modularidade e a compartimentalização do motor de calor de OTEC de múltiplos estágios reduz os custos de construção e de manutenção, limita a operação fora da rede e aprimora o desempenho da operação. Ainda aspectos adicionais proporcionam uma plataforma flutuante tendo compartimentos de troca de calor integrados e proporcionam mínimo movimento da plataforma em virtude de ação das ondas. A plataforma flutuante integrada pode também proporcionar fluxo eficiente de água morna ou de água fria através do trocador de calor de múltiplos estágios, aumentando a eficiência e reduzindo a demanda de energia parasítica. Aspectos dos sistemas e métodos descritos podem promover uma pegada térmica ambientalmente neutra por descarregar água morna e água fria em faixas de temperatura/profundidade apropriadas. Energia extraída na forma de eletricidade reduz a temperatura interna para o oceano.

[0015] Ainda aspectos adicionais dos sistemas e métodos descritos se referem a um tubo de água fria para uso com uma instalação de OTEC ao largo da costa, o tubo de água fria sendo um tubo contínuo deslocado dotado de ripas.

[0016] Um aspecto se refere a um tubo que compreende uma estrutura tubular alongada tendo uma superfície externa, uma extremidade de topo e uma extremidade de fundo. A estrutura tubular compreende uma pluralidade de primeiro e segundo segmentos dotados de ripas, cada segmento de ripa tem uma porção de topo e uma porção de fundo, em que a porção de topo do segundo segmento de ripa é deslocada a partir da porção de topo do primeiro segmento dotado de ripas.

[0017] Um aspecto adicional se refere a um tubo que compreende uma fita ou uma cinta pelo menos parcialmente enrolado em torno do tubo na superfície externa da estrutura tubular. A fita ou a cinta pode ser enrolada de modo circunferencial em torno da superfície externa da porção de topo do tubo, da porção intermediária do tubo, ou da porção inferior do tubo. A fita ou a cinta pode ser enrolada de modo circunferencial em torno de todo o comprimento do tubo. A fita ou a cinta pode ser fixada de modo a se encontrar substancialmente plana contra a superfície externa do tubo. A fita ou a cinta pode ser fixada de modo a se salientar para fora a partir da superfície externa do tubo. A fita ou a cinta pode ser produzida do mesmo material ou de material diferente do tubo. A fita ou a cinta pode ser ligada por meio de adesivo à superfície externa do tubo, ligada de modo mecânico à superfície externa do tubo, ou usa uma combinação de ligações mecânica e adesiva para fixar à superfície externa do tubo.

[0018] Aspectos adicionais dos sistemas e métodos descritos se referem a um tubo deslocado dotado de ripas em que cada segmento de ripa adicionalmente compreende uma porção de lingueta em um primeiro lado e uma porção de ranhura em um segundo lado para engate correspondente com um segmento adjacente de ripa. O tubo dotado de ripas deslocado pode incluir um sistema de travamento positivo para acoplar de modo mecânico um primeiro lado de uma ripa ao segundo lado de uma segunda ripa. Ripas podem ser unidas verticalmente a partir da porção de topo de uma ripa para a porção de fundo de uma ripa adjacente usando junções de carpintaria. Em uma modalidade alternativa, a porção de topo da ripa e a porção de fundo da ripa pode cada uma das quais inclui um espaço de junção, de modo que quando a porção de topo de uma primeira ripa é unida com a porção de fundo de uma segunda ripa, os espaços de junção se alinham. Uma resina flexível pode ser injetada nos espaços de junção alinhados. A resina flexível pode ser usada para preencher os espaços em qualquer uma das superfícies unidas. Em aspectos dos sistemas e métodos descritos a resina flexível é um adesivo de metacrilato.

[0019] Ripas individuais dos sistemas e métodos atuais descritos podem ser de qualquer comprimento. Em algumas modalidades, cada segmento de ripa é entre 6,1 m e 27,4 m (20 pés e 90 pés) medido a partir da porção de fundo para a porção de topo da ripa. Segmentos de ripa podem ser dimensionados para serem transportados por recipiente intermodal padrão. Segmentos de ripa individuais podem ser entre 25,4 cm e 203,2 cm (10 polegadas e 80 polegadas) de largura. Cada segmento de ripa pode ser entre 2,54 cm e 61 cm (1 polegada e 24 polegadas) de espessura.

[0020] Segmentos de ripa podem ser pultrusados, extrusados, ou moldados. Segmentos de ripa podem compreender cloreto de polivinil (PVC), cloreto de polivinil clorado (CPVC), fibra de plástico reforçada (FRP), argamassa de polímero reforçada (RPMP), polipropileno (PP), polietileno (PE), polietileno de alta densidade reticulado (PEX), polibutileno (PB), acrilonitrila butadieno estireno (ABS); poliéster, fibra reforçada de poliéster, éster de vinil, éster de vinil reforçado, concreto, cerâmica, ou um compósito de um ou mais dos mesmos.

[0021] Em aspectos adicionais dos sistemas e métodos descritos, um segmento de ripa pode compreender pelo menos um espaço vazio interno. Então pelo menos um espaço vazio pode ser preenchido com água, espuma de policarbonato, ou espuma sintética.

[0022] Em aspectos dos sistemas e métodos descritos, o tubo é um tubo de captação de água fria para uma instalação de energia OTEC.

[0023] Ainda em um aspecto adicional os sistemas e métodos descritos se referem a uma estrutura de geração de energia ao largo da costa que compreende uma porção submersa, a porção submersa adicionalmente compreende: uma porção de troca de calor; uma porção de geração de energia; e um tubo de água fria que compreende uma pluralidade de primeiro e segundo segmentos de ripa deslocados.

[0024] Ainda em outro aspecto os sistemas e métodos descritos se referem a um método de formar um tubo de água fria para uso em uma instalação de energia OTEC, o método compreende: formar uma pluralidade de primeiro e segundo segmentos de ripa que unem os primeiro e segundo segmentos de ripa alternados de modo que os segundos segmentos de ripa são deslocados a partir dos primeiros segmentos de ripa para formar um tubo alongado contínuo.

[0025] Um aspecto adicional dos sistemas e métodos descritos se refere a uma conexão de tubo vertical submerso que compreende: a estrutura flutuante tendo um compartimento de recebimento de tubo vertical, em que o compartimento de recebimento tem um primeiro diâmetro; um tubo vertical para inserção dentro do compartimento de recebimento de tubo, o tubo vertical tendo um segundo diâmetro menor do que o primeiro diâmetro do compartimento de recebimento de tubo; uma superfície de suporte parcialmente esférica ou arqueada; e um ou mais elementos de porção de detenção móveis, elementos de pinhão ou porções de ressalto capazes de serem operadas com a superfície de suporte, em que os elementos de porção de detenção definem um diâmetro que é diferente do que o primeiro ou do segundo diâmetro quando em contato com a superfície de suporte.

[0026] Um aspecto adicional dos sistemas e métodos descritos se refere a um método de conectar um tubo vertical submerso a uma plataforma flutuante que compreende: a estrutura flutuante tendo um compartimento de recebimento de tubo vertical, em que o compartimento de recebimento de tubo tem um primeiro diâmetro, proporcionando um tubo vertical tendo uma porção de extremidade de topo que tem um segundo diâmetro que é menor do que o primeiro diâmetro; inserir a porção de extremidade de topo do tubo vertical dentro do compartimento de recebimento; proporcionar uma superfície de suporte para suportar o tubo vertical; estender um ou mais elementos de porção de detenção de modo que os um ou mais elementos de porção de detenção têm um diâmetro que é diferente a partir do primeiro ou segundo diâmetros; colocar em contato os um ou mais elementos de porção de detenção com a superfície de suporte para suspender o tubo vertical a partir da estrutura flutuante.

[0027] Em aspectos dos sistemas e métodos descritos os um ou mais elementos de porção de detenção podem ser integrais para o tubo vertical. Os um ou mais elementos de porção de detenção podem ser integrais para o compartimento de recebimento. Os um ou mais elementos de porção de detenção compreendem uma primeira posição retraída que define um diâmetro menor do que o primeiro diâmetro. Os um ou mais elementos de porção de detenção compreendem uma posição estendida que define um diâmetro maior do que o primeiro diâmetro. Uma superfície de suporte é integral para o compartimento de recebimento de tubo e capaz de ser operada com os um ou mais elementos de porção de detenção. A superfície de suporte pode compreender uma superfície de suporte esférica. Os um ou mais elementos de porção de detenção adicionalmente compreendem uma superfície conjugada configurada para contato à superfície de suporte. Os um ou mais elementos de porção de detenção adicionalmente compreendem uma superfície conjugada configurada para contato com a superfície de suporte esférica. A superfície de suporte esférica e a superfície conjugada facilitam o movimento relativo entre o tubo vertical e a estrutura flutuante.

[0028] Em ainda aspectos adicionais, os um ou mais elementos de porção de detenção compreendem uma primeira posição retraída que define um diâmetro maior do que o segundo diâmetro. Os um ou mais elementos de porção de detenção compreendem uma posição estendida que define um diâmetro menor do que o segundo diâmetro. Uma superfície de suporte é integral para o tubo vertical e capaz de ser operada com os um ou mais elementos de porção de detenção.

[0029] Características podem incluir um dispositivo de acionamento para estender ou retrair os elementos de porção de detenção, o dispositivo de acionamento sendo um dispositivo de acionamento controlado de modo hidráulico, um dispositivo de acionamento controlado de modo pneumático; um dispositivo de acionamento controlado de modo mecânico, um dispositivo de acionamento de modo elétrico, ou um dispositivo de acionamento controlado de modo eletromecânico.

[0030] Aspectos adicionais podem incluir um compartimento de recebimento de tubo que inclui uma primeira superfície de tubo conjugada angulada; e um tubo vertical que compreende uma segunda superfície de tubo conjugada angulada, em que as primeira e segunda superfícies de tubo conjugadas anguladas são configuradas para guiar em modo de cooperação o tubo vertical durante a inserção do tubo vertical dentro do compartimento de recebimento de tubo.

[0031] Em ainda aspectos adicionais, uma interface estática entre o tubo de água fria e a porção inferior da longarina é proporcionada de modo que compreende um compartimento de recebimento tendo uma superfície inferior afunilada e um elemento de contato de acolchoamento para engatar em modo de vedação com a superfície de colar afunilada de um colar de elevação de tubo de água fria.

[0032] Em um exemplo de método de conectar um tubo de água fria à porção inferior da longarina, o método proporciona as etapas que compreendem: conectar cabos de suspensão e de retenção a uma porção superior de um tubo de água fria, em que a porção superior do tubo de água fria compreende um colar de elevação tendo a superfície de conexão afunilada, arrastar o tubo de água fria para dentro de um compartimento de recebimento de longarina usando os cabos de suspensão e de retenção, em que o compartimento de recebimento compreende a superfície afunilada para receber a porção superior do tubo de água fria e um elemento de contato de acolchoamento; fazer com que a superfície de conexão afunilada do tubo de água fria faça um contato do tipo de vedação com o elemento de acolchoamento de contato do compartimento de recebimento, e fixar mecanicamente os cabos de elevação para manter o contato do tipo de vedação entre a superfície de conexão e o elemento de acolchoamento de contato.

[0033] Em ainda um aspecto adicional, um tubo de água fria é proporcionado para conexão estática à porção inferior da longarina, em que o tubo de água fria compreende uma primeira porção longitudinal e uma segunda porção longitudinal; a primeira porção longitudinal sendo conectada à porção inferior da longarina e a segunda porção longitudinal sendo mais flexível do que a primeira porção longitudinal. Em algum aspecto a terceira porção longitudinal pode ser incluída no tubo de água fria que é menos flexível do que a segunda porção longitudinal. A terceira porção longitudinal pode ser mais flexível então a primeira porção longitudinal. A terceira porção longitudinal pode compreender 50% ou mais do comprimento do tubo de água fria. A primeira porção longitudinal pode compreender 10% ou menos do comprimento do tubo de água fria. A segunda porção longitudinal pode compreender entre 1% e 30% do comprimento do tubo de água fria. A segunda porção longitudinal pode permitir a deflexão da terceira porção longitudinal do tubo de água fria de entre 0,5 graus e 30 graus.

[0034] Aspectos adicionais dos sistemas e métodos descritos se referem a uma usina de OTEC flutuante de mínima elevação tendo um sistema de troca de calor otimizado de múltiplos estágios, em que os condutos de fornecimento de água morna e água fria e os gabinetes de trocador de calor são estruturalmente integrados na plataforma flutuante ou estrutura da usina.

[0035] Ainda aspectos adicionais include uma usina flutuante de conversão de energia térmica do oceano. Uma estrutura de mínima elevação, tal como uma longarina, ou estrutura semissubmersível modificada ao largo da costa pode compreender uma primeira porção de plataforma tendo passagens estruturalmente integrais de água morna do mar, superfícies de troca de calor de múltiplos estágios, e passagens de fluido de trabalho, em que a primeira porção de plataforma proporciona a evaporação do fluido de trabalho. Uma segunda porção de plataforma é também proporcionada tendo passagens de água fria do mar estruturalmente integrais, superfícies de troca de calor de múltiplos estágios, e passagens de fluido de trabalho, em que a segunda porção de plataforma proporciona um sistema de condensação para condensar o fluido de trabalho a partir de um vapor para um líquido. As primeira e segunda passagens de fluido de trabalho da plataforma estão em comunicação com uma terceira porção de plataforma que compreende um ou mais geradores elétricos acionados a turbina de vapor para a geração de energia.

[0036] Em um aspecto, uma estrutura de geração de energia ao largo da costa é proporcionada de modo que compreende uma porção submersa. A porção submersa adicionalmente compreende uma primeira porção de plataforma que compreende um sistema elemento evaporador de múltiplos estágios integral, uma segunda porção de plataforma que compreende um sistema de condensação de múltiplos estágios; uma terceira porção de plataforma que aloja o equipamento de geração e transformação de energia; um tubo de água fria e uma conexão de tubo de água fria.

[0037] Em um aspecto adicional, a primeira porção de plataforma adicionalmente compreende um primeiro estágio de passagem estrutural de água morna que forma um conduto de alto volume de água morna. A primeira porção de plataforma também compreende um primeiro estágio de passagem de fluido de trabalho arranjado em cooperação com o primeiro estágio de passagem estrutural de água morna para aquecer um fluido de trabalho ao estado de vapor. A primeira porção de plataforma também compreende um primeiro estágio de descarga de água morna diretamente acoplado a um segundo estágio de passagem estrutural de água morna. O segundo estágio de passagem estrutural de água morna forma um conduto de alto volume de água morna e compreende um segundo estágio de captação de água morna acoplado ao primeiro estágio de descarga de água morna. O arranjo do primeiro estágio de descarga de água morna ao segundo estágio de captação de água morna proporciona mínima perda de pressão em um fluxo de água morna entre o primeiro e segundo estágio. A primeira porção de plataforma também compreende um segundo estágio de passagem de fluido de trabalho arranjado em cooperação com o segundo estágio de passagem estrutural de água morna para aquecer o fluido de trabalho ao estado de vapor. A primeira porção de plataforma também compreende um segundo estágio de descarga de água morna.

[0038] Em um aspecto adicional, a porção submersa adicionalmente compreende uma segunda porção de plataforma que compreende um primeiro estágio de passagem estrutural de água fria que forma um conduto de alto volume de água fria. O primeiro estágio de passagem de água fria adicionalmente compreende um primeiro estágio de captação de água fria. A segunda porção de plataforma também compreende um primeiro estágio de passagem de fluido de trabalho em comunicação com o primeiro estágio de passagem de fluido de trabalho da primeira porção de plataforma. O primeiro estágio de passagem de fluido de trabalho da segunda porção de plataforma em cooperação com o primeiro estágio de passagem estrutural de água fria resfria o fluido de trabalho ao estado de líquido. A segunda porção de plataforma também compreende um primeiro estágio de descarga de água fria diretamente acoplado a um segundo estágio de passagem estrutural de água fria que forma um conduto de alto volume de água fria. O segundo estágio de passagem estrutural de água fria compreende um segundo estágio de captação de água fria. O primeiro estágio de descarga de água fria e o segundo estágio de captação de água fria são arranjados para proporcionar mínima perda de pressão no fluxo de água fria a partir do primeiro estágio de descarga de água fria ao segundo estágio de captação de água fria. A segunda porção de plataforma também compreende um segundo estágio de passagem de fluido de trabalho em comunicação com o segundo estágio de passagem de fluido de trabalho da primeira porção de plataforma. O segundo estágio de passagem de fluido de trabalho em cooperação com o segundo estágio de passagem estrutural de água fria resfria o fluido de trabalho dentro do segundo estágio de passagem de fluido de trabalho ao estado de líquido. A segunda porção de plataforma também compreende um segundo estágio de descarga de água fria.

[0039] Em um aspecto adicional, a terceira porção de plataforma pode compreender uma primeira e uma segunda turbina a vapor, em que o primeiro estágio de passagem de fluido de trabalho da primeira porção de plataforma está em comunicação com a primeira turbina e o segundo estágio de passagem de fluido de trabalho da primeira porção de plataforma está em comunicação com a segunda turbina. As primeira e segunda turbinas podem ser acopladas a um ou mais geradores elétricos.

[0040] Em ainda aspectos adicionais, uma estrutura de geração de energia ao largo da costa é proporcionada de modo que compreende uma porção submersa, a porção submersa adicionalmente compreende uma porção de evaporação de quatro estágios, uma porção de condensação de quatro estágios, uma porção de geração de energia de quatro estágios, uma conexão de tubo de água fria, e um tubo de água fria.

[0041] Em um aspecto a porção de evaporação de quatro estágios compreende um conduto de água morna que inclui, um primeiro estágio de superfície de troca de calor, um segundo estágio de superfície de troca de calor, um terceiro estágio de superfície de troca de calor, e um quarto estágio de superfície de troca de calor. Um conduto de água morna compreende um membro de estrutura vertical da porção submersa. As primeira, segunda, terceira e quarta superfícies de troca de calor são em cooperação com as primeira, segunda, terceira e quarta porções de estágio de um conduto de fluido de trabalho, em que um fluido de trabalho que flui através do conduto de fluido de trabalho é aquecido ao estado de vapor em cada uma das primeira, segunda, terceira e quarta porções de estágio.

[0042] Em um aspecto a porção de condensação de quatro estágios compreende um conduto de água fria que inclui, um primeiro estágio de superfície de troca de calor, um segundo estágio de superfície de troca de calor, a terceiro estágio de superfície de troca de calor, e quarto estágio de superfície de troca de calor. O conduto de água fria compreende um membro de estrutura vertical da porção submersa. As primeira, segunda, terceira e quarta superfícies de troca de calor são em cooperação com as primeira, segunda, terceira e quarta porções de estágio de um conduto de fluido de trabalho, em que um fluido de trabalho que flui através do conduto de fluido de trabalho é aquecido ao estado de vapor em cada uma das primeira, segunda, terceira e quarta porções de estágio, com inferior um ∆T mais baixo a cada estágio sucessivo.

[0043] Em ainda outro aspecto, os primeiro, segundo, terceiro e quarto estágios dos condutos de fluido de trabalho da porção de evaporação estão em comunicação com as primeira, segunda, terceira e quarta turbinas a vapor, em que a porção de evaporação do primeiro estágio do conduto de fluido de trabalho está em comunicação com um primeira turbina a vapor e sai para o quarto estágio do conduto de fluido de trabalho da porção de condensação.

[0044] Em ainda outro aspecto, os primeiro, segundo, terceiro e quarto estágios dos condutos de fluido de trabalho da porção de evaporação estão em comunicação com as primeira, segunda, terceira e quarta turbinas a vapor, em que a porção de evaporação do segundo estágio do conduto de fluido de trabalho está em comunicação com uma segunda turbina a vapor e sai para o terceiro estágio do conduto de fluido de trabalho da porção de condensação.

[0045] Em ainda outro aspecto, os primeiro, segundo, terceiro e quarto estágios dos condutos de fluido de trabalho da porção de evaporação estão em comunicação com as primeira, segunda, terceira e quarta turbinas a vapor, em que a porção de evaporação do terceiro estágio do conduto de fluido de trabalho está em comunicação com a terceira turbina a vapor e sai para o segundo estágio do conduto de fluido de trabalho da porção de condensação.

[0046] Em ainda outro aspecto, os primeiro, segundo, terceiro e quarto estágios dos condutos de fluido de trabalho da porção de evaporação estão em comunicação com as primeira, segunda, terceira e quarta turbinas a vapor, em que a porção de evaporação do quarto estágio do conduto de fluido de trabalho está em comunicação com a quarto turbina a vapor e sai para o primeiro estágio do conduto de fluido de trabalho da porção de condensação.

[0047] Em ainda um aspecto adicional, um primeiro gerador elétrico é acionado pela primeira turbina, a quarta turbina, ou uma combinação de primeira e quarta turbinas.

[0048] Em ainda um aspecto adicional, um segundo gerador elétrico é acionado pela segunda turbina, a terceira turbina, ou uma combinação de ambas a segunda e terceira turbina.

[0049] Aspectos adicionais dos sistemas e métodos descritos podem incorporar uma ou mais das características a seguir: as primeira e quarta turbinas ou as segunda e terceira turbinas produzem entre 9 MW e 60 MW de energia elétrica; as primeira e segunda turbinas produzem aproximadamente 55 MW de energia elétrica; as primeira e segunda turbinas formam uma de uma pluralidade de conjuntos de geradores-turbina em uma usina de conversão de energia térmica do oceano; o primeiro estágio de captação de água morna é livre de interferência a partir do segundo estágio de descarga de água fria; o primeiro estágio de captação de água fria é livre de interferência a partir do segundo estágio de descarga de água morna; o fluido de trabalho dentro dos primeiro ou segundo estágios de passagens de fluido de trabalho compreende um refrigerante comercial. O fluido de trabalho compreende amônia, propileno, butano, R-134, ou R-22; o fluido de trabalho nos primeiro e segundo estágios de passagens de fluido de trabalho aumenta em temperatura entre 6,7°C e 13,3°C (12 °F e 24 °F); um primeiro fluido de trabalho flui através do primeiro estágio de passagem de fluido de trabalho e um segundo fluido de trabalho flui através do segundo estágio de passagem de fluido de trabalho, em que o segundo fluido de trabalho entra na segunda turbina a vapor a uma temperatura mais baixa do que o primeiro fluido de trabalho entra na primeira turbina a vapor; o fluido de trabalho nos primeiro e segundo estágios de passagens de fluido de trabalho diminui em temperatura entre 6,7 °C e 13,3 °C (12 °F e 24 °F); um primeiro fluido de trabalho flui através do primeiro estágio de passagem de fluido de trabalho e um segundo fluido de trabalho flui através do segundo estágio de passagem de fluido de trabalho, em que o segundo fluido de trabalho entra na segunda porção de plataforma a uma temperatura mais baixa do que o primeiro fluido de trabalho entra na segunda porção de plataforma.

[0050] Aspectos adicionais dos sistemas e métodos descritos podem também incorporar uma ou mais das características a seguir: um fluxo de água morna dentro do primeiro ou segundo estágio de passagem estrutural de água morna compreende: água morna do mar, água geotermicamente aquecida, reservatório de água aquecida pelo sol; água de resfriamento industrial aquecida, ou uma combinação dos mesmos; um fluxo de água morna entre 500000 e 6000000 gpm; um fluxo de água morna a 5440000 gpm; um fluxo de água morna entre 300000000 lb/hr e 1000000000 lb/hr; um fluxo de água morna a 2720000 lb/hr; a água fria que flui dentro do primeiro ou segundo estágio de passagem estrutural de água fria compreende: água fria do mar, água fresca fria, água subterrânea fria ou uma combinação dos mesmos; um fluxo de água fria entre 250000 e 3000,000 gpm; um fluxo de água fria a 3420000 gpm; um fluxo de água fria entre 125000000 lb/hr e 1750000000 lb/hr; um fluxo de água fria a 1710000 lb/hr.

[0051] Aspectos dos sistemas e métodos descritos podem também incorporar uma ou mais das características a seguir: a estrutura ao largo da costa é uma estrutura de mínima elevação; a estrutura ao largo da costa é uma estrutura de longarina flutuante; a estrutura ao largo da costa é uma estrutura semissubmersível.

[0052] Ainda um aspecto adicional dos sistemas e métodos descritos podem incluir um sistema de troca de calor de alta velocidade e alto volume para uso em uma usina de conversão de energia térmica do oceano, que compreende: um gabinete de primeiro estágio que adicionalmente compreende uma primeira passagem de fluxo de água para a troca de calor com um fluido de trabalho; e uma primeira passagem de fluido de trabalho; e um gabinete de segundo estágio acoplado ao gabinete de primeiro estágio, que adicionalmente compreende uma segunda passagem de fluxo de água para a troca de calor com um fluido de trabalho e acoplado a primeira passagem de fluxo de água em um modo para minimizar a queda de pressão da água que flui a partir da primeira passagem de fluxo de água para a segunda passagem de fluxo de água; e um segunda passagem de fluido de trabalho. Os gabinetes de primeiro e segundo estágios compreendem membros estruturais da usina.

[0053] Em outro aspecto, a água flui a partir do gabinete de primeiro estágio ao gabinete de segundo estágio e o gabinete de segundo estágio é embaixo do elemento evaporador do gabinete de primeiro estágio. Em outro aspecto, a água flui a partir do gabinete de primeiro estágio ao gabinete de segundo estágio e o gabinete de segundo estágio é acima do gabinete de primeiro estágio nos condensadores e abaixo do gabinete de primeiro estágio nos elemento evaporadores.

[0054] Em outro aspecto, um método de conectar o tubo vertical submerso a uma estrutura de flutuação inclui conectar cabos de suspensão e de retenção a uma porção superior de um tubo de água fria, em que a porção superior do tubo de água fria compreende um colar de elevação tendo uma superfície de conexão afunilada, arrastar o tubo de água fria para dentro de um compartimento de recebimento de longarina usando os cabos de suspensão e de retenção, em que o compartimento de recebimento compreende a superfície afunilada para receber a porção superior do tubo de água fria e um elemento de contato de acolchoamento; fazer com que a superfície de conexão afunilada de tubo de água fria faça um contato do tipo de vedação com o elemento de acolchoamento de contato do compartimento de recebimento; e fixar mecanicamente os cabos de elevação para manter o contato do tipo de vedação entre a superfície de conexão e o elemento de acolchoamento de contato.

[0055] Em outro aspecto, um conjunto de tubo de conexão submerso inclui uma estrutura de conexão que compreende a porção inferior tendo dispositivos de elevação, cabos de elevação, uma primeira superfície de conexão afunilada e um elemento de contato de acolchoamento; e um tubo vertical que inclui uma primeira porção longitudinal que compreende um colar de elevação tendo a segunda superfície de conexão afunilada e elementos de olhetes de elevação; e a segunda porção longitudinal abaixo da primeira porção, em que a segunda porção é mais flexível do que a primeira porção.

[0056] O conjunto de conexão de tubo submerso pode incluir uma ou mais das características a seguir: o conjunto de conexão de tubo submerso inclui a terceira porção longitudinal abaixo da segunda porção longitudinal e em que a terceira porção é menos flexível do que a segunda porção. A segunda superfície de conexão afunilada está em contato com o elemento de acolchoamento de contato da primeira superfície de conexão afunilada de modo a formar uma vedação hermética à água. O conjunto é parte de um sistema OTEC.

[0057] Em outro aspecto, uma conexão de tubo vertical submerso inclui uma estrutura flutuante tendo um compartimento de recebimento de tubo vertical, em que o compartimento de recebimento tem um primeiro diâmetro; um tubo vertical para inserção dentro do compartimento de recebimento de tubo, o tubo vertical tendo um segundo diâmetro menor do que o primeiro diâmetro do compartimento de recebimento de tubo; uma superfície de suporte; e um ou mais elementos de porção de detenção capazes de serem operados com a superfície de suporte, em que os elementos de porção de detenção definem um diâmetro que é diferente do que o primeiro ou do segundo diâmetro quando em contato com a superfície de suporte.

[0058] Em outro aspecto, um método de conectar um tubo vertical submerso a uma plataforma flutuante inclui proporcionar a estrutura flutuante tendo um compartimento de recebimento de tubo vertical, em que o compartimento de recebimento de tubo tem um primeiro diâmetro; proporcionar um tubo vertical tendo uma porção de extremidade de topo que tem um segundo diâmetro que é menor do que o primeiro diâmetro; inserir a porção de extremidade de topo do tubo vertical dentro do compartimento de recebimento; proporcionar uma superfície de suporte para suportar o tubo vertical; estender um ou mais elementos de porção de detenção de modo que os um ou mais elementos de porção de detenção têm um diâmetro que é diferente a partir do primeiro ou segundo diâmetros; e colocar em contato os um ou mais elementos de porção de detenção com a superfície de suporte para suspender o tubo vertical a partir da estrutura flutuante.

[0059] Em outro aspecto, uma estrutura de geração de energia ao largo da costa inclui uma porção submersa. A porção submersa inclui a porção de evaporação de quatro estágios integral com o conduto de água morna, a porção de condensação de quatro estágios integral com um conduto de água fria, a porção de geração de energia, uma conexão de tubo de água fria, e um tubo de água fria.

[0060] A estrutura de geração de energia ao largo da costa inclui uma ou mais das características a seguir: A porção de evaporação de quatro estágios compreende: um conduto de água morna que compreende um primeiro estágio de superfície de troca de calor, um segundo estágio de superfície de troca de calor, um terceiro estágio de superfície de troca de calor, e um quarto estágio de superfície de troca de calor em cooperação com os primeiro, segundo, terceiro e quarto fluidos de trabalho, em que o trabalho aquecido ao estado de vapor em cada um dos primeiro, segundo, terceiro, e quarto estágios de superfícies de troca de calor. Um conduto de água morna compreende um membro estrutural da porção submersa. Os primeiro e quarto fluidos de trabalho estão em comunicação com um primeiro turbogerador e os segundo e terceiro fluidos de trabalho estão em comunicação com um segundo turbogerador.

[0061] Em alguns aspectos, uma estrutura de geração de energia ao largo da costa é proporcionada que inclui uma porção submersa. A porção submersa inclui uma primeira porção de plataforma, uma segunda porção de plataforma e uma terceira porção de plataforma. A primeira porção de plataforma inclui um sistema elemento evaporador de múltiplos estágios integral que compreende; uma primeira passagem estrutural de água morna que forma um conduto de alto volume de água morna; um primeiro estágio de passagem de fluido de trabalho arranjado em cooperação com o primeiro estágio de passagem estrutural de água morna para aquecer um fluido de trabalho ao estado de vapor; um primeiro estágio de descarga de água morna diretamente acoplado a um segundo estágio de passagem estrutural de água morna, em que o segundo estágio de passagem estrutural de água morna forma um conduto de alto volume de água morna e compreende: um segundo estágio de captação de água morna acoplado ao primeiro estágio de descarga de água morna; um segundo estágio de passagem de fluido de trabalho arranjado em cooperação com o segundo estágio de passagem estrutural de água morna para aquecer um segundo fluido de trabalho ao estado de vapor; um segundo estágio de descarga de água morna. A segunda porção de plataforma inclui um sistema de condensação de múltiplos estágios, que compreende: um primeiro estágio de passagem estrutural de água fria que forma um conduto de alto volume de água fria, o primeiro estágio de passagem de água fria adicionalmente compreende: um primeiro estágio de captação de água fria; um primeiro estágio de passagem de fluido de trabalho em comunicação com o primeiro estágio de passagem de fluido de trabalho da primeira porção de plataforma, em que a passagem de fluido de trabalho da segunda porção de plataforma em cooperação com o primeiro estágio de passagem estrutural de água fria resfria o fluido de trabalho ao estado de líquido; um primeiro estágio de descarga de água fria diretamente acoplado a um segundo estágio de passagem estrutural de água fria que forma um conduto de alto volume de água fria que compreende; um segundo estágio de captação de água fria em que o primeiro estágio de descarga de água fria e o segundo estágio de captação de água fria são arranjados para proporcionar mínima perda de pressão no fluxo de água fria a partir do primeiro estágio de descarga de água fria ao segundo estágio de captação de água fria; um segundo estágio de passagem de fluido de trabalho em comunicação com o segundo estágio de passagem de fluido de trabalho da primeira porção de plataforma, em que o segundo estágio de passagem de fluido de trabalho em cooperação com o segundo estágio de passagem estrutural de água fria resfria o fluido de trabalho dentro do segundo estágio de passagem de fluido de trabalho ao estado de líquido; um segundo estágio de descarga de água fria. A terceira porção de plataforma aloja o equipamento de geração de energia, e inclui as primeira e segunda turbinas a vapor, em que o primeiro estágio de passagem de fluido de trabalho da primeira porção de plataforma está em comunicação com o primeira turbina e o segundo estágio de passagem de fluido de trabalho da primeira porção de plataforma está em comunicação com o segunda turbina.

[0062] Em alguns aspectos, um tubo inclui uma estrutura tubular alongada tendo uma superfície externa, uma extremidade de topo e uma extremidade de fundo, a estrutura tubular que compreende: a pluralidade de primeiro e segundo segmentos de ripa, cada segmento de ripa tendo uma porção de topo e uma porção de fundo, em que a porção de topo do segundo segmento de ripa é deslocada a partir da porção de topo do primeiro segmento dotado de ripas. Adicionalmente, cada segmento de ripa compreende cloreto de polivinil (PVC), cloreto de polivinil clorado (CPVC), fibra de plástico reforçada (FRP), argamassa de polímero reforçada (RPMP), polipropileno (PP), polietileno (PE), polietileno de alta densidade reticulado (PEX), polibutileno (PB), acrilonitrila butadieno estireno (ABS); poliéster, fibra reforçada de poliéster, poliéster reforçado com náilon, éster de vinil, éster de vinil reforçado com fibra, éster de vinil reforçado com náilon, concreto, cerâmica, ou um compósito de um ou mais dos mesmos.

[0063] Em alguns aspectos, um método de formar um tubo de água fria para uso em uma instalação de energia OTEC inclui formar uma pluralidade de primeiro e segundo segmentos de ripa; e ligar de modo adesivo os primeiro e segundo segmentos de ripa alternados de modo que os segundos segmentos de ripa são deslocados a partir dos primeiros segmentos de ripa para formar um tubo alongado contínuo.

[0064] Aspectos dos sistemas e métodos descritos podem ter uma ou mais das vantagens a seguir: um tubo contínuo deslocado dotado de ripas de água fria é mais leve do que um tubo de construção segmentada; um tubo contínuo deslocado dotado de ripas de água fria tem menos perdas de fricção do que um tubo segmentado; ripas individuais podem ser dimensionadas para facilidade de transporte para uma instalação campo de operação de OTEC; ripas podem ser construídas para as desejadas características de flutuação; a produção de energia OTEC requer pouco a nenhum custo de combustível para a produção de energia; as baixas pressões e as baixas temperaturas envolvidas no motor de calor de OTEC reduz os custos de componente e requer materiais simples comparados aos materiais de alto custo, exóticos usados em instalações de geração de energia de alta pressão, e de alta temperatura; a confiabilidade da instalação é comparável aos sistemas de refrigeração comerciais, que operam continuamente por diversos anos sem significante manutenção; reduzidos tempos de construção comparados às instalações de alta pressão, de alta temperatura; e operação e produção de energia benigna ambientalmente segura. Vantagens adicionais podem incluir, maior eficiência líquida comparada aos sistemas de OTEC tradicionais, cargas elétricas sacrificiais mais baixas; reduzida perda de pressão em passagens de água morna e água fria; componentes modulares; tempo de produção fora da grande menos frequente; mínima elevação e reduzida susceptibilidade para a ação das ondas; descarga de água de resfriamento abaixo dos níveis da superfície, captação de água morna livre a partir de interferência de descarga de água fria;.

[0065] Conjuntos de tubo de água fria e métodos de conectar conjuntos de tubo de água fria às estruturas de longarina descritas aqui podem criar conexões fortes e rígidas ao mesmo tempo em que permitem que o tubo de água fria tenha maior flexibilidade sobre determinados tubos de água fria convencionais por criar tubos de água fria multisseccionados onde diferentes seções têm rigidez variável para transferir cargas através do tubo de água fria.

[0066] Conjuntos de tubo de água fria e métodos de conectar conjuntos de tubo de água fria às estruturas de longarina descritas aqui podem também ser usados para criar tubos de água fria que podem ser fixados a e destacados a partir de estruturas de longarina mais rápido e mais fácil do que determinados tubos de água fria convencionais.

[0067] Conjuntos de tubo de água fria e métodos de fixação de tubo de água fria às estruturas de longarina descritas aqui podem ser usados para criar uma interface de ligação de tubo de água fria para a estrutura de longarina que é mais fácil de alinhar e proporciona melhor vedação do que determinados tubos de água fria convencionais.

[0068] Os detalhes de uma ou mais modalidades da descrição são determinados nos desenhos em anexo e na descrição abaixo. Outros aspectos, características e vantagens da presente invenção serão aparentes a partir da descrição e dos desenhos, e a partir das reivindicações.

Descrição dos desenhos

[0069] A figura 1 ilustra um exemplo do motor de calor de OTEC da técnica anterior.

[0070] A figura 2 ilustra um exemplo da usina de OTEC da técnica anterior.

[0071] A figura 3 ilustra uma estrutura de OTEC.

[0072] A figura 3A ilustra uma estrutura de OTEC.

[0073] A figura 4 ilustra um tubo deslocado dotado de ripas de uma estrutura de OTEC.

[0074] A figura 5 ilustra uma imagem detalhada de um padrão de ripa deslocada.

[0075] A figura 6 ilustra uma vista em seção transversal de um tubo deslocado dotado de ripas de água fria.

[0076] As figuras 7A-C ilustram várias vistas de ripas individuais.

[0077] A figura 8 ilustra um arranjo de porção de lingueta e de porção de ranhura de uma ripa individual.

[0078] As figuras 9A-B ilustram uma trava de pressão positiva entre duas ripas.

[0079] A figura 10 ilustra um tubo deslocado dotado de ripas de água fria que incorporam uma cinta de reforço.

[0080] A figura 11 ilustra um método de construção de tubo de água fria.

[0081] A figura 12 ilustra um exemplo da técnica anterior de a conexão de tubo em cardan.

[0082] A figura 13 ilustra uma conexão de tubo de água fria.

[0083] A figura 14 ilustra uma conexão de tubo de água fria.

[0084] A figura 15 ilustra um método de conexão de tubo de água fria.

[0085] A figura 16 ilustra uma conexão de tubo de água fria com um tubo flexível de água fria.

[0086] A figura 17 ilustra uma conexão de tubo de água fria.

[0087] A figura 18 ilustra um tubo de água fria com um colar de elevação.

[0088] A figura 19 ilustra uma vista em perspectiva seccionada de uma plataforma de trocador de calor.

[0089] A figura 20 ilustra um plano de plataforma de uma plataforma de trocador de calor.

[0090] A figura 21 ilustra um gabinete do trocador de calor.

[0091] A figura 22A ilustra um ciclo convencional de troca de calor.

[0092] A figura 22B ilustra um ciclo de troca de calor em cascata de múltiplos estágios.

[0093] A figura 22C ilustra um ciclo híbrido de troca de calor em cascata de múltiplos estágios.

[0094] A figura 22D ilustra a queda de pressão do elemento evaporador e produção de energia associada.

[0095] As figuras 23A-B ilustram um exemplo de motor de calor de OTEC.

[0096] A figura 24 ilustra um tubo de água fria dividido em três seções.

[0097] A figura 25 ilustra uma primeira seção do tubo de água fria da figura 24.

[0098] A figura 26 ilustra uma vista em seção transversal de um anel correspondente e placas de face superior da seção superior do tubo de água fria da figura 24.

[0099] A figura 27 ilustra uma vista em seção transversal de uma seção de interface de longarina da seção superior da figura 24.

[00100] A figura 28 ilustra uma junta de interface entre as seções superior e intermediária de tubo de água fria da figura 24.

[00101] A figura 29 ilustra a seção intermediária do tubo de água fria da figura 24.

[00102] A figura 30 ilustra uma junta longitudinal de duas ripas de junção de tubo da seção intermediária da figura 29.

[00103] A figura 31 ilustra uma junta de extremidade de duas ripas de junção de tubo da seção intermediária da figura 29.

[00104] A figura 32 ilustra a seção inferior do tubo de água fria da figura 24.

[00105] Símbolos de referência similares nos diversos desenhos indicam elementos similares a não ser que de outro modo indicado.

Descrição Detalhada

[00106] A presente descrição refere-se à geração de energia elétrica usando tecnologia de Conversão de Energia Térmica do Oceano (OTEC). Aspectos da descrição se referem a uma usina de OTEC flutuante tendo aprimoradas eficiências gerais com reduzida carga parasítica, maior estabilidade, construção e custos operacionais mais baixos, e pegada ambiental aprimorada em relação às usinas de OTEC anteriores. Outros aspectos incluem condutos de grande volume de água que são integrais com a estrutura flutuante. Modularidade e compartimentalização do motor de calor de OTEC de múltiplos estágios reduzem os custos de construção e de manutenção, limita a operação fora da rede e aprimora o desempenho da operação. Ainda aspectos adicionais proporcionam uma plataforma flutuante tendo compartimentos de troca de calor integrados e proporcionam mínimo movimento da plataforma em virtude da ação das ondas. A plataforma flutuante integrada pode também proporcionar fluxo eficiente de água morna ou de água fria através do trocador de calor de múltiplos estágios, aumentando a eficiência e reduzindo a demanda de energia parasítica. Aspectos dos sistemas e métodos descritos promovem uma pegada neutra térmica por descarregar água morna e água fria em faixas de temperatura/profundidade apropriadas. Energia extraída na forma de eletricidade reduz a temperatura interna para o oceano.

[00107] OTEC é um processo que usa energia de calor a partir do sol que é armazenada nos oceanos da Terra para gerar eletricidade. OTEC utiliza a diferença de temperatura entre a camada superior mais aquecida do oceano e as águas profundas mais frias do oceano. Tipicamente essa diferença é pelo menos 20 °C (36 °F) . As referidas condições existem em áreas tropicais, basicamente entre o Trópico de Capricórnio e o Trópico de Câncer, ou mesmo a 20° norte e sul de latitude. O Processo de OTEC usa a diferença de temperatura para acionar um ciclo de Rankine, com a superfície morna da água servindo como a fonte de calor e as águas profundas frias servindo como o dissipador de calor. As turbinas do ciclo de Rankine acionam os geradores que produzem energia elétrica.

[00108] A figura 1 ilustra o motor de calor de um ciclo de Rankine de uma OTEC típica 10 que inclui uma porção de entrada de água morna do mar 12, um elemento evaporador 14, uma porção de saída de água morna do mar 15, uma turbina 16, porção de entrada de água fria do mar 18, um elemento condensador 20, uma porção de saída de água fria do mar 21, um conduto de fluido de trabalho 22 e uma bomba de fluido de trabalho 24.

[00109] Em operação, o motor de calor 10 pode usar qualquer um de um número de fluidos de trabalho, por exemplo, refrigerantes comerciais tais como amônia. Outros fluidos de trabalho podem incluir propileno, butano, R-22 e R-134a. Outros refrigerantes comerciais podem ser usados. Água morna do mar entre aproximadamente 23,9 e 29,4 °C;(75° e 85°F), ou mais, é captada a partir do oceano superfície ou de logo abaixo da superfície do oceano através da porção de entrada de água morna do mar 12 e por sua vez aquece o fluido de trabalho amônia que passa através do elemento evaporador 14. A amônia ferve ao estado de vapor a uma pressão de aproximadamente 9,3 atm. O vapor é portado junto do conduto de fluido de trabalho 22 para a turbina 16. O vapor de amônia se expande na medida em que o mesmo passa através da turbina 16, produzindo energia para acionar um gerador elétrico 25. O vapor de amônia então entra no elemento condensador 20 onde o mesmo é resfriado ao estado de líquido pela água fria do mar captada a partir do oceano profundo a uma profundidade de aproximadamente 914 m (3000 pés). A água fria do mar entra no elemento condensador a uma temperatura de aproximadamente 4,4 °C;(40 °F). A pressão do vapor do fluido de trabalho amônia a uma temperatura no elemento condensador 20, de aproximadamente 10,6 °C; (51 °F), é de 6,1 atm. Assim, uma significante diferença de pressão é disponível para acionar a turbina 16 e gerar energia elétrica. Na medida em que o fluido de trabalho amônia se condensa, o fluido de trabalho líquido é bombeado de volta para dentro do elemento evaporador 14 pela bomba de fluido de trabalho 24 por meio de conduto de fluido de trabalho 22.

[00110] O motor de calor 10 da figura 1 é essencialmente o mesmo que o do ciclo de Rankine da maioria das turbinas de vapor, exceto em que a OTEC difere por usar diferentes fluidos de trabalho e temperaturas e pressões mais baixas. O motor de calor 10 da figura 1 é também similar aos das instalações de refrigeração comerciais, exceto em que o ciclo de OTEC é acionado na direção oposta de modo que a fonte de calor (por exemplo, água morna do oceano) e um dissipador de calor frio (por exemplo, águas profundas do oceano) são usados para produzir energia elétrica.

[00111] A figura 2 ilustra os componentes típicos de uma instalação de OTEC flutuante 200, que incluem: o navio ou plataforma 210, porção de entrada de água morna do mar 212, bomba de água morna 213, elemento evaporador 214, porção de saída de água morna do mar 215, turbina-gerador 216, tubo de água fria 217, porção de entrada de água fria do mar 218, bomba de água fria 219, elemento condensador 220, porção de saída de água fria do mar 221, conduto de fluido de trabalho 22, bomba de fluido de trabalho 224, e conexões de tubo 230. A instalação de OTEC 200 pode também incluir sistemas de geração, transformação e transmissão elétrica, sistemas de controle de posição tais como sistemas de propulsão, propulsores, ou de amarração, assim como vários sistemas auxiliares e de suporte (por exemplo, acomodações de pessoal, energia de emergência, água potável, água negra e cinza, combate à chama, controle de danos, boias de reserva, e outros sistemas comuns marinhos ou de bordo).

[00112] Implementações de usinas de OTEC que utilizam o motor de calor básico e o sistema das figuras 1 e 2 têm uma eficiência geral relativamente baixa de 3% ou menos. Em virtude dessa baixa eficiência térmica, as operações de OTEC requerem o fluxo de grandes quantidades de água através do sistema de energia por quilowatt de energia gerada. Isso por sua vez requer grandes trocadores de calor tendo grandes áreas superfície de troca de calor no elemento evaporador e nos elementos condensadores.

[00113] Os referidos grandes volumes de água e grandes áreas de superfície requerem considerável capacidade de bombeamento na bomba de água morna 213 e bomba de água fria 219, reduzindo a energia elétrica líquida disponível para distribuição para a instalação com base em terra ou para aletas industriais a bordo. Adicionalmente, o espaço limitado da maioria dos navios de superfície não facilita a que grandes volumes de água sejam direcionados a e fluam através do elemento evaporador ou do elemento condensador. De fato, grandes volumes de água requerem tubos e condutos de grandes diâmetros. Alocar as referidas estruturas em espaço limitado requer múltiplas dobras para acomodar outros maquinários. E o espaço limitado de típicas superfícies ou estruturas de navios não facilita uma grande área de superfície de troca de calor necessária para a máxima eficiência em uma instalação de OTEC. Assim os sistemas de OTEC e navio ou plataforma têm de modo tradicional sido grandes e onerosos. Isso levou a uma conclusão da indústria de que as operações de OTEC são uma opção de um alto custo, e baixo rendimento de produção de energia quando comparado a outras opções de produção de energia usando temperaturas e pressões mais elevadas.

[00114] Aspectos dos sistemas e métodos descritos vão de encontro aos desafios técnicos de modo a aprimorar a eficiência das operações de OTEC e reduzir o custo de construção e de operação.

[00115] O navio ou plataforma 210 requer baixo movimento para minimizar as forças dinâmicas entre o tubo de água fria 217 e o navio ou plataforma 210 e para proporcionar um ambiente de operação benigno para o equipamento de OTEC na plataforma ou navio. O navio ou plataforma 210 deve também suportar os volumes de fluxo da porção de entrada de água fria do mar 218 e da porção de entrada de água morna do mar 212, aportando suficiente água morna e água fria em níveis apropriados para proporcionar a eficiência do processo de OTEC. O navio ou plataforma 210 deve também permitir descarga de água morna e fria por meio das porções de saída de água fria 221 e porções de saída de água morna 215 bem abaixo da linha da água do navio ou plataforma 210 para evitar recirculação térmica para dentro da camada de superfície do oceano. Adicionalmente, o navio ou plataforma 210 deve sobreviver a mau tempo sem interromper as operações de geração de energia operações.

[00116] O motor de calor de OTEC 10 deve utilizar um ciclo térmico altamente eficiente para a máxima eficiência e produção de energia. Transferência de calor nos processos de ebulição e de condensação, assim como nos materiais e configuração do trocador de calor, limitam a quantidade de energia que pode ser extraída a partir de cada libra de água morna do mar. Os trocadores de calor usados no elemento evaporador 214 e no elemento condensador 220 requerem altos volumes de fluxo de água morna e de água fria com baixa perda de carga para minimizar as cargas parasíticas. Os trocadores de calor também requerem altos coeficientes de transferência de calor para aumentar a eficiência. Os trocadores de calor podem incorporar material e configuração que pode ser produzidos para as temperaturas de entrada de água morna e de água fria para aumentar a eficiência. A configuração do trocador de calor deve usar um simples método de construção com mínimas quantidades de material para reduzir custo e volume.

[00117] Turbogeradores 216 devem ser altamente eficientes com mínimas perdas internas e podem também ser produzidos para o fluido de trabalho para aumentar eficiência.

[00118] A figura 3 ilustra uma implementação que aumenta a eficiência das usinas de OTEC anteriores e supera muitos dos desafios técnicos associados com as mesmas. A referida implementação compreende uma longarina para o navio ou plataforma, com trocadores de calor e tubos de água morna e de água fria associados integrais à longarina.

[00119] Longarinas de OTEC 310 alojam um sistema de trocador de calor de múltiplos estágios integral para uso com uma instalação de OTEC de geração de energia. A longarina 310 inclui uma porção submersa 311 abaixo da linha da água 305. A porção submersa 311 compreende uma porção de captação de água morna 340, uma porção de evaporação 344, uma porção de descarga de água morna 346, uma porção de condensação 348, uma porção de captação de água fria 350, um tubo de água fria 217, uma porção de descarga de água fria 352, uma porção de maquinário da plataforma 354. O alojamento da plataforma 360 se assenta em cima da longarina que aloja a subestação elétrica, maquinário e sistema auxiliar e de emergência, equipamento de manipulação da embarcação, e espaços tripulados tais como escritórios, acomodações, centros de comunicações e salas de controle.

[00120] A figura 3A ilustra um exemplo de layout de maquinário dos presentes sistemas e métodos descritos, que inclui uma porção de captação de água morna 340, um recinto de bomba de água morna 341, uma porção de evaporação empilhada 344, uma turbina gerador 349, uma porção de condensação empilhada 348, uma porção de captação de água fria 350, e um recinto de bomba de água fria 351.

[00121] Em operação, água morna do mar entre 23,9 °C; e 29,4 °C;(75 °F e 85 °F) é captada através de porção de captação de água morna 340 e flui para baixo para a longarina através de conduto de água morna estruturalmente integral não mostrado. Em virtude das altas necessidades de volume de fluxo de água dos motores de calor de OTEC, um conduto de água morna direciona o fluxo para a porção de evaporação 344 de entre 500000 gpm e 6000000 gpm. O referido conduto de água morna tem um diâmetro de entre 1,8 m e 10,7 m (6 pés e 35 pés), ou mais. Em virtude do referido tamanho, o conduto de água morna é o membro de estrutura vertical da longarina 310. O conduto de água morna pode ser tubo de grande diâmetro de suficiente resistência para verticalmente suportar a longarina 310. Alternativamente, um conduto de água morna pode ser passagens integrais para a construção da longarina 310.

[00122] Água morna então flui através da porção de evaporação 344 que aloja um ou mais trocadores de calor de múltiplos estágios empilhados para amornar um fluido de trabalho ao estado de vapor. A água morna do mar é então descarregada a partir da longarina 310 por meio da descarga de água morna 346. A descarga de água morna pode ser localizada ou direcionada por meio de um tubo de descarga de água morna a uma profundidade a ou próxima da camada térmica do oceano que é aproximadamente a mesma temperatura que a temperatura da descarga de água morna para minimizar impactos ambientais. A descarga de água morna pode ser direcionada a suficiente profundidade para reduzir a probabilidade de recirculação térmica seja com a captação de água morna ou captação de água fria.

[00123] Água fria do mar é captada a partir de uma profundidade entre 762 e 1280 m (2500 e 4200 pés), ou mais, a uma temperatura de aproximadamente 4,4 °C;(40°F), por meio de um tubo de água fria 217. A água fria do mar entra na longarina 310 por meio de porção de captação de água fria 350. Em virtude das necessidades de alto fluxo de volume de água de motores de calor de OTEC, os condutos de água fria do mar direcionam o fluxo para a porção de condensação 348 entre 500000 gpm e 3500000 gpm. Os referidos condutos de água fria do mar têm um diâmetro entre 1,8 m e 10,7 m (6 pés e 35 pés), ou mais. Em virtude do referido tamanho, os condutos de água fria do mar são membros de estrutura vertical de longarina 310. Os condutos de água fria podem ser tubos de grande diâmetro de suficiente resistência para verticalmente suportar a longarina 310. Alternativamente, os condutos de água fria podem ser passagens integrais com a construção da longarina 310.

[00124] Água fria do mar então flui para cima para a porção de condensação de múltiplos estágios empilhada 348, onde a água fria do mar resfria um fluido de trabalho ao estado de líquido. A água fria do mar é então descarregada a partir de longarina 310 por meio da descarga de água fria do mar 352. A descarga de água fria pode ser localizada ou direcionada por meio do tubo de descarga de água fria do mar a uma profundidade a ou próxima de uma camada térmica do oceano que é aproximadamente a mesma temperatura que a temperatura de descarga da água fria do mar. A descarga de água fria pode ser direcionada para uma profundidade suficiente para reduzir a probabilidade de recirculação térmica seja com a captação de água morna ou a captação de água fria.

[00125] A porção de maquinário da plataforma 354 pode ser posicionada verticalmente entre a porção de evaporação 344 e a porção de condensação 348. Posicionar a porção de maquinário da plataforma 354 embaixo da porção de evaporação 344 permite um fluxo de agua morna quase em linha reta a partir de captação, através dos elementos evaporadores de múltiplos estágios, e para a descarga. Posicionar a porção de maquinário da plataforma 354 acima da porção de condensação 348 permite um fluxo de água fria quase em linha reta a partir da captação, através dos elementos condensadores de múltiplos estágios, e para a descarga. A porção de maquinário da plataforma 354 inclui turbogeradores 356. Em operação, fluido de trabalho morno aquecido ao estado de vapor a partir da porção de evaporação 344 flui para um ou mais turbogeradores 356. O fluido de trabalho se expande em turbogerador 356 desse modo acionando a turbina para a produção de energia elétrica. O fluido de trabalho então flui para porção de condensação 348 onde o mesmo é resfriado ao estado de líquido e bombeado para a porção de evaporação 344.

[00126] O desempenho de trocadores de calor é afetado pela diferença de temperatura disponível entre os fluidos assim como a transferência do coeficiente de calor nas superfícies do trocador de calor. O coeficiente de transferência de calor em geral varia com a velocidade do fluido através das superfícies de transferência de calor. Velocidades de fluido mais elevadas requerem potência de bombeamento mais elevada, desse modo reduzindo a eficiência líquida da instalação. Um sistema de troca de calor de múltiplos estágios híbrido em cascata facilita velocidades de fluido mais baixas e maior eficiência da instalação. The configuração de troca de calor híbrida em cascata empilhada também facilita quedas de pressão menores através do trocador de calor. A configuração de instalação vertical facilita uma queda de pressão menor através de todo o sistema. Um sistema de troca de calor de múltiplos estágios híbrido em cascata é descrito em Publicação de Patente US No. US 2011/0173979 A1, intitulada "Ocean Thermal Energy Conversion Plant", depositada em 21 de janeiro de 2010, o conteúdo total da qual se encontra aqui incorporado por referência.

Tubo de água fria

[00127] Como descrito acima, as operações de OTEC requerem uma fonte de água fria a uma temperatura constante. Variações na água de resfriamento podem influenciar enormemente a eficiência geral da usina de OTEC. Como tal, água a aproximadamente 4,4 °C;(40°F) é captada a partir de profundidades entre 823 m a 1200 m (2700 pés e 4200 pés) ou mais. Um tubo longo de captação é necessário para aspirar a referida água fria para a superfície para uso pela usina de OTEC. Os referidos tubos de água fria têm sido um obstáculo para as operações OTEC comercialmente oferecidas em virtude do custo da construção de um tubo de desempenho e durabilidade adequados.

[00128] Os referidos tubos de água fria foram um obstáculo para as operações OTEC comercialmente oferecidas em virtude do custo de construção de um tubo de desempenho e durabilidade adequados. OTEC requer grandes volumes de água em desejadas temperaturas de modo a garantir a máxima eficiência em gerar energia elétrica. As configurações anteriores de tubo de água fria específicas para as operações de OTEC incluíram uma construção em seções. Seções de tubo cilíndrico foram aparafusadas ou mecanicamente unidas juntas em série até que um comprimento suficiente tenha sido alcançado. Seções de tubo foram montadas próximas da instalação e o tubo completamente construído foi então erigido e instalado. A referida abordagem tinha inconvenientes significantes que incluíam tensão e fadiga nos pontos de conexão entre as seções de tubo. Adicionalmente, o hardware de conexão acrescentou ao peso geral do tubo, complicando adicionalmente as considerações de tensão e de fadiga nas conexões de seção de tubo e a conexão entre os CWP completamente montados e a plataforma de OTEC ou navio.

[00129] O tubo de água fria ("CWP") é usado para aspirar água a partir do reservatório de água fria a uma profundidade no oceano de entre 823 m e 1280 m (2700 pés e 4200 pés) ou mais. A água fria é usada para resfriar e condensar ao estado de líquido o fluido de trabalho em forma de vapor que emerge a partir da turbina da usina. O tubo de água fria e a sua conexão para o navio ou plataforma são configurados para resistir às cargas dinâmicas e estáticas impostas pelo peso do tubo, o movimento relativo do tubo e da plataforma quando submetidos às cargas das ondas e de correntes de gravidade de até 100 anos de inundação, e a carga de colabamento induzida pela sucção da bomba de água. O tubo de água fria é dimensionado para lidar com o necessário fluxo de água com baixa perda de arrasto, e é produzido de um material que é durável e resistente à corrosão em água do mar.

[00130] O comprimento do tubo de água fria é definido pela necessidade de aspirar água a partir de uma profundidade onde a temperatura é de aproximadamente 4,4 °C;(40°F). O comprimento do CWP pode ser entre 609,6 m e 1219,2 m (2000 pés e 4000 pés) ou mais. Em aspectos dos presentes sistemas e métodos descritos, o tubo de água fria pode ser de aproximadamente 914 m (3000 pés) de comprimento.

[00131] O diâmetro do tubo de água fria é determinado pelo tamanho da usina e pelas necessidades de fluxo de água. O coeficiente de fluxo de água através do tubo é determinado pela saída de energia desejada e pela eficiente da usina de OTEC. O tubo de água fria pode portar água fria para o conduto de água fria do navio ou plataforma a um coeficiente de entre 500000 gpm e 3500000 gpm, ou mais. Os diâmetros dos tubos de água fria podem ser entre 1,8 m e 10,7 m (6 pés e 35 pés) ou mais. Em aspectos dos presentes sistemas e métodos descritos, o diâmetro do tubo de água fria é aproximadamente 9,4 m (31 pés) em diâmetro.

[00132] Configurações anteriores de tubo de água fria específicos para as operações de OTEC incluíram uma construção em seções. Seções de tubo cilíndrico entre 3 e 24 m (10 e 80 pés) de comprimento foram aparafusadas ou unidas juntas em série até que um comprimento suficiente foi alcançado. Usando múltiplas seções de tubo cilíndrico, o tubo de água fria pode ser montado próximo à instalação e o tubo completamente construído pode ser erigido e instalado. A referida abordagem tem significantes inconvenientes que incluem tensão e fadiga nos pontos de conexão entre as seções de tubo. Adicionalmente, o hardware de conexão acrescenta ao peso geral do tubo, complicando adicionalmente as considerações de tensão e fadiga nas conexões de seção de tubo e a conexão entre o tubo de água fria completamente montado e a plataforma de OTEC ou navio.

[00133] Com referência à figura 4 um tubo contínuo deslocado dotado de ripas de água fria é mostrado. O tubo de água fria 217 é livre de juntas de seção como nas configurações anteriores de tubo de água fria, em vez de utilizar uma construção de ripa deslocada. O tubo de água fria 217 inclui uma porção de extremidade de topo 452 para conexão à porção submersa da plataforma de OTEC flutuante 411. A porção oposta da extremidade de topo 452 é a porção de fundo 454, que pode incluir um sistema de lastro, um sistema de ancoragem, e/ou uma tela de captação.

[00134] Tubo de água fria 217 compreende uma pluralidade de ripas montadas deslocadas para formar um cilindro. Em algumas modalidades, a pluralidade de ripas deslocadas inclui alternar múltiplas primeiras ripas 465 e múltiplas segundas ripas 467. Cada primeira ripa inclui uma borda de topo 471 e uma borda de fundo 472. Cada segunda porção de ripa inclui uma borda de topo 473 e uma borda de fundo 474. Em algumas modalidades, a segunda porção de ripa 467 é verticalmente deslocada a partir de uma primeira porção de ripa adjacente 465 de modo que a borda de topo 473 (de segunda porção de ripa 467) é entre 3% e 97% verticalmente deslocada a partir da borda de topo 471 (da primeira porção de ripa 465). A deslocada entre ripas adjacentes pode ser aproximadamente, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% ou mais.

[00135] A figura 5 ilustra uma vista detalhada de um padrão de ripa deslocada de um aspecto dos presentes sistemas e métodos descritos. O padrão inclui múltiplas primeiras ripas 465, cada uma tendo uma porção de borda de topo 471, porção de borda de fundo 472, borda conectada 480 e borda deslocada 478. O padrão também inclui múltiplas segundas ripas 467, cada uma tendo uma porção de borda de topo 473, uma porção de borda de fundo 474, borda conectada 480, e borda deslocada 479. Ao formar o tubo de água fria, primeira seção de ripa 465 é unida à segunda seção de ripa 467 de modo que a borda conectada 480 é aproximadamente 3% a 97% do comprimento da primeira seção de ripa 465 quando medido a partir da borda de topo 471 para a borda de fundo 472. Em um aspecto, a borda conectada 480 é aproximadamente 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, ou 90% do comprimento da ripa.

[00136] Será observado que em um tubo completamente construído, a primeira ripa 465 pode ser unida à segunda porção de ripa 467 junto da borda conectada 480. A primeira ripa 465 pode também ser conectada a ripas adicionais junto da borda deslocada 478, que inclui uma primeira porção de ripa adicional, uma segunda porção de ripa adicional, ou qualquer outra porção de ripa. De modo similar, a segunda porção de ripa 467 pode ser unida à primeira porção de ripa junto da borda conectada 480. E a segunda porção de ripa 467 pode ser unida à outra porção de ripa junto da borda deslocada 479, que inclui uma primeira porção de ripa adicional, uma segunda porção de ripa adicional, ou qualquer outra porção de ripa.

[00137] Em aspectos, a borda conectada 480 entre as múltiplas primeiras ripas 465 e as múltiplas segundas ripas 467 pode ser um comprimento ou percentual consistente do comprimento da ripa para cada ripa sobre a circunferência do tubo. A borda conectada 480 entre as múltiplas primeiras ripas 465 e as múltiplas segundas ripas 465 pode ser um comprimento ou percentual consistente do comprimento da ripa para cada ripa junto do eixo longitudinal do tubo de água fria 451. Em aspectos adicionais a borda conectada 480 pode variar de comprimento entre alternar as primeiras ripas 465 e as segundas ripas 467.

[00138] Como ilustrado na figura 5, a primeira ripa 465 e a segunda porção de ripa 467 têm as mesmas dimensões. Em aspectos, a primeira ripa 465 pode ser entre 76,2 cm e 330 cm (30 e 130 polegadas) de largura ou mais, 9,1 a 18,3 m (30 a 60 pés) de comprimento, e entre 2,5 e 61 cm (1 e 24 polegadas) de espessura. Em um aspecto as dimensões da ripa podem ser aproximadamente 2 m (80 polegadas) de largura, 12,2 m (40 pés de comprimento), e 10,2 a 30,5 cm (4 a 12 polegadas) de espessura. Alternativamente, a primeira ripa 465 pode ter um diferente comprimento ou largura a partir da segunda porção de ripa 467.

[00139] A figura 6 ilustra uma vista em seção transversal de tubo de água fria 217 mostrando a alternação das primeiras ripas 465 e das segundas ripas 467. Cada ripa inclui uma superfície interna 485 e uma superfície externa 486. Ripas adjacentes são unidas juntas e conectadas na superfície 480. Quaisquer duas conectadas nas superfícies em lados opostos de uma única ripa definem um ângulo α. O ângulo α é determinado por dividir 360° pelo número total de ripas. Em um aspecto, α pode ser entre 1° e 36°. Em um aspecto α pode ser 22,5° para um tubo de ripa de 16 ou 11,25° para um tubo de ripa de 32.

[00140] Ripas individuais de tubo de água fria 217 podem ser produzidas a partir de cloreto de polivinil (PVC), cloreto de polivinil clorado (CPVC), fibra de plástico reforçada (FRP), argamassa de polímero reforçada (RPMP), polipropileno (PP), polietileno (PE), polietileno de alta densidade reticulado (PEX), polibutileno (PB), acrilonitrila butadieno estireno (ABS); poliuretano, poliéster, fibra reforçada de poliéster, poliéster reforçado com náilon, éster de vinil, éster de vinil reforçado com fibra, éster de vinil reforçado com náilon, concreto, cerâmica, ou um compósito de um ou mais dos mesmos. Ripas individuais podem ser moldadas, extrusadas, ou pultrusadas usando técnicas de fabricação padrão. Em um aspecto, ripas individuais são pultrusadas ao formato desejado e formam e compreendem uma fibra ou éster de vinil reforçado com náilon. Ésteres de vinil estão disponíveis pela Ashland Chemical of Covington, Kentucky.

[00141] Em algumas modalidades, ripas são ligadas a ripas adjacentes usando um adesivo adequado. A resina flexível pode ser usada para proporcionar uma junta flexível e uniforme desempenho de tubo. Em aspectos dos sistemas e métodos descritos, ripas que compreende um éster de vinil reforçado são ligadas a ripas adjacentes usando uma resina de éster de vinil. Adesivos de metacrilato podem também ser usados, tal como MA560-1 fabricado por Plexis Structural Adhesives of Danvers, Massachusetts.

[00142] Com referência agora às figuras 7A-7C, várias construções de ripa são mostradas em que uma ripa individual 465 inclui uma borda de topo 471, uma borda de fundo 472 e um ou mais espaços vazios 475. O espaço vazio 475 pode ser oco, preenchido com água, preenchido com uma resina, preenchido com um adesivo, ou preenchido com um material de espuma, tal como espuma sintética. Espuma sintética é a matriz de resina e pequenas contas de vidro. As contas podem ou ser ocas ou sólidas. O espaço vazio 475 pode ser preenchido para influenciar a flutuação da ripa e/ou o tubo de água fria 451. A figura 7A ilustra um único espaço vazio 475. Em algumas modalidades, múltiplos espaços vazios 475 podem ser igualmente espaçados junto ao comprimento da ripa, como ilustrado na figura 7B. Em algumas modalidades, um ou mais espaços vazios 475 são dispostos em direção de uma extremidade da ripa, por exemplo, em direção da borda de fundo 472, como ilustrado na figura 7C.

[00143] Com referência à figura 8, cada ripa individual 465 pode incluir uma borda de topo 471, uma borda de fundo 472, um primeiro lado longitudinal 491 e um segundo lado longitudinal 492. Em algumas modalidades, o lado longitudinal 491 inclui um membro de carpintaria, tal como porção de lingueta 493. O membro de carpintaria pode alternativamente incluir, biscuits, juntas de meia volta, ou outras estruturas de carpintaria. O segundo lado longitudinal 492 inclui uma superfície de carpintaria correspondente, tal como a porção de ranhura 494. Em uso, o primeiro lado longitudinal 491 de uma primeira ripa se conjuga com ou se une com o segundo lado longitudinal 492 de uma segunda ripa. Embora não mostrado, as estruturas de junção, tal como a porção de lingueta e a porção de ranhura, ou outras estruturas podem ser usadas na borda de topo 471 e na borda de fundo 472 para unir a ripa a uma ripa longitudinal adjacente.

[00144] Em aspectos dos sistemas e métodos descritos, o primeiro lado longitudinal pode incluir uma conexão de trava de pressão positiva 491 para engate correspondente com o segundo lado longitudinal 492. As conexões de trava de pressão positiva ou conexões de encaixe são em geral descritas na patente US No. 7.131.242, incorporada aqui por referência em sua totalidade. Todo o comprimento da porção de lingueta 493 pode incorporar a trava de pressão positiva ou porções de porção de lingueta 493 pode incluir a trava de pressão positiva. A porção de lingueta 493 pode incluir rebites de encaixe. Será observado que onde a porção de lingueta 493 inclui uma estrutura de trava de encaixe, uma estrutura de recebimento adequada é proporcionada no segundo lado longitudinal tendo a porção de ranhura 494.

[00145] A figura 9A ilustra um exemplo de um sistema de trava de pressão positiva, em que a porção macho 970 inclui o colar 972. A porção macho 970 mecanicamente engata com a porção de recebimento 975 com a inclusão de montagem de colar fendida 977. Em uso, a porção macho 970 é inserida na porção de recebimento 975 de modo que a porção de colar 972 engata a montagem de colar fendida 977, ao permitir a inserção da porção macho 970 mas evitando a sua liberação ou retirada.

[00146] As juntas de trava de pressão positiva entre as porções dotadas de ripas do tubo deslocado dotado de ripas podem ser usadas para mecanicamente travar as duas porções dotadas de ripas juntas. As juntas de trava de pressão positiva podem ser usadas isoladamente ou em combinação com a resina ou adesivo. Em algumas modalidades, a resina flexível é usada em combinação com a junta de trava de pressão positiva.

[00147] A figura 9B ilustra outro exemplo de sistema de trava de pressão positiva. A junta ilustrada é autossuportante de modo que a mesma retém as ripas não só na direção radial mas também na direção circunferencial. A borda da peça 981 se trava sob a prateleira da peça 979 na superfície interna da ripa, mantendo as duas peças 979, 981 alinhadas juntas na borda longitudinal. Não há a referida prateleira na borda externa que é afunilada, de acordo com o ângulo necessário com base no número de ripas. Na medida em que as duas peças 979, 981 chegam a corresponder junto da borda longitudinal, o membro de encaixe 983 clica na porção de detenção e retém as duas peças juntas radialmente, e circunferencialmente em virtude da relativa angularidade do grampo na porção de detenção. O espaço vazio próximo do encaixe 983 é preenchido com adesivo antes de corresponder as duas ripas de modo que o mesmo irá se expandir e preencher completamente qualquer espaço vazio entre as ripas e vedar o tubo contra vazamento para dentro ou para fora.

[00148] A figura 10 ilustra um tubo de água fria 217 tendo uma construção de ripa deslocada que compreende múltiplas primeiras ripas 465 e segundas ripas 467 alternadas e adicionalmente compreende uma fita enrolada em espiral 497 que cobre pelo menos a porção da superfície externa de tubo de água fria 451. Em algumas modalidades, a fita é contínua a partir da porção de fundo 454 de tubo de água fria 217 para a porção de topo 452 do tubo de água fria 217. Em outras modalidades, a fita 497 é proporcionada apenas nas porções de tubo 217 que experimentam turbilhão em virtude de movimento de água adiante do tubo de água fria 217. A fita 497 proporciona suporte radial e longitudinal para o tubo de água fria 217. A fita 497 também evita a vibração junto do tubo de água fria e reduz o turbilhão em virtude da ação de corrente do oceano.

[00149] A fita 497 pode ser de mesma espessura e largura que uma ripa individual de tubo de água fria 451 ou pode ser duas, três, quatro ou mais vezes a espessura e até 10 vezes (por exemplo, 2, 3, 4, 5, 6, 7 8, 9 ou 10 vezes) a largura de uma ripa individual.

[00150] A fita 497 pode ser montada na superfície externa do tubo de água fria de modo a se encontrar substancialmente plana junto do lado de fora da superfície. Em algumas modalidades, a fita 497 pode se salientar para fora a partir da superfície externa de tubo de água fria 451 de modo a formar uma cinta enrolada em espiral. Em algumas modalidades, uma aleta, lâmina ou folha pode ser fixada a várias porções da fita ou cinta 497. As referidas aletas podem formar uma hélice enrolada em torno da porção do tubo de água fria ou enrolada em todo o comprimento do tubo de água fria. As aletas podem ser anguladas e proporcionadas sobre a cinta em qualquer número para evitar condições de vórtice causadas pelo tubo de água fria. Em algumas modalidades, as aletas podem se salientar a partir da superfície do tubo a distância de entre 1/32 e 1/3 do diâmetro do tubo (por exemplo, cerca de 1/32 do diâmetro do tubo, cerca de 1/16th do diâmetro do tubo, cerca de 1/8th do diâmetro do tubo, cerca de 1/7th do diâmetro do tubo, cerca de 1/6th do diâmetro do tubo, cerca de 1/5th do diâmetro do tubo, cerca de 1/4 do diâmetro do tubo, e cerca de 1/3rd do diâmetro do tubo).

[00151] A fita 497 pode ser de qualquer material adequado compatível com o material das múltiplas ripas formando o tubo de água fria 451, que inclui: cloreto de polivinil (PVC), cloreto de polivinil clorado (CPVC), fibra de plástico reforçada (FRP), argamassa de polímero reforçada (RPMP), polipropileno (PP), polietileno (PE), polietileno de alta densidade reticulado (PEX), polibutileno (PB), acrilonitrila butadieno estireno (ABS); poliuretano, poliéster, fibra reforçada de poliéster, éster de vinil, éster de vinil reforçado, concreto, cerâmica, ou um compósito de um ou mais dos mesmos. A fita 497 pode ser moldada, extrusada, ou pultrusada usando técnicas de fabricação padrão. Em algumas modalidades, a fita 497 é pultrusada para o formato desejado e forma e compreende uma fibra ou éster de vinil reforçado com náilon similar àquele usado com as ripas de tubo de água fria 451. A fita 497 pode ser unida para o tubo de água fria 217 usando um adesivo adequado ou resina que inclui as resinas de qualquer um dos materiais acima.

[00152] Em algumas modalidades, a fita 497 não é contínua junto ao comprimento de tubo de água fria 451. Em algumas modalidades, a fita 497 não é contínua sobre a circunferência de tubo de água fria 217. Em algumas modalidades, a fita 497 inclui tiras verticais aderidas à superfície externa do tubo de água fria 217. Em algumas modalidades, onde o suporte radial ou outro suporte estrutural é necessário, a fita 497 pode ser um membro de suporte circunferencial em torno da superfície externa do tubo de água fria.

[00153] A fita 497 pode ser ligada por meio de adesivo ou aderida à superfície externa do tubo de água fria, usando um adesivo adequado flexível. Em algumas modalidades, a fita 497 pode ser mecanicamente acoplada à superfície externa do tubo de água fria 217 usando múltiplas travas de pressão positiva.

[00154] Com relação à figura 11, um exemplo de método de montagem de um tubo de água fria proporciona a montagem e o transporte eficiente do tubo de água fria 217. Seções verticais de tubo cilíndrico são montadas por alinhar 1110 primeira e segunda porções de ripa alternadas para ter o desejado deslocamento como descrito acima. As primeira e segunda porções de ripa são então unidas 1120 para formar uma seção de tubo cilíndrica. As primeira e segunda ripas deslocadas podem ser unidas usando qualquer um de uma variedade de métodos de união. Em algumas modalidades, as múltiplas primeira e segunda porções de ripa deslocadas são unidas usando um arranjo de porção de lingueta e de porção de ranhura e um adesivo flexível. Em algumas modalidades as múltiplas primeira e segunda porções de ripa são unidas usando uma trava de pressão positiva mecânica. Uma combinação de porção de lingueta e de porção de ranhura, mecanismos de trava de encaixe, e adesivos flexíveis pode ser usada.

[00155] Após a junção 1120 as múltiplas primeira e segunda porções de ripa para formar a seção de tubo cilíndrica tendo primeira e segunda porções de ripa deslocadas, uma banda de retenção, manga inflável ou outro gabarito pode ser fixado 1122 à seção de tubo cilíndrica para proporcionar suporte e estabilidade para a seção de tubo. As etapas de alinhar 1110 e de junção 1120 de múltiplas primeira e segunda porções de ripa deslocadas podem ser repetidas 1124 para formar qualquer número de seções de tubo cilíndrico pré-fabricadas. Será observado que a seção de tubo cilíndrica pode ser pré-fabricada na instalação de OTEC ou remotamente e então transportada para a instalação de OTEC para construção adicional para formar o tubo de água fria completamente montado 451.

[00156] Tendo montadas pelo menos duas seções de tubo cilíndrico tendo ripas deslocadas, as seções superior e inferior de tubo cilíndrico são unidas 1126 e as ripas deslocadas de cada seção de tubo são alinhadas. Um adesivo flexível pode ser aplicado 1130 na junta de topo das ripas deslocadas das seções superior e inferior de tubo cilíndrico. As ripas das duas seções de tubo podem ser unidas usando uma variedade de extremidades de juntas de topo que incluem junções de carpintaria. Em um aspecto, as ripas deslocadas das porções de tubo cilíndrico superior e inferior podem ser proporcionadas com espaços de alinhamento de junção que por sua vez podem ser preenchidos com um adesivo flexível.

[00157] Espaços em nas juntas entre seções de tubo ou entre ripas individuais podem ser preenchidos 1132 com resina flexível adicional. Uma vez que as duas seções de tubo tiverem sido unidas e a resina aplicada onde necessária as duas seções de tubo são permitidas curar 1134.

[00158] A banda de retenção é então removida 1136 a partir da seção de tubo inferior e a cinta enrolada em espiral é fixada à mesma. A cinta enrolada em espiral pode ser fixada usando ligação adesiva, ligação mecânica, por exemplo, travas de pressão positiva, ou uma combinação de ligação adesiva e mecânica.

[00159] Em alguns aspectos de métodos descritos, após a cinta em espiral ser fixada na seção de tubo inferior, todo o conjunto de tubo pode ser deslocado, por exemplo, abaixado, de modo que a porção de tubo superior anterior se torna uma nova porção de tubo inferior, 1138. Então uma nova seção superior de tubo cilíndrica é montada 1140 em um modo similar como descrito acima. Ou seja, as primeira e segunda porções de ripa são alinhadas 1142 para alcançar a desejada deslocada. As primeira e segunda porções de ripa são então unidas 1144 para formar uma nova seção de tubo cilíndrica, por exemplo, nova seção superior de tubo. Como anteriormente mencionado, a banda de retenção, manga inflável ou outro gabarito pode ser usado para proporcionar suporte e estabilidade para a seção de tubo cilíndrica durante a construção do tubo de água fria 217.

[00160] Tendo montada nova seção superior de tubo 1144, as ripas deslocadas da nova seção de tubo inferior e da nova seção superior de tubo são alinhadas e captadas juntas 1146. Adesivo ou resina flexível é aplicado 1148 nas extremidades das juntas de topo como descritos acima, por exemplo, em conjunto com as junções de carpintaria ou com os espaços de alinhamento de junção. Quaisquer espaços entre a nova seção de tubo inferior e a nova seção superior de tubo ou entre quaisquer duas porções de ripa pode ser preenchido 1150 com resina flexível adicional. Todo o conjunto pode então ser deixado curar 1152. O gabarito de retenção pode ser removido 1154 como antes e a cinta em espiral pode ser fixada à nova porção inferior. E, como antes, todo o conjunto de tubo pode ser deslocado para proporcionar a próxima seção de tubo cilíndrica. Desse modo, o método pode ser repetido até que o desejado comprimento de tubo seja alcançado.

[00161] Será observado que a junção de seções de tubo cilíndrico tendo ripas deslocadas pode ser realizada em um número de modos consistentes com os presentes sistemas e métodos descritos. O método de junção de ripas deslocadas proporciona um tubo contínuo sem a necessidade de hardware de junção volumoso, pesado ou interferente entre os segmentos de tubo. Como tal um tubo contínuo tendo propriedades de material quase uniformes, que incluem flexibilidade e rigidez, é proporcionado.

Exemplo:

[00162] Um conjunto de tubo de água fria é proporcionado o qual facilita a construção em campo de um tubo deslocado contínuo de ripas de aproximadamente 914 m (3000 pés). Adicionalmente a configuração de ripas é responsável pelos efeitos adversos de transporte e de manipulação de cargas tradicionalmente experimentados por tubo de construção segmentada. Por exemplo, rebocagem e elevação de tubos segmentados de água fria construídos de modo tradicional impõem cargas perigosas no tubo.

[00163] A construção de ripas permite a fabricação fora do local de múltiplas ripas de 12,2 a 15,2 m (40 pés a 50 pés) de comprimentos. Cada ripa é aproximadamente de 132 cm (52 polegadas) de largura e de 10,2 a 30,5 cm (4 polegadas a 12 polegadas) de espessura. As ripas podem ser transportadas em pilhas ou containers para a plataforma ao largo da costa e o tubo de água fria pode então ser construído na plataforma a partir de múltiplas ripas. Isso elimina a necessidade de uma instalação separada para montar as seções de tubo.

[00164] As porções de ripa podem ser construídas a partir de um éster de vinil reforçado com náilon tendo um módulo de elasticidade de entre cerca de 455 MPa e 1137 MPa (66000 psi e 165000 psi). As porções de ripa podem ter uma resistência última de entre cerca de 103 MPa e 310 MPa (15000 psi e 45000 psi), com a resistência à tensão entre cerca de 103 MPa e 310 MPa (15000 psi e 45000 psi). Em um aspecto, as porções de ripa podem ter um módulo de elasticidade de 1034 MPa (150000 psi), uma resistência última de 207 MPa (30000 psi) e uma resistência à deformação de 207 MPa (30000 psi), de modo que o tubo de água fria instalado se comporta similar a uma mangueira em vez de um tubo puramente rígido. Isso é vantajoso em condições de tempestade na medida em que o tubo é mais flexível e evita rachaduras e rupturas. Em um aspecto, o tubo pode se desviar em aproximadamente dois diâmetros a partir do centro na extremidade inferior não conectada. Deflexão na extremidade inferior não conectada não deve ser tão grande de modo a interferir com o sistema de amarração da usina de OTEC ou quaisquer outros sistemas submersos envolvidos nas operações de instalação.

[00165] O tubo de água fria conecta à porção de fundo da usina de OTEC. Mais especificamente, o tubo de água fria se conecta usando um mancal dinâmico com a porção de fundo das Longarinas de OTEC da figura 3. As conexões de tubo de água fria em aplicações de OTEC são descritos na Seção 4.5 de Avery & Wu, "Renewable Energy from the Ocean, a Guide to OTEC," Oxford University Press, 1994, incorporada aqui por referência em sua totalidade.

[00166] Uma das vantagens significantes de usar uma boia de longarina como a plataforma é que ao assim proceder se resulta em rotações relativamente pequenas entre a longarina em si e o tubo de água fria mesmo nas mais severas condições de inundação de 100 anos. Adicionalmente as forças vertical e lateral entre a longarina e o tubo de água fria são de modo que a força para baixo entre a esfera esférica e a sua base mantém as superfícies de suporte em contato a todos os momentos. Em virtude do referido mancal que também age como uma vedação de água não sair de contato com a sua base esférica correspondente não há necessidade de instalar um mecanismo para reter o tubo de água fria no lugar verticalmente. Isso ajuda a simplificar a configuração de mancal esférico e também minimiza as perdas de pressão que de outro modo seria causadas por quaisquer estruturas de retenção ou hardware de tubo de água fria adicional. As forças laterais transferidas através do mancal esférico são também suficientemente baixas que as mesmas podem ser adequadamente acomodadas sem a necessidade de restrição vertical do tubo de água fria.

[00167] A água fria é captada através do tubo de água fria por meio de uma ou mais bombas de água fria e flui por meio de uma ou mais passagens de água fria ou condutos para a porção de condensação de uma usina de OTEC de múltiplos estágios.

[00168] Detalhes adicionais da construção de tubo de água fria e desempenho são descritos na Publicação de Patente US No. US 2011/0173978, intitulada "Ocean Thermal Energy Conversion Power Plant Cold Water Pipe," depositada em 21 de janeiro de 2010, o conteúdo da qual se encontra aqui incorporado por referência em sua totalidade.

Conexão de tubo de água fria

[00169] A conexão entre o tubo de água fria 217 e a plataforma de longarina 311 apresenta desafios de construção, de manutenção e operacionais. Por exemplo, o tubo de água fria é uma coluna vertical de 610 m a 1219,2 m (2000 pés a 4000 pés) suspensa no ambiente dinâmico do oceano. A plataforma ou navio ao qual o tubo de água fria se conecta é também flutuante no ambiente dinâmico do oceano. Adicionalmente, o tubo é idealmente conectado abaixo da linha da água, e em alguns aspectos, bem abaixo da linha da água e próximo do fundo do navio. A manobra de tubos completamente montados na posição adequada e a fixação do tubo para o navio ou plataforma é uma tarefa difícil.

[00170] A conexão de tubo de água fria suporta o peso estático do tubo suspenso a partir da plataforma e é responsável pelas forças dinâmicas entre a plataforma e o tubo suspenso em virtude de ação das ondas, vibração do tubo, e movimento do tubo.

[00171] Várias conexões de tubo de água fria de OTEC, que incluem cardan, esfera e soquete, e conexões universais, são descritas na Seção 4.5 de "Renewable Energy from the Ocean, a Guide to OTEC" William Avery e Chih Wu, Oxford University Press, 1994, que se encontra aqui incorporado por referência. Apenas a conexão cardan foi testada de modo operacional e incluído um cardan de dois eixos permitindo uma rotação de 30°. Como descrito em Avery e Wu, no plano do cardan, um invólucro esférico forma o topo do tubo. Uma tampa cilíndrica com um anel plano de náilon e Teflon proporciona uma vedação deslizável entre a água fria no tubo e a estrutura de plataforma circundante. A conexão de tubo em cardan é ilustrada na figura 12.

[00172] As conexões de tubo de água fria anteriores foram projetadas para formas tradicionais de casco e plataformas que exibem maior deslocamento vertical em virtude de elevação e ação das ondas do que as plataformas de longarina. Uma das significantes vantagens de usar uma boia de longarina como a plataforma é que fazendo assim resulta em rotações relativamente pequenas entre a longarina em si e o CWP mesmo em condições mais severas de tempestade de 100 anos. Adicionalmente as forças verticais e laterais entre a longarina e o tubo de água fria são de modo que a força para baixo entre a esfera esférica e a sua base mantém as superfícies de suporte em contato a todos os momentos. Em algumas modalidades, a força para baixo entre o tubo de água fria e a conexão superfície de suporte é entre 0,4 g e 1,0 g. Em virtude desse mancal que também age como uma vedação de água não sai de contato com a sua base esférica correspondente não há necessidade de instalar um mecanismo para reter o tubo de água fria no lugar verticalmente. Isso ajuda a simplificar a configuração de mancal esférico e também minimiza as perdas de pressão que de outro modo seriam causadas por quaisquer estruturas adicionais de restrição de tubo de água fria ou hardware. As forças laterais transferidas através do mancal esférico são também suficientemente baixas que as mesmas podem ser adequadamente acomodadas sem a necessidade de restrição vertical do tubo de água fria.

[00173] Aspectos dos presentes sistemas e métodos descritos permitem a inserção vertical do tubo de água fria para cima através do fundo da plataforma. Isso é realizado por elevar o tubo de água fria completamente montado em posição a partir de baixo da plataforma. Isso facilita a construção simultânea da plataforma e tubo assim como proporcionar a facilidade de instalação e remoção do tubo de água fria for manutenção.

[00174] Com referência à figura 3, o tubo de água fria 217 se conecta à porção submersa 311 da plataforma de longarina 310 na conexão de tubo de água fria 375. Em algumas modalidades, o tubo de água fria se conecta usando um mancal dinâmico com a porção de fundo das longarinas de OTEC da figura 3.

[00175] Em algumas modalidades, uma conexão de tubo de água fria é proporcionada de modo que compreende um tubo de colar assentado por meio de uma superfície esférica a uma porção de detenção móvel. A porção de detenção móvel é acoplada à base da plataforma de longarina. A incorporação da porção de detenção móvel permite uma inserção e remoção vertical do tubo de água fria dentro e a partir do compartimento de recebimento do tubo de água fria.

[00176] A figura 13 ilustra um exemplo de aspecto em que a conexão de tubo de água fria 375 inclui compartimento de recebimento de tubo 776 que compreende as paredes do compartimento 777 e alojamentos de porção de detenção 778. O compartimento de recebimento 776 adicionalmente compreende um diâmetro de recebimento 780, que é definido pelo comprimento do diâmetro entre as paredes do compartimento 777. Em algumas modalidades, o diâmetro de recebimento é maior do que o diâmetro externo do colar 781 de tubo de água fria 217.

[00177] A conexão de tubo de água fria 375 e a porção inferior de longarina 311 podem incluir reforço estrutural e suportes para suportar o peso e as forças dinâmicas impostas em e transferidas para a longarina 311 pelo tubo de água fria 217 uma vez suspenso.

[00178] Com referência à figura 14, a conexão de tubo de água fria 375 inclui o alojamento de porção de detenção 778 e a porção de detenção móvel 840, que é mecanicamente acoplada ao alojamento de porção de detenção 778 para permitir o movimento da porção de detenção 840 a partir de uma primeira posição para uma segunda posição. Em uma primeira posição, a porção de detenção móvel 840 é alojada dentro do alojamento da porção de detenção 778 de modo que a porção de detenção 840 não se salienta para dentro em direção do centro do compartimento de recebimento 776 e permanece fora do diâmetro de recebimento 780. Na primeira posição, a porção de extremidade de topo 385 de tubo de água fria 217 pode ser inserida dentro do compartimento de recebimento de tubo 776 sem interferência a partir da porção de detenção móvel 840. Em algumas modalidades, a porção de detenção móvel 840 pode ser alojada em uma primeira posição de modo que nenhum aspecto da porção de detenção móvel 840 se salienta para dentro em direção do centro de compartimento de recebimento 776 adiante do diâmetro externo do colar 781. Em algumas modalidades, a porção de detenção móvel 840 em uma primeira posição não interfere com o movimento vertical do tubo de água fria 217 através do compartimento de recebimento 776.

[00179] Em uma segunda posição, a porção de detenção móvel 840 se estende adiante do alojamento de porção de detenção 778 e se salienta para dentro em direção do centro de compartimento de recebimento 776. Na segunda posição, a porção de detenção móvel 840 se estende para dentro adiante do diâmetro externo do colar 781. A porção de detenção móvel 840 pode ser ajustada ou movida a partir de uma primeira posição para uma segunda posição usando dispositivos de acionamento hidráulicos, dispositivos de acionamento pneumáticos, dispositivos de acionamento mecânicos, dispositivos de acionamento elétricos, dispositivos de acionamento eletromecânicos, ou uma combinação dos acima.

[00180] A porção de detenção móvel 840 inclui uma superfície de suporte parcialmente esférica ou arqueada 842. A superfície de suporte arqueada 842 é configurada para proporcionar um mancal dinâmico ao colar de mancal de tubo de água fria 848 quando a porção de detenção móvel 840 está em uma segunda posição.

[00181] O colar de mancal de tubo de água fria 842 inclui a superfície de suporte do colar 849. A superfície de suporte arqueada 842 e a superfície de suporte do colar 849 podem ser cooperativamente assentadas para proporcionar um mancal dinâmico para suportar o peso suspenso do tubo de água fria 217. Adicionalmente, a superfície de suporte arqueada 842 e a superfície de suporte do colar 849 são cooperativamente assentadas para dar conta do movimento relativo entre o tubo de água fria 217 e a plataforma 310 sem desassentar o tubo de água fria 217. A superfície de suporte arqueada 842 e a superfície de suporte do colar 849 são cooperativamente assentadas para proporcionar uma vedação dinâmica de modo que relativamente a água morna não pode entrar no compartimento de recebimento de tubo 776 e por último a captação de água fria 350 uma vez que o tubo de água fria 217 é conectado à plataforma 310 por meio de uma conexão de tubo de água fria 375. Uma vez que o tubo de água fria 217 é suspenso, a água fria é captada através do tubo de água fria por meio de uma ou mais bombas de água fria e flui por meio de uma ou mais passagens de água fria ou condutos para a porção de condensação da usina de OTEC de múltiplos estágios.

[00182] A superfície de suporte arqueada 842 e a superfície de suporte do colar 849 podem ser tratadas com um revestimento tal como um revestimento de Teflon para evitar uma interação galvânica entre as duas superfícies.

[00183] Será observado que qualquer combinação de uma superfície de suporte dinâmica e a porção de detenção móvel ou pinhão para conectar o tubo de água fria à plataforma flutuante são contempladas nas reivindicações e na descrição aqui. Por exemplo, em algumas modalidades, a superfície de suporte arqueada é posicionada acima da porção de detenção móvel, a superfície de suporte arqueada pode ser posicionada no lado da porção de detenção móvel, ou mesmo abaixo da porção de detenção móvel. Em algumas modalidades, a porção de detenção móvel pode ser integral com a porção de fundo da plataforma flutuante como descrito acima. Em outras modalidades a porção de detenção móvel pode ser integral para o tubo de água fria.

[00184] A figura 15 ilustra um exemplo de método de fixar um tubo de água fria a uma plataforma flutuante, e mais especificamente uma plataforma flutuante de OTEC. O método inclui aparelhamento de linhas guias e cabos de retranca a partir da plataforma para o tubo de água fria completamente montado. O tubo de água fria é então abaixado para abaixo da plataforma e alinhado para a posição adequada. O tubo de água fria é então elevado dentro do compartimento de recebimento de tubo, os elementos de porção de detenção móveis ou elementos de pinhão são estendidos e o tubo é assentado na superfície de suporte arqueada.

[00185] Mais especificamente, cabos guia são fixados 910 ao tubo de água fria completamente montado 217. Em um exemplo de modalidade, o tubo de água fria 217 pode incluir uma ou mais mangas infláveis para proporcionar flutuação durante a construção, movimento, e elevação do tubo de água fria. Após os fios guias serem fixados 910 ao tubo de água fria, as uma ou mais mangas infláveis podem ser desviadas 915 de modo que o tubo de água fria é negativamente flutuante. Em uma modalidade, o tubo de água fria pode também incluir um conjunto de pesos ou outro sistema de lastro que pode ser parcialmente ou completamente preenchido com água ou outro material de lastro para proporcionar flutuação negativa para o tubo de água fria.

[00186] O tubo de água fria é então abaixado 920 para a posição abaixo da conexão de tubo de água fria 375 da plataforma de OTEC flutuante 310. Lastro pode mais uma vez ser ajustado. Os fios guias são ajustados 925 para adequadamente posicionar o tubo de água fria abaixo da conexão de tubo de água fria 375 e o alinhamento pode ser checado e confirmado 930 por meio de vídeo, sensores remotos e outros meios. O conjunto de tubo de água fria é então elevado 935 para a posição de modo que o colar de mancal de tubo de água fria 848 está acima dos elementos de porção de detenção móveis 840 da conexão de conjunto de tubo de água fria. A elevação do tubo de água fria dentro da conexão de tubo de água fria pode ser realizada usando os fios guias, as mangas infláveis, balões destacáveis ou uma combinação dos mesmos.

[00187] Após o tubo de água fria ser elevado 935 dentro da conexão de tubo de água fria, os elementos de porção de detenção móveis são estendidos 940 para proporcionar a superfície de suporte dinâmica para o tubo de água fria. O tubo de água fria é então abaixado por ajustar os fios guias, desinflar as mangas infláveis ou balões destacáveis, ou por ajustar o peso agrupado ou outro sistema de lastro. Uma combinação dos mesmos pode também ser usada.

[00188] Será observado que os fios guias, de inflação, linhas de lastro e semelhante devem permanecer desobstruídas a partir de cada outro durante o movimento do tubo de água fria. Adicionalmente, o movimento do tubo de água fria não deve interferir com o sistema de amarração da plataforma de OTEC.

[00189] Em um aspecto adicional dos sistemas e métodos descritos, a conexão estática pode ser produzida entre o tubo de água fria e a estrutura da longarina. Em tais aspectos, as forças dinâmicas entre o tubo e longarina podem ser responsáveis por variar a flexibilidade do tubo próxima da porção de topo do tubo. Ao permitir o movimento das porções inferiores e intermediária do tubo de água fria, a necessidade de uma conexão de tubo dinâmica é reduzida ou inteiramente evitada. Evitando a necessidade de uma conexão com cardan se remove partes moveis custosas e se simplifica a fabricação não só da porção inferior da longarina mas também o tubo de água fria

[00190] Com referência à figura 16, um tubo de água fria 1651 é conectado à porção inferior de longarina 1611 sem o uso dos mancais dinâmicos acima descritos. A figura 16 ilustra o tubo de água fria conectado à porção inferior da estrutura da longarina em ambas as configurações deslocada e não deslocada. As porções superiores do tubo de água fria 1651 - que são a porção em e adjacentemente abaixo do ponto de conexão e a porção inferior de longarina 1611 - são enrijecidas para proporcionar uma porção de topo relativamente inflexível 1651A do tubo de água fria. Abaixo da porção de topo inflexível 1651A, uma porção intermediária relativamente flexível 1651B é proporcionada. Abaixo da porção intermediária flexível 1651B está uma porção inferior moderadamente flexível 1651C, que pode compreender a porção mais larga do conjunto de tubo de água fria. Um conjunto de pesos ou sistema de lastro pode ser fixado ao fundo ou a qualquer outra parte da porção inferior moderadamente flexível 1651C.

[00191] Como ilustrado, a porção intermediária flexível 1651B permite a deflexão das porções inferiores do tubo de água fria em afastamento a partir da linha de suspensão do tubo de água fria. A quantidade de deflexão pode ser entre 0,25 graus e 30 graus, dependendo do comprimento e do diâmetro do tubo de água fria suspenso a partir da longarina 1011.

[00192] Com referência à figura 17, o tubo de água fria estático – para a conexão de longarina é detalhado. A porção inferior de longarina 1611 inclui o compartimento de recebimento 1713 para a porção de recebimento de topo 1651A de tubo de água fria 1651. O compartimento de recebimento 1713 inclui a porção afunilada 1714 e almofadas de contato 1715. A porção superior 1651A do tubo de água fria 1651 inclui o colar 1755 com a superfície de colar afunilada 1756 e porções de elevação de ressalto 1775. O tubo de água fria 1651 é conectado à longarina 1611 por cabos de suspensão e de retenção 1777, que são fixadas ao tubo de água fria nas porções de elevação de ressalto 1775. Os cabos 1777 são fixados a guinchos mecânicos 1779 alojados na porção inferior da longarina 1611.

[00193] Em um exemplo de método de conectar o tubo de água fria à plataforma de longarina, o tubo de água fria amplamente fabricado é abaixado a um ponto logo abaixo da plataforma de longarina. Cabos de suspensão e de retenção 1777 são conectados às porções de elevação de ressalto 1775 por veículos operados à distância. Tensão é obtida nos cabos usando os guinchos mecânicos acima mencionados alojados na porção inferior de longarina 1611. Na medida em que a porção superior 1651A do tubo de água fria 1651 entra no compartimento de recebimento 1713, a mesma é guiada para a posição adequada por porção afunilada 1714 até que uma conexão segura é produzida entre a superfície de colar afunilada 1756 e as almofadas de contato 1715. Com a adequada colocação e conexão segura do tubo de água fria no compartimento de recebimento, os cabos 1777 são mecanicamente travados para evitar o movimento para baixo do tubo de água fria 1651. Pelo fato da água estar fluindo no lado de dentro do tubo de água fria e circundando o lado de fora do tubo, a pressão de vedação não é necessária na interface entre o tubo de água fria e a estrutura da longarina. Em algumas implementações a vedação entre o tubo de água fria e a estrutura da longarina minimiza a passagem da água através da vedação. A força para cima exercida na conexão do elemento de acolchoamento pode ser proporcionada pelos cabos de elevação, pela flutuação do tubo de água fria, ou pela combinação de ambos.

[00194] Será observado que o número de cabos de elevação 1777 e porções de elevação de ressalto correspondentes 1775 é dependente do tamanho, do peso e da flutuação do tubo de água fria 1651. Em alguns aspectos, o tubo de água fria 1651 pode ser positivamente, de modo neutro, ou negativamente flutuante. O número de cabos de elevação 1777 e porções de elevação de ressalto correspondentes 1775 é também dependente de qualquer lastreamento associado com o tubo de água fria assim como o peso e flutuação do peso agrupado fixado ao tubo de água fria. Em aspectos dos sistemas e métodos descritos, 2, 3, 4, 5, 6, ou mais cabos de suspensão e de retenção podem ser usados.

[00195] Aspectos adicionais dos sistemas e métodos descritos, as porções de elevação de ressalto 1775 podem compreender olhetes de elemento de acolchoamento aparafusados diretamente ao topo do tubo de água fria usando técnicas conhecidas de fixação e de conexão. Por exemplo, soquetes cilíndricos, soquete hex, pinos seguidores e semelhantes podem ser incorporados na porção de topo com ripas do tubo de água fria.

[00196] Em outros aspectos, um colar de elevação pode ser instalado na porção de topo do tubo de água fria, o colar de elevação que compreende uma superfície de conexão ao colar 1756 e porções de elevação de ressalto 1755. O colar de elevação pode ser o mesmo material ou um diferente material do tubo de água fria. O colar de elevação, quando fixado ao tubo de água fria pode aumentar a rigidez do tubo de água fria mais do que a rigidez associada com a porção superior 1651A. A figura 18 é uma ilustração de um colar de elevação 1775 montado ao tubo de água fria dotado de ripas 1651. O colar de elevação pode ser mecanicamente, quimicamente, ou termicamente ligado à porção superior 1651A do tubo de água fria. Por exemplo, a mesma resina de ligação para conectar os membros de ripa individual do tubo de água fria pode ser usada para conectar o colar de elevação para o tubo de água fria.

Exemplo:

[00197] Em algumas modalidades, o tubo de água fria 217 é construído de seções não uniformes de modo que a sua região superior pode ser rigidamente fixada à longarina ao mesmo tempo em que permite uma ampla flexibilidade de sua região inferior.

[00198] A figura 24 mostra um exemplo de tubo de água fria 217 que é de cerca de 762 m (2,500 pés) de comprimento, tem um diâmetro interno de 6,4 m (21 pés), e um diâmetro externo variável e é dividido em diferentes seções. Como mostrado, o tubo de água fria 217 inclui três diferentes seções (por exemplo, uma seção superior 217a, uma seção intermediária 217b, e uma seção inferior 217c). Cada uma das referidas seções 217a – 217c tem uma geometria única, função, e desenho interno. As seções de tubo de água fria 217a – 217c são formadas de vários materiais, tal como, por exemplo, fibra de plástico reforçada (FRP), espuma sintética, e aço inoxidável.

[00199] Como mostrado na figura 25, a seção superior 217a tem uma porção superior (por exemplo, a seção de interface de longarina) 851 e uma porção inferior 853. A seção de interface de longarina 851 funciona como uma transição estrutural entre a longarina e a segunda seção 217b. Como mostrado, a seção de interface de longarina 851 é inclinada para facilidade de captura quando sendo captada dentro da longarina durante a fixação do tubo de água fria 217, e age como um guia e maximiza o espaço (minimizando contato e possível dano) entre o tubo de água fria 217 e a longarina. A configuração inclinada também ajuda durante o destacamento do tubo de água fria 217 a partir da longarina de plataforma por maximizar o espaço e reduzindo (por exemplo, minimizando) a possibilidade de contato e de dano.

[00200] A seção de interface de longarina 851 inclui uma interface de engate para permitir que a longarina retenha o tubo de água fria 217. As características de engate incluem placas correspondentes 855 que têm orifícios de inserção 857 na mesma para a retenção pela interface de engate correspondente da longarina. Como discutido abaixo, as placas correspondentes 855 são arranjadas em torno da superfície externa da seção de interface de longarina 851 e são montadas de modo que as mesmas entram em contato de modo uniforme com as placas correspondentes montadas dentro da interface de engate da longarina da plataforma. Durante a fixação do tubo de água fria 217 à longarina da plataforma, membros de engate (por exemplo, elementos de travamento do tipo de esfera) dentro da plataforma de longarina são inseridos nos orifícios de inserção 857 nas placas correspondentes 855 para fixar o tubo de água fria 217 em posição para operação.

[00201] Como mostrado na figura 26, o topo do tubo de água fria 217 é construído de um material compósito (por exemplo, FRP) e tem uma estrutura de armação interna de aço inoxidável. A borda de topo da seção superior 217a tem um anel correspondente de aço inoxidável 859 que proporciona resistência circunferencial para o tubo de água fria 217. O anel correspondente 859 também serve como uma superfície plana quando o tubo de água fria 217 é fixado à longarina, entretanto, o anel correspondente 859 tipicamente não entra em contato com a superfície plana conjugada da longarina da plataforma. O espaço entre o anel correspondente 859 e a superfície plana conjugada da longarina é tipicamente preenchido com material de gaxeta para formar uma vedação (por exemplo, vedação hermética à água).

[00202] Placas de face 861 são arranjadas em torno das superfícies interna e externa da seção de interface de longarina 851 e são fixadas (por exemplo, soldadas) ao anel correspondente 859. As placas de face 861 em torno da superfície interna da seção de interface de longarina 851 são conectadas (por exemplo, aparafusadas) às placas de face 861 arranjadas ao longo da superfície externa. A fixação das placas de face interna e externa 861 uma a outra acrescenta resistência à junta de conexão entre o anel correspondente 859 e a porção FRP da seção superior 217a. As placas de face 861 tipicamente incluem orifícios rebaixados de modo que os parafusos que conectam as placas de face interna e externa 861 não se estendem para fora a partir do tubo de água fria 217. As placas de face 861 são produzidas a partir de materiais de metal. Em algumas modalidades, as placas de face 861 são arranjadas em torno das superfícies interna e externa da seção de interface de longarina 851.

[00203] Múltiplas vigas de tensão 863 se estendem junto quase de toda a distância vertical da seção superior 217a para proporcionar resistência à tensão ao mesmo tempo em que permite uma relativa flexão angular. As vigas de tensão 863 são posicionadas dentro de FRP aproximadamente entre as superfícies interna e externa da seção superior 217a e são aparafusadas entre as placas de face interna e externa 861. As vigas de tensão 863 são produzidas a partir de materiais de metal.

[00204] Além da fixação usando parafusos, os componentes de aço inoxidável (por exemplo, o anel correspondente 859, as placas de face 861, e as vigas de tensão 863) são fixados aos FRP com adesivo.

[00205] Abaixo do anel correspondente 859 e das placas de face 861, as placas correspondentes 855 são arranjadas em torno da superfície externa da seção de interface de longarina 851. Como mostrado na figura 27, similar às placas de face externas 861 soldadas ao anel correspondente 859, as placas correspondentes 855 são fixadas (por exemplo, aparafusadas) a um conjunto de placas de face 861 arranjadas em torno da superfície interna da seção de interface de longarina 851. Em algumas modalidades, aquela seção de interface de longarina 851 inclui placas correspondentes arranjadas de modo uniforme em torno de sua superfície externa. Cada placa correspondente 855 é produzida de materiais de metal. Quando uma trava de esfera correspondente é inserida no orifício de inserção 857, a placa correspondente 855 pode suportar uma carga de tensão.

[00206] As placas correspondentes 855 e as placas de face 861 são aparafusadas uma a outra e também ás vigas de tensão 863 posicionadas dentro da porção FRP entre a placa correspondente 855 e a placa de face 861. A fixação da placa correspondente 855 à porção FRP, a viga de tensão 863, e a placa de face 861 fortifica a seção de interface de longarina 851 de modo que quando retida por uma interface correspondente da longarina, a seção superior 217a pode suportar o peso flutuante do tubo de água fria 217. Similar à fixação do anel correspondente 859 e as placas de face superior 861, os outros componentes de aço inoxidável (por exemplo, as placas correspondentes 855 e as placas de face 861) são fixados ao FRP com adesivo.

[00207] Com referência de volta à figura 25, a porção inferior 853 da seção superior 217a inclui uma seção de articulação virtual 865 e a interface fixa 867 para engatar a seção intermediária 217b. Em virtude de sua configuração afunilada, a seção de articulação virtual 865 proporciona uma transição estrutural e age como um alívio de tensão entre a conexão rígida da longarina e o tubo de água fria 217 para permitir pequenos movimentos angulares do tubo de água fria 217. Em virtude da flexibilidade da seção intermediária 217b, como discutido abaixo, a quantidade deflexão em uma articulação virtual 865 é tipicamente menor do que aquela da seção intermediária 217b. Por exemplo, a articulação virtual pode permitir 1-2 graus de movimento.

[00208] Como mostrado na figura 28, a interface fixa 867 próxima da extremidade inferior da seção superior 217a proporciona uma interface de conexão estrutural entre as seções superior e intermediária 217a, 217b. Similar à extremidade superior da primeira seção 217a, as placas de face 861 são arranjadas em torno das superfícies interna e externa da interface fixa 867 e fixadas (por exemplo, aparafusadas) juntas. As placas de face interna e externa 861 são fixadas juntas e também à extremidade inferior das vigas de tensão 863 de modo que as vigas de tensão 863 podem proporcionar resistência à tensão à seção superior 217a. As placas de face 861 podem incluir orifícios rebaixados de modo que os parafusos conectando as placas de face interna e externa 861 não se estendem para fora a partir do tubo de água fria 217.

[00209] A interface fixa 867 inclui porções fendidas 869 entre a viga de tensão 863 e as placas de face interna e externa 861 para receber características de aba correspondentes 871 da seção intermediária 217b. Em alguns casos, as porções fendidas 869 são formadas por remover (por exemplo, por usinagem) as porções de FRP entre a viga de tensão 863 e as placas de face 861.

[00210] A figura 29 mostra a seção intermediária 217b que inclui múltiplos (por exemplo, cerca de 70) segmentos de anel de tubo 873. Cada segmento de anel de tubo 873 é um cilindro produzido a partir de múltiplas (por exemplo, cerca de 18) ripas 875. As ripas 875 são tipicamente cerca de 10,7 m (35 pés) de comprimento de modo que as mesmas podem se encaixar dentro de um padrão de recipiente ISO 40- pés (12,2 m). Cada ripa 875 é construída de revestimento externo de compósito (por exemplo, FRP) e uma porção interior preenchida de espuma, resultando em uma estrutura forte e flexível.

[00211] Como mostrado nas figuras 30 e 31, as ripas 875 são configuradas para serem unidas juntas em suas bordas longitudinais 876 e bordas de extremidade 878. As bordas longitudinais 876 incluem uma porção de ranhura 877 e uma porção de ranhura 877 de uma ripa pode ser unida à aba 879 de uma ripa adjacente. As ripas 875 incluem a porção de extremidade de ranhuras (por exemplo, "bolsos de biscuit") 881 não só na borda de topo mas também na borda de fundo e um dispositivo de inserção (por exemplo, um "biscuit") 883 é inserido em ambas as porções de ranhura 881 e fixado nas ripas 875 usando parafusos e adesivos. Alternativamente, o biscuit 883 pode ser formado como uma extensão fixa da ripa 875.

[00212] Uma vez que as ripas adjacentes 875 são unidas, resina adesiva é injetada através dos canais de inserção de resina 885 para ligar as bordas das ripas 875. Ranhuras formadas na base das ripas 875 permitem que pequenas quantidades da resina adesiva fluam para fora quando o canal de inserção de resina 885 é preenchido com resina. Durante a montagem dos segmentos de anel de tubo 873, as ripas 875 são tipicamente escalonadas de modo que as extremidades das ripas adjacentes são deslocadas verticalmente uma a partir da outra (por exemplo, deslocada por 1,5 m (5 pés).

[00213] Com referência de volta à figura 29, faixas de reforço 887 são aplicadas (por exemplo, continuamente ou em intervalos) em torno da seção intermediária 217b para circunferencialmente fortificar a seção intermediária 217b e as juntas entre dois segmentos adjacentes de anel de tubo 873. Por exemplo, a seção intermediária 217b pode ser enrolada com faixas de reforço de FRP 887 em intervalos de 1,5 m (5 pés). Nas extremidades de topo e de fundo da seção intermediária 217a, as ripas 875 são aparadas de modo uniforme para unir as seções superior e inferior adjacentes 217a, 217c. Alternativamente, algumas das ripas 875 podem ser pré-fabricadas para encurtar ou alongar os comprimentos de modo que aparas adicionais junto das bordas são desnecessárias.

[00214] Com referência de volta à figura 28, a borda de topo da seção intermediária 217b inclui características de aba 871 que se estendem para cima que são dimensionadas e configuradas para inserir em uma interface das porções fixas fendidas 869. Como mostrado, com as seções superior e intermediária 217a, 217b unidas, parafusos fixam as placas de face interna e externa 861 da porção superior 217a às características de aba 871 e, em alguns casos, também às vigas de tensão 863.

[00215] A seção inferior 217c (por exemplo, a base) serve como uma porção de entrada de água fria do tubo de água fria 217. Como mostrado na figura 32, a seção inferior 217c inclui uma porção de boca em forma de sino 889, um peso de lastro 891, e estrutura de rede 893 que conecta o peso de lastro 891 à porção de boca em forma de sino 889. A estrutura de rede 893 é formada por múltiplos cabos arranjados em torno da porção de boca em forma de sino 889 espaçados um a partir do outro para evitar que vida marinha de grande porte e outros objetos entrem na porção de boca em forma de sino 889 e tubo de água fria 217.

[00216] Além de ser um local de montagem para a estrutura de rede 893, o peso de lastro 891 proporciona uma força para baixo para ajudar a manter o tubo de água fria 217 em uma orientação aproximadamente vertical. Para os tubos de água fria construídos como descritos aqui pesos de lastro 891 são tipicamente usados.

[00217] Similar à primeira seção 217a, a porção de boca em forma de sino 889 e o conjunto de pesos 891 são produzidos de FRP e têm componentes estruturais de aço inoxidável. A seção inferior 217c é fixada à seção intermediária 217b usando uma junta de interface fixa similar à junta de interface fixa que é usada para conectar a seção intermediária 217b à primeira seção 217a (mostrado na figura 28).

Sistema de Troca de Calor

[00218] As figuras 3, 3A e 19 e 20 ilustram uma implementação dos presentes sistemas e métodos descritos em que a pluralidade de trocadores de calor de múltiplos estágios 420 é arranjada sobre a periferia das longarinas de OTEC 410. Trocadores de calor 420 podem ser elementos evaporadores ou condensadores usados em um motor de calor de OTEC. O layout periférico dos trocadores de calor pode ser utilizado com a porção de evaporação 344 ou a porção de condensação 348 de uma plataforma de longarina de OTEC. O arranjo periférico pode suportar qualquer número de trocadores de calor (por exemplo, 1 trocador de calor, entre 2 e 8 trocadores de calor, 8-16 trocadores de calor, 16 – 32 trocadores de calor, ou 32 ou mais trocadores de calor). Um ou mais trocadores de calor pode ser arranjado de modo periférico em uma única plataforma ou em múltiplos deques (por exemplo, em 2, 3, 4, 5, ou 6 ou mais deques) das longarinas de OTEC 410. Um ou mais trocadores de calor pode ser perifericamente deslocado entre dois ou mais deques de modo que dois trocadores de calor não são verticalmente alinhados um sobre o outro. Um ou mais trocadores de calor pode ser perifericamente arranjado de modo que trocadores de calor em uma plataforma são verticalmente alinhados com os trocadores de calor em outra plataforma adjacente.

[00219] Trocadores de calor individuais 420 podem compreender um sistema de troca de calor de múltiplos estágios (por exemplo, a 2, 3, 4, 5, ou 6 ou mais sistemas de troca de calor). Em uma modalidade, trocadores de calor individuais 420 podem ser um gabinete de trocador de calor construído para proporcionar mínima perda de pressão em um fluxo de água morna do mar, fluxo de água fria do mar, e fluxo de fluido de trabalho através do trocador de calor.

[00220] Com referência à figura 21 uma modalidade de um gabinete de trocador de calor 520 inclui múltiplos estágios de troca de calor, 521, 522, 523 e 524. Em uma implementação os trocadores de calor empilhados acomodam a água morna do mar que flui para baixo através do gabinete, a partir de primeiro estágio do elemento evaporador 521, para o segundo estágio do elemento evaporador 522, para o terceiro estágio do elemento evaporador 523 para o quarto estágio do elemento evaporador 524. Em outra modalidade do gabinete de trocador de calor empilhado, a água fria do mar flui para cima através do gabinete a partir de primeiro estágio do elemento condensador 531, para o segundo estágio do elemento condensador 532, para o terceiro estágio do elemento condensador 533, para o quarto estágio do elemento condensador 534. Fluido de trabalho flui através dos condutos de fornecimento de fluido de trabalho 538 e condutos de descarga de fluido de trabalho 539. Em uma modalidade, o conduto de fluidos de trabalho 538 e 539 entram e saem de cada estágio de trocador de calor horizontalmente comparado ao fluxo vertical de água morna do mar ou de água fria do mar. A configuração de trocador de calor vertical de múltiplos estágios do gabinete de trocador de calor 520 facilita uma configuração integrado (por exemplo, longarina) e do trocador de calor, remove a necessidade de tubos de interconexão entre os estágios do trocador de calor, e garante que toda a queda de pressão do sistema do trocador de calor ocorra sobre a superfície de transferência de calor.

[00221] Em um aspecto, a superfície de transferência de calor pode ser otimizada usando formato, tratamento e espaçamento de superfície. A seleção de material tal como ligas de alumínio oferece superior desempenho econômico em relação às configurações com base em titânio convencional. A superfície de transferência de calor pode compreender as ligas de alumínio da série 1000, série 3000 ou série 5000. A superfície de transferência de calor pode compreender titânio e ligas de titânio.

[00222] Foi observado que o gabinete do trocador de calor de múltiplos estágios permite a máxima transferência de energia para o fluido de trabalho a partir da água do mar dentro de um diferencial de temperatura relativamente baixo disponível do motor de calor de OTEC. A eficiência termodinâmica de qualquer usina de OTEC é uma função de quão próximo a temperatura do fluido de trabalho se aproxima daquela da água do mar. As físicas da transferência de calor ditam que a área necessária para transferir a energia aumenta na medida em que a temperatura do fluido de trabalho se aproxima daquela da água do mar. Para compensar o aumento na área de superfície, aumentando a velocidade da água do mar pode aumentar o coeficiente de transferência de calor. Mas isso aumenta enormemente a energia necessária para bombeamento, desse modo aumentando a carga elétrica parasítica na instalação de OTEC.

[00223] Com referência à figura 22A, um ciclo de OTEC convencional em que o fluido de trabalho é fervido em um trocador de calor usando superfície da água morna do mar. As propriedades de fluido nesse ciclo convencional de Rankine são restritas pelo processo de ebulição que limita a descarga de fluido de trabalho a aproximadamente 1,7 °C,(3° F) abaixo da temperatura de saída da água morna do mar. Em um modo similar, o lado de condensação do ciclo é limitado para ser não mais próximo do que 1,1°C (2° F) mais alto do que a temperatura de saída água fria do mar. A queda de temperatura total disponível para o fluido de trabalho é de aproximadamente 6,7 °C (12° F) entre 20 °C e 13,3 °C (entre 68° F e 56° F).

[00224] Foi observado que um ciclo de OTEC em cascata de múltiplos estágios permite que as temperaturas do fluido de trabalho mais proximamente correspondam àquela da água do mar. Esse aumento no diferencial de temperatura aumenta a quantidade de trabalho que pode ser realizado pelas turbinas associadas com o motor de calor de OTEC.

[00225] Com referência à figura 22B, um aspecto de um ciclo de OTEC em cascata de múltiplos estágios usa múltiplas etapas de fervura e condensação para expandir a queda de temperatura de fluido de trabalho disponível. Cada etapa requer um trocador de calor independente, ou um estágio dedicado de trocador de calor no gabinete de trocador de calor 520 da figura 5. O ciclo de OTEC em cascata de múltiplos estágios da figura 6b permite corresponder a saída das turbinas com as cargas de bombeamento esperadas para a água do mar e fluido de trabalho. Essa configuração altamente otimizada pode necessitar de turbinas dedicadas e customizadas.

[00226] Com referência à figura 22C, um ciclo de OTEC híbrido e ainda otimizado em cascata é mostrado que facilita o uso de equipamento idêntico (por exemplo, turbinas, geradores, bombas) ao mesmo tempo em que retém as eficiências termodinâmicas ou a otimização do verdadeiro arranjo de cascata da figura 22B. No ciclo de cascata híbrido da figura 22C, o diferencial de temperatura disponível para o fluido de trabalho varia a partir de cerca de 10°C (18 °F) a cerca de 12,2 °C (22 °F). Essa faixa estreita permite que as turbinas no motor de calor tenham especificações de desempenho idênticas, desse modo reduzindo os custos de construção e de operação.

[00227] Desempenho do sistema e saída de energia são grandemente maiores usando o ciclo de cascata híbrido em uma instalação de energia OTEC. A Tabela A compara o desempenho do ciclo convencional da figura 22A com aquele de um ciclo de cascata híbrido da figura 22C.

[00228] Utilizando o ciclo de troca de calor de quatro estágios híbrido em cascata se reduz a quantidade de energia que precisa ser transferida entre os fluidos. Isso por sua vez serve para reduzir a quantidade de superfície de troca de calor que é necessária.

[00229] O desempenho dos trocadores de calor é afetado pela diferença de temperatura disponível entre os fluidos assim como o coeficiente de transferência de calor nas superfícies do trocador de calor. O coeficiente de transferência de calor em geral varia com a velocidade do fluido através das superfícies de transferência de calor. Velocidades mais altas de fluido requerem maior energia de bombeamento, desse modo reduzindo a eficiência líquida da instalação. Um sistema de troca de calor de múltiplos estágios híbrido em cascata facilita velocidades de fluido mais baixas e maior eficiência da instalação. A configuração de troca de calor híbrida em cascata empilhada também facilita quedas de pressão menores através do trocador de calor. E a configuração de instalação vertical facilita uma queda de pressão menor através de todo o sistema.

[00230] A figura 22D ilustra o impacto da queda de pressão no trocador de calor na geração total da instalação de OTEC para enviar 100 MW para a grade de energia. Minimizando a queda de pressão através do trocador de calor se aumenta grandemente o desempenho da usina de OTEC. A queda de pressão é reduzida por proporcionar um navio integrado ou plataforma – sistema de trocador de calor, em que os condutos de água do mar formam membros estruturais do navio e permitem que o fluxo de água do mar flua a partir de um estágio do trocador de calor para outro na série. Uma linha reta aproximada de fluxo de água do mar, com mínimas mudanças de direção a partir da captação dentro do navio, através da bomba, através dos gabinetes de troca de calor e por sua vez através de cada estágio de troca de calor em série, e por último descarregando a partir da instalação, permite mínima queda de pressão.

Exemplo:

[00231] Aspectos dos presentes sistemas e métodos descritos proporcionam uma usina de OTEC integrada de múltiplos estágios que irá produzir eletricidade usando um diferencial de temperatura entre a água de superfície e águas profundas do oceano em regiões tropicais e subtropicais. Aspectos eliminam tubos tradicionais par a água do mar ao se usar a estrutura de navio ao largo da costa ou estruturas de plataforma como um conduto ou passagem de fluxo. Alternativamente, os tubos de água morna do mar e de água fria do mar podem usar condutos ou tubos de tamanho e resistência suficientes para proporcionar suporte vertical ou outro suporte estrutural para o navio ou plataforma. As referidas seções de conduto ou passagens integrais de água do mar servem como membros estruturais do navio, desse modo reduzindo as necessidades de aço adicional. Como parte das passagens integrais de água do mar, os gabinetes dos trocadores de calor de múltiplos estágios proporcionam múltiplos estágios de evaporação de fluido de trabalho sem a necessidade de bocais de água externos ou conexões de tubo. A usina de OTEC integrada de múltiplos estágios permite que a água morna do mar e a água fria do mar fluam em suas direções naturais. A água morna do mar flui para baixo através do navio na medida em que a mesma é resfriada antes de ser descarregada para uma zona mais fria do oceano. Em um modo similar, a água fria do mar a partir de profundidade do oceano flui para cima através do navio na medida em que a mesma é aquecida antes de ser descarregada em uma zona mais aquecida do oceano. Esse arranjo evita a necessidade de mudanças na direção de fluxo da água do mar e perdas de pressão associadas. O arranjo também reduz a energia de bombeamento necessária.

[00232] Os gabinetes dos trocadores de calor de múltiplos estágios permitem o uso de um ciclo de OTEC de cascata híbrido. As referidas pilhas de trocadores de calor compreendem múltiplos estágios ou seções de trocador de calor que tem a água do mar que passa através dos mesmos em série para ferver ou condensar o fluido de trabalho como apropriado. Na seção do elemento evaporador a água morna do mar passa através do primeiro estágio onde a mesma entra em ebulição com algum do fluido de trabalho na medida em que a água do mar é resfriada. A água morna do mar então flui para baixo da pilha para dentro do próximo estágio do trocador de calor e ferve fluido de trabalho adicional em uma pressão e temperatura relativamente mais baixa. Isso ocorre em sequência através de toda a pilha. Cada estágio ou seção do gabinete de trocador de calor fornece vapor de fluido de trabalho para uma turbina dedicada que gera energia elétrica. Cada um dos estágios do elemento evaporador tem um estágio que corresponde ao elemento condensador na saída da turbina. A água fria do mar passa através das pilhas de elemento condensador em uma ordem inversa para os elementos evaporadores.

[00233] Com referência à figura 23, um exemplo de motor de calor de OTEC de múltiplos estágios 710 utilizando ciclos de troca de calor em cascata híbridos é proporcionado. Água morna do mar é bombeado a partir da captação de água morna do mar (não mostrado) por meio de bomba de água morna 712, descarregando a partir da bomba em aproximadamente 1360000 gpm e a uma temperatura de aproximadamente 26,1 °C (79°F). Todo ou partes de um conduto de água morna a partir da captação de água morna para a bomba de água morna, e a partir da bomba de água morna para o gabinete de trocador de calor empilhado pode formar membros estruturais integrais do navio.

[00234] A partir da bomba de água morna 712, a água morna do mar então entra no primeiro estágio do elemento evaporador 714 onde a mesma ferve um primeiro fluido de trabalho. A água morna sai do primeiro estágio do elemento evaporador 714 a uma temperatura de aproximadamente 24,9 °C (76,8°F) e flui para baixo ao segundo estágio do elemento evaporador 715.

[00235] A água morna entra no segundo estágio do elemento evaporador 715 a aproximadamente 24,9 °C (76,8°F) onde a mesma ferve um segundo fluido de trabalho e sai do segundo estágio do elemento evaporador 715 a uma temperatura de aproximadamente 23,6 °C (74,5 °F).

[00236] Um fluxo de água morna para baixo para o terceiro estágio do elemento evaporador 716 a partir do segundo estágio do elemento evaporador 715, entra a uma temperatura de aproximadamente 23,6 °C (74,5°F), onde a mesma ferve o terceiro fluido de trabalho. A água morna sai do terceiro estágio do elemento evaporador 716 a uma temperatura de aproximadamente 22,4 °C (72,3°F).

[00237] A água morna então flui a partir do terceiro estágio do elemento evaporador 716 para baixo para o quarto estágio do elemento evaporador 717, entra a uma temperatura de aproximadamente 22,4 °C (72,3°F), onde a mesma ferve um quarto fluido de trabalho. A água morna sai do quarto estágio do elemento evaporador 717 a uma temperatura de aproximadamente 21,2 °C (70,1°F) e então é descarregada a partir do navio. Embora não mostrado, a descarga pode ser direcionada para a camada térmica a uma profundidade no oceano de ou aproximadamente a mesma temperatura que a temperatura de descarga da água morna do mar. Alternadamente, a porção da usina que aloja o elemento evaporador de múltiplos estágios pode ser localizada a uma profundidade dentro da estrutura de modo que a água morna é descarregada a uma camada térmica apropriada do oceano. Em aspectos, um conduto de água morna a partir do quarto estágio do elemento evaporador para a descarga de água morna do navio pode compreender membros estruturais do navio.

[00238] De modo similar, a água fria do mar é bombeada a partir da captação de água fria do mar (não mostrado) por meio da bomba de água fria do mar 722, descarregando a partir da bomba em aproximadamente 855003 gpm e a uma temperatura de aproximadamente 4,4 °C (40,0°F). A água fria do mar é captada a partir de profundidades do oceano de entre aproximadamente 823 e 1280 m (2700 e 4200 pés), ou mais. O conduto de água fria que porta a água fria do mar a partir da captação de água fria do navio para a bomba de água fria, e a partir da bomba de água fria para o primeiro estágio do elemento condensador pode compreender em sua totalidade ou em parte membros estruturais do navio.

[00239] A partir de bomba de água fria do mar 722, a água fria do mar entra um primeiro estágio do elemento condensador 724, onde a mesma condensa o quarto fluido de trabalho a partir do quarto estágio boiler 717. A água fria do mar sai do primeiro estágio do elemento condensador a uma temperatura de aproximadamente 6,4 °C (43,5°F) e flui até o segundo estágio do elemento condensador 725.

[00240] A água fria do mar entra no segundo estágio do elemento condensador 725 em aproximadamente 6,4 °C (43,5°F) onde a mesma condensa o terceiro fluido de trabalho a partir do terceiro estágio do elemento evaporador 716. A água fria do mar sai do segundo estágio do elemento condensador 725 a uma temperatura de aproximadamente 8,3 °C (46,9°F) e flui até o terceiro estágio do elemento condensador.

[00241] A água fria do mar entra no terceiro estágio do elemento condensador 726 a uma temperatura de aproximadamente 8,3 °C (46,9°F) onde a mesma condensa o segundo fluido de trabalho a partir de segundo estágio do elemento evaporador 715. A água fria do mar sai do terceiro estágio do elemento condensador 726 a uma temperatura de aproximadamente 10,2 °C (50,4°F).

[00242] A água fria do mar então flui para cima a partir do terceiro estágio do elemento condensador 726 para o quarto estágio do elemento condensador 727, entra a uma temperatura de aproximadamente 10,2 °C (50,4°F). No quarto estágio do elemento condensador, a água fria do mar condensa o primeiro fluido de trabalho a partir de primeiro estágio do elemento evaporador 714. A água fria do mar então sai do quarto estágio do elemento condensador a uma temperatura de aproximadamente 10,2 °C (54,0°F) e por último é descarregada a partir do navio. A descarga de água fria do mar pode ser direcionada para a camada térmica a uma profundidade no oceano de ou aproximadamente a mesma temperatura que a temperatura de descarga de a água fria do mar. Alternadamente, a porção da usina que aloja o elemento condensador de múltiplos estágios pode ser localizada a uma profundidade dentro de a estrutura de modo que a água fria do mar é descarregada em uma camada térmica apropriada do oceano.

[00243] O primeiro fluido de trabalho entra no primeiro estágio do elemento evaporador 714 a uma temperatura de 13,7 °C (56,7°F) onde o mesmo é aquecido ao estado de vapor com a temperatura de 23,7 °C (74,7°F). O primeiro fluido de trabalho então flui para primeira turbina 731 e então para o quarto estágio do elemento condensador 727 onde o primeiro fluido de trabalho é condensado ao estado de líquido com a temperatura de aproximadamente 13,6 °C (56,5°F). O primeiro fluido de trabalho líquido é então bombeado por meio da primeira bomba de fluido de trabalho 741 de volta para o primeiro estágio do elemento evaporador 714.

[00244] O segundo fluido de trabalho entra no segundo estágio do elemento evaporador 715 a uma temperatura de aproximadamente 11,7 °C (53,0°F) onde o mesmo é aquecido ao estado de vapor. O segundo fluido de trabalho sai do segundo estágio do elemento evaporador 715 a uma temperatura de aproximadamente 22,4 °C (72,4°F). O segundo fluido de trabalho então flui para uma segunda turbina 732 e então para o terceiro estágio do elemento condensador 726. O segundo fluido de trabalho sai do terceiro estágio do elemento condensador a uma temperatura de aproximadamente 11,7 °C (53,0°F) e flui para bomba de fluido de trabalho 742, que por sua vez bombeia o segundo fluido de trabalho de volta para o segundo estágio do elemento evaporador 715.

[00245] O terceiro fluido de trabalho entra no terceiro estágio do elemento evaporador 716 a uma temperatura de aproximadamente 9,7 °C (49,5°F) onde o mesmo será aquecido ao estado de vapor e sai do terceiro estágio do elemento evaporador 716 a uma temperatura de aproximadamente 21,2 °C (70,2°F). O terceiro fluido de trabalho então flui para a terceira turbina 733 e então ao segundo estágio do elemento condensador 725 onde o terceiro fluido de trabalho é condensado a um fluido a uma temperatura de aproximadamente 9,7 °C (49,5°F). O terceiro fluido de trabalho sai do segundo estágio do elemento condensador 725 e é bombeado de volta para o terceiro estágio do elemento evaporador 716 por meio da terceira bomba de fluido de trabalho 743.

[00246] O quarto fluido de trabalho entra no quarto estágio do elemento evaporador 717 a uma temperatura de aproximadamente 7,8 °C (46,0°F) onde o mesmo será aquecido ao estado de vapor. O quarto fluido de trabalho sai do quarto estágio do elemento evaporador 717 a uma temperatura de aproximadamente 20 °C (68,0°F) e flui para uma quarta turbina 734. O quarto fluido de trabalho sai da quarta turbina 734 e flui para o primeiro estágio do elemento condensador 724 onde o mesmo é condensado ao estado de líquido com a temperatura de aproximadamente 7,8 °C (46,0°F). O quarto fluido de trabalho sai do primeiro estágio do elemento condensador 724 e é bombeado de volta para o quarto estágio do elemento evaporador 717 por meio da quarta bomba de fluido de trabalho 744.

[00247] A primeira turbina 731 e a quarta turbina 734 cooperativamente acionam um primeiro gerador 751 e formam um primeiro par turbogerador 761. O primeiro par turbogerador irá produzir aproximadamente 25MW de energia elétrica.

[00248] A segunda turbina 732 e a terceira turbina 733 cooperativamente acionam um segundo gerador 752 e formam um segundo par turbogerador 762. O segundo par turbogerador 762 irá produzir aproximadamente 25MW de energia elétrica.

[00249] O quarto estágio do ciclo de troca de calor de cascata híbrido da figura 7 permite que a máxima quantidade de energia seja extraída a partir do diferencial de temperatura relativamente baixo entre a água morna do mar e a água fria do mar. Adicionalmente, todos os trocadores de calor podem diretamente suportar um par de turbogeradores que produzem eletricidade usando os mesmos componentes de turbinas e geradores.

[00250] Será observado que múltiplos trocadores de calor em cascata híbridos de múltiplos estágios e pares de turbogeradores podem ser incorporados em um projeto de navio ou de plataforma.

Exemplo:

[00251] Uma plataforma de longarinas de OTEC ao largo da costa inclui quatro módulos de energia separados, cada um dos quais gerando cerca de 25 MWe Net na condição de projeto avaliado. Cada módulo de energia compreende quatro ciclos de energia separados ou estágios termodinâmicos em cascata que operam em diferentes níveis de pressão e temperatura e captam calor a partir do sistema de água do mar em quatro diferentes estágios. Os quatro diferentes estágios operam em série. Os níveis de pressão e temperatura aproximados dos quatro estágios nas condições de projeto avaliado (Carga total – condições de verão) são:

[00252] O fluido de trabalho é fervido em múltiplos elementos evaporadores por captar calor a partir de água morna do mar (WSW). Vapor saturado é separado em um separador de vapor e conduzido a uma turbina de amônia por programa STD, tubo de aço carbono sem costura. O condensado líquido no elemento condensador é bombeado de volta para o elemento evaporador por 2 x 100% de motor elétrico acionado em bombas de alimentação de velocidade constante. As turbinas do ciclo -1 e 4 acionam um gerador elétrico comum. De modo similar as turbinas do ciclo-2 e 3 acionam outro gerador comum. Em um aspecto há dois geradores em cada módulo de instalação e um total de 8 na instalação de 100MWe. A alimentação para o elemento evaporadores é controlada por válvulas de controle de alimentação para manter o nível no separador de vapor. O nível no elemento condensador é controlado por válvulas de controle de constituição de fluido de ciclo. O fluxo mínimo da bomba de alimentação é garantido por linhas de recirculação que conduzem para o elemento condensador através de válvulas de controle reguladas por um medidor de fluxo na linha de alimentação.

[00253] Em operação os quatro (4) ciclos de energia dos módulos operam de modo independente. Qualquer um dos ciclos pode ser fechado sem aumentar a operação dos outros ciclos se necessária, por exemplo, em caso de uma falha ou para manutenção. Mas isso irá reduzir a geração de energia líquida do módulo de energia como um módulo total.

[00254] Aspectos dos presentes sistemas e métodos descritos requerem grandes volumes de água do mar. Haverá sistemas separados para lidar com a água fria do mar e água morna do mar, cada um com o seu equipamento de bombeamento, dutos de água, tubulações, válvulas, trocadores de calor, etc. Água do mar é mais corrosiva do que a água doce e todos os materiais que podem entrar em contato com a mesma precisa ser selecionado com cuidado considerando isso. Os materiais de construção para os principais componentes dos sistemas de água do mar sistemas serão:

[00255] A não ser que controlados por meios adequados, os desenvolvimentos biológicos dentro dos sistemas da água do mar podem causar perdas significantes de desempenho da instalação e podem causar incrustações nas superfícies de transferência de calor o que leva a saídas inferiores a partir da instalação. Esse desenvolvimento interno pode também aumentar a resistência ao fluxo de água fazendo com que haja maior necessidade de energia de bombeamento, menores sistemas de fluxo, etc. e mesmo bloqueios completos de trajetos de fluxo em casos mais severos.

[00256] O sistema de água fria do mar ("CSW") usando a água captada a partir das águas profundas do oceano deve ter muito pouco ou nenhum problema de incrustações biológicas. Água nas referidas profundidades não recebe muita luz do sol e é desprovida de oxigênio, e assim sendo há menos organismos vivos na mesma. Alguns tipos de bactéria anaeróbica podem, entretanto, ser capazes de se desenvolver na mesma sob determinadas condições. Tratamento de choque com cloro será usado para combater as incrustações biológicas.

[00257] Um sistema de água morna do mar ("WSW") que lida com água morna do mar a partir da superfície próxima terá que ser protegida a partir de incrustações biológicas. Foi observado que as taxas de incrustações são muito menores em águas tropicais de oceano aberto adequadas para operações de OTEC do que em águas da costa. Como resultado, agentes químicos podem ser usados para controlar incrustações biológicas em sistemas de OTEC em muito baixas doses que serão aceitáveis ao ambiente. A dosagem de pequenas quantidades de cloro provou ser muito eficaz no combate de incrustações biológicas em água do mar. Dosagens de cloro a um coeficiente de cerca de 70 ppb por uma hora por dia, é relativamente eficaz para prevenir o desenvolvimento de organismos. Marinhos. O referido coeficiente de dosagem é apenas 1/20th do nível ambientalmente seguro estipulado pela EPA. Outros tipos de tratamento (choque térmico, choque de cloro, outros biocidas, etc.) podem ser usados de tempo em tempo entre os regimes de tratamento de baixa dosagem para se livrar de organismos resistentes a cloro.

[00258] O cloro necessário para a dosagem das correntes de água do mar é gerada a bordo de uma instalação de navio por eletrolise de água do mar. As instalações de eletro-cloração desse tipo estão disponíveis no comércio e foram usadas com sucesso para produzir solução de hipoclorito para ser usada para dosagem. A instalação de eletro-cloração pode operar continuamente para preencher os tanques de armazenamento e os conteúdos dos referidos tanques são usados para a dosagem periódica descrita acima.

[00259] Todos os condutos de água do mar evitam quaisquer bolsos mortos onde os sedimentos podem se depositar ou organismos podem se assentar para iniciar uma colônia. Arranjos de despejo são proporcionados a partir dos pontos baixos dos dutos de água para explodir os depósitos que podem se tornar congestionados nos mesmos. Os pontos altos dos dutos e as câmaras de água são ventilados para permitir que os gases aprisionados escapem.

[00260] O sistema de Água fria do mar (CSW) irá consistir em uma captação de água profunda comum para a instalação do navio, e sistemas de bombeamento / distribuição de água, os condensadores com seus tubos de água associados, e os dutos de descarga para retornar a água de volta para o mar. O tubo de captação de água fria se estende para baixo a uma profundidade de mais do que 823 m (2700 pés), (por exemplo, entre 823 m a 1280 m (2700 pés a 4200 pés), onde a temperatura da água do mar é aproximadamente uma constante 4,4 °C (40°F). A entrada para o tubo é protegida por telas para impedir que organismos sejam sugados para dentro do mesmo. Após entrar no tubo, a água fria flui para cima em direção da superfície do mar e é enviada para a câmara fria bem próxima do fundo do navio ou longarina.

[00261] As bombas de fornecimento de CSW, os dutos de distribuição, os elementos condensadores, etc. são localizados no nível mais baixo da instalação. As bombas fazem sucção a partir do duto transversal e enviam a água fria para o sistema de duto de distribuição. Bombas de fornecimento de 4 x 25% de CSW são proporcionadas para cada módulo. Cada bomba é independentemente circundada com válvulas de entrada de modo que as mesmas podem ser isoladas e abertas para inspeção, manutenção, etc. quando necessário. As bombas são acionadas por motores elétricos de alta eficiência.

[00262] A água fria do mar flui através dos condensadores dos ciclos em série e então o efluente de CSW é descarregado de volta ao mar. O CSW flui através dos trocadores de calor do elemento condensador de quatro ciclos de instalação em série na ordem necessária. As instalações do elemento condensador são arranjadas para permitir que as mesmas sejam isoladas e abertas para limpeza e manutenção quando necessário.

[00263] O sistema WSW compreende grades de captação de água profunda localizadas abaixo da superfície do mar, um pleno de captação para transportar a água que entra para as bombas, bombas de água, sistema de dosagem de biocida para controlar as incrustações das superfícies de transferência de calor, sistema de corrente de água para evitar os bloqueios por materiais em suspensão, os elementos evaporadores com seus tubos de água associados, e dutos de descarga para retornar a água de volta para o mar.

[00264] Grades de captação são proporcionadas na parede de fora dos módulos de instalação para aspirar em água morna a partir da superfície próxima do mar. A velocidade da face das grades de captação é mantida em menos do que 15,2 cm/s (0,5 pés/sec), para minimizar a captação de organismos marinhos. As referidas grades também evitam a entrada de grandes detritos flutuantes e suas aberturas claras são com base no tamanho máximo de sólidos que podem passar através da bomba e dos trocadores de calor com segurança. Após passar através das referidas grades, a água entra no pleno de captação localizado atrás das grades e é encaminhada para as sucções do fornecimento de WSW.

[00265] As bombas de WSW são localizadas em dois grupos em lados opostos do piso da bomba. Metade das bombas é localizada em cada lado com conexões de sucção separadas a partir do pleno de captação para cada grupo. Esse arranjo limita o coeficiente de fluxo máximo através de qualquer porção do pleno de captação a cerca de 1/16th do fluxo total e assim reduz as perdas de fricção no sistema de captação. Cada uma das bombas é proporcionada com válvulas nos lados de entrada de modo que as mesmas podem ser isoladas e abertas para inspeção, manutenção, etc. quando necessário. As bombas são acionadas por motores elétricos de alta eficiência com acionados de frequência variável para corresponder à saída da bomba para a carga.

[00266] É necessário se controlar as incrustações biológicas do sistema WSW e particularmente as suas superfícies de transferência de calor, e biocidas adequados serão dosados na sucção das bombas para isso.

[00267] A corrente de água morna pode precisar ser tensionada par remover as partículas maiores suspensas que podem bloquear as passagens estreitas nos trocadores de calor. Grandes filtros automáticos ou "Filtros de Detritos" podem ser usados para isso se necessário. Materiais suspensos podem ser retidos nas telas e então removidos por retrolavagem. Os efluentes da retrolavagem que portam os sólidos suspensos serão encaminhados par a corrente de descarga da instalação a ser retornada para o oceano. As necessidades exatas para isso serão decididas durante o desenvolvimento adicional do desenho após a coleta de mais dados com relação a qualidade da água do mar.

[00268] A água morna do mar (WSW) tensionada é distribuída para os trocadores de calor do elemento evaporador. WSW flui através do elemento evaporador dos quatro ciclos de instalação em série na ordem necessária. O efluente de WSW a partir do último ciclo é descarregado a uma profundidade de aproximadamente 53,3 m (175 pés) ou mais abaixo da superfície do mar. Ele então decanta lentamente a uma profundidade onde a temperatura (e portanto, a densidade) da água do mar irá corresponder com aquela do efluente.

[00269] Embora as modalidades aqui tenham sido descritas sobre trocador de calor de múltiplos estágios em uma plataforma flutuante ao largo da costa ou navio, arrastar água fria por meio de um tubo deslocado contínuo de ripas de água fria, será observado que outras modalidades estão dentro do âmbito dos sistemas e métodos descritos. Por exemplo, o tubo de água fria pode ser conectado a uma instalação na costa. O tubo contínuo deslocado dotado de ripas pode ser usado para outros tubos de captação ou de descarga tendo significante relação de comprimento para diâmetro. A construção deslocada dotada de ripas pode ser incorporada em seções de tubo para uso em tubo de construção segmentada tradicional. O trocador de calor de múltiplos estágios e passagens integradas de fluxo pode ser incorporado nas instalações com base na costa que inclui instalações de OTEC com base na costa. Adicionalmente, a água morna pode ser água morna doce, água geotermicamente aquecida, ou água de descarga industrial (por exemplo, água descarregada de resfriamento a partir de uma usina nuclear ou de outra instalação industrial). A água fria pode ser água fresca fria. O sistema de OTEC e os componentes descritos aqui podem ser usados para a produção de energia elétrica ou em outros campos de uso que incluem: dessalinização de água salgada: purificação de água; reclamação de água profunda; aquacultura; a produção de biomassa ou de biocombustíveis; e ainda outras indústrias.

[00270] Todas as referências mencionadas aqui são incorporadas por referência em sua totalidade.

[00271] Outras modalidades estão dentro do âmbito das reivindicações a seguir.

Claims

Usina de conversão de energia térmica do oceano, que compreende:
um navio; e
um tubo de água fria (217) fixado ao navio (210),
caracterizada pelo fato de que o tubo de água fria (217) compreende:
uma seção de interface (217a) com uma porção de engate (851) em contato com o navio (210) e uma articulação virtual (853) se estendendo a partir da porção de engate (851) para uma interface fixa (867);
uma seção intermediária (217b) que engata a interface fixa (867) e suspensa a partir da seção de interface (217a); e
uma seção de captação (217c) suspensa a partir da seção intermediária (217b), em que a articulação virtual (853) é afunilada a partir de um primeiro diâmetro adjacente à porção de engate (851) para um menor segundo diâmetro adjacente à interface fixa (867),
em que a porção de engate (851) da seção de interface (217a) é afunilada a partir de um primeiro diâmetro adjacente à articulação virtual (853) para um menor segundo diâmetro na extremidade da seção de interface (217a) em contato com o navio (210), e
em que a articulação virtual (853) é configurada para proporcionar até 2 graus de deflexão.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o tubo de água fria (217) é entre 610 e 914 m (2000 e 3000 pés) de comprimento e tem um diâmetro interno entre 4,6 e 7,6 m (15 e 25 pés).
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a porção de engate (851) inclui placas correspondentes com orifícios de inserção dimensionados para receber membros de engate no navio. (210).
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que as placas correspondentes são arranjadas em torno da superfície externa da seção de interface de longarina (217a).
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o navio (210) compreende receber placas alinhadas com as placas correspondentes.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que os membros de engate compreendem elementos de travamento do tipo de esfera dentro do navio (210), os elementos de travamento do tipo de esfera inseridos nos orifícios de inserção nas placas correspondentes para fixar o tubo de água fria (217) em posição para operação.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a seção de interface (217a) compreende um material compósito e tem uma estrutura de armação interna de aço inoxidável.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o material compósito é plástico reforçado com fibra (FRP).
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizada pelo fato de que a borda de topo da seção de interface (217a) tem um anel correspondente de aço inoxidável.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que as placas correspondentes são arranjadas em torno das superfícies interna e externa da seção de interface (217a) e são fixadas ao anel correspondente.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que as placas correspondentes são arranjadas em torno das superfícies interna e externa da seção de interface (217a) e são fixadas por soldagem ao anel correspondente.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizada pelo fato de que as placas de face em torno da superfície interna da seção de interface (217a) são conectadas aparafusadas às placas de face arranjadas ao longo da superfície externa.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizada pelo fato de que a seção de interface (217a) compreende múltiplas vigas de tensão que se estendem ao longo de mais do que a metade de toda a distância vertical da seção de interface para proporcionar resistência à tensão ao mesmo tempo em que permite uma relativa flexão angular.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que as vigas de tensão são posicionadas aproximadamente entre as superfícies interna e externa da seção de interface (217a) e são aparafusadas entre as placas de face interna e externa.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que a interface fixa (867) também compreende placas de face que são arranjadas em torno das superfícies interna e externa da interface fixa (867) fixadas junto e uma extremidade inferior das vigas de tensão.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que a interface fixa (867) também compreende placas de face que são arranjadas em torno das superfícies interna e externa da interface fixa (867) fixadas de forma aparafusada junto e uma extremidade inferior das vigas de tensão.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 15 ou 16, caracterizada pelo fato de que a interface fixa (867) inclui porções fendidas entre as vigas de tensão e as placas de face interna e externa para receber características de aba correspondentes da seção intermediária (217b) do tubo de água fria (217).
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a seção intermediária (217b) inclui segmentos de anel de tubo.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que a seção intermediária (217b) inclui pelo menos um dentre: entre 50 e 90, mais do que 55, mais do que 60, mais do que 65, mais do que 70, menos do que 85, menos do que 25 80, menos do que 75 e menos do que 70 segmentos de anel de tubo.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizada pelo fato de que cada segmento de anel de tubo é um cilindro produzido a partir de múltiplos ripas.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, caracterizada pelo fato de que cada segmento de anel de tubo é um cilindro produzido a partir de 18 ripas.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 21, caracterizada pelo fato de que cada ripa é construída de revestimento externo de compósito e uma porção interior preenchida de espuma.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de com qualquer uma das reivindicações 18 a 22, caracterizada pelo fato de que cada ripa é construída de revestimento externo de FRP e uma porção interior preenchida de espuma.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 23, caracterizada pelo fato de que compreende faixas de reforço que são aplicadas em torno de uma seção intermediária (217b).
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 24, caracterizada pelo fato de que compreende faixas de reforço que são aplicadas continuamente ou em intervalos em torno de uma seção intermediária (217b).
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 25, caracterizada pelo fato de que a seção intermediária (217b) é enrolada com faixas de reforço de FRP em intervalos de 1,5 m (5 pés).
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a seção de captação (217c) inclui uma porção de boca em forma de sino, um peso de lastro, e estrutura de rede que conecta o peso de lastro à porção de boca em forma de sino.
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com a reivindicação 27, caracterizada pelo fato de que a estrutura de rede compreende múltiplos cabos arranjados em torno da porção de boca em forma de sino espaçados um a partir do outro para evitar que vida marinha de grande porte e outros objetos entrem na porção de boca em forma de sino e tubo de água fria (217).
Usina de conversão de energia térmica do oceano, de acordo com qualquer uma das reivindicações 27 ou 28, caracterizada pelo fato de que a porção de boca em forma de sino e o peso agrupado são produzidos de FRP e têm componentes estruturais de aço inoxidável.