BR112017005901B1 - método de operação de um sistema para geração de energia proveniente das marés e sistema para geração e armazenamento de energia proveniente das marés - Google Patents

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Abstract

resumo ?sistema para geração e armazenamento de energia proveniente das marés e método para construção de um reservatório destinado a esse sistema? a presente invenção refere-se a um sistema para geração e armazenamento de energia proveniente das marés (10) que compreende uma lagoa (12) e uma pluralidade de reservatórios (14) que separa a lagoa de uma área de água das marés (16). cada reservatório (14) compreende um quebra-mar (20) que circunda uma câmara de reservatório (22). o sistema tem um primeiro canal de vazão (30) em comunicação entre a área de água das marés (16) e a lagoa (12) que direciona a vazão através de uma turbina (32) para gerar energia elétrica. o sistema também tem um segundo canal de vazão (40) para permitir a comunicação entre dois reservatórios adjacentes e um terceiro canal de vazão (90) para permitir a comunicação entre um reservatório e o primeiro canal de vazão. o quebra-mar (20) de cada reservatório (14) compreende uma estrutura gravitacional que compreende uma pluralidade de camadas de uma mistura de areia e/ou outro material de leito do mar com um ligante hidráulico. o sistema pode ser construído usando material obtido no ponto de construção, e permite o armazenamento e bombeamento de água nos reservatórios (14) e na lagoa (12) para maximizar o período ao longo do qual a energia pode ser gerada.

Description

“MÉTODO DE OPERAÇÃO DE UM SISTEMA PARA GERAÇÃO DE ENERGIA PROVENIENTE DAS MARÉS E SISTEMA PARA GERAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE ENERGIA PROVENIENTE DAS MARÉS”
CAMPO DA TÉCNICA [001]A presente revelação refere-se a um sistema para geração e armazenamento de energia proveniente das marés que permite a geração de energia enquanto permite um uso múltiplo de reservatórios e lagoas usados no sistema para geração de energia proveniente das marés. A presente revelação também se refere a um método para construção de um reservatório offshore destinado a esse sistema, e a um método para utilização desse sistema para gerar energia.
FUNDAMENTOS [002]Esquemas de geração de energia das marés convencionais são capazes de produzir energia em determinados momentos quando as condições das marés forem adequadas. Os mesmos não são capazes de produzir energia continuamente e o suprimento pode não ser adaptado para momentos de demanda de pico.
[003]Esquemas de geração de energia das marés convencionais podem interferir na navegação, e podem atuar como uma barreira ao uso do ambiente marinho para outros propósitos.
[004]Um objetivo da presente invenção consiste em superar um ou mais dos problemas supramencionados.
SUMÁRIO [005]De acordo com um primeiro aspecto da invenção, proporciona-se um sistema para geração e armazenamento de energia proveniente das marés que compreende uma lagoa e uma pluralidade de reservatórios que separam a lagoa de uma área de água das marés, em que cada reservatório compreende um quebra
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2/20 mar que circunda uma câmara de reservatório, [006]em que o sistema compreende, ainda, pelo menos um primeiro canal de vazão em comunicação entre a área de água das marés e a lagoa, sendo que o primeiro canal de vazão tem um primeiro meio de fechamento no mesmo para evitar seletivamente que água flua através do primeiro canal de vazão, e o primeiro canal de vazão tem uma primeira turbina adaptada para gerar energia elétrica mediante rotação da primeira turbina pela água que flui através do primeiro canal de vazão, [007]em que o sistema compreende, ainda, pelo menos um segundo canal de vazão seletivamente em comunicação entre dois reservatórios adjacentes da pluralidade de reservatórios e pelo menos um terceiro canal de vazão seletivamente em comunicação entre pelo menos um reservatório da pluralidade de reservatórios e o primeiro canal de vazão, e [008]em que o quebra-mar de cada reservatório compreende uma estrutura gravitacional que compreende uma pluralidade de camadas de uma mistura de areia e/ou outro material de leito do mar com um ligante hidráulico.
[009]De preferência, o ligante hidráulico é um material inorgânico tendo propriedades pozolânicas ou hidráulicas latentes. Em uma modalidade, o ligante hidráulico pode ser calcário, escória de alto-forno, cinza volátil siliciosa, cinza volátil calcária, escória de alto-forno granulada triturada (GGBFS ou GGBS), fumo de sílica ou uma mistura dos mesmos.
[010]O segundo canal de vazão pode ter um segundo meio de fechamento nele para evitar seletivamente que água flua através do segundo canal de vazão.
[011]O segundo canal de vazão pode incluir uma bomba adaptada para bombear água a partir de um primeiro dentre os reservatórios adjacentes a um segundo dentre os reservatórios adjacentes.
[012]O segundo canal de vazão pode ter uma segunda turbina adaptada para gerar energia elétrica mediante a rotação da segunda turbina pela água que flui
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3/20 através do segundo canal de vazão.
[013]O terceiro canal de vazão pode estar em comunicação entre pelo menos um reservatório ad pluralidade de reservatórios e a lagoa, sendo que o terceiro canal de vazão tem um terceiro meio de fechamento nele para evitar seletivamente que água flua através do terceiro canal de vazão. O terceiro canal de vazão pode incluir parte do primeiro canal de vazão. A primeira turbina pode ser adaptada para gerar energia elétrica mediante a rotação da primeira turbina pela água que flui através do terceiro canal de vazão.
[014]De preferência, a pluralidade de reservatórios é estruturalmente ligada para formar uma barreira contra marés contínuas.
[015]De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, proporciona-se um método para construção de um reservatório para um sistema para geração de energia proveniente das marés que compreende uma lagoa e um ou mais reservatórios, que compreende as etapas a seguir:
[016]construir um coferdame anular em uma área de água das marés;
[017]remover água e/ou material de leito do mar a partir de dentro do coferdame para formar um volume anular;
[018]preencher o volume anular com uma mistura de areia e/ou outro material de leito do mar com um ligante hidráulico, [019]compactar a mistura de areia e/ou outro material de leito do mar com um ligante hidráulico, [020]repetir as etapas de preenchimento e compactação para formar uma pluralidade de camadas, curar a mistura de areia e/ou outro material de leito do mar com um ligante hidráulico para formar um quebra-mar anular contínuo, [021]remover água e/ou material de leito do mar de dentro do quebra-mar anular contínuo para formar uma câmara de reservatório, e [022]preencher pelo menos parcialmente a câmara de reservatório com
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4/20 água.
[023]O método pode incluir construir um sistema para geração e armazenamento de energia proveniente das marés que compreende uma lagoa e uma pluralidade de ditos reservatórios conectados para formar uma barreira contra marés que em uso separa a lagoa de uma área de água das marés, em que cada reservatório compreende um quebra-mar que circunda uma câmara de reservatório, em que o método compreende, ainda, proporcionar pelo menos um primeiro canal de vazão em comunicação entre a área de água das marés e a lagoa, sendo que o primeiro canal de vazão tem um primeiro meio de fechamento no mesmo para evitar seletivamente que água flua através do primeiro canal de vazão, o primeiro canal de vazão tem uma primeira turbina adaptada para gerar energia elétrica mediante a rotação da primeira turbina pela água que flui através do primeiro canal de vazão, e [024]em que o método compreende, ainda, proporcionar pelo menos um segundo canal de vazão seletivamente em comunicação entre dois reservatórios adjacentes da pluralidade de reservatórios e pelo menos um terceiro canal de vazão seletivamente em comunicação entre pelo menos um reservatório da pluralidade de reservatórios e o primeiro canal de vazão.
[025]De preferência, o ligante hidráulico é um material inorgânico tendo propriedades pozolânicas ou hidráulicas latentes. Em uma modalidade, o ligante hidráulico pode ser calcário, escória de alto-forno, cinza volátil siliciosa, cinza volátil calcária, escória de alto-forno granulada triturada (GGBFS ou GGBS), fumo de sílica ou uma mistura dos mesmos.
[026]O coferdame anular compreende um empilhamento contíguo ou estacaprancha. O empilhamento pode permanecer in situ após a cura da mistura de areia e/ou outro material de leito do mar com um ligante hidráulico para formar a parede contínua.
[027]O volume anular pode ser preenchido até um nível de pelo menos 5m,
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5/20 de preferência, pelo menos 6 m acima do nível de maré alta da área de água das marés. O mesmo apresenta a vantagem de proporcionar massa suficiente à parede e garantir que o material da parede contínua permaneça em compressão mesmo sob grandes cargas laterais.
[028]A parede contínua na região abaixo do nível de maré média baixa da área de água das marés pode ter uma largura de pelo menos 5 m, tipicamente, pelo menos 8 m de largura. A largura da parede pode ser menor acima do nível de maré média baixa. O reservatório pode ter um formato substancialmente circular em planta. O reservatório pode ter um formato substancialmente retangular em planta.
[029]De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, proporcionase um método para operar um sistema para geração de energia proveniente das marés que compreende uma lagoa e uma pluralidade de reservatórios que separa a lagoa de uma área de água das marés, em que cada reservatório compreende um quebra-mar que circunda uma câmara de reservatório, em que o sistema compreende, ainda, pelo menos um primeiro canal de vazão em comunicação entre a área de água das marés e a lagoa tendo uma primeira turbina de água, pelo menos um segundo canal de vazão em comunicação entre o primeiro e segundo reservatórios adjacentes da pluralidade de reservatórios, e pelo menos um terceiro canal de vazão em comunicação entre um ou ambos os primeiro e segundo reservatórios adjacentes e a lagoa, sendo que o método compreende:
[030]após o estado de maré alta da água das marés abrir o primeiro canal de vazão e, desse modo, liberar água a partir da lagoa através do primeiro canal de vazão à água das marés, acionando, assim, a primeira turbina a gerar energia elétrica, e, subsequentemente, fechar o primeiro canal de vazão;
[031]após o estado de maré baixa da água das marés abrir o primeiro canal de vazão e, desse modo, liberar água a partir da água das marés através do primeiro canal de vazão à lagoa, acionando, assim, a primeira turbina a gerar energia elétrica,
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6/20 e, subsequentemente, fechar o primeiro canal de vazão;
[032]quando o estado de maré permitir abrir o segundo e terceiro canais de vazão e, desse modo, liberar água a partir do primeiro e/ou segundo reservatórios através do terceiro canal de vazão à lagoa ou da água das marés, acionando, assim, a primeira turbina a gerar energia elétrica, e, subsequentemente, fechar o terceiro canal de vazão; e [033]quando o estado de maré permitir abrir o segundo e terceiro canais de vazão e, desse modo, liberar água a partir da lagoa ou da água das marés através do terceiro canal de vazão ao primeiro e/ou segundo reservatórios, acionando, assim, a primeira turbina a gerar energia elétrica, e, subsequentemente, fechar o terceiro canal de vazão.
[034]O método pode incluir a etapa adicional de bombear água a partir da lagoa ao primeiro e/ou segundo reservatórios para elevar o nível de água nas lagoas a um nível superior ao nível da água das marés no estado de maré alta.
[035]O método pode incluir a etapa adicional de abrir canais de vazão de entrada adicionais durante um estado de maré em elevação para permitir o fluxo de água sob a ação da gravidade a partir da água das marés no primeiro e/ou segundo reservatórios.
[036]De preferência, as etapas do método são repetidas com cada ciclo de maré da água das marés.
[037]O segundo canal de vazão pode ter uma segunda turbina de água ou bomba ou turbina/bomba combinadas no mesmo.
[038]O terceiro canal pode ser parcial ou totalmente coincidente ao primeiro ou segundo canal de vazão. Uma ou mais válvulas são proporcionadas para abrirem ou fecharem seletivamente um ou mais dentre o primeiro, segundo e terceiro canais de vazão, ou desviar o fluxo ao longo de um ou mais dentre o primeiro, segundo e terceiro canais de vazão.
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7/20 [039]De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, proporcionase um método para operar um sistema para geração de energia proveniente das marés que compreende uma lagoa e uma pluralidade de reservatórios que separa a lagoa de uma área de água das marés, em que cada reservatório compreende um quebra-mar que circunda uma câmara de reservatório, em que o sistema compreende, ainda, pelo menos um primeiro canal de vazão em comunicação entre a área de água das marés e a lagoa tendo uma primeira turbina de água, pelo menos um segundo canal de vazão em comunicação entre o primeiro e segundo reservatórios adjacentes da pluralidade de reservatórios, e pelo menos um terceiro canal de vazão em comunicação entre um ou ambos os primeiro e segundo reservatórios adjacentes e a lagoa, sendo que o método compreende:
[040]durante um estado de maré alta da água das marés que abre o terceiro canal de vazão e, desse modo, libera água a partir do primeiro e/ou segundo reservatórios através do terceiro canal de vazão à lagoa, acionando, assim, uma turbina para gerar energia elétrica, e, subsequentemente, fechar o terceiro canal de vazão;
[041]após o estado de maré alta da água das marés que abre o primeiro canal de vazão e, desse modo, libera água a partir da lagoa através do primeiro canal de vazão à água das marés, acionando, assim, a primeira turbina a gerar energia elétrica, e, subsequentemente, fechar o primeiro canal de vazão;
[042]após o estado de maré alta da água das marés que bombeia água a partir do segundo reservatório até o primeiro reservatório para elevar o nível no primeiro reservatório acima do nível de maré média alta da água das marés;
[043]durante um estado de maré baixa da água das marés que abre o terceiro canal de vazão e, desse modo, libera água a partir da lagoa através do terceiro canal de vazão ao primeiro e/ou segundo reservatórios, acionando, assim, uma turbina para gerar energia elétrica, e, subsequentemente, fechar o terceiro
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8/20 canal de vazão;
[044]após o estado de maré baixa da água das marés que abre o primeiro canal de vazão e, desse modo, libera água a partir da água das marés através do primeiro canal de vazão até a lagoa, acionando, assim, a primeira turbina a gerar energia elétrica, e, subsequentemente, fechar o primeiro canal de vazão; e [045]após o estado de maré baixa da água das marés que bombeia água a partir da lagoa ao segundo reservatório para elevar o nível no segundo reservatório acima do nível de maré média alta da água das marés.
[046]O segundo canal de vazão pode ter uma segunda turbina de água ou bomba ou turbina/bomba combinadas no mesmo.
[047]O terceiro canal pode ser parcial ou totalmente coincidente ao primeiro ou segundo canal de vazão. Uma ou mais válvulas podem ser proporcionadas para abrirem ou fecharem seletivamente um ou mais dentre o primeiro, segundo e terceiro canais de vazão, ou para desviar o fluxo ao longo de um ou mais dentre o primeiro, segundo e terceiro canais de vazão.
[048]O estado de maré alta inclui um período antes e após a maré alta, tipicamente até 2 horas em qualquer lado. O estado de maré baixa inclui um período antes e após a maré baixa, tipicamente, até 2 horas em qualquer lado.
[049]O terceiro canal de vazão pode estar seletivamente em comunicação com um ou ambos os primeiro e segundo canais de vazão. Por exemplo, durante o estado de maré alta da água das marés quando o terceiro canal de vazão estiver aberto, água pode ser liberada a partir do primeiro reservatório ao segundo reservatório através do segundo canal de vazão e a partir do mesmo, por uma válvula comutável, através do primeiro canal de vazão até a lagoa, enquanto o primeiro canal de vazão permanece fechado ao mar. O fluxo de água através do primeiro canal de vazão pode acionar a primeira turbina.
[050]A título de exemplo adicional, durante o estado de maré baixa da água
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9/20 das marés quando o terceiro canal de vazão está aberto, água pode ser liberada da lagoa ao primeiro e/ou segundo reservatórios através do primeiro canal e a partir do mesmo, por uma válvula comutável, através do segundo canal aos reservatórios, enquanto o primeiro canal de vazão permanece fechado para o mar. O fluxo de água através do primeiro canal de vazão pode acionar a primeira turbina.
[051]De preferência, as etapas do método são repetidas com cada ciclo de maré da água das marés.
[052]Pelo menos uma das modalidades acima fornece uma ou mais soluções para os problemas e desvantagens com a técnica antecedente. Outras vantagens técnicas da presente revelação se tornarão prontamente evidentes para um versado na técnica a partir da descrição e reivindicações a seguir. Várias modalidades do presente pedido obtêm apenas um subconjunto das vantagens apresentadas. Nenhuma vantagem é de importância crítica para as modalidades. Qualquer modalidade reivindicada pode ser tecnicamente combinada com qualquer/quaisquer outra(s) modalidade(s) reivindicada(s).
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [053]Os desenhos em anexo ilustram modalidades exemplificadoras da revelação e servem para explicar, a título de exemplo, os princípios da revelação.
[054]A Figura 1 é uma ilustração diagramática de um sistema para geração e armazenamento de energia proveniente das marés de acordo com uma modalidade exemplificadora da revelação;
[055]A Figura 2 é uma vista em planta do sistema para geração e armazenamento de energia proveniente das marés da Figura 1;
[056]A Figura 3 é uma vista em planta de outro sistema para geração e armazenamento de energia proveniente das marés de acordo com uma modalidade exemplificadora da revelação;
[057]A Figura 4 é uma ilustração diagramática em planta da construção de
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10/20 um reservatório de acordo com uma modalidade exemplificadora da revelação;
[058]As Figuras 6 a 13 são ilustrações esquemáticas em planta e seção dos vários estágios de operação de um sistema para geração e armazenamento de energia proveniente das marés de acordo com uma modalidade exemplificadora da revelação;
[059]A Figura 14 é uma ilustração diagramática do canal de fluxo entre dois reservatórios adjacentes do sistema da Figura 3;
[060]A Figura 15 é uma ilustração diagramática de uma disposição de turbina eólica instalada no sistema da Figura 3;
[061]A Figura 16 é uma vista em corte através da disposição de turbina eólica da Figura 15;
[062]A Figura 17 e uma vista em planta parcial de parte do quebra-mar de um sistema para geração e armazenamento de energia proveniente das marés de acordo com outra modalidade exemplificadora da revelação;
[063]A Figura 18 é uma vista em corte através do quebra-mar da Figura 17; e [064]A Figura 19 é uma ilustração esquemática em corte de um estágio de operação do sistema da Figura 17.
DESCRIÇÃO DETALHADA [065]Com referência às Figuras 1 e 2 é mostrado um sistema para geração de energia proveniente das marés 10 de acordo com uma modalidade da invenção. O sistema compreende uma lagoa 12 e uma pluralidade de reservatórios 14 que separa a lagoa 12 de uma área de água das marés 16, que pode ser o mar aberto ou um estuário. Os reservatórios 14 são ligados uns aos outros estruturalmente para formar uma barreira contra marés 18, que pode se estender por 8 km ou mais.
[066]O sistema 10 é construído em um local adequado, de modo que o volume de maré de água na lagoa 12 seja maximizado e o comprimento exigido de
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11/20 barreira contra marés 18 seja minimizado. Uma baía existente ou área entre promontórios naturais 19 forma um local ideal. A lagoa 12 pode ser delimitada por uma linha costeira existente 13. Em uso, a lagoa pode, opcionalmente, adotar uma nova linha costeira 15, dessa forma, gerando uma área de terra recuperada 17 entre a linha costeira existente 13 e a nova linha costeira 15 [067]Cada reservatório 14 compreende um quebra-mar 20 que circunda uma câmara de reservatório 22. Na modalidade das Figuras 1 e 2, em que os reservatórios 14 são substancialmente retangulares em planta, os quebra-mares intermediários 24 são comuns a dois reservatórios adjacentes 14.
[068]O sistema inclui vários primeiros canais de vazão 30 em comunicação entre a área de água das marés 16 e a lagoa 12. Tipicamente, cada canal de vazão 30 pode ser um tubo de diâmetro grande estendendo-se a partir da parede interna 26 de um reservatório 14 até a parede externa 28 do reservatório 14. O primeiro canal de vazão 30 tem um primeiro meio de fechamento no mesmo (não mostrado), tipicamente uma válvula, para impedir seletivamente que a água flua através do primeiro canal de vazão 30. O primeiro canal de vazão 30 tem uma primeira turbina 32 localizada dentro do canal de vazão localizada dentro do canal de vazão para gerar energia elétrica mediante a rotação da primeira turbina 32 pela água que flui através do primeiro canal de vazão 30 a partir do mar 16 até a lagoa 12 ou viceversa.
[069]O sistema também inclui vários segundos canais de vazão 40 em comunicação entre dois reservatórios adjacentes 14 da pluralidade de reservatórios. Tipicamente, cada segundo canal de vazão 40 pode ser um tubo de diâmetro grande estendendo-se através do quebra-mar intermediário 24. O segundo canal de vazão 40 tem um segundo meio de fechamento no mesmo (não mostrado) para impedir seletivamente que a água flua através do segundo canal de vazão 40. O segundo canal de vazão 40 tem uma segunda turbina 42 localizada dentro do segundo canal
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12/20 de vazão para gerar energia elétrica mediante a rotação da segunda turbina 42 pela água que flui através do segundo canal de vazão 40 a partir de um reservatório 14 até o reservatório adjacente. A segunda turbina pode ser reversível e servir como uma bomba, conforme descrito posteriormente. Alternativamente, um segundo canal de vazão separado com uma bomba e sua(s) própria(s) válvula(s) pode ser fornecido próxima ao segundo canal de vazão que aloja a segunda turbina 42.
[070]A Figura 3 mostra um sistema para geração de energia proveniente das marés 10 de acordo com outra modalidade da invenção. O mesmo se difere da modalidade da invenção mostrada nas Figuras 1 e 2 pelo fato de que os reservatórios 14 são circulares em vista em planta. Cada câmara de reservatório 22 é circundada por um quebra-mar contínuo separado 20. Entretanto, os reservatórios podem ter qualquer formato adequado, e não se limitam a círculos. Quando elementos do sistema são iguais nas Figuras 1 e 2, os mesmos não são adicionalmente descritos. Nesta modalidade, o primeiro canal de vazão 30 é fornecido entre reservatórios adjacentes. Um comprimento curto de quebra-mar de ligação 50 é fornecido entre cada par de reservatórios adjacente 14 para formar uma barreira contra marés inquebrável 18. A Figura 3 é esquemática, e na prática esse comprimento de quebra-mar pode ter 1 ou 2 metros, enquanto o diâmetro de cada reservatório pode ser 500 m ou 1000 m. O primeiro canal de vazão 30 se estende através do quebra-mar de ligação 50. O segundo canal de vazão 40 também é fornecido entre reservatórios adjacentes através do quebra-mar de ligação 50. Quebra-mares de ligação alternados são dotados de primeiro 30 e segundo 40 canais de vazão respectivamente.
[071]O quebra-mar 20 de cada reservatório é, de preferência, construído como uma estrutura gravitacional que compreende uma mistura de areia e/ou outro material de leito do mar com um ligante hidráulico. O ligante hidráulico é um material inorgânico tendo propriedades pozolânicas ou hidráulicas latentes, por exemplo,
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13/20 calcário, escória de alto-forno, cinzas voláteis siliciosas, cinza volátil calcária, escória de alto-forno granulada triturada (GGBFS ou GGBS), fumo de sílica ou uma mistura dos mesmos. Tais ligantes foram usados para construção de estadas em países em desenvolvimento, porém os inventores reconheceram que o ligante pode ser usado para a construção de quebra-mares 20.
[072]Um método de construção do reservatório 14 é descrito com referência às Figuras 4 e 5. Nesse exemplo, um reservatório circular 14 é mostrado, porém o método pode ser usado com um reservatório de qualquer formato.
[073]Os dois primeiros anéis concêntricos 80, 82 de estacas 84, por exemplo, estaca-pranchas ou estacas de concreto contíguas, são instalados por qualquer processo adequado e acionados no leito do mar 17 para formar um coferdame anular em uma área de água das marés. Uma vez que o coferdame foi feito substancialmente impermeável, por exemplo, bombeando-se qualquer ingresso de água, água e material de leito do mar são removidos por bombeamento e/ou escavação a partir de dentro do coferdame para formar um volume anular 86. O volume anular tem tipicamente 8 m de largura e tem um diâmetro de centenas de metros. O volume anular é, então, preenchido com uma mistura 88 de areia e/ou outro material de leito do mar com um ligante hidráulico. O ligante hidráulico é um material inorgânico tendo propriedades pozolânicas ou hidráulicas latentes, por exemplo, calcário, escória de alto-forno, cinzas voláteis siliciosas, cinza volátil calcária, escória de alto-forno granulada triturada (GGBFS ou GGBS), fumo de sílica ou uma mistura dos mesmos.
[074]A areia pode ser areia que já foi removida do volume anular 86, ou a mesma pode ser areia que surge de outras escavações. A mistura 88 de areia e/ou outro material de leito do mar é compactada com um ligante hidráulico. Tipicamente, a areia e ligante são introduzidos em múltiplas camadas. Cada camada tem uma espessura de 100 a 300 mm e após ser introduzida é laminada por um compactador
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14/20 adequado. O ligante hidráulico, então, faz com que a cura da mistura 88 de areia e/ou outro material de leito do mar forme um material semelhante a concreto. O material forma uma parede de gravidade dentro dos anéis concêntricos 80, 82 de estacas.
[075]Se necessário, as estacas 84 podem ser cortadas após a mistura ser curada, por exemplo, a um nível acima da média de maré baixa.
[076]Se necessário, a parede 20 pode ser contínua sobre as estacas 84. A largura da parede pode ser reduzida acima do nível médio de maré baixa.
[077]Uma vez que a parede 20 é concluída, água e/ou material de leito do mar podem ser removidos de dentro da parede contínua 20 para formar uma câmara de reservatório 22. O material de leito do mar pode ser reutilizado, tanto para recuperação de terra adjacente até a lagoa 12, como para a construção de quebramares adicionais 20. A câmara de reservatório 22 pode, então, ser preenchida com água, tanto por bombeamento, como permitindo-se o ingresso de água das marés através de um canal de vazão adequado 40.
[078]Tipicamente, o volume anular 86 é preenchido com a areia e mistura ligante 88 a um nível de pelo menos 5 m, de preferência, pelo menos 6 m acima do nível de maré média alta do mar circundante 16.
[079]Tipicamente, a parede contínua 20 na região abaixo do nível de maré baixa médio de mar circundante 16 tem pelo menos 5 m de largura, de preferência, pelo menos 8 m de largura.
[080]O método de operação de um sistema para geração de energia proveniente das marés de acordo com uma modalidade da invenção é descrito agora com referência às Figuras 6 a 13, que mostram o primeiro 14A e o segundo 14B reservatórios adjacentes, similares àqueles mostrados nas Figuras 3 a 5.
[081]O sistema inclui um primeiro canal de vazão 30 em comunicação entre o mar 16 e a lagoa 12 tendo uma primeira turbina 32 no mesmo, um segundo canal
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15/20 de vazão 40 em comunicação entre o primeiro e o segundo reservatórios adjacentes 14A, 14B tendo uma segunda turbina 42 no mesmo, e pelo menos um terceiro canal de vazão em comunicação entre um ou ambos o primeiro e o segundo reservatórios adjacentes e a lagoa. Nesse exemplo, o terceiro canal de vazão 90, visto na Figura 6, porém ilustrado em mais detalhe na Figura 14, inclui uma seção 92 que leva ao primeiro canal de vazão 30 bem como parte do próprio primeiro canal de vazão 30. Nesse exemplo, presume-se que a maré alta ocorra às 01:00, a maré baixa ocorra às 07:00, e a maré alta ocorra às 13:00.
O método de operação incluem os seguintes estágios:
[082]1. Às 01 :00 o mar está em um estado de maré alta como mostrado nas Figuras 6 e 7. O nível de água nos reservatórios 14A, 14B é cerca de 6 m acima do nível de maré alta. Em ou aproximadamente na maré alta, o terceiro canal de vazão é aberto abrindo-se uma válvula (não mostrada) e água é liberada do primeiro e/ou do segundo reservatórios 14A, 14B na direção de setas 200 através do terceiro canal de vazão 90 até a lagoa, acionando, assim, uma turbina 32 para gerar energia elétrica. Uma válvula (não mostrada) é, então, fechada para fechar o terceiro canal de vazão após o sistema alcançar o estado mostrado nas Figuras 8 e 9. Dessa forma, o sistema permite a produção de energia mesmo em maré alta, quando a maré estiver fraca.
[083]2. Aproximadamente às 02:00, o mar está em um estado de maré conforme mostrado nas Figuras 8 e 9, abaixo de maré alta. Os níveis de água nos reservatórios 14A e 14B e na lagoa 12 são iguais. Em algum momento após o estado de maré alta da água das marés, uma válvula (não mostrada) é aberta para abrir o primeiro canal de vazão 30 e, dessa forma, libera água na direção de setas 202 a partir da lagoa através do primeiro canal de vazão 30 até o mar 16, acionando, assim, a primeira turbina 32 para gerar energia elétrica.
[084]3. Embora a água esteja fluindo a partir da lagoa 12 até o mar 16 para
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16/20 gerar energia, alguma energia é usada para bombear água na direção de setas 204 a partir do segundo reservatório 14B até o primeiro reservatório 14A para elevar o nível no primeiro reservatório acima do nível de maré média alta da água das marés. A bomba pode ser uma bomba separada (não mostrada), ou a mesma pode ser uma bomba reversível/turbina 42 fornecida no segundo canal de vazão 40. Se necessário, um tubo adicional 92 pode ser conectado ao segundo canal de vazão 40 (consulte a Figura 11). Uma válvula (não mostrada) é, então, fechada para fechar o primeiro canal de vazão 30 após o sistema alcançar o estado mostrado nas Figuras 10 e 11. Entretanto, o bombeamento através do segundo canal de vazão 40 foi interrompido.
[085]4. Às 07 :00 o mar está em um estado de maré baixa como mostrado nas Figuras 10 e 11. Em ou aproximadamente na maré baixa, o terceiro canal de vazão é aberto abrindo-se uma válvula (não mostrada) e água é liberada da lagoa na direção de setas 206 ao primeiro e/ou do segundo reservatórios 14A, 14B através do terceiro canal de vazão 90, acionando, assim, uma turbina 32 para gerar energia elétrica. Uma válvula (não mostrada) é, então, fechada para fechar o terceiro canal de vazão após o sistema alcançar o estado mostrado nas Figuras 12 e 13. O sistema permite a produção de energia mesmo em maré baixa, quando a maré estiver fraca.
[086]5. Aproximadamente às 08:00, o mar está em um estado de maré conforme mostrado nas Figuras 12 e 13, acima da maré baixa. Os níveis de água no reservatório 14B e na lagoa 12 são iguais. Em algum momento após o estado de maré baixa da água das marés, uma válvula (não mostrada) é aberta para abrir o primeiro canal de vazão 30 e, dessa forma, libera água na direção de setas 210 a partir do mar 16 através do primeiro canal de vazão 30 até a lagoa 12, acionando, assim, a primeira turbina 32 para gerar energia elétrica.
[087]6. Embora a água esteja fluindo a partir do mar 16 até a lagoa 12 para
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17/20 gearr energia, alguma energia é usada para bombear água na direção de setas 212 a partir da lagoa 12 até o segundo reservatório 14B para elevar o nível no segundo reservatório 14B para o mesmo nível que o primeiro reservatório 14A. A bomba pode ser uma bomba separada (não mostrada). Uma válvula (não mostrada) é, então, fechada para fechar o primeiro canal de vazão 30 após o sistema alcançar novamente o estado mostrado nas Figuras 6 e 7. Entretanto, o bombeamento a partir da lagoa 12 ao segundo reservatório 14B foi interrompido.
[088]As etapas 1 a 6 acima são, então, repetidas com o ciclo de maré.
[089]A Figura 14 mostra o primeiro 30 e o terceiro 90 canais de vazão em mais detalhe. Quando a água está fluindo a partir do mar 16 até a lagoa 12 ou viceversa e acionando a turbina 32, válvula 102 é aberta e as válvulas 104 e 106 são fechadas, de modo que o terceiro canal de vazão 90 seja fechado. Quando a água está fluindo a partir do reservatório 14A, 14B até a lagoa 12 ou vice-versa e acionando a turbina 32, a válvula 102 é fechada e as válvulas 104 e 106 são abertas, de modo que o primeiro canal de vazão 30 seja fechado. Parte do primeiro canal de vazão 30 contendo a turbina 32 permanece aberta, porém agora forma parte do terceiro canal de vazão 90.
[090]Além de gerar energia, o sistema para geração de energia proveniente das marés tem várias outras funções. O reservatório de cada um dentre a pluralidade de reservatórios pode ser usado para agricultura, por exemplo, piscicultura. Os reservatórios são bem adequados para piscicultura, pois a água dentro dos mesmos é fornecida com um meio de circulação.
[091]Cada reservatório pode incluir um meio de geração de energia eólica. Por exemplo, as turbinas eólicas podem ser construídas sobre os quebra-mares 20. As Figuras 15 e 16 mostram possíveis disposições de turbinas eólicas. Uma tela coletora 300 pode ser montada sobre o quebra-mar 20 de um reservatório 14. A tela 300 compreende telas côncavas voltadas para frente e para trás 302, 304 em que
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18/20 aberturas espaçadas 306 são fornecidas no centro, tipicamente cada 30 a 100 m, estendendo-se entre as duas telas côncavas. A tela 300 tem tipicamente 5 a 10 m de altura. Uma turbina eólica 308 fica localizada em cada abertura. O vento na direção das setas 309 é canalizado pelas telas côncavas 302, 304 para o centro, quando o mesmo passa através das aberturas 306, aumentando a energia obtida das turbinas 308.
[092]Alternativamente, ou adicionalmente, as turbinas eólicas de sustentação independente convencionais 310 podem ser montadas sobre o quebramar 20.
[093]O sistema inteiro pode ser usado como uma defesa de linha costeira, que pode proteger a linha costeira contra erosão ou inundação.
[094]O sistema inteiro pode ser usado como um método de recuperação de terra do mar. Nessa terra, um sistema de ecoturismo e educacional pode ser construído.
[095]O sistema inteiro pode ser usado como um meio para purificar água.
[096]As Figuras 17 a 19 mostram uma modalidade adicional de um sistema para geração de energia proveniente das marés 110 da presente revelação. A Figura 17 mostra um quadrante apenas da barreira contra marés 18 e da lagoa 12, que em uso é ligada com três outros quadrantes idênticos para formar, no plano, um barreira contra marés circular 18 que encerra uma lagoa circular 12. Tipicamente, a lagoa 12 pode ter um diâmetro de 1500 m e cada reservatório 14 constituindo o quebra-mar pode ter uma largura de até 100 m. Os quebra-mares, incluindo as paredes intermediárias 24, paredes internas 26 e paredes externas 28 que circundam cada câmara de reservatório 22 para formar os reservatórios 14, podem ser formados pelo método descrito acima, em um local marinho com uma faixa de maré adequada. O sistema pode ser construído no mar, e não exige o uso de linha costeira existente.
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19/20 [097]Nesse exemplo, a lagoa 12 pode ser escavada após a construção da barreira contra marés 18 de modo que a lagoa 12 tenha um nível de piso menor que o leito do mar adjacente 17, tipicamente em até 5 m aumentando assim a capacidade da lagoa 12. As turbinas 32, 42 são fornecidas em quatro alojamentos de energia e bomba 120 localizados ao redor do quebra-mar.
[098]Durante uma subida de maré, a água do mar entre nos tanques 14 a partir do mar 16, e a água entra na lagoa 12 a partir do mar 16 através dos primeiros canais de vazão 30 através dos alojamentos de energia e bomba 120, acionando assim as turbinas 32, 42. Nessa modalidade, há canais de vazão de entrada adicionais 130 fornecidos a partir do mar 16 até cada tanque ou reservatório 14, para permitir que cada tanque seja rapidamente preenchido.
[099]Em alta maré, os tanques 14 estão cheios no nível de maré alta, enquanto a lagoa não enche completamente, devido à restrição de vazão das turbinas.
[0100]Se necessário, os canais de vazão de entrada 130 podem ser fechados e as bombas 140 nos alojamentos de energia e bomba 120 podem usar alguma energia gerada pela água que flui para dentro de uma lagoa 12 para bombear água a partir da lagoa 12 dentro dos tanques 14, até um nível maior que o nível de maré alta, tipicamente até 5 m maior.
[0101]Uma vez que a maré muda, então a água nos tanques 14 pode ser direcionada através do segundo 150 e/ou do terceiro 160 canais de vazão para o mar e/ou a lagoa através das turbinas, para gerar energia. Opcionalmente, as turbinas e/ou bombas (não mostradas) podem ser fornecidas nos canais 160 que unem os tanques 14 e a lagoa 12.
[0102]Opcionalmente, uma vez que o nível do mar cai abaixo daquele da lagoa 12, a água pode ser direcionada a partir da lagoa 12 através das turbinas 32, 42 para o mar 16 para gerar energia, até a maré baixa ser alcançada. O processo é,
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20/20 então, repetido.
[0103]Deve-se compreender que os sistemas de controle e válvulas adequados (não mostrados) são fornecidos para controlar a vazão de água através das turbinas e bombas.
[0104]A provisão de reservatório em conjunto com uma lagoa permite que energia seja gerada durante um período mais longo dentro do ciclo de maré do que um simples de lagoa único simples. Em períodos de vazão de maré alta, alguma energia produzida pode ser usada para bombear água para dentro dos reservatórios de modo que em períodos de maré baixa a água de vazão dos reservatórios possa ser usada para gerar energia.
[0105]Essa descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, incluindo o melhor modo, e também permite que qualquer versado na técnica pratique a invenção, incluindo fazendo e usando quaisquer dispositivos ou sistemas e realizando quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorrem para aqueles versados na técnica. Tais outros exemplos são destinados para serem incluídos dentro do escopo das reivindicações se os mesmos tiverem elementos estruturais que não se diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais das linguagens literais das reivindicações.

Claims (12)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método de operação de um sistema para geração de energia proveniente das marés (10) compreendendo uma lagoa (12) e uma pluralidade de reservatórios (14) que separa a lagoa (12) de uma área de água das marés (16), CARACTERIZADO pelo fato de que cada reservatório (14) compreende um quebramar (20) que circunda uma câmara de reservatório (22), em que o sistema compreende, ainda, pelo menos um primeiro canal de vazão (30) em comunicação entre a área de água das marés (16) e a lagoa (12) tendo uma primeira turbina (32) de água no mesmo, pelo menos um segundo canal de vazão (40) em comunicação entre o primeiro e o segundo reservatórios (14A, 14B), adjacentes da pluralidade de reservatórios (14), e pelo menos um terceiro canal de vazão (90) em comunicação entre um ou tanto o primeiro como o segundo reservatórios (14A, 14B) adjacentes e a lagoa (12), em que o método compreende:
    após o estado de maré alta da água das marés (16) que abre o primeiro canal de vazão (30) e, desse modo, libera água a partir da lagoa (12) através do primeiro canal de vazão (30) à água das marés (16), acionando, assim, a primeira turbina (32) a gerar energia elétrica, e, subsequentemente, fechar o primeiro canal de vazão (30);
    após o estado de maré baixa da água das marés (16) que abre o primeiro canal de vazão (30) e, desse modo, libera água a partir da água das marés (16) através do primeiro canal de vazão (30) até a lagoa (12), acionando, assim, a primeira turbina (32) a gerar energia elétrica, e fechar subsequentemente o primeiro canal de vazão (30);
    quando o estado de maré permitir abrir o segundo e terceiro canais de vazão (40, 90) e, desse modo, liberar água a partir do primeiro e/ou segundo reservatórios (14A, 14B) através do terceiro canal de vazão (90) até a lagoa (12), acionando, assim, a primeira turbina (32) a gerar energia elétrica, e, subsequentemente, fechar
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  2. 2/5 o terceiro canal de vazão (90); e quando o estado de maré permitir abrir o segundo e terceiro canais de vazão (30, 90) e, desse modo, liberar água a partir da lagoa (12) através do terceiro canal de vazão (90) ao primeiro e/ou segundo reservatórios (14A, 14B), acionando, assim, a primeira turbina (32) a gerar energia elétrica, e, subsequentemente, fechar o terceiro canal de vazão (90).
    2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui a etapa adicional de bombear água a partir da lagoa (12) ao primeiro e/ou segundo reservatórios (14A, 14B) para elevar o nível de água nas lagoas (12) para um nível mais alto que o nível da água das marés (16) no estado de maré alta.
  3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui a etapa adicional de abrir os canais de vazão de entrada adicional durante um estado de subida de maré para permitir o fluxo de água sob gravidade a partir da água das marés (16) para dentro do primeiro e/ou segundo reservatórios (14A, 14B).
  4. 4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que as etapas são repetidas com cada ciclo de maré da água das marés (16).
  5. 5. Método de operação de um sistema para geração de energia proveniente das marés compreendendo uma lagoa (12) e uma pluralidade de reservatórios (14) que separa a lagoa (12) de uma área de água das marés (16), em que cada reservatório (14) compreende um quebra-mar (20) que circunda uma câmara de reservatório (22), em que o sistema compreende, ainda, pelo menos um primeiro canal de vazão (30) em comunicação entre a área de água das marés (16) e a lagoa (12) tendo uma primeira turbina (32) de água no mesmo, pelo menos um segundo canal de vazão (40) em comunicação entre o primeiro e o segundo reservatórios (14A, 14B) adjacentes da pluralidade de reservatórios (14), e pelo menos um terceiro
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    3/5 canal de vazão (90) em comunicação entre um ou tanto o primeiro como o segundo reservatórios (14A, 14B) adjacentes e a lagoa (12), CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende:
    durante um estado de maré alta da água das marés (16) que abre o terceiro canal de vazão (90) e, desse modo, libera água a partir do primeiro e/ou segundo reservatórios (14A, 14B) através do terceiro canal de vazão (90) até a lagoa (12), induzindo, assim, uma turbina (32, 42) a gerar energia elétrica, e, subsequentemente, fechar o terceiro canal de vazão (90);
    após o estado de maré alta da água das marés (16) que abre o primeiro canal de vazão (30) e, desse modo, libera água a partir da lagoa (12) através do primeiro canal de vazão (30) à água das marés (16), acionando, assim, a primeira turbina (32) a gerar energia elétrica, e, subsequentemente, fechar o primeiro canal de vazão (30);
    após o estado de maré alta da água das marés (16) que bombeia água a partir do segundo reservatório (14B) até o primeiro reservatório (14A) para elevar o nível no primeiro reservatório (14A) acima do nível de maré média alta da água das marés (16);
    durante um estado de maré baixa da água das marés (16) que abre o terceiro canal de vazão (90) e, desse modo, libera água a partir da lagoa (12) através do terceiro canal de vazão (90) ao primeiro e/ou segundo reservatórios (14A, 14B), acionando, assim, uma turbina (32, 42) para gerar energia elétrica, e, subsequentemente, fechar o terceiro canal de vazão (90);
    após o estado de maré baixa da água das marés (16) que abre o primeiro canal de vazão (30) e, desse modo, libera água a partir da água das marés (16) através do primeiro canal de vazão (30) até a lagoa (12), acionando, assim, a primeira turbina (32) a gerar energia elétrica, e fechar subsequentemente o primeiro canal de vazão (30); e
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    4/5 após o estado de maré baixa da água das marés (16) que bombeia água a partir da lagoa (12) ao segundo reservatório (14B) para elevar o nível no segundo reservatório (14B) acima do nível de maré média alta da água das marés (16).
  6. 6. Sistema para geração e armazenamento de energia proveniente das marés compreendendo uma lagoa (12) e uma pluralidade de reservatórios (14) que separam a lagoa (12) de uma área de água das marés (16), CARACTERIZADO pelo fato de que cada reservatório (14A, 14B) compreende um quebra-mar (20) que circunda uma câmara de reservatório (22), em que o sistema compreende, ainda, pelo menos um primeiro canal de vazão (30) em comunicação entre a área de água das marés (16) e a lagoa (12), sendo que o primeiro canal de vazão (30) tem um primeiro meio de fechamento no mesmo para evitar seletivamente que água flua através do primeiro canal de vazão (30), e o primeiro canal de vazão (30) tem uma primeira turbina (32) adaptada para gerar energia elétrica mediante rotação da primeira turbina (32) pela água que flui através do primeiro canal de vazão (30), em que o sistema compreende, ainda, pelo menos um segundo canal de vazão (40) seletivamente em comunicação entre dois reservatórios adjacentes (14A, 14B) da pluralidade de reservatórios (14) e pelo menos um terceiro canal de vazão (90) seletivamente em comunicação entre pelo menos um reservatório (14A, 14B) da pluralidade de reservatórios (14) e o primeiro canal de vazão (30), em que o quebra-mar (20) de cada reservatório (14A, 14B) compreende uma estrutura gravitacional que compreende uma pluralidade de camadas de uma mistura (88) de areia e/ou outro material de leito do mar com um ligante hidráulico, e em que o segundo canal de vazão (40) tem uma bomba (120) adaptada para bombear água de um primeiro (14A) dentre os reservatórios (14A, 14B) adjacentes a um segundo (14B) dentre os reservatórios adjacentes (14A, 14B).
  7. 7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato
    Petição 870190099907, de 04/10/2019, pág. 37/39
    5/5 de que o ligante hidráulico é um material inorgânico tendo propriedades pozolânicas ou hidráulicas latentes.
  8. 8. Sistema, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o ligante hidráulico é calcário, escória de alto-forno, cinzas voláteis siliciosas, cinza volátil calcária, escória de alto-forno granulado triturada (GGBFS ou GGBS), fumo de sílica ou uma mistura dos mesmos.
  9. 9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo canal de vazão (40) tem um segundo meio de fechamento no mesmo para impedir seletivamente que a água flua através do segundo canal de vazão (40).
  10. 10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo canal de vazão (40) tem uma segunda turbina (42) adaptada para gerar energia elétrica mediante a rotação da segunda turbina (42) pela água que flui através do segundo canal de vazão (40).
  11. 11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o terceiro canal de vazão (90) está em comunicação entre pelo menos um reservatório da pluralidade de reservatórios (14) e a lagoa (12), sendo que o terceiro canal de vazão (90) tem um terceiro meio de fechamento no mesmo para impedir seletivamente que a água flua através do terceiro canal de vazão (90).
  12. 12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de reservatórios (14) é estruturalmente ligada para formar uma barreira contra marés contínuas (18).
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