BR112019013070A2 - aparelho de geração de energia - Google Patents

Abstract

É aqui descrito um aparelho gerador de energia para extrair energia a partir de um fluxo de água. O aparelho compreende um corpo flutuante, e um conjunto de turbina acoplado ao corpo flutuante, incluindo um rotor de turbina montado em uma nacele, e uma estrutura de suporte. O conjunto de turbina pode se mover giratoriamente entre uma primeira posição e uma segunda posição. Quando o aparelho de geração de energia está flutuando em um corpo de água, na primeira posição, a nacele fica totalmente submersa abaixo da superfície da água; e na segunda posição, pelo menos uma parte da nacele se projeta acima da superfície da água. O movimento do conjunto de turbina da primeira posição para a segunda posição é assistido por flutuação, por exemplo, provendo-se o conjunto de turbina com uma flutuação positiva ou aumentando-se seletivamente sua flutuabilidade. O movimento do conjunto de turbina para a segunda posição pode ser desejável para reduzir o calado ou o arrasto do aparelho gerador de energia, por exemplo, quando o aparelho gerador de energia está sendo realocado, ou para evitar danos durante tempestades. Além disso, quando o conjunto de turbina está na segunda posição, é possível obter acesso à nacele para manutenção ou reparo.

Description

APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção está relacionada ao campo dos aparelhos de geração de energia, para extração de energia a partir da água corrente, e em particular a um aparelho de geração flutuante para uso, por exemplo, no ambiente marítimo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Nos últimos anos tem havido um movimento em direção à geração de energia a partir de fontes de energia renováveis, incluindo o uso de aparelhos móveis, tais como turbinas, para coletar energia a partir do movimento de fluidos, tal como a força eólica, das marés e das ondas.

[003] A geração de energia a partir de um fluxo de água se beneficia de ser capaz de gerar um suprimento de energia relativamente previsível, seja a partir do fluxo da maré ou de um rio. Um grande número de aparelhos geradores de eletricidade a partir da água corrente têm sido propostos, incluindo aparelhos fixados ao leito do mar, como por exemplo aquele descrito no documento US 2015260148 (da empresa Aquantis, Inc.), e aparelhos flutuantes, como por exemplo aquele descrito no documento WO 2015 / 090414 (da empresa Bluewater Energy Services).

[004] Os geradores flutuantes provêem uma advertência visível acima da água, avisando que o gerador está presente, sendo geralmente mais capazes de utilizar os fluxos mais rápidos que ocorrem próximo da superfície da água (fluxos de maré particulares), e avisando sobre mudanças acomodadas no nível de água (particularmente mudanças de maré).

[005] Os aparelhos de geração deste tipo podem ser de larga escala, particularmente para aplicações marítimas e em marés, sendo, assim, de fabricação e implantação caras. Alguns desses problemas foram abordados pelo aparelho gerador descrito pela Requerente no documento EP 1831544. O aparelho de geração descrito no documento EP 1831544 apresenta naceles de turbina que podem ficar dispostas próximas da embarcação flutuadora principal, o que reduz tanto o calado quanto o arrasto hidrodinâmico do gerador. No entanto, em algumas circunstâncias, pode ser desejável reduzir ainda mais o arrasto e / ou o calado.

[006] Condições agressivas abaixo da superfície também provêem um desafio significativo para a utilização de tais aparelhos de geração, e geralmente há um compromisso entre os custos de acesso para manutenção dos componentes normalmente submersos e os custos de engenharia dos aparelhos projetados para apresentarem intervalos de manutenção muito longos.

[007] Permanece aqui a necessidade por aparelhos de geração que extraiam energia a partir de água corrente que resolvam ou mitiguem uma ou mais dessas questões.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é provido um aparelho de geração de energia para extrair energia a partir de um fluxo de água, compreendendo: - um corpo flutuante, e um conjunto de turbina acoplado ao corpo flutuante; - com o conjunto de turbina compreendendo um rotor de turbina montado em uma nacele, e uma estrutura de suporte; - com a estrutura de suporte estando acoplada na sua extremidade interna ao corpo flutuante, e em sua extremidade externa à nacele; - com o conjunto de turbina sendo giratoriamente móvel entre uma primeira posição e uma segunda posição; - em que, quando o aparelho gerador de energia está flutuando em um corpo de água: - na primeira posição, a nacele fica totalmente submersa abaixo da superfície da água; e - na segunda posição, pelo menos uma parte da nacele se projeta acima da superfície da água.

[009] Na primeira posição, a nacele fica submersa e o rotor de turbina pode ser impulsionado pelo movimento da água corrente que passa pelo aparelho de geração de energia (por exemplo o fluxo da maré ou de um rio). O movimento do conjunto de turbina para a segunda posição pode ser desejável para reduzir o calado e, em alguns casos, também o arrasto do aparelho gerador de energia, por exemplo, quando o aparelho gerador de energia está sendo realocado.

[010] Na segunda posição, pelo menos uma porção da nacele se projeta acima da superfície da água, de modo a prover acesso a ela para manutenção ou reparo. Isto pode evitar a necessidade de grandes e dispendiosas barcaças / guindastes, por exemplo para elevar acima da água todo o aparelho de geração de energia, facilitando assim uma manutenção mais frequente, rápida e barata que, de outra forma, seria impossível.

[011] A maior facilidade de acesso à nacele ou à estrutura de suporte pode, por sua vez, facilitar o uso de equipamentos tendo um intervalo de serviços mais curto, ou permitir que determinados aparelhos sejam localizados de maneira viável no conjunto de turbina (tais como filtros de fluido, reservatórios ou circuitos de fluidos de lubrificação ou de resfriamento, ou equipamentos geradores de eletricidade). O aparelho gerador de energia da presente invenção pode, portanto, evitar alguns dos compromissos de projeto que têm sido previamente requeridos.

[012] Pelo menos uma porção da nacele que se projeta acima da superfície da água na segunda posição pode ser provida com uma escotilha de acesso, proporcionando acesso ao aparelho nela alojado.

[013] O aparelho gerador de energia pode compreender um único corpo flutuante (quando comparado, por exemplo, com dois ou mais corpos flutuantes interligados).

[014] O aparelho gerador de energia pode compreender dois ou mais conjuntos de turbina. O rotor da turbina de dois desses conjuntos de turbina pode estar em contra- rotação.

[015] O aparelho gerador de energia pode compreender dois ou mais conjuntos de turbina dispostos simetricamente em relação ao corpo flutuante. O aparelho gerador de energia pode ser configurado de modo à que os conjuntos de turbina fiquem dispostos simetricamente em todos os momentos (isto é, na primeira posição, na segunda posição, e durante a movimentação entre essas posições). Isto significa que os conjuntos de turbina dispostos simetricamente podem ser simetricamente e rotativamente móveis entre sua primeira e segunda posições.

[016] Em algumas formas de incorporação, o aparelho gerador de energia compreende dois conjuntos de turbina que se estendem simetricamente em relação a um eixo longitudinal do corpo flutuante.

[017] Tais conjuntos de turbinas dispostas simetricamente podem, durante a utilização normal, ser acoplados em conjunto na primeira posição, por exemplo por um cabo que se estende entre os conjuntos de turbina. O cabo pode fazer parte de um mecanismo impulsionado, para auxiliar e / ou amortecer mecanicamente o movimento entre a primeira e segunda posições.

[018] O movimento do conjunto de turbina da primeira posição para a segunda posição pode ser assistido com relação à flutuação.

[019] A assistência à flutuação reduz, e em algumas formas de incorporação elimina, as forças mecânicas que devem ser aplicadas entre o corpo flutuante e o conjunto de turbina para mover este último da primeira para a segunda posição.

[020] Deve ser entendido que o aparelho gerador de energia, como um todo, é flutuante, e durante o uso flutua em um corpo de água.

[021] O movimento da turbina da segunda posição para a primeira posição também pode ser assistido com relação à flutuação.

[022] O conjunto de turbina pode ter flutuabilidade neutra ou positiva. O conjunto de turbina pode ter flutuação negativa. No entanto, um volume ou volumes flutuantes definidos pelo conjunto de turbina (por exemplo, um tanque ou um volume de material de baixa densidade) podem, em tais formas de incorporação, prover uma força de flutuação que compensa parcialmente o peso do conjunto de turbina.

[023] Um conjunto de turbina tendo pelo menos alguma flutuabilidade, incluindo um conjunto de turbina de flutuação neutra, requer que uma força relativamente pequena seja aplicada (por exemplo, para superar a inércia do conjunto de turbina) para elevar pelo menos uma parte da nacele acima da superfície da água.

[024] Um conjunto de turbina de flutuação positiva pode ser forçado para a segunda posição, pelo menos em parte, por uma força de flutuação positiva.

[025] Em algumas formas de incorporação, quando na segunda posição, um conjunto de turbina de flutuação positiva pode estar livre para girar em torno de seu conjunto de articulação (ou do primeiro conjunto de articulação, onde um segundo conjunto de articulação está presente), para permitir o movimento relativo entre o conjunto de turbina e o corpo flutuante, por exemplo, sob a ação das ondas ou quando o aparelho gerador de energia é rebocado.

[026] A flutuabilidade do conjunto de turbina pode ser seletivamente variável. Por exemplo, o conjunto de turbina pode ser configurado para a flutuação ser seletivamente aumentada (por exemplo, de uma flutuação negativa ou neutra para uma flutuação positiva), de modo a auxiliar no movimento do conjunto de turbina da primeira posição para a segunda posição.

[027] A variação da flutuabilidade pode ser conseguida por qualquer método adequado, conforme conhecido pelos especialistas na técnica. Por exemplo, uma ou ambas as estruturas de suporte e a nacele podem compreender um ou mais tanques de lastro, operáveis para serem seletivamente preenchidos com gás (por exemplo, ar) para aumentar a flutuabilidade, e / ou serem inundados com água para reduzir a flutuabilidade.

[028] O aparelho gerador de energia pode compreender um mecanismo impulsionado, para mover o conjunto de cada turbina da primeira para a segunda posição, e / ou da segunda para a primeira posição.

[029] O movimento entre a primeira e segunda posições pode ser, pelo menos em parte, mecanicamente assistido, pelo mecanismo impulsionado, como por exemplo um mecanismo compreendendo um cilindro hidráulico, um arranjo de cabos e um guincho, ou similares. O movimento do conjunto de turbina pode ser iniciado por um mecanismo impulsionado. Um mecanismo impulsionado pode auxiliar no levantamento da nacele, ou da maior parte da nacele, acima da superfície da água.

[030] Em uso normal, o mecanismo impulsionado pode ser o principal meio de movimentação entre a primeira e segunda posições, com a flutuação (por exemplo, por meio de volumes flutuantes, tais como tanques dentro do conjunto ou conjuntos de turbina) provendo um auxílio adicional. Os conjuntos de turbina podem ser configurados, por exemplo, para uma flutuação variável a ser usada como reserva para o mecanismo impulsionado, ou vice-versa.

[031] O mecanismo impulsionado pode compreender um cabo e um guincho (exemplos dos quais são descritos abaixo). O guincho pode ser usado para limitar a taxa de movimento na direção oposta, pelo menos ao longo da última parte (e em alguns casos da totalidade) da amplitude de movimento do conjunto de turbina.

[032] O mecanismo impulsionado pode ser acionado hidraulicamente. Um mecanismo hidráulico pode compreender um cilindro hidráulico (isto é, um pistão hidraulicamente controlável).

[033] Um cilindro hidráulico pode ser operacionalmente acoplado entre o corpo flutuante e um dito conjunto de turbina (mais tipicamente uma estrutura de suporte do conjunto).

[034] Um cilindro hidráulico pode ser operativamente conectado entre um ou outro conjunto de turbina e um arranjo de acoplamento mecânico, onde o arranjo de acoplamento mecânico é acoplado, em uma primeira extremidade, ao conjunto de turbina, e em uma segunda extremidade ao corpo flutuante, com a distância entre a primeira e a segunda extremidade do arranjo de acoplamento mecânica sendo variável por meio da operação do cilindro hidráulico.

[035] O cilindro hidráulico pode estar giratoriamente conectado ao corpo flutuante, ao conjunto de turbina e ao arranjo de acoplamento mecânico, conforme o caso. Um cilindro hidráulico fica tipicamente acoplado em dois pontos, e cada um pode ser uma conexão articulada.

[036] O corpo flutuante e / ou o conjunto de turbina (ou sua estrutura de suporte) podem compreender uma escora, para conexão com o arranjo de acoplamento mecânico, para assim aumentar o efeito de alavanca.

[037] O arranjo de acoplamento mecânico pode compreender dois ou mais acoplamentos interconectados de maneira articulada que se estendem a partir da primeira até a segunda extremidade. Em algumas formas de incorporação, quando o conjunto de turbina está na primeira posição, os acoplamentos ficam geralmente alinhados entre a primeira e a segunda extremidades.

[038] O cilindro hidráulico pode ter um eixo (ao longo do qual ele é utilizado) que cruza uma linha descrita entre a primeira e segunda extremidades do arranjo de acoplamento mecânico, pelo menos quando o respectivo conjunto de turbina está próximo da primeira posição e, opcionalmente, ao longo da faixa de movimento do conjunto de turbina.

[039] O cilindro hidráulico pode ter um eixo que se estende geralmente perpendicularmente à dita linha, pelo menos quando o respectivo conjunto de turbina está próximo da primeira posição e, opcionalmente, ao longo da faixa de movimento do conjunto de turbina.

[040] Deve ser entendido que à medida que os conjuntos de turbina se articulam entre a primeira e segunda posições, a primeira e segunda extremidades do arranjo de acoplamento mecânico descrevem um arco um em relação ao outro. O mecanismo impulsionado pode ser configurado de modo a que a orientação do eixo do cilindro hidráulico mude ao longo da faixa de movimentação do conjunto de turbina associado. O ângulo no qual ele cruza a linha entre a primeira e segunda extremidades pode permanecer geralmente constante (por exemplo, perpendicular).

[041] Durante o uso do aparelho de geração de energia, forças são transmitidas para o corpo flutuante a partir dos conjuntos de turbina, devido ao movimento dos rotores (por exemplo, mudanças na velocidade do rotor ou forças aplicadas a ele) e devido a forças que atuam no(s) conjunto(s) de turbina (por exemplo, causadas por ondas, mudanças na força / direção da maré, e similares). Quando o cilindro hidráulico se desloca ao longo de um eixo que atravessa o referido arco, ele fica isolado em algum grau de tais forças dinâmicas.

[042] Isto pode ser particularmente benéfico quando o conjunto de turbina estiver próximo da ou na primeira posição, onde o efeito de alavanca aplicado entre as extremidades do arranjo de acoplamento mecânico e o cilindro hidráulico está no máximo (por exemplo, quando dois ou mais acoplamentos mecânicos estão alinhados). Deste modo, o cilindro hidráulico é capaz de reter melhor o conjunto de turbina na primeira posição, para resistir às forças dinâmicas que surgem durante o uso.

[043] O cilindro hidráulico e / ou arranjo de acoplamento mecânico (e quaisquer conexões de articulação associadas) ficam convenientemente acima do nível da água, durante o uso normal.

[044] Cada conjunto de turbina pode ser associado a um cilindro hidráulico (ou mais de um cilindro hidráulico) e, conforme o caso, a um arranjo ou arranjos de acoplamento mecânico correspondentes.

[045] Um mecanismo impulsionado pode ser usado para prover resistência hidráulica ao dito movimento, em uma direção, e assistência mecânica na outra direção.

[046] Um mecanismo impulsionado pode ser usado para controlar ou limitar a taxa de movimento em uma ou ambas as direções, ao longo de pelo menos uma parte da faixa de movimento entre a primeira e segunda posições. Por exemplo, quando o / cada conjunto de turbina está flutuando negativamente, o mecanismo impulsionado (por exemplo,

compreendendo um cilindro hidráulico conforme aqui descrito) pode controlar ou limitar a taxa de movimentação do / de cada conjunto de turbina a partir da segunda para a primeira posição.

[047] Esta metodologia pode ser particularmente benéfica para a estabilidade geral do aparelho gerador de energia durante o movimento entre a primeira e segunda posições, em particular quando o conjunto de turbina está mais próximo da segunda posição (e assim tem o maior efeito sobre as mudanças na flutuabilidade geral e na estabilidade do aparelho gerador de energia). Formas de incorporação tendo mais de um conjunto de turbina podem estar propensas a instabilidade durante o movimento dos conjuntos de turbina, com tal instabilidade podendo ser limitada pela aplicação de um controle mecânico à taxa de movimentação e, em alguns casos, à simetria de movimento.

[048] O mecanismo impulsionado pode compreender um aparelho de medição de posição, operável para detectar a posição do mecanismo impulsionado e, assim, do / de cada conjunto de turbina. O mecanismo impulsionado pode estar associado a um controlador operável para controlar o mecanismo impulsionado, com base nas informações recebidas do aparelho de medição de posição. Isto pode facilitar, por exemplo, a sincronização do movimento de dois ou mais conjuntos de turbina e / ou ajudar a manter a estabilidade do aparelho gerador de energia.

[049] O movimento entre a primeira e segunda posições pode ser alcançado apenas pela flutuação. Por exemplo, um conjunto de turbina pode estar flutuando positivamente de modo a ficar predisposto a mover-se em direção à segunda posição. Um mecanismo impulsionado pode então ser necessário para movê-lo da segunda posição para a primeira posição. Alternativamente, em algumas formas de incorporação, a flutuabilidade de um conjunto de turbina pode ser seletivamente aumentada de modo a efetuar o movimento da primeira para a segunda posição, e / ou diminuir seletivamente para movê-lo da segunda para a primeira posição.

[050] O conjunto de turbina pode ficar predisposto a mover-se em direção à primeira posição devido a uma flutuação negativa. Durante o uso, o conjunto de turbina pode ser mantido na primeira posição pela força de flutuação negativa (como uma alternativa a, ou além de, ser mantido na primeira posição por uma trava e / ou por um mecanismo impulsionado conforme aqui descrito). Como discutido acima, a predisposição ao movimento pode ser aplicada por meio de uma flutuação seletivamente variável.

[051] O movimento para a segunda posição, assistido por flutuação, e particularmente apenas sob a ação da flutuação, pode limitar ou minimizar as alterações no centro de flutuação do aparelho gerador de energia, que de outro modo poderiam ser prejudiciais para a estabilidade.

[052] Uma ou ambas as estruturas de suporte e à nacele podem flutuar de maneira neutra, ou positiva, ou flutuar de modo variável, conforme o caso. Uma ou ambas as estruturas de suporte e a nacele podem flutuar negativamente. No entanto, um volume flutuante definido por uma ou por ambas as estruturas de suporte e a nacele podem prover, em tais formas de incorporação, uma força de flutuação que compensa parcialmente seu peso.

[053] As flutuabilidades da nacele e da estrutura de suporte podem ser variáveis independentemente uma da outra.

[054] Vantajosamente, o conjunto de turbina como um todo, ou a nacele e /oua estrutura de suporte, podem flutuar positivamente (ou flutuarem variavelmente de modo a serem providos com uma flutuação positiva). Isto pode permitir que o conjunto de turbina, ou uma ou mais partes do mesmo, fique flutuando em posição durante a montagem ou manutenção. Isto pode permitir que o aparelho gerador de energia seja fabricado em módulos e montado quando já está flutuando em um corpo de água. Por sua vez, esta modularidade pode aumentar a faixa de opções de montagem e / ou reduzir o tamanho e o custo das instalações necessárias para montar o aparelho gerador de energia. Além disso, os vários módulos (por exemplo, o corpo flutuante e o conjunto ou conjuntos de turbina) podem ser construídos em paralelo, reduzindo ainda mais o tempo e o custo de construção.

[055] Em algumas formas de incorporação, flutuação variável pode ser utilizada para ajustar o nivelamento (isto é, a posição do centro de flutuação) do conjunto de turbina, o que pode ajudar no alinhamento ou na separação dos acoplamentos, tais como flanges, juntas de pino e similares.

[056] O próprio corpo flutuante pode ter flutuação seletivamente variável (que pode ser conseguida por um ou mais tanques de lastro). O corpo flutuante pode ter seu lastro seletivamente ajustado durante o movimento do conjunto de turbina entre a primeira e a segunda posição, para melhorar a estabilidade do aparelho gerador de energia como um todo durante o uso. A flutuabilidade do corpo flutuante pode ser seletivamente variada em alguns casos para ajustar o nivelamento, por exemplo, para auxiliar no alinhamento durante a montagem.

[057] O conjunto de turbina pode ser giratoriamente móvel em torno de um conjunto de articulação.

[058] O aparelho gerador de energia pode compreender qualquer tipo adequado de conjunto de articulação, como por exemplo uma junta de pino ou uma bucha. O conjunto de articulação pode compreender uma única articulação ou múltiplas articulações, como por exemplo duas ou mais articulações dispostas ao longo de um eixo. O conjunto de articulação pode compreender um ou mais rolamentos de mancal, rolamentos de fibra, ou similares. O conjunto de articulação pode ser lubrificado com água.

[059] O conjunto de articulação pode estar acima ou abaixo da superfície da água.

[060] O conjunto de articulação pode fazer parte do conjunto de turbina, ou fazer parte do corpo flutuante.

[061] O conjunto de turbina pode estar acoplado ao corpo flutuante através do conjunto de articulação. Por exemplo, o conjunto de turbina pode compreender uma parte do conjunto de articulação, tal como um aro de içamento e / ou uma articulação com um suporte em “U”, e o corpo flutuante pode compreender uma parte complementar do conjunto de articulação.

[062] O conjunto de turbina pode alternativamente ser acoplado ao corpo flutuante por meio de um arranjo de acoplamento separado, tal como um acoplamento por flange ou similar. Em tais formas de incorporação, o conjunto de articulação pode estar dentro do arranjo de acoplamento (isto é, formar parte do corpo flutuante), ou fora do conjunto de articulação (isto é, formar parte da estrutura de suporte do conjunto de turbina).

[063] O conjunto de turbina pode articular-se em torno de um eixo que é geralmente paralelo a um eixo longitudinal do corpo flutuante.

[064] Na primeira posição, o conjunto de turbina pode estender-se abaixo, e opcionalmente ao lado (isto é, estendendo-se diagonalmente abaixo), do corpo flutuante. Na segunda posição, o conjunto de turbina pode estender-se geralmente ao lado do corpo flutuante.

[065] O conjunto de turbina pode ser movido de uma segunda posição para uma terceira posição (e vice-versa). O movimento entre as segunda e terceira posições pode, pelo menos em parte, ser mecanicamente assistido, por meio de um mecanismo impulsionado. O movimento entre as segunda e terceira posições pode, pelo menos em parte, ser assistido por flutuação.

[066] O conjunto de turbina pode ser movido para a terceira posição para mover uma porção maior do conjunto de turbina acima da superfície da água. Por exemplo, na terceira posição, toda a nacele (e / ou a estrutura de suporte) pode ficar acima da superfície da água.

[067] O conjunto de turbina pode ser movido para a terceira posição para reduzir o volume do aparelho de geração de energia.

[068] O movimento entre as segunda e terceira posições pode ser efetuado por meio de um segundo conjunto de articulação.

[069] Um conjunto de articulação secundário pode operar em torno de um eixo geralmente paralelo ao conjunto de articulação. Por exemplo, o conjunto de turbina pode ser articulável em torno do conjunto de articulação, e "dobrável" em torno de um conjunto de articulação secundário disposto entre a extremidade externa da estrutura de suporte e o conjunto de articulação.

[070] O conjunto de articulação secundário pode operar em torno de um eixo paralelo àquele do conjunto de articulação.

[071] O conjunto de articulação secundário pode operar em torno de um eixo em um ângulo, por exemplo, perpendicular, em relação àquele do conjunto de articulação. O conjunto de articulação secundário pode operar em torno de um eixo disposto em direção à face frontal ou traseira (em relação à orientação normal do rotor da turbina) da estrutura de suporte, com o conjunto de turbina podendo ser móvel em torno do arranjo de articulação secundário em direção a / a partir de uma terceira posição, na qual a nacele fica mais próxima do corpo flutuante do que quando está na segunda posição.

[072] Na terceira posição, a nacele pode estar próxima do, ou encostada contra o, corpo flutuante. Na terceira posição, a estrutura de suporte pode estar geralmente alinhada com o corpo flutuante.

[073] O conjunto de turbina pode estar adaptado para ficar travado em uma ou mais posições dentre a primeira, segunda ou (quando aplicável) terceira posições.

[074] O conjunto de articulação e / ou o conjunto de articulação secundário podem compreender, por exemplo, uma trava, ou estarem associados a uma trava ou a um componente da mesma.

[075] Um conjunto de articulação pode estar associado com mais de uma trava, por exemplo, para permitir que o conjunto de turbina seja retido em cada uma das duas posições entre as quais um conjunto de articulação pode se mover.

[076] O aparelho gerador de energia pode compreender qualquer tipo adequado de trava ou travas. Por exemplo, o aparelho pode compreender uma trava magnética entre um ímã permanente ou eletro-ímã e o material correspondente atraído pelo mesmo. O aparelho pode compreender uma trava mecânica ou eletromecânica compreendendo, por exemplo, um pino de cisalhamento.

[077] O conjunto de turbina pode opcionalmente ser retido na primeira posição por um cabo que se estende, por exemplo, entre a nacele e um local no corpo flutuante ou em outro conjunto de turbina.

[078] O movimento em direção à uma ou mais da primeira ou segunda posições (ou, quando aplicável, uma terceira posição) pode ser amortecido.

[079] O movimento pode ser mecanicamente amortecido, por exemplo, por um amortecedor. Cada conjunto de turbina pode compreender um amortecedor ou um componente do mesmo. Um conjunto de turbina pode ser amortecido contra o corpo flutuante, ou (quando há dois ou mais conjuntos de turbina simetricamente dispostos) contra outro conjunto de turbina.

[080] O movimento pode ser “amortecido” variando-se a flutuabilidade do conjunto de turbina à medida que ele se aproxima de uma posição respectiva. Isto pode ser conseguido, por exemplo, pela provisão de mais de uma, ou de uma série, de tanques de lastro, que podem ser seletivamente preenchidos ou esvaziados de modo a variar a força de flutuação quando um conjunto de turbina se aproxima da primeira ou da segunda posição, conforme o caso.

[081] O movimento pode ser amortecido, em algumas formas de incorporação, utilizando- se um mecanismo impulsionado, por exemplo, que possa atuar como um “freio” para o movimento em direção à primeira e / ou à segunda posição.

[082] Um mecanismo impulsionado para auxiliar o movimento entre a primeira e segunda posições pode ser usado, em algumas circunstâncias, para frear ou amortecer o movimento na direção oposta.

[083] O aparelho gerador de energia pode compreender tipicamente vários aparelhos adicionais. O especialista na técnica também deve entender que a localização ou distribuição de tal aparelho adicional pode variar, sem se fugir do escopo da invenção.

[084] Por exemplo, o aparelho gerador de energia pode compreender um aparelho, conforme necessário, para coletar energia, para convertê-la em energia elétrica, e / ou para transformar, armazenar e / ou transmitir tal energia elétrica para um sistema de distribuição elétrica.

[085] O aparelho gerador de energia também pode compreender um aparelho necessário para fazer variar a flutuabilidade, seletivamente inundando e ventilando os tanques de lastro.

[086] Um conjunto de turbina, ou sua nacele e / ou estrutura de suporte, podem compreender um ou mais tanques de lastro.

[087] O aparelho gerador de energia pode compreender um conduto para fornecer ar a um tanque de lastro (para aumentar a flutuabilidade). Para inundar um tanque de lastro, o aparelho de geração de energia pode compreender uma entrada ou conduto de entrada entre a água circundante e o tanque de lastro. Para inundar / ventilar um tanque de lastro, o aparelho pode compreender um conduto ou coletor de ventilação para liberar seletivamente ar / água do tanque de lastro. Uma saída do conduto / coletor de ventilação pode estar posicionada acima da superfície da água.

[088] Os meios do aparelho para fornecer ar para, e / ou bombear água a partir de um tanque de lastro, fica situado, mais tipicamente, no corpo flutuante. Tal aparelho pode compreender, por exemplo, uma fonte de ar comprimido (por exemplo, um cilindro ou um compressor), ou conexões para conexão com ela. Válvulas operáveis seletivamente, para operar um sistema de flutuação variável, podem estar localizadas no corpo flutuante e/ou no conjunto de turbina. Tal aparelho pode compreender uma ou mais bombas.

[089] A nacele pode compreender um gerador elétrico. Vantajosamente, ele pode ser um gerador em linha, opcionalmente um gerador de acionamento direto (isto é, sem uma caixa de engrenagens). O gerador pode ser qualquer tipo adequado de gerador, compreendendo, mais tipicamente, um rotor e um estator elétricos, com o rotor elétrico sendo tipicamente acionado pelo rotor da turbina. Alternativamente, a eletricidade também pode ser gerada indiretamente a partir do fluido circulado sob a ação do rotor da turbina.

[090] Pode ser desejável que o rotor da turbina compreenda lâminas de rotor com passo variável. Por exemplo, embandeirar as pás do rotor durante condições de tempestade pode reduzir as cargas aplicadas através do conjunto de turbina e evitar danos.

[091] Consequentemente, a nacele (e / ou o rotor da turbina, em particular) pode compreender um arranjo de ajuste de passo. Diversos meios são conhecidos na técnica para ajustar o passo das pás de uma turbina, tanto com relação a turbinas de vento (ar) como marítimas / de água. Por exemplo, o rotor da turbina pode compreender uma ou mais pás de rotor montadas rotativamente em um cubo em torno de um eixo ao longo da(s) pá(s) de rotor, com o passo sendo ajustável por meio de uma engrenagem helicoidal ou de um pinhão acoplado a uma engrenagem planetária ou anel de giro.

[092] O conjunto de ajuste de passo pode ser acionado eletromecanicamente. O arranjo de ajuste de passo pode estar alojado no rotor. Exemplos de ajuste de passo das pás da turbina são descritos nos documentos GB 996182, CN 202266366, GB 2348250 ou WO 2009004420, aos quais o especialista na técnica é direcionado.

[093] O rotor da turbina pode ser configurado para inverter o passo das pás do rotor. As pás do rotor podem ser giradas em 180 graus ou 360 graus. A facilidade em inverter o passo das pás do rotor pode permitir que a energia seja coletada independentemente da direção do fluxo da água, sem alterar a posição do aparelho gerador de energia como um todo. O passo pode ser invertido para a coleta de energia quando a direção do fluxo da maré mudar. Também pode ser desejável ajustar o passo em resposta a variações no fluxo da água.

[094] O corpo flutuante pode ter qualquer configuração adequada. No entanto, em algumas formas de incorporação, o corpo flutuante é alongado e pode ser geralmente cilíndrico, de modo a prover um arrasto hidrodinâmico e uma carga de onda limitados.

[095] Inerentemente, um corpo flutuante geralmente cilíndrico (na seção transversal) é extremamente forte e pode ser particularmente benéfico em condições climáticas adversas, como as que podem ser encontradas no ambiente marítimo.

[096] O corpo flutuante pode ele próprio ser dotado de um sistema de lastro (compreendendo tanques de lastro, desejavelmente frontal e traseiro), pelo qual o nivelamento do aparelho de geração de energia pode ser ajustado, em algumas formas de incorporação, automaticamente. O sistema de lastro pode ser usado para compensar as forças variáveis aplicadas por um fluxo de rio ou de maré que colide com o rotor da turbina ou com outras partes do conjunto de turbina.

[097] O conjunto ou cada conjunto de turbina pode ser acoplado a uma seção de proa ou de popa do corpo flutuante (sendo entendido que, em algumas formas de incorporação, os termos proa e popa são arbitrários).

[098] O corpo flutuante pode compreender uma quilha.

[099] O aparelho gerador de energia fica tipicamente ancorado em sua posição final. Qualquer arranjo de ancoragem adequado pode ser utilizado, como por exemplo cabos convencionais entre uma estrutura de ancoragem (tipicamente um bloco de concreto) no leito de um corpo de água, e fixações adequadas em uma extremidade, ou próximo de uma, ou nas duas extremidades, do corpo flutuante. Também é adequada uma âncora rotativa, tal como descrito no documento EP 2300309 (da empresa Scotrenewables Tidal Power Limited).

[0100] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é provido um conjunto de turbina para um aparelho gerador de energia de acordo com o primeiro aspecto, tal conjunto de turbina compreendendo um rotor de turbina, montado em uma nacele, e uma estrutura de suporte; a estrutura de suporte está configurada para ser acoplada, na sua extremidade interna, ao corpo flutuante, e, na sua extremidade externa, acoplada à nacele; quando acoplada a um dito corpo flutuante, durante o uso, o conjunto de turbina é giratoriamente móvel entre uma primeira posição e uma segunda posição, com o citado movimento sendo assistido por flutuação.

[0101] O conjunto de turbina pode ter flutuabilidade neutra ou positiva, ou estar adaptado para flutuação seletivamente variável.

[0102] Os termos interno e externo referem-se à orientação pretendida do conjunto de turbina em relação a um corpo flutuante, durante o uso normal.

[0103] O conjunto de turbina como um todo, ou a estrutura de suporte e / ou a nacele, podem ter flutuabilidade neutra, flutuação positiva, ou estarem adaptados para flutuação seletivamente variável.

[0104] O conjunto de turbina pode compreender um conjunto de articulação. O conjunto de turbina pode compreender uma parte componente de um conjunto de articulação, tal como um aro de içamento e / ou uma articulação com um suporte em “U” (ou seja, para ser acoplado a uma parte complementar de um conjunto de articulação fixado a um corpo flutuante).

[0105] O conjunto de turbina pode compreender uma trava ou uma parte componente de uma trava, por meio da qual o conjunto de turbina pode ser travado na primeira e / ou na segunda posição, durante o uso. O conjunto de articulação pode compreender a, ou estar associado à, trava ou sua parte componente.

[0106] O conjunto de turbina pode compreender um arranjo de articulação secundário, através da qual o conjunto de turbina pode se mover entre a segunda e a terceira posições.

[0107] Outras características preferidas ou opcionais do conjunto de turbina correspondem àquelas descritas acima com relação ao primeiro aspecto.

[0108] Em um terceiro aspecto da invenção, é provido um método para operar um aparelho gerador de energia compreendendo um corpo flutuante flutuando em um corpo de água, e um conjunto de turbina acoplado ao corpo flutuante; o conjunto de turbina compreende um rotor de turbina, montado em uma nacele, e uma estrutura de suporte; a estrutura de suporte está acoplada, em sua extremidade interna, ao flutuador, e, em sua extremidade externa, à nacele: o método compreende:

mover giratoriamente o conjunto de turbina a partir de uma primeira posição, na qual a nacele fica totalmente submersa abaixo da superfície da água, para uma segunda posição, em que pelo menos uma parte da nacele se projeta acima da superfície da água.

[0109] O aparelho gerador de energia pode compreender um único corpo flutuante. O aparelho gerador de energia pode compreender dois (ou mais de dois) conjuntos de turbina dispostos simetricamente sobre o corpo flutuante. O método pode compreender a movimentação simultânea dos conjuntos de turbina, dispostos simetricamente, da primeira posição para a segunda posição (ou vice-versa).

[0110] Movendo simultaneamente os conjuntos de turbina simétricos (isto é, de modo a que seu movimento seja sincronizado, e os conjuntos de turbina estejam em partes equivalentes dos seus respectivos percursos entre a primeira e segunda posições) a estabilidade do aparelho gerador de energia pode ser mantida. Isto pode obviar, por exemplo, a necessidade de estruturas adicionais para estabilizar o aparelho.

[0111] O corpo flutuante pode ter um eixo longitudinal, e o método pode compreender mover giratoriamente o conjunto de turbina em torno de um eixo de rotação paralelo ao mesmo.

[0112] O movimento da primeira para a segunda posição pode ser mecanicamente assistido, por exemplo, por um mecanismo impulsionado, tal como um guincho ou um cilindro hidráulico, conforme aqui descrito. A assistência mecânica pode ser utilizada, por exemplo, para superar a inércia ou o arrasto hidrodinâmico, e / ou para elevar uma porção da nacele acima da superfície da água.

[0113] O método pode compreender, alternativamente ou adicionalmente, mover o conjunto de turbina da primeira posição para a segunda posição com a ajuda da flutuação.

[0114] O conjunto de turbina pode ser passivamente flutuante (por exemplo, compreendendo um volume de flutuação tal como um tanque ou um volume de material de baixa densidade).

[0115] O conjunto de turbina pode ser positivamente flutuante, e o movimento da primeira para a segunda posição pode ser efetuado liberando-se o conjunto de turbina. Por exemplo, uma trava ou tirante pode ser liberado para permitir que o conjunto de turbina se mova da primeira para a segunda posição sob a ação de uma força de flutuação.

[0116] O conjunto de turbina pode estar configurado para que sua flutuabilidade seja seletivamente variável (como descrito acima com relação ao primeiro aspecto).

Consequentemente, o movimento da primeira para a segunda posição pode ser efetuado, pelo menos em parte, aumentando-se a flutuabilidade do conjunto de turbina. Assim, o método pode compreender o aumento da flutuação do conjunto de turbina.

[0117] A flutuabilidade pode ser aumentada a partir de uma flutuação negativa para uma flutuação neutra ou uma flutuação positiva. A flutuabilidade pode ser aumentada a partir de uma flutuação negativa ou neutra para uma flutuação positiva.

[0118] O método pode compreender mover o conjunto de turbina da segunda para a primeira posição.

[0119] O movimento da segunda para a primeira posição pode ser assistido mecanicamente.

[0120] O método pode compreender mover o conjunto de turbina da segunda para a primeira posição com a ajuda da flutuação.

[0121] O movimento da segunda para a primeira posição pode ser efetuado, pelo menos em parte, diminuindo-se a flutuação do conjunto de turbina. Assim, o método pode compreender diminuir a flutuação do conjunto de turbina.

[0122] A flutuabilidade pode ser diminuída a partir de uma flutuação positiva para uma flutuação neutra ou uma flutuação negativa. A flutuabilidade pode ser diminuída a partir de uma flutuação positiva ou neutra para uma flutuação negativa.

[0123] O método pode compreender inundar um tanque de lastro. O método pode compreender a inundação de um tanque de lastro, por exemplo, abrindo uma ou mais válvulas e permitindo que a água entre no tanque de lastro. O método pode compreender o esvaziamento da água de um tanque de lastro, por exemplo, deslocando a água no tanque de lastro com ar, ou bombeando a água para fora do tanque de lastro.

[0124] O método pode compreender a inundação de mais de um tanque de lastro, em uma sequência predefinida e / ou simultaneamente.

[0125] A variação da flutuação do conjunto de turbina pode compreender variar a flutuação de uma parte do conjunto de turbina, tal como da nacele (por exemplo,

inundando-se ou esvaziando-se um tanque de lastro localizado na nacele).

[0126] O método pode compreender variar a flutuabilidade do corpo flutuante. A flutuação do corpo flutuante pode ser seletivamente diminuída, antes do movimento dos conjuntos de turbina.

[0127] A diminuição da flutuabilidade do corpo flutuante pode, no todo ou em parte, compensar o aumento geral na flutuabilidade do aparelho gerador de energia, que resulta do aumento da flutuação do, ou de cada, conjunto de turbina.

[0128] Em algumas formas de incorporação, a flutuabilidade do corpo flutuante pode aumentar, isto é, o corpo flutuante pode ser lastreado antes do acoplamento dos (ou de cada um dos) conjuntos de turbina. Por exemplo, em algumas formas de incorporação, o lastro pode ser necessário para estabilizar o corpo flutuante na posição vertical, enquanto que o lastro pode ser removido depois que o conjunto de turbina foi acoplado.

[0129] O método pode compreender o movimento articulado do conjunto de turbina em torno de um conjunto de articulação, na (ou próximo da) extremidade interna da estrutura de suporte.

[0130] O método pode compreender mover o conjunto de turbina de uma segunda posição para uma terceira posição, para reduzir o volume do aparelho gerador de energia. O método pode compreender a redução do volume, dobrando-se a estrutura de suporte em torno de um conjunto de articulação secundário disposto entre o conjunto de articulação e a extremidade externa da estrutura de suporte. O método pode compreender a redução do volume por meio da rotação do conjunto de turbina em torno de um conjunto de articulação secundário disposto em direção à face dianteira ou traseira da estrutura de suporte (tipicamente próximo da extremidade interna), em torno de um eixo, em um ângulo, por exemplo, perpendicular ao eixo do conjunto da articulação.

[0131] O método pode compreender reter ou travar o conjunto de turbina em uma ou mais da primeira ou segunda posições, ou, quando presente, na terceira posição. O método pode compreender a liberação de uma trava ou de outros meios (por exemplo, um ímã ou um cabo) pelos quais o conjunto de turbina é retido em uma das citadas posições.

[0132] O aparelho gerador de energia pode compreender mais de um conjunto de turbina, e o método pode compreender a movimentação de mais de um conjunto de turbina. Mais de um conjunto de turbina pode ser movido simultaneamente.

[0133] O método pode compreender o amortecimento do movimento do, ou de cada, conjunto de turbina. O amortecimento pode compreender a limitação da taxa de movimentação do, ou de cada, conjunto de turbina, durante pelo menos uma parte da sua faixa de movimento.

[0134] O método pode fazer parte de um método de lançamento de um aparelho de geração de energia. O método pode fazer parte de um método de manutenção ou de reparação de um aparelho gerador de energia.

[0135] A invenção compreende, em um quarto aspecto, um método de montagem de um aparelho gerador de energia para extrair energia a partir da água corrente, tal método compreendendo prover um corpo flutuante e um conjunto de turbina, de acordo com o segundo aspecto, que flutuam em um corpo de água; colocar uma extremidade interna do conjunto de turbina flutuante em uma posição de acoplamento com o corpo flutuante; e acoplar uma extremidade interna da estrutura de suporte de um conjunto de turbina, de acordo com o segundo aspecto, ao corpo flutuante.

[0136] A invenção também compreende um método de desmontagem de um aparelho gerador de energia, executando-se estas etapas na ordem inversa. Por exemplo, o método pode compreender a desmontagem, para manutenção, reparação ou substituição, de um conjunto de turbina, seguida pela montagem conforme aqui descrita.

[0137] O conjunto de turbina pode ter flutuação positiva, ou ser provido com uma assistência temporária para a flutuação para facilitar a montagem / desmontagem.

[0138] O acoplamento pode compreender aparafusar ou soldar a extremidade interna da estrutura de suporte ao corpo flutuante, tipicamente acima da superfície da água. O acoplamento pode compreender a montagem de um conjunto de articulação, por exemplo, unindo-se e / ou acoplando-se partes complementares de um conjunto de articulação. A montagem de um conjunto de articulação pode compreender a inserção de um pino de cisalhamento.

[0139] O método pode compreender o ajuste do nivelamento do conjunto de turbina, para facilitar o alinhamento de partes complementares de um acoplamento ou conjunto de articulação no corpo flutuante e no conjunto de turbina, respectivamente.

[0140] O conjunto de turbina pode ter flutuabilidade seletivamente variável, e o nivelamento pode ser ajustado ajustando-se a flutuação do conjunto de turbina, ou da estrutura de suporte e / ou da nacele.

[0141] Assim, de acordo com a invenção, o aparelho gerador de energia não precisa ser completamente montado antes do lançamento e, em vez disso, pode ser montado em módulos (corpo flutuante e um ou mais conjuntos de turbina), com os módulos flutuando em posição no porto ou /n s/tu, em um local de geração de energia ou em um corpo de água.

[0142] Em um quinto aspecto, a invenção compreende um método de montagem de um aparelho gerador de energia para extrair energia a partir da água corrente, tal método compreendendo prover um corpo flutuante compreendendo uma estrutura de suporte acoplada, em sua extremidade interna, ao corpo flutuante, e uma nacele tendo um rotor de turbina, com o corpo flutuante e a nacele flutuando em um corpo de água; colocar a nacele flutuante em uma posição de acoplamento com a extremidade externa da estrutura de suporte; e acoplar a nacele à extremidade externa da estrutura de suporte.

[0143] A invenção também compreende um método de desmontagem, executando-se estas etapas na ordem inversa. Por exemplo, o método pode compreender a desmontagem, para manutenção, reparação ou substituição, de uma nacele, seguida pela montagem conforme aqui descrita.

[0144] Deve ser entendido que a referência é feita aqui em relação à superfície da água, e as referências a componentes sendo submergidos ou ficando acima da superfície da água dizem respeito ao aparelho gerador de energia flutuando em um corpo de água.

[0145] Além disso, a posição precisa da linha d'água (isto é, a superfície da água em relação ao aparelho de geração de energia) pode depender da salinidade da água, da temperatura, da carga sobre o corpo, e similares. A posição da linha d'água de um aparelho flutuante pode ser prontamente determinada pelos especialistas na técnica, por meio de observação ou cálculo.

[0146] As características preferidas e opcionais de cada aspecto da invenção correspondem às características preferidas e opcionais de cada outro aspecto da invenção.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0147] Exemplos de formas de incorporação da invenção serão agora descritos com referência aos seguintes desenhos, nos quais: - A figura 1 mostra (a) uma vista frontal e (b) uma vista lateral de um aparelho gerador de energia, com os conjuntos de turbina em uma primeira posição; - A figura 2 mostra (a) uma vista frontal e (b) uma vista em perspectiva do aparelho gerador de energia, com os conjuntos de turbina em uma segunda posição; - A figura 3 mostra uma vista esquemática em corte transversal de uma nacele do aparelho gerador de energia; - A figura 4 mostra uma vista superior esquemática de um sistema de controle de flutuação do aparelho gerador de energia; - A figura 5 mostra vistas frontais esquemáticas de um conjunto de turbina do aparelho gerador de energia, (a) quando o tanque de flutuação principal foi ventilado, e (b) quando ambos os tanques de flutuação foram ventilados; - A figura 6 é uma vista explodida de uma articulação; - A figura 7 é uma vista frontal esquemática do aparelho de geração de energia, mostrando um arranjo de trava magnético; - A figura 8 é uma vista em perspectiva de uma forma de incorporação alternativa de um aparelho gerador de energia; - A figura 9 é uma vista ampliada de um conjunto de turbina do aparelho gerador de energia da figura 8; - A figura 10 é uma vista em detalhe de um mecanismo de trava associado a um conjunto de articulação secundário do conjunto de turbina da figura 9; - A figura 11 é uma vista superior de uma outra forma de incorporação de um aparelho gerador de energia; - A figura 12 é uma vista superior esquemática de outra forma de incorporação de um aparelho gerador de energia, com um conjunto de turbina (a) em uma segunda posição e (b) em uma terceira posição; - A figura 13 mostra (a) uma vista frontal de mais uma outra forma de incorporação de um aparelho gerador de energia, com os conjuntos de turbina em uma segunda posição,

(b) com um diagrama esquemático de um mecanismo de guincho e cabo associado aos conjuntos de turbina, e (c) com uma vista em perspectiva dos conjuntos de turbina em suas primeiras posições; - A figura 14 é uma vista em perspectiva de mais uma outra forma de incorporação de um aparelho gerador de energia, tendo um mecanismo impulsionado para auxiliar a movimentação dos conjuntos de turbina entre a primeira e segunda posições; - A figura 15 é uma vista em perspectiva de uma outra forma de incorporação de um aparelho gerador de energia, tendo um mecanismo impulsionado para auxiliar a movimentação dos conjuntos de turbina entre a primeira e segunda posições; - A figura 16 mostra vistas frontais do aparelho de geração de energia da figura 15, com os conjuntos de turbina (a) na primeira posição e (b) na segunda posição; - A figura 17 mostra uma vista ampliada em perspectiva do mecanismo impulsionado do aparelho gerador de energia da figura 15.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE INCORPORAÇÃO EXEMPLIFICATIVAS

[0148] A figura 1 mostra (a) uma vista frontal e (b) uma vista lateral de um aparelho gerador de energia 1 para extrair energia a partir do fluxo de água. Durante a utilização normal, o aparelho flutua em um corpo de água 2 e fica ancorado ao leito do corpo de água (não mostrado) através de cabos 4, acoplados a aros 6, de uma maneira convencional.

[0149] O aparelho 1 é uma turbina de maré marítima, adaptada para extrair energia de um fluxo de maré. No entanto, a extração de energia a partir de um rio também é possível.

[0150] O aparelho de geração de energia possui um corpo flutuante 3, e um conjunto de turbina 5 acoplado a cada lado do corpo flutuante. Enquanto que os conjuntos de turbina estão dispostos simetricamente em torno do corpo flutuante do aparelho 1, em outras formas de incorporação (não mostradas) pode haver um único conjunto de turbina, ou um maior número deles.

[0151] Cada conjunto de turbina 5 possui uma nacele 7, à qual um rotor de turbina 9 está rotativamente montado. A nacele 7 está acoplada à extremidade externa 10 de uma estrutura de suporte 11. A estrutura de suporte está acoplada, na sua extremidade interna

12, ao corpo flutuante 3. Cada conjunto de turbina 5 é giratoriamente móvel em torno de um conjunto de articulação 13, entre uma primeira posição mostrada nas figuras 1(a) e 1(b), e uma segunda posição mostrada nas figuras 2(a) e 2(b). O eixo X em torno do qual o conjunto de articulação se move é paralelo a um eixo central que passa através do corpo flutuante, sendo assim geralmente paralelo à superfície da água.

[0152] Na primeira posição, as naceles 7 estão totalmente submersas abaixo da superfície da água 15. O rotor de turbina fica assim posicionado para girar sob a ação de um fluxo de água que passa pelo aparelho 1. Tipicamente, a nacele 7 fica posicionada a uma profundidade suficiente para que a as pás de rotor 17 do rotor de turbina 9 permaneçam submersas ao longo da sua faixa de movimento em torno do cubo 19 do rotor de turbina 9.

[0153] Na segunda posição, a parte superior da nacele 7 se projeta acima da superfície da água 15.

[0154] O movimento dos conjuntos de turbina 5 para a segunda posição reduz tanto o calado como o arrasto do aparelho gerador de energia 1, o que pode ser necessário para que ele seja rebocado até sua posição final.

[0155] A figura 3 mostra uma vista esquemática em corte transversal de uma nacele 7.

[0156] A nacele possui um invólucro externo estanque 23 e seções de cone de nariz e de cauda 25, 27, cada uma envolvendo um volume preenchido com ar; juntos, eles provêem a nacele com uma flutuabilidade positiva. O invólucro externo 23 é geralmente cilíndrico, e a nacele 7 é aparafusada à extremidade externa 10 da estrutura de suporte 11, através de um flange plano ou em formato de sela (não mostrado).

[0157] O cubo 19 do rotor de turbina 9 está conectado a um eixo de acionamento 29, que aciona diretamente um gerador elétrico 31. O gerador elétrico é de um tipo convencional, tendo um rotor e um estator, e não será descrito em mais detalhes. Em formas de incorporação alternativas, a nacele pode incluir um arranjo de caixa de engrenagens entre o gerador elétrico e o rotor.

[0158] O cubo 19 também inclui um mecanismo de ajuste de passo 33, controlável pela unidade de controle 35. As pás de rotor 17 são rotativas em torno de seus eixos Y em rolamentos de giro 37. A rotação é realizada por um ou mais pinhões acionadores 39 que se engatam com uma engrenagem planetária 41 rotativa dentro do rolamento de giro, ao qual as pás de rotor estão montadas.

[0159] Um feixe de cabos 42 estende-se a partir do corpo flutuante, através da estrutura de suporte 11 e na nacele 7, transportando o cabeamento de controle e de energia para a unidade de controle, pinhões acionadores e para o gerador, bem como um condutor a partir do qual a corrente elétrica gerada pode ser extraída (e armazenada no corpo flutuante ou transformada e / ou transmitida a partir dali para um sistema de distribuição de eletricidade, como discutido abaixo). Deve ser entendido que a conexão elétrica com a unidade de controle e com os pinhões acionadores deve estar adaptada para a rotação do rotor, por meio de uma ou mais conexões elétricas rotativas, como por exemplo um anel de contato ou similar (não mostrado).

[0160] A nacele 7 também é dotada de uma escotilha de acesso 38 (mostrada em linha tracejada na figura 3), que proporciona acesso aos componentes internos para manutenção, quando o respectivo conjunto de turbina 5 está na segunda posição.

[0161] O movimento do conjunto de turbina 5 da primeira posição para a segunda posição é assistido por flutuação. A figura 4 é uma vista superior esquemática do aparelho 1, mostrando a localização dos tanques de lastro 43, 45 na estrutura de suporte 11 (apenas aqueles no lado esquerdo da estrutura de suporte são mostrados, porém as duas estruturas de suporte são idênticas).

[0162] Na forma de incorporação mostrada, as estruturas de suporte incluem, cada uma, dois tanques de lastro, mas em formas de incorporação alternativas pode haver um único tanque, ou um maior número de tanques. O conjunto de turbina também pode incluir um tanque localizado na nacele.

[0163] A flutuação do conjunto de turbina é regulada por meio de um sistema de controle de flutuação, indicado geralmente como 46, que inclui uma fonte de ar comprimido 47 (neste caso na forma de uma pluralidade de tanques de ar comprimido) que se comunica, através de um coletor de alta pressão 49, com os tanques de flutuação.

[0164] O fluxo de gás para os tanques é regulado por meio de uma série de válvulas solenóide 51, 52 e válvulas anti-retorno 54. As válvulas solenóide são controladas pela unidade de controle (que, por simplicidade, não é mostrada).

[0165] O sistema de controle de flutuação 46 inclui ainda um coletor de entrada 53 que se estende a partir de uma entrada 56, preferivelmente localizada em uma parte inferior do conjunto de turbina 5, de modo a ficar abaixo da superfície da água em todos os momentos. Os tanques podem ser inundados com água abrindo-se a válvula de entrada 55, opcionalmente assistida pela bomba 57.

[0166] O coletor de entrada inclui outras válvulas solenóides 59 a jusante da bomba 57, através das quais a sequência na qual os tanques são enchidos pode ser controlada.

[0167] O sistema de controle de flutuação também inclui um coletor de ventilação 61, que se estende entre os tanques e um respiradouro 63. O respiradouro sai preferencialmente na face superior da estrutura de suporte, em um local que fica todo o tempo acima da superfície da água (isto é, normalmente próximo do conjunto de articulação). Em formas de incorporação alternativas, o conduto de ventilação pode passar através do conjunto de articulação por meio de condutos flexíveis (da mesma forma que o coletor de alta pressão), de modo a sair do corpo flutuante 3.

[0168] Durante a utilização normal, quando os conjuntos de turbina 5 estão na primeira posição e o aparelho de geração de energia 1 está configurado para extrair energia a partir de um fluxo de maré, ambos os tanques de lastro 43, 45 estão cheios de água do mar e todas as válvulas solenóide 51, 52, 55, 59 estão fechadas. Nesta configuração, cada conjunto de turbina 5 está flutuando negativamente e, assim, está predisposto em direção à primeira posição. Os arranjos com os quais os conjuntos de turbina podem ser retidos na primeira posição são discutidos abaixo em mais detalhes.

[0169] Para mover cada conjunto de turbina para a segunda posição, as válvulas solenóide 51 são abertas (tipicamente simultaneamente, mas em alguns casos sequencialmente) de modo a pressurizar o coletor de alta pressão 53. A válvula solenóide 52a, associada ao tanque principal 45, é então aberta e a água no tanque é deslocada pelo fluxo de ar comprimido vindo do coletor de alta pressão, e ventilado através do coletor de ventilação 61.

[0170] O ar no tanque principal 45 provê uma flutuação positiva suficiente para fazer com que o conjunto de turbina se eleve da primeira posição para a segunda posição. Depois que o conjunto de turbina começa a romper a superfície da água, ele adquire uma flutuação neutra, no entanto a nacele 7 não está acima (ou suficientemente acima) da superfície da água (figura 5a). O tanque secundário 43 é então ventilado (abrindo-se a válvula 52b), para prover mais flutuação positiva e elevar o conjunto de turbina para a segunda posição (figura 5b).

[0171] Para assegurar a estabilidade do aparelho 1 como um todo, essas etapas são executadas simultaneamente para cada conjunto de turbina 5.

[0172] Em formas de incorporação em que o aparelho 1 inclui alguma forma de batente de parada para definir a segunda posição (tal como um amortecedor ou uma trava), a flutuação positiva transmitida pela ventilação de ambos os tanques empurra os conjuntos de turbina para a segunda posição.

[0173] Na forma de incorporação mostrada, no entanto, os conjuntos de turbina 5 estão livres para moverem-se em torno do conjunto de articulação 13, quando estão na segunda posição, para permitir o movimento do aparelho sobre as ondas.

[0174] Em uma forma de incorporação alternativa, o conjunto de turbina 5 pode ser capaz de atingir a segunda posição com a ajuda da flutuação do tanque principal 45 sozinho. Em tais formas de incorporação, ambos os tanques de flutuação 43, 45 podem ser ventilados inicialmente, de modo a causarem a movimentação do conjunto de turbina afastando-o da sua primeira posição. O movimento pode então ser "amortecido" através da inundação parcial ou completa do tanque secundário 43, de modo a que a flutuação positiva seja reduzida à medida que o conjunto de turbina se aproxima da segunda posição. Isto pode ser particularmente benéfico para reduzir as tensões mecânicas transmitidas por qualquer arranjo de amortecedor ou trava através do qual o conjunto de turbina é retido na sua segunda posição.

[0175] O movimento dos conjuntos de turbina de volta para a primeira posição também pode ser assistido por flutuação, geralmente invertendo-se estes procedimentos. Quando estão na segunda posição, e com ambos os tanques de flutuação 43, 45 vazios, as válvulas solenóide 51, 52 são fechadas e os tanques são sequencialmente ou simultaneamente inundados, abrindo-se a válvula de entrada 55 e acionando-se a bomba

57. O ar é então deslocado pela água do mar, através do coletor de ventilação 61.

[0176] De um modo semelhante, pode ser desejável que o movimento em direção à primeira posição seja amortecido variando-se a flutuação à medida que o conjunto de turbina 5 se aproxima da primeira posição. Isto pode ser conseguido esvaziando-se parcialmente ou totalmente o tanque secundário 43, através da abertura das válvulas 51 e 52b e do fechamento das válvulas de controle 55 e 59.

[0177] O sistema de controle de flutuação 46 também incluirá tipicamente componentes adicionais, tais como reguladores de fluxo, válvulas de controle, válvulas de alívio de pressão e similares, mas esses componentes foram omitidos para maior clareza. O sistema de controle de flutuação também inclui tipicamente um certo número de sensores, em comunicação com os coletores de alta pressão, de ventilação e de entrada, e com os próprios tanques, através dos quais parâmetros como pressão e / ou fluxo de fluido ou níveis de fluido podem ser monitorados e regulados conforme necessário.

[0178] Cilindros de ar comprimido normalmente são instalados apenas quando necessário. O corpo flutuante pode, em vez disso, incluir um compressor para fornecer ar comprimido aos tanques. Formas de incorporação alternativas podem compreender, ou adicionar, um arranjo de bombeamento para bombear água, e ar, tanto para dentro como para fora dos tanques, conforme necessário.

[0179] Enquanto a forma de incorporação mostrada é provida com tanques de lastro conectados em paralelo aos coletores mostrados em paralelo, de modo a ser provido um controle independente, em formas de incorporação alternativas os tanques podem ser conectados em série com um ou mais coletores, de modo a haver um enchimento/esvaziamento sequencial.

[0180] Quanto às conexões elétricas necessárias para o controle dos componentes elétricos do sistema de controle de flutuação 46, o cabo de fiação 42 estende-se a partir da nacele 7 (não mostrada na figura 4) e o(s) condutor(es) do coletor de alta pressão devem estender-se através do conjunto de articulação 13, sendo, portanto, flexíveis nessa região. Além disso, esses sistemas podem ser conectados e desconectados (por exemplo, no acoplamento pneumático de alta pressão 64), para permitir que o conjunto de turbina seja conectado / desconectado do corpo flutuante 3 /n situ.

[0181] Assim, o conjunto de turbina pode ser tornado flutuante positivamente e colocado em posição para ser acoplado à posição de flutuação, para montagem ou substituição de um conjunto de turbina, quando então os acoplamentos elétricos e pneumáticos podem ser unidos. Da mesma forma, os tanques podem ser ventilados, e o conjunto de turbina desconectado e flutuado para longe, para manutenção.

[0182] O sistema de controle de flutuação 46 está configurado para ser conectado a outra fonte de ar comprimido, na conexão 65. Os componentes eletrônicos do sistema 46 também podem ser conectados a outro sistema de controle e outra fonte de energia. Assim, a flutuabilidade do conjunto de turbina pode ser controlada seletivamente quando ele não está conectado ao corpo flutuante. Isto permite que a flutuação e o nivelamento do conjunto 5 sejam ajustados durante a montagem / desmontagem, ao ser variada seletivamente a quantidade de água nos tanques de flutuação 43, 45.

[0183] O aparelho 1 possui um conjunto de articulação 13 associado a cada um dos conjuntos de turbina 5. Cada conjunto de articulação inclui duas conexões articuladas (indicadas pelo numeral 67 na figura 2b). A figura 6 mostra uma vista explodida de uma conexão articulada 67.

[0184] A conexão articulada inclui uma peça fundida de engate em “U” 69. Ela é aparafusada ao flange 71 no corpo flutuante 3, conforme mostrado pela seta A. Rolamentos circulares axiais 72 estão posicionados nas faces internas dos aros 70 do suporte em “U” 69. Um aro de içamento fundido 73 é similarmente aparafusado à extremidade interna 12 da estrutura de suporte 11, no flange 78. Dentro do aro 74 do aro de içamento 73 está um rolamento de mancal de fibra 75.

[0185] Para acoplar o conjunto de turbina 5 ao corpo flutuante 3, o aro de içamento 73 é inserido no suporte em “U” 69 de modo a que os aros 70, 74 fiquem alinhados, e um pino tubular 77 é inserido e aparafusado (por meio de um flange 79) ao suporte em “U” 69. Alternativamente, pode ser preferível que a conexão articulada 67 seja pré-montada, e que o acoplamento seja completado aparafusando-se o suporte em “U”, ou o aro, ao corpo flutuante, ou à estrutura de suporte, respectivamente.

[0186] A figura 7 mostra uma vista frontal esquemática do aparelho 1 (a) na segunda posição, e (b) na primeira posição. A estrutura de suporte 11 é provida com uma armadura 81 tendo, no seu ápice, um bloco de ferro fundido 83. A armadura fica equidistante dos conjuntos de articulação 67. Dentro do corpo flutuante 3 existe um eletro-ímã 85, que está posicionado para ficar adjacente ao bloco 83 quando o conjunto de turbina 5 está na sua primeira posição. Um ímã permanente com pólos mecanicamente comutáveis também pode ser usado.

[0187] Em uso, o eletro-ímã 85 pode ser energizado à medida que o conjunto de turbina se aproxima da primeira posição, de modo a travá-lo magneticamente em posição e impedir que o conjunto de turbina seja levantado da primeira posição em condições climáticas adversas.

[0188] Opcionalmente, um arranjo correspondente pode ser usado para travar os conjuntos de turbina na segunda posição.

[0189] Em formas de incorporação alternativas, para realizar esta função, os conjuntos de turbina 5 opostos podem ser amarrados juntos por meio de um cabo, e um exemplo disto é discutido abaixo com referência às figuras 13 e 14. Travas mecânicas também podem ser usadas.

[0190] A armadura pode ser adaptada para flexionar-se em torno do braço interno 87 (por exemplo, por meio de um amortecedor telescópico hidráulico ou elastomérico associado ao braço externo 89), de modo a atuar como um amortecedor.

[0191] Em uma forma de incorporação alternativa (não mostrada), as armaduras dos conjuntos de turbina opostos podem ser dimensionadas para ficarem em contato entre si, em vez do casco do corpo flutuante, de modo a proverem um batente de parada que define as primeiras posições dos conjuntos de turbina.

[0192] A figura 8 é uma vista em perspectiva de uma forma de incorporação alternativa 100 de um aparelho gerador de energia. As características em comum com o aparelho de geração de energia 1 são providas com numerais de referência semelhantes, incrementados por 100,

[0193] Cada conjunto de turbina 105 é móvel entre uma primeira e uma segunda posição, geralmente conforme descrito acima. Além disso, a estrutura de suporte 111 de cada conjunto de turbina inclui um conjunto de articulação secundário 191, que opera em torno de um eixo Z, perpendicular ao eixo X do conjunto de articulação primário 113. Cada conjunto de turbina é móvel a partir da segunda posição (mostrada em relação ao conjunto 105a) e de uma terceira posição (mostrada em relação ao conjunto 105b), com que a nacele 107 estando próxima do corpo flutuante 103 de modo a reduzir o volume geral do aparelho 100. Nesta configuração, o aparelho 100 apresenta menos arrasto, o que reduz os custos de energia e o tempo para transportar o aparelho por longas distâncias. Um volume reduzido também pode reduzir o risco de colisão com outros corpos, em trânsito, e facilitar o acesso a um cais ou píer.

[0194] O conjunto de articulação secundário 191 é mostrado em mais detalhes na figura

9. O conjunto de articulação secundário 191 inclui uma articulação 193 (em geral do mesmo tipo que as articulações 67, com pino e bucha) que fica localizada adjacente à borda dianteira 195 da estrutura de suporte 111. Além disso, o conjunto de articulação compreende um trilho guia arqueado 197 e um rolete de suporte 199. O rolete de suporte está fixado rotativamente em direção à borda traseira 196 da estrutura de suporte, na boca de uma cavidade interna 201 na extremidade interna 112 da estrutura de suporte. Quando o conjunto de turbina 111 se move para a segunda posição, o trilho guia 197 é recebido na cavidade 201. O movimento entre as segunda e terceira posições é efetuado por meio de um cilindro hidráulico 203. Como o conjunto de turbina tem flutuação neutra na segunda posição (e assim estando ainda livre para mover-se em torno do conjunto de articulação 113, para acomodar o movimento das ondas), o cilindro hidráulico 203 é requerido apenas para superar a inércia do conjunto de turbina.

[0195] Na terceira posição mostrada, o braço de suporte 205, que se estende entre a articulação secundária 193 e o trilho guia arqueado 197, se encosta no rolete de suporte 199 e funciona, desse modo, como um batente de parada.

[0196] A estrutura de suporte 111 também é provida com um mecanismo de trava 207, mostrado em detalhes nas figuras 10(a) e 10(b). A figura 10(a) é uma vista ampliada da área indicada por “B” na figura 9. O mecanismo de trava compreende um cilindro hidráulico 209 conectado às peças de conexão 210, através das quais o membro de trava 211 pode ser girado em torno de um pivô 213. O cilindro 209 é estendido para liberar a trava (figura 10a). Quando o conjunto de turbina está na segunda posição e a estrutura de suporte 111 se encosta no batente de parada 215, o cilindro 209 pode ser retraído de modo a puxar o membro de trava contra a face interna da extremidade interna da estrutura de suporte 111 (figura 10b).

[0197] Uma outra forma de incorporação de um aparelho gerador de energia 301 é mostrada na figura 11. As características em comum com o aparelho gerador de energia 101 são providas com numerais de referência iguais, incrementados por 200. O aparelho gerador de energia 301 também é provido com conjuntos de articulação secundários 391, que ficam perpendiculares aos conjuntos de articulação primários 313, para permitir que os conjuntos de turbina 311 girem para uma terceira posição, conforme mostrado na figura.

[0198] Os conjuntos de turbina 311 são providos com aros 350, 352 que, na segunda posição, ficam alinhados e recebem um pino de trava (não mostrado) para reter os conjuntos de turbina em posição (onde eles são capazes de se mover entre a primeira e segunda posições, geralmente conforme descrito acima).

[0199] Os conjuntos de turbina 311 não possuem um trilho guia e um aparelho associado. Uma vez que o movimento para a terceira posição pode ser requerido muito raramente, pode ser aceitável em algumas aplicações que isto seja conseguido através de aparatos temporários, tais como cabos / guinchos portáteis ou similares, que podem ser removidos depois que o aparelho 301 está /n situ.

[0200] A figura 12 é uma vista frontal esquemática de mais uma outra forma de incorporação 401 de um aparelho gerador de energia. As características em comum com o aparelho gerador de energia 1 são providas com numerais de referência semelhantes, incrementados por 400. Os conjuntos de turbina 405 são móveis entre a segunda posição (mostrada na figura 12a) e a primeira posição, geralmente conforme descrito acima.

[0201] A estrutura de suporte 411 de cada conjunto de turbina é provida com um conjunto de articulação secundário 491, compreendendo articulações 493 que operam em torno de um eixo que é paralelo ao eixo do conjunto de articulação principal 413. À estrutura de suporte pode ser concertinada (sanfonada) dobrando-se em torno do conjunto de articulação secundário 491, na terceira posição mostrada na figura 12(b), de modo a reduzir o volume do aparelho 401.

[0202] A figura 13 mostra mais uma outra forma de incorporação de um aparelho gerador de energia 501. As características em comum com o aparelho 1 são providas com numerais de referência semelhantes, incrementados por 500.

[0203] O aparelho de geração de energia 501 possui conjuntos de turbina 505 de flutuação positiva. A flutuação positiva é provida por um ou mais volumes selados dentro dos conjuntos de turbina. A força de flutuação positiva empurra os conjuntos de turbina para suas segundas posições, conforme mostrado na figura 13(a). O aparelho 501 é dotado de um sistema de guincho e polia por meio do qual os conjuntos de turbina podem ser movidos para a primeira posição. Um guincho de topo 600 apresenta um carretel rotativo 602 em torno do qual a extremidade de um certo comprimento de um cabo de aço trançado 604 é enrolada. Uma porção livre do cabo de aço estende-se a partir do carretel, através das estruturas de suporte 511, em torno de uma roda de polia externa 606 na extremidade externa 510 da estrutura de suporte 511, sob o corpo flutuante 503 e em torno das partes correspondentes do conjunto de turbina oposto. A outra extremidade do cabo 604 é enrolada em torno do carretel 602.

[0204] O percurso do cabo 604 é ilustrado na figura 13(b). Na região indicada por “A”, circundada por um círculo nas figuras, pode ser observado que o cabo 604 passa entre as polias guia 608 e em um canal interno 605 dentro da estrutura de suporte 511, na extremidade interna 512 da mesma.

[0205] Para deslocar os conjuntos de turbina 505 para a primeira posição, o guincho 600 é acionado de modo a enrolar um comprimento maior do cabo 604 em torno do carretel

602. Quando os batentes de parada 581 se encostam nos amortecedores 583 fixados ao casco do corpo flutuante, o guincho é parado e os conjuntos de turbina são mantidos na primeira posição (figura 13c) pela tensão no cabo 604. A tensão no cabo é suficiente para superar a flutuabilidade positiva dos conjuntos de turbina.

[0206] Para retornar os conjuntos de turbina às suas primeiras posições, o cabo 604 é solto e a força de flutuação positiva auxilia a movimentação em direção à segunda posição. A taxa de rotação do guincho de topo 600 pode ser controlada durante este processo, de modo a limitar a velocidade de movimento dos conjuntos de turbina e assegurar que ambos se movam na mesma velocidade (assegurando que os conjuntos de turbina 501 permaneçam simétricos e, portanto, estáveis).

[0207] O arranjo de polia e cabo do conjunto de turbina 501 também pode ser aplicado a formas de incorporação tendo flutuação seletivamente variável.

[0208] Uma outra forma de incorporação de um aparelho gerador de energia 701 é mostrada na figura 14. As características em comum com o aparelho 501 são providas com numerais de referência iguais, incrementados por 200.

[0209] O aparelho 701 apresenta um mecanismo impulsionado semelhante àquele do aparelho 501, compreendendo um guincho de topo 800. O guincho 800 compreende dois carretéis 802 e 803 que compartilham um eixo comum, sendo fixados de modo a girarem juntos. Cada um dos carretéis 802 e 803 está fixado a um cabo separado 804 e 805, respectivamente associados a cada conjunto de turbina 705a e 705b.

[0210] Os cabos 802, 803 estendem-se a partir dos respectivos carretéis através de um canal fechado no corpo flutuante, e em torno das rodas de polia 806 e 807, montadas na parte inferior do corpo flutuante 703 e das estruturas de suporte 711a e 711b, respectivamente. As extremidades dos cabos podem ser ancoradas na parte inferior do corpo, ou roteadas por outras polias (não mostradas) de modo a serem ancoradas na parte superior do corpo. O roteamento dos cabos através de polias localizadas na parte inferior do corpo flutuante pode prover um maior efeito de alavanca e, por sua vez, reduzir a profundidade na qual o cabo se estende entre os conjuntos de turbina quando eles estão nas suas primeiras posições inferiores, durante o uso.

[0211] A utilização de cabos independentes para cada conjunto de turbina pode ser desejável para reduzir ou eliminar a possibilidade de "deslizamento" de um conjunto de turbina em relação ao cabo, o que poderia levar à instabilidade do aparelho gerador de energia. Novamente, o guincho pode ser usado para "frear" o movimento em direção à segunda posição. Os dois carretéis fixados juntos asseguram que os cabos sejam liberados com a mesma velocidade.

[0212] Se um conjunto se movesse para a segunda posição antes do outro, então o desequilíbrio de forças agiria de modo a girar o aparato gerador de energia, o que por si só exacerbaria a instabilidade. Este problema seria particularmente grave se um conjunto de turbina atingisse um batente de parada (quando presente) antes do outro conjunto. Ao frear ou limitar a taxa de movimentação dos conjuntos de turbina, como descrito acima, qualquer instabilidade desse tipo é evitada ou minimizada.

[0213] Outro aparelho gerador de energia 901 é mostrado na figura 15. As características em comum com o aparelho 701 são providas com numerais de referência semelhantes, incrementados por 200.

[0214] O aparelho de geração de energia 901 possui um corpo flutuante 903, e conjuntos de turbina 905a, 905b acoplados a cada lado do corpo flutuante e dispostos simetricamente em torno do dito corpo flutuante. Cada conjunto de turbina 905 possui uma nacele 907, na qual um rotor de turbina 909 está montado rotativamente. Cada uma das naceles 907 está acoplada à extremidade externa de uma estrutura de suporte 911. Na sua extremidade interna, cada estrutura de suporte está acoplada ao corpo flutuante 903 através de um conjunto de articulação 913, geralmente conforme descrito acima, de modo a que cada conjunto de turbina 905 possa se mover giratoriamente entre uma primeira posição, mostrada na figura 16(a), e uma segunda posição, mostrada na figura 16(b).

[0215] Cada um dos conjuntos de turbina 907a, 907b define um volume flutuante (não visível nas figuras), na forma de um tanque selado alojado dentro da estrutura de suporte

911. Outros espaços vazios são definidos dentro das naceles 907. Estes volumes flutuantes proporcionam uma força de flutuação que compensa parcialmente o peso dos conjuntos de turbina quando eles estão submersos. Em formas de incorporação alternativas, os conjuntos de turbina podem ter geralmente flutuação neutra.

[0216] O movimento entre a primeira e segunda posições é controlado por meio de um mecanismo impulsionado 1000 associado à cada conjunto de turbina 905. O mecanismo impulsionado inclui um cilindro hidráulico 1002 associado a cada conjunto de turbina, que está giratoriamente conectado ao corpo flutuante 903 em um ponto de montagem 1004.

[0217] Cada cilindro hidráulico 1002 também está giratoriamente conectado, no ponto pivô 1006, a um arranjo de acoplamento mecânico 1008. Cada arranjo de acoplamento mecânico consiste em uma série de conexões mecânicas 1010, e está acoplado, em uma primeira extremidade 1012, a uma escora 1014 geralmente triangular em uma parte superior de cada conjunto de turbina, e acoplado, em uma segunda extremidade 1016, a um suporte 1018 no corpo flutuante. Os acoplamentos na primeira e segunda extremidades são ambos articulados. Os componentes do mecanismo impulsionado podem ser mais claramente observados na vista ampliada da figura 17, na qual os cilindros hidráulicos estão estendidos e os conjuntos de turbina estão na segunda posição.

[0218] Como mostrado na figura 16, os cilindros hidráulicos 1002 podem ser estendidos e retraídos, de modo a moverem os conjuntos de turbina 905 entre a primeira e segunda posições, respectivamente. As escoras 1014 estão fixadas às estruturas de suporte 911 a uma certa distância das articulações 913, de modo a aumentar o efeito de alavanca aplicado pelo mecanismo impulsionado 1000 aos conjuntos de turbina 905a, 905b.

[0219] Na primeira posição (figura 16a), os rotores ficam posicionados para coletarem energia a partir do fluxo de água. Alterações na direção ou na taxa de fluxo, tais como as mudanças do fluxo da maré, resultam em forças aplicadas aos rotores 909, sendo transmitidas para o corpo flutuante 903 através do arranjo de acoplamento mecânico. Além disso, o movimento do corpo flutuante sobre a superfície devido a ondas, correntes, etc. também pode resultar na transmissão de tais forças relativas, devido à inércia e ao arrasto hidrodinâmico dos conjuntos de turbina. Essas forças podem incluir aquelas que agem para impelir os conjuntos de turbina a moverem-se em torno das articulações 913. As orientações dessas forças dinâmicas são geralmente indicadas pelas setas A e B.

[0220] Na primeira posição, as conexões mecânicas 1010 do arranjo de acoplamento mecânico 1008 ficam alinhadas longitudinalmente entre a primeira e segunda extremidades 1012, 1016. Assim, as forças são transmitidas entre os conjuntos de turbina e o corpo flutuante na direção C, ao longo das conexões mecânicas. Os eixos D dos cilindros hidráulicos 1002 são geralmente perpendiculares à direção C (que está alinhada na direção entre a primeira e segunda extremidades), e assim as forças dinâmicas C não são (ou são apenas minimamente) transmitidas aos cilindros hidráulicos. Os cilindros 1002 são capazes, consequentemente, de reterem eficazmente os conjuntos de turbina 905 na primeira posição.

[0221] Na segunda posição (figura 16b), o eixo D' dos cilindros hidráulicos e a linha C' entre a primeira e segunda extremidades 1012, 1016 mudaram (ao longo dos quais as forças dinâmicas são transmitidas), mas permanecem geralmente perpendiculares entre si. Assim, ao longo da faixa de movimento dos conjuntos de turbina, os cilindros hidráulicos 1002 ficam isolados das forças dinâmicas.

[0222] Pode ser desejável que os conjuntos de turbina tenham flutuação moderadamente negativa como um todo (por exemplo, para auxiliar na manutenção dos conjuntos de turbina na segunda posição). No entanto, opcionalmente, os volumes flutuantes podem ser configurados para serem lastreados, em que, removendo-se o lastro (por exemplo, bombeando-se água a partir dos tanques selados), os conjuntos de turbina podem apresentar flutuabilidade positiva ou neutra, para que possam ser movidos para a segunda posição em caso de falha do mecanismo impulsionado 1000.

[0223] Fazendo referência novamente à figura 17, para auxiliar na manutenção dos conjuntos de turbina na sua segunda posição, as correias de cabo 1020 podem ser fixadas em torno dos eixos dos pivôs 1006.

[0224] Opcionalmente, cada mecanismo impulsionado pode incluir mais de um cilindro hidráulico (por exemplo, dois para cada conjunto de turbina).

[0225] O conjunto de controle para os cilindros hidráulicos pode apresentar válvulas de contrapeso duplo para impedir o movimento não intencional do sistema, tal como o abaixamento acidental durante as operações de acesso à nacele.

[0226] Vantajosamente, todos os pontos de articulação e conexões hidráulicas dos mecanismos impulsionados 1000 estão localizados acima da linha d'água. Isto facilita a manutenção e o reparo /n situ.

[0227] A medição de posição opcional do grau de extensão dos cilindros 1002 (não mostrada nas figuras) é usada para fornecer feedback (avaliação) e permitir a sincronização dinâmica das posições dos conjuntos da turbina durante a elevação e o abaixamento entre a primeira e segunda posições. Além disso, divisores de fluxo no circuito hidráulico provêêm uma sincronização inicial entre os conjuntos de turbina.

[0228] Embora a invenção tenha sido descrita em conexão com as formas de incorporação ilustrativas acima, diversas modificações, adições e alterações podem ser feitas à invenção por um especialista na técnica sem fugir do escopo da invenção reivindicada.

Claims (33)

Reivindicações

1. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, para extrair energia a partir de água corrente, compreendendo: um corpo flutuante, e um conjunto de turbina acoplado ao corpo flutuante; com o conjunto de turbina compreendendo um rotor de turbina montado em uma nacele, e uma estrutura de suporte; com a estrutura de suporte estando acoplada em sua extremidade interna ao corpo flutuante, e em sua extremidade externa à nacele; com conjunto de turbina sendo giratoriamente móvel entre uma primeira posição e uma segunda posição; caracterizado por, quando o aparelho de geração de energia está flutuando em um corpo de água: na primeira posição, a nacele ficar totalmente submersa abaixo da superfície da água; e na segunda posição, pelo menos uma parte da nacele projetar-se acima da superfície da água.

2. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um único corpo flutuante.

3. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por compreender dois, ou mais que dois, conjuntos de turbina.

4, APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por dois ou mais conjuntos de turbina ficarem dispostos simetricamente em torno do corpo flutuante.

5, APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o / cada conjunto de turbina estar configurado para girar em torno de um eixo que é geralmente paralelo a um eixo longitudinal do corpo flutuante.

6. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por, na primeira posição, cada referido conjunto de turbina estender-se abaixo, e opcionalmente ao lado, do corpo flutuante, e, na segunda posição, cada mencionado conjunto de turbina estender-se geralmente ao lado do corpo flutuante.

7. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender um mecanismo impulsionado associado com o / cada conjunto de turbina, para mover o conjunto de turbina entre a primeira e a segunda posição.

8. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o mecanismo impulsionado ser acionado hidraulicamente.

9, APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o mecanismo impulsionado compreender pelo menos um cilindro hidráulico operativamente acoplado entre o corpo flutuante e o referido conjunto de turbina.

10. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o / cada cilindro hidráulico estar operacionalmente conectado entre um ou outro conjunto de turbina e um arranjo de acoplamento mecânico, com o arranjo de acoplamento mecânico estando acoplado, em uma primeira extremidade, ao conjunto de turbina, e, em uma segunda extremidade, ao corpo flutuante, com a distância entre as primeira e segunda extremidades do arranjo de acoplamento mecânico sendo variável por meio da operação do cilindro hidráulico.

11. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado por o / cada cilindro hidráulico estar giratoriamente conectado a dois dos seguintes componentes, conforme o caso: corpo flutuante, conjunto de turbina e arranjo de acoplamento mecânico.

12. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, quando dependente da reivindicação 10, caracterizado por o arranjo de acoplamento — mecânico — compreender duas ou mais conexões giratoriamente interconectadas estendendo-se a partir da primeira extremidade até a segunda extremidade.

13. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por, quando o conjunto de turbina está na primeira posição, as conexões ficarem geralmente alinhadas entre a primeira e a segunda extremidades.

14. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado por o / cada cilindro hidráulico possuir um eixo que cruza uma linha descrita entre a primeira e a segunda extremidades do arranjo de acoplamento mecânico, pelo menos quando o respectivo conjunto de turbina estiver próximo da primeira posição, e opcionalmente ao longo de toda a faixa de movimentação do conjunto de turbina.

15. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o cilindro hidráulico possuir um eixo estendendo-se em geral perpendicularmente à referida linha, pelo menos quando o respectivo conjunto de turbina estiver próximo da primeira posição, e opcionalmente ao longo de toda a faixa de movimentação do conjunto de turbina.

16. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 15, caracterizado por o mecanismo impulsionado compreender um aparelho de medição de posição, operável para detectar a posição do mecanismo impulsionado e, assim, a posição do / de cada conjunto de turbina.

17. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por o mecanismo impulsionado poder estar associado a um controlador operável para controlar o mecanismo impulsionado, com base nas informações recebidas do aparelho de medição de posição, operável para sincronizar o movimento de dois ou mais conjuntos de turbina.

18. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o / cada conjunto de turbina definir um ou mais volumes flutuantes, com o movimento da turbina da primeira posição para a segunda posição, e / ou da segunda posição para a primeira posição, sendo assistido por flutuação.

19. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 18, quando dependente das reivindicações 7 a 17, caracterizado por o mecanismo impulsionado ser o meio primário de movimentação do / de cada conjunto de turbina entre a primeira e segunda posições.

20. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 18 ou

19, caracterizado por a flutuabilidade do conjunto de turbina ser seletivamente variável.

21. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por a estrutura de suporte e / ou a nacele compreenderem um ou mais tanques de lastro, operáveis para serem seletivamente enchidos com gás para aumentar a flutuabilidade e / ou inundados com água para reduzir a flutuabilidade.

22. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o conjunto de turbina estar adaptado para ser travado em uma ou mais posições dentre a primeira e segunda posições.

23. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o movimento em direção à uma ou mais dentre a primeira ou segunda posições ser amortecido.

24. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por o movimento ser mecanicamente amortecido, por um amortecedor ou por um mecanismo impulsionado conforme descrito em qualquer uma das reivindicações 7 a 17.

25. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por à nacele compreender um gerador elétrico em linha, com o gerador sendo opcionalmente um gerador de acionamento direto.

26. APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o rotor de turbina compreender pás de rotor de passo variável e / ou de passo reversível.

27. CONJUNTO DE TURBINA, para um aparelho de geração de energia conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, tal conjunto de turbina compreendendo um rotor de turbina montado em uma nacele, e uma estrutura de suporte, com a estrutura de suporte estando configurada para ser acoplada, em sua extremidade interna, ao corpo flutuante, e acoplada, em sua extremidade externa, à nacele; caracterizado por, quando acoplado a um dito corpo flutuante, durante o uso, o conjunto de turbina ser giratoriamente móvel entre uma primeira posição e uma segunda posição, com o conjunto de turbina definindo um ou mais volumes flutuantes.

28. MÉTODO DE OPERAÇÃO DE UM APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, compreendendo um corpo flutuante que flutua em um corpo de água, e um conjunto de turbina acoplado ao corpo flutuante; o conjunto de turbina compreendendo um rotor de turbina montado em uma nacele, e uma estrutura de suporte, com a estrutura de suporte estando acoplada, em sua extremidade interna, ao corpo flutuador, e, em sua extremidade externa, à nacele; tal método sendo caracterizado por compreender: mover rotativamente o conjunto de turbina com o auxílio da flutuação, a partir de uma primeira posição, na qual a nacele está totalmente submersa abaixo da superfície da água, para uma segunda posição, em que pelo menos uma parte da nacele se projeta acima da superfície da água.

29. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado por o aparelho de geração de energia compreender mais de um conjunto de turbina simetricamente disposto em torno do corpo flutuante, com o método compreendendo mover os conjuntos de turbina entre a primeira e segunda posições simultaneamente.

30. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 28 ou 29, caracterizado por o conjunto de turbina possuir um único corpo flutuante.

31. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 28 a 30, caracterizado por o aparelho de geração de energia compreender um mecanismo impulsionado associado com o/cada conjunto de turbina, com o método compreendendo mover o / cada conjunto de turbina entre a primeira e segunda posições, utilizando o mecanismo impulsionado.

32. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 31, caracterizado por o conjunto de turbina estar configurado para sua flutuabilidade ser seletivamente variável, com o método compreendendo aumentar a flutuação do conjunto de turbina para efetuar ou auxiliar o movimento da primeira posição para a segunda posição, e / ou diminuir a flutuação do conjunto de turbina de modo a movê-lo da segunda posição para a primeira posição.

33. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 32, caracterizado por compreender a diminuição da flutuabilidade do corpo flutuante antes de mover o, ou cada, conjunto de turbina.