BRPI0402375B1 - Usina para geração de energia elétrica pelas ondas do mar - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "Usina para Geração de Energia Elétrica pelas Ondas do Mar".

Campo Técnico A concepção ora proposta trata de uma usina para geração de energia elétrica pelas ondas do mar, utilizando diferentes equipamentos interligados como flutuadores, bombas hidráulicas, câmara hiperbárica, válvula reguladora de vazão, turbina hidráulica e gerador elétrico. Técnicas Anteriores Segundo alguns registros, no ano de 1899 na França, a energia das ondas já era empregada diretamente no acionamento de bombas, serras, moinhos e outros mecanismos pesados. A partir da década de 70, com a crise do petróleo, houve um significativo incremento na pesquisa cientifica mundial para um melhor aproveitamento desse tipo de energia, particularmente na Europa.

Atualmente, já se inicia como demonstração comercial, o fornecimento de eletricidade produzida através da energia das ondas do mar. Como exemplos, a Holanda com o projeto AWS (Archimedes Wave Swing) com 2MW de potência, Portugal com o projeto OWC (Oscillating Water Column) com 400kW de potência, e o Reino Unido com o projeto LIMPET com 500 kW de potência. A Dinamarca se encontra na fase de instalação no mar do projeto WAVE DRAGON, com 4MW de potência.

Estados Unidos, Canadá, Austrália, Irlanda, Noruega, Nova Zelândia, Espanha, Suécia, Grécia, índia, China, Coréia e Japão são exemplos de países que também vem desenvolvendo tecnologia nessa área. A concepção de usina ora apresentada, difere das demais por incorporar no conjunto das instalações, câmaras hiperbáricas, operando a grandes pressões (até 2500 psi ou 1750 metros de coluna d'água). Dessa forma a usina opera com pressões equivalentes a até 1750 metros de coluna d'água.

Descrição Detalhada da Invenção Descrição dos Equipamentos e Funcionamento da Usina A presente invenção descreve uma usina para geração de energia elétrica pelas ondas do mar, através da ação de flutuadores de tamanhos e formas variáveis, preferencialmente de forma retangular, fixados em vigas horizontais treliçadas articuladas nas extremidades opostas aos flutuadores, que atuam como braços de alavanca para movimentar bombas hidráulicas de movimentos alternados. Estas bombas visam abastecer e manter elevada a pressão das câmaras hiperbáricas previamente pressurizadas com gás nitrogênio ou ar e água, caracterizando acumuladores hidráulicos. A água que abastece as câmaras hiperbáricas é então liberada com a mesma vazão de entrada por uma válvula controladora de vazão para acionar uma turbina. Esta válvula opera com pressões de até 2600 psi (175 bar) e vazões de 0,05 m3 a 0,3 m3. A rotação obtida no eixo da turbina é transmitida a um gerador elétrico para a conversão da energia mecânica em eletricidade. Um sistema eletro-eletrônico de controle monitora a tensão e a freqüência da eletricidade produzida, visando a alimentação adequada da rede elétrica local.

Os equipamentos que compõem a usina podem ser fixados numa plataforma apoiada no fundo do mar, próxima ao litoral (sistema nearshore). Para usinas instaladas na costa ou em piers já existentes, o sistema é denominado onshore. A usina pode também ser instalada em alto mar, em lâminas d'água superiores a 35 metros (sistema offshore.

Condições de Processos (parâmetros de operação) A potência gerada pela usina é dada pelo produto da vazão pela pressão fornecida pela câmara hiperbarica durante a operação. Esta pressão numa usina hidrelétrica convencional representa a altura da queda d'água (energia potencial) . As faixas de pressão de operação da usina estão associadas às condições de mar predominantes em cada local, tais como freqüência e altura médias das ondas, podendo assumir valores como os indicados na tabela abaixo. A usina pode utilizar como reservatório d'água o próprio oceano ou operar em circuito fechado com água tratada armazenada num reservatório contido na própria usina.

Após a sucção e bombeamento para as câmaras hiperbáricas, a água é então direcionada, em alta pressão, para uma turbina hidráulica. A vazão do jato d'água na turbina é controlada por uma válvula resistente a altas pressões, especialmente desenvolvida para atender ao controle da potência durante as variações da demanda elétrica, assim como a parada da usina para manutenção ou emergência.

Descrição dos desenhos A Figura 1 ilustra a seqüência dos equipamentos que compõem a usina, onde A representa o flutuador, B o braço horizontal de articulação, C bomba hidráulica de movimento alternativo, D plataforma de sustentação e fixação dos equipamentos, E câmara hiperbárica, F válvula reguladora de vazão, G turbina hidráulica, H gerador elétrico.

As Figuras 2 e 3 são desenhos em corte dos componentes internos da válvula controladora de vazão. Na Figura 2 a peça A representa o corpo principal da válvula, B a agulha de ajuste da vazão, C o anel roscado de ajuste da distância de aproximação da válvula, D a estrutura de fixação da válvula e E representa o conjunto mecânico responsável pelo ajuste fino da vazão. A Figura 3 detalha o conjunto mecânico de ajuste fino da vazão, onde A representa o corpo principal, B a agulha de ajuste da vazão, C conjunto de garras móveis (tipo alicate) do sistema de ajuste fino.

Vantagens -Produção de energia limpa e renovável. -Contribui adicionando energia elétrica a rede existente. -Pode ser instalada para abastecer ilhas ou outros locais da costa distantes da rede elétrica. -Instalações modulares e compactas requerendo baixas vazões por operarem com altas pressões, implicando em redução de custos. -Não requer importação, todos os itens são nacionais. -A alteração da potência pode ser feito pela adição ou retirada de módulos. -Além de não poluentes, outros possíveis impactos ambientais são praticamente desprezíveis. A configuração dos equipamentos ora listados na presente invenção, não devem ser considerados como limitativos ao escopo da mesma, pois podem sofrer variações de acordo com as características do sitio onde seram instalados os equipamentos.

Claims (1)

1-Usina para Geração de Energia Elétrica pelas Ondas do Mar, que consiste numa instalação composta de partes mecânicas e hidráulicas, mais especificamente utiliza flutuadores com braços horizontais, sendo os ditos flutuadores acoplados a bombas hidráulicas de movimentos alternados, utilizahdo câmaras hiperbáricas para o armazenamento da pressão dos fluidos gás nitrogênio e água e um grupo turbina/gerador, caracterizada por utilizar uma válvula reguladora de vazão, que consiste de um corpo principal A, da agulha de ajuste de vazão B, do anel roscado de ajuste da distância de aproximação da válvula C, da estrutura de fixação da válvula D e do conjunto mecânico responsável pelo ajuste fino da vazão E.