BRPI0911567B1

BRPI0911567B1 - plataforma flutuante para turbina eólica e método para operar uma plataforma flutuante para turbina eólica

Info

Publication number: BRPI0911567B1
Application number: BRPI0911567A
Authority: BR
Inventors: Cermelli Christian; Roddier Dominique
Original assignee: Principle Power Inc
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2020-01-21
Also published as: JP2011521820A; DK2271547T3; ES2456345T3; EP2271547B1; ZA201007419B; KR102027445B1; CA2719694C; US20110037264A1; US20150367918A1; US20130276687A1; KR20160040306A; WO2009131826A3; PT2271547E; PT2727813T; US8471396B2; PL2727813T3; BRPI0911567A2; JP5760132B2; JP2015016860A; WO2009131826A2

Abstract

plataforma marítima estabilizada por colunas, com placas para aprisionamento de água e sistema de amarração assimétrica para suporte de turbinas eólicas offshore - uma plataforma flutuante para turbina eólica inclui uma estrutura de flutuação (105)que inclui três colunas (102, 103) que são acopladas uma à outra com vigas principais horizontais (115). uma torre de turbina eólica (111) é montada sobre uma coluna de suporte da torre (102) para simplificar a construção do sistema e aumentar a resistência estrutural. as pás da turbina (101) são acopladas a uma nacela (125) que gira no topo da torre (111). o gerador da turbina e outros equipamentos elétricos podem ser montados tradicionalmente na nacela, ou mais abaixo na torre (111) , ou no topo da coluna que suporta a torre (102). a estrutura de flutuação (105) inclui um sistema de lastreamento com água que bombeia água entre as colunas (102, 103) para manter a torre (111) em um alinhamento vertical, independentemente da velocidade do vento. chapas de aprisionamento de água (107) são montadas no fundo das colunas (102, 103) para minimizar o movimento rotacional da estrutura de flutuação (105) devido a ondas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: PLATAFORMA FLUTUANTE PARA TURBINA EÓLICA E MÉTODO PARA OPERAR UMA PLATAFORMA FLUTUANTE PARA TURBINA EÓLICA.

Referência Cruzada a Pedidos Afins [0001] Este pedido de patente reivindica anterioridade ao Pedido de Patente Provisória Número U.S. 61/125241, intitulado “Plataforma Marítima Estabilizada por Colunas com Chapas para Aprisionamento de Água e Sistema de Amarração Assimétrica para Suporte de Turbinas Eólicas Offshore”, depositado em 23 de abril de 2008, cujo conteúdo total fica incorporado ao presente por referência.

Antecedentes [0002] Uma turbina eólica é uma máquina rotativa que converte a energia cinética do vento em energia mecânica, que então é convertida em eletricidade. Turbinas eólicas foram desenvolvidas para instalações terrestres e instalações offshore. As turbinas eólicas instaladas em terra firme são fixadas ao solo e localizam-se em áreas de ventos. Há turbinas eólicas de eixo vertical, que têm o eixo rotor principal na posição vertical e turbinas eólicas de eixo horizontal, que têm um eixo rotor horizontal apontado para o vento. As turbinas eólicas de eixo horizontal geralmente têm uma torre e um gerador elétrico acoplado ao topo da torre. O gerador pode ser acoplado diretamente ou via uma caixa de câmbio ao conjunto central e pás da turbina.

[0003] Turbinas eólicas também foram usadas para aplicações offshore. Sistemas offshore de uma única torre são montados no leito do mar e são limitados a profundidades rasas de água, de até 30 metros. Se a torre da turbina for montada sobre uma base mais ampla, tal como uma estrutura de treliça, essa exigência de pouca profundidade pode ser aumentada para 50 metros. Em águas mais profundas, somente sistemas flutuantes podem ser considerados economicamente

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2/40 viáveis. A desvantagem dos sistemas de águas rasas é que, tipicamente, a água só é rasa próximo à costa. Assim, turbinas eólicas próximas da costa podem bloquear a vista da costa e criar obstruções à navegação e possíveis riscos para embarcações marítimas e aéreas. [0004] Atualmente vários conceitos de plataformas flutuantes para turbinas eólicas offshore estão sendo desenvolvidos. Geralmente, esses conceitos podem ser classificados em três categorias principais: Spars, Plataformas de Pernas Atirantadas (TLPs, do inglês Tension Leg Platforms) e sistemas semissubmersíveis/híbridos. Exemplos de plataformas flutuantes para turbinas eólicas incluem o Spar Statoil Norsk-Hydro Hywind (Figura 1), o protótipo recente Blue H TLP (Figura 2), o híbrido spar SWAY/TLP (Figura 3), o sistema semissubmersível Force Technology WindSea (Figura 4) e o semissubmersível Trifloater (Figura 5). Com referência à Figura 1, spars são estruturas alongadas que são carregadas com uma quantidade significativa de lastro no fundo da estrutura e tanques flutuantes perto da linha de flutuação. Para fins de estabilidade, o centro de gravidade precisa ser mais baixo que o centro de flutuação. Isso garante que o spar flutue na vertical. O spar é amarrado ao leito do mar com uma quantidade de linhas que mantêm o spar no lugar. Em termos gerais, as estruturas do tipo spar apresentam um desempenho melhor do que os semissubmersíveis no que se refere a movimentos lineares, devido ao calado mínimo da spar e à resposta reduzida às forças indutoras de ondas verticais. Entretanto, eles também apresentam mais movimentos de pitch and roll (balanço longitudinal e balanço transversal) do que os outros sistemas, já que a área de flutuação que contribui para a estabilidade é reduzida nessa categoria.

[0005] Com referência à Figura 2, as TLPs têm cabos ou tubos de aço verticalmente tensionados que ligam a plataforma flutuante diretamente ao leito do mar. Não há necessidade de um centro de gravi

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3/40 dade baixo para a estabilidade, exceto na fase de instalação, quando módulos de flutuação podem ser temporariamente acrescentados para fornecer estabilidade suficiente. As TLPs apresentam movimentos lineares e movimentos angulares muito bons, mas a complexidade e o custo de instalação da amarração, as mudanças na tensão da cordoalha por causa da variação da maré, e o acoplamento estrutural entre a torre e o sistema de amarração são três importantes obstáculos para os sistemas de TLP.

[0006] Quando se comparam diferentes tipos de estruturas de turbinas eólicas offshore, os movimentos induzidos pelas ondas e pelo vento não são os únicos aspectos do desempenho a serem considerados. As considerações de natureza econômica representam um papel significativo. É, portanto, importante que se estudem cuidadosamente os custos de fabricação, instalação, comissionamento/descomissionamento, e a facilidade de acesso para metodologias de manutenção. Os conceitos semissubmersíveis com um calado raso e boa estabilidade em condições operacionais ou de trânsito são significativamente mais baratos para rebocar, instalar e comissionar/descomissionar do que as spars, devido ao seu calado, e do que as TLPs, devido a sua baixa estabilidade antes da conexão com a cordoalha.

Sumário da Invenção [0007] O presente documento descreve plataformas flutuantes semissubmersíveis para turbinas eólicas offshore que incluem no mínimo três colunas. Além de pelo menos três colunas, as plataformas para turbinas eólicas descritas no presente documento incluem características adicionais que melhoram o desempenho da plataforma para turbina eólica. Em uma incorporação representada na Figura 6, a plataforma flutuante para turbina eólica inclui um sistema de lastro ativo que move o lastro de água entre as colunas para manter a torre ali

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4/40 nhada verticalmente. Além disso, um sensor de alinhamento pode ser acoplado à plataforma para determinar a carga de vento. Mais ainda, a plataforma para turbina eólica de acordo com a presente descrição pode incluir uma ou mais características, tais como um sistema de amarração assimétrica e um sistema de lastro ativo que facilitam a produção de uma estrutura que pode não apenas suportar cargas ambientais, mas que também tem um peso relativamente leve quando comparado com o de outros tipos de plataformas e que pode levar a uma produção mais econômica de energia.

[0008] As colunas incluídas nas plataformas descritas no presente documento podem ser acopladas uma à outra com um sistema de treliça tubular que inclui vigas de apoio horizontais e verticais. Uma chapa horizontal de aprisionamento de água fica presa ao fundo de algumas ou de todas as colunas. A torre da turbina eólica é submetida a cargas de vento consideráveis no alto da estrutura e o espaçamento entre as colunas proporciona estabilidade. Em uma incorporação, conforme ilustra a Figura 6, a torre da turbina é presa ao topo de uma das colunas, que, por sua vez, é acoplada às outras colunas pelas vigas principais. Essa construção melhora a eficiência estrutural da plataforma flutuante para turbina eólica e permite que a estrutura tenha um peso relativamente leve.

[0009] Em uma outra incorporação, ilustrada na Figura 7, a torre da turbina é acoplada diretamente acima de uma coluna de flutuação que suporta o peso da torre e componentes da turbina eólica. Nessa incorporação, as outras colunas funcionam para estabilizar a plataforma e manter a torre em um alinhamento vertical. Além disso, um sistema de flutuação ativa pode ser usado para movimentar o lastro entre as colunas. Na incorporação mostrada na figura 7, por causa do peso da torre não ser suportado pela flutuação das colunas externas, a plataforma não exige tanto suporte estrutural entre as colunas externas e

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5/40 a coluna central da torre. Em contraste, em alguns projetos anteriores nos quais a torre é posicionada no centro do convés, a estrutura é relativamente pesada e potencialmente menos viável economicamente porque, devido ao peso da torre e turbina e ao momento aerodinâmico, a estrutura precisa suportar grandes cargas no centro de uma longa estrutura.

[00010] Uma nacela, que pode abrigar, por exemplo, um ou mais sistemas de controle do passo, a caixa de câmbio, o controlador de guinada e o gerador, pode ser montada no topo da torre e fornecer suporte ao cubo central e pás da turbina que se estendem a partir do cubo. O cubo pode incluir um mecanismo que permite que o passo das pás da turbina seja ajustado de modo que a velocidade rotacional das pás da turbina seja constante dentro de uma variação normal da velocidade do vento. A nacela pode ser acoplada a um sistema de controle do passo, que aponta as pás da turbina diretamente para o vento, a fim de alcançar a maior eficiência possível. Os equipamentos da turbina eólica, tais como caixa de câmbio e gerador elétrico, que tipicamente ficam posicionados dentro da nacela, podem ficar abrigados ali, ou podem ser posicionados mais abaixo na torre ou no topo da coluna. As turbinas de transmissão direta, que não têm uma caixa de câmbio, também podem ser usadas com as plataformas descritas no presente. A energia elétrica produzida pelo gerador pode ser em frequência e amplitude aleatórias devido à velocidade variável do vento. A energia elétrica pode ser alterada com um transformador, um inversor e um retificador, para produzir voltagem e corrente uniformes. Esses componentes elétricos podem ser localizados na nacela, ao pé da torre ou em outra coluna. A eletricidade proveniente da turbina eólica pode ser transmitida através de um cabo elétrico que corre para o fundo do mar e uma estação de força. Em lugar de correr diretamente para o fundo do mar, uma parte do cabo pode ser acoplada a mecanismos de flutu

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6/40 ação que elevam a referida parte do cabo. O cabo pode, então, ter um caminho curvo, o que permite que a plataforma flutuante para turbina eólica se movimente verticalmente ou horizontalmente com as ondas, correntes e marés sem acrescentar tensão significativa ao cabo.

[00011] Em uma incorporação, a plataforma flutuante para turbina eólica tem uma configuração especial que é uma estrutura de alta resistência. As vigas principais montadas entre as colunas são iguais em comprimento e formam essencialmente um triângulo equilátero. Vigas cruzadas de apoio horizontal são acopladas entre as vigas principais adjacentes, a aproximadamente um terço do comprimento das vigas principais. As vigas de apoio cruzadas e as vigas principais formam triângulos equiláteros adicionais nos três cantos do triângulo formado pelas vigas principais. Vigas de apoio vertical são acopladas entre as seções médias das colunas e um terço do comprimento das vigas principais. Os triângulos formados pelas vigas de apoio verticais, colunas e vigas principais são, essencialmente, triângulos isósceles retos. Essa configuração proporciona uma estrutura forte que pode suportar as forças de carga necessárias, ao mesmo tempo em que minimiza a quantidade de material para a construção da plataforma flutuante para turbina eólica.

[00012] Em incorporações específicas, uma plataforma flutuante para turbina eólica de acordo com a plataforma descrita no presente pode ser projetada para ser fabricada e montada inteiramente no cais. Por exemplo, pode-se usar um guindaste para montar os componentes da plataforma flutuante para turbina eólica que pode ser completamente construída no local da montagem no cais. Além disso, quando se desejar, os componentes da turbina eólica podem ser montados e integrados com a plataforma e subestrutura no cais. Após a finalização da montagem, o lastro pode ser completamente removido das colunas da plataforma flutuante para turbina eólica, para que a estrutura possa

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7/40 flutuar para fora de um canal até o local da instalação. Se houver necessidade de flutuação adicional para reduzir o calado para sair de um canal, um módulo de flutuação pode ser preso a uma ou mais colunas para reduzir o calado. Assim que a plataforma alcançar águas mais profundas, o módulo de flutuação poderá ser removido e as colunas poderão ser parcialmente preenchidas com lastro de água para estabilizar a plataforma.

[00013] Âncoras marinhas podem ser presas ao leito do mar antes de se rebocar a plataforma flutuante para turbina eólica até o local de instalação. Quando a plataforma flutuante para turbina eólica for colocada em sua posição, as linhas de amarração poderão ser presas às colunas e apertadas até atingir uma tensão previamente determinada. Em uma incorporação, a torre é montada sobre uma das colunas e as linhas de amarração são dispostas de maneira assimétrica, com mais linhas de amarração acopladas à coluna que suporta a torre da turbina do que às outras colunas. Por exemplo, se forem usadas quatro linhas de amarração, duas dessas linhas serão conectadas à coluna que suporta a torre com intervalos de um ângulo de aproximadamente 90 graus e uma linha será conectada a cada uma das colunas restantes. Como outro exemplo, se forem usadas seis linhas de amarração, quatro linhas de amarração poderão ser conectadas à coluna que suporta a torre a intervalos de aproximadamente 60 graus numa amplitude de 180 graus e cada uma das outras linhas será acoplada a uma única linha de amarração. Os ângulos das linhas de amarração podem ser configurados para cruzar na coluna da torre. Se for usada uma plataforma flutuante para turbina eólica simétrica, as linhas de amarração poderão ser acopladas à plataforma simetricamente. Por exemplo, pode-se usar um total de seis linhas de amarração com duas linhas de amarração acopladas a cada uma das colunas.

[00014] As linhas de amarração podem ser linhas convencionais no

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8/40 formato de catenárias, compostas por uma combinação de corrente, cordas de arame e âncoras para enterramento por arrasto. Alternativamente, as linhas de amarração podem ser compostas por seções esticadas de poliéster e incluir também pesos em blocos, que são massas pesadas suspensas em seções do sistema de amarração. Em uma incorporação, as âncoras são enterradas no leito do mar e uma seção da corrente é acoplada às âncoras. Uma linha de poliéster pode ser presa à corrente para conferir alguma elasticidade à linha de amarração. Quando a referida linha de poliéster for usada, a extremidade oposta da linha de poliéster pode ser acoplada a uma extensão adicional de corrente que é presa a um ou mais mecanismos de tração em cada uma das colunas. Blocos pesados podem ser presos às correntes que são conectadas a cada uma das colunas para baixar o ângulo das correntes em relação às colunas, e as linhas de amarração podem ser esticadas por mecanismos acoplados a cada uma das colunas.

[00015] Se a turbina eólica e a torre forem montadas sobre uma das três colunas, uma coluna suporta mais peso e o casco fica assimetricamente equilibrado quando não há vento. Entretanto, a força do vento contra as pás e torre da turbina causam um momento contra a torre que normalmente empurra a torre na direção contrária ao centro da plataforma. Esse momento aplica uma força descendente sobre a coluna que suporta a torre, ao mesmo tempo em que reduz a força descendente sobre as colunas independentes que não suportam a torre. [00016] Quando a turbina eólica é instalada, a turbina eólica gira e o gerador produz eletricidade. Entretanto, a velocidade e direção do vento podem mudar frequentemente. Portanto, em certas incorporações, uma turbina utilizada em uma plataforma de acordo com a presente descrição pode incluir um sistema de direção do vento com um sensor de direção do vento e um sistema de controle do passo. Nas referidas incorporações, o sensor de direção do vento detecta mudanças na di

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9/40 reção do vento e o sistema de controle do passo gira a necela (yaw, guinada) no topo da torre para alinhar as pás da turbina com a direção do vento. Além disso, uma turbina utilizada em uma plataforma de acordo com a presente descrição pode incluir um sensor de velocidade do vento que detecta mudanças na velocidade do vento e fica acoplado a um sistema de controle do passo da turbina que reage a mudanças na velocidade do vento induzindo uma mudança no passo das pás da turbina para otimizar a energia produzida ou minimizar as forças que arrastam o vento sobre as pás da turbina. Exemplos de sensores de direção e velocidade do vento disponíveis no mercado podem ser encontrados em Campbell Scientific Ltd., Reino Unido e NovaLynx Corp., E.U.A.

[00017] À medida que a velocidade do vento aumenta contra a torre e as pás da turbina, a força do vento pode fazer com que toda a plataforma flutuante para turbina eólica se incline saindo do alinhamento vertical. A fim de compensar pelas forças do vento (empuxo), uma plataforma flutuante para turbina eólica de acordo com a presente descrição inclui um sistema interno de lastro que utiliza bombas de água para movimentar a água entre cada uma das colunas. Em uma incorporação, o sistema interno de lastro inclui um ou mais sensores de alinhamento acoplados a um controlador que controla as bombas do sistema de lastro. Se um sensor de alinhamento detectar que a plataforma flutuante para turbina eólica está se inclinando na direção de uma das colunas, o sistema interno de lastro pode bombear a água para fora da coluna com baixa flutuação e para dentro das outras colunas para aumentar a flutuação da coluna baixa e reduzir a flutuação das outras colunas. Essa movimentação da água levanta o canto de baixa flutuação da plataforma, para que a torre volte a apresentar um alinhamento vertical. Quando o sensor de alinhamento detectar que o alinhamento vertical foi restabelecido, as bombas podem ser desliga

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10/40 das. Como só é necessário compensar por momento de virada aplicado à estrutura, em uma incorporação do sistema interno de lastro não há necessidade de bombear mais água de fora e o sistema interno de lastro pode funcionar em um circuito fechado.

[00018] Como a operação do sistema interno de lastro exige o bombeamento de uma quantia substancial de água, o tempo de resposta para se alcançar o ajuste do lastro pode durar até 15 a 30 minutos. Em uma incorporação, o sensor de alinhamento pode ser constituído por dois giroscópios que podem detectar o movimento rotacional ao redor dos eixos X e Y no plano horizontal. Em alinhamento vertical perfeito, os giroscópios dos eixos X e Y não detectam qualquer rotação da plataforma. Entretanto, se houver qualquer inclinação da plataforma flutuante para turbina eólica, os giroscópios dos eixos X e/ou Y podem detectar o movimento rotacional. Esse sensor de alinhamento pode ser acoplado a um controlador que responde ao desalinhamento bombeando água para as colunas conforme necessário para corrigir o erro no alinhamento vertical. Em uma incorporação, o sistema de lastro é um sistema fechado que isola completamente a água de lastro da água do mar circundante. Nessa incorporação, como a água do mar não pode entrar nas colunas, as colunas não podem ser inundadas e a plataforma não pode emborcar por causa de um mau funcionamento do sistema de lastro.

[00019] Em uma incorporação, o sistema de controle da turbina e o sistema de lastro são acoplados de modo que a torre possa ficar na posição vertical, mas a bomba de lastro ainda pode precisar funcionar até que a turbina esteja no modo ótimo de produção de energia. Nesse caso, o passo da pá da turbina é modificado para reduzir o empuxo e manter o mastro na vertical. O passo da pá pode, então, ser lentamente devolvido ao seu melhor ângulo à medida em que a água de lastro é bombeada de uma coluna para a próxima.

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11/40 [00020] As plataformas para turbina eólica descritas no presente podem ser usadas como plataformas solitárias ou, alternativamente, as plataformas descritas no presente podem ser posicionadas como parte de uma pluralidade de plataformas flutuantes para turbina eólica dispostas em um parque eólico. A energia elétrica de cada uma das turbinas eólicas pode ser combinada e transmitida através de um único cabo para uma casa de força que pode ser terrestre ou ficar sobre uma plataforma flutuante separada. Em uma incorporação como essa, uma das plataformas pode ser usada para alojamento da tripulação ou para manutenção. Isso pode proporcionar uma área abrigada e segura onde a tripulação pode ficar protegida de severas condições climáticas ambientais.

[00021] Se uma plataforma flutuante para turbina eólica conforme a descrita no presente documento precisar ser devolvida às docas para manutenção ou descomissionamento, a plataforma pode ser desconectada das linhas de amarração e cabo de força e rebocada para o local de montagem no cais. Nos canais de água rasa o lastro fixo de água pode ser bombeado para fora, de modo que o calado da plataforma seja reduzido ao seu calado de trânsito. Se necessário, um ou mais módulos de flutuação podem ser acoplados às colunas, caso o calado de trânsito precisar ser reduzido ainda mais.

Breve Descrição dos Desenhos [00022] A Figura 1 ilustra uma plataforma flutuante para turbina eólica do tipo spar, [00023] A Figura 2 ilustra uma plataforma flutuante de pernas atirantadas (TLP) para turbina eólica;

[00024] A Figura 3 ilustra uma plataforma flutuante de pernas atirantadas/spar para turbina eólica;

[00025] A Figura 4 ilustra uma plataforma flutuante semsubmersível para turbina eólica;

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12/40 [00026] A Figura 5 ilustra uma vista em perspectiva de uma plataforma flutuante semissubmersível para turbina eólica;

[00027] A Figura 6 ilustra uma plataforma flutuante semissubmersível assimétrica para turbina eólica;

[00028] A Figura 7 ilustra uma vista elevada de uma plataforma flutuante semissubmersível para turbina eólica;

[00029] A Figura 8 ilustra uma vista superior de uma plataforma flutuante semissubmersível para turbina eólica;

[00030] A Figura 9 ilustra uma chapa para aprisionamento de água conectada ao fundo da plataforma flutuante para turbina eólica;

[00031] A Figura 10 ilustra uma vista superior da plataforma flutuante semissubmersível assimétrica para turbina eólica;

[00032] A Figura 11 ilustra uma vista superior da plataforma flutuante semissubmersível assimétrica para turbina eólica;

[00033] A Figura 12 ilustra uma vista elevada da plataforma flutuante semissubmersível para turbina eólica com um sistema de linhas de amarração esticadas.

[00034] A Figura 13 ilustra uma vista elevada da plataforma flutuante semissubmersível para turbina eólica com um sistema de linhas de amarração em catenária.

[00035] A Figura 14 ilustra um diagrama do sistema de controle de lastro;

[00036] As Figuras de 15 a 17 ilustram uma vista elevada da plataforma flutuante para turbina eólica reagindo a mudanças na velocidade do vento;

[00037] As Figuras de 18 a 20 ilustram uma vista elevada da plataforma flutuante para turbina eólica reagindo a mudanças na velocidade do vento;

[00038] As Figuras de 21 a 23 ilustram a sequência de etapas para remover a plataforma flutuante para turbina eólica desde o cais até alto

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13/40 mar;

[00039] A Figura 24 ilustra um arranjo de um grupo de plataformas flutuantes semissubmersíveis assimétricas para turbina eólica.

Descrição Detalhada [00040] Descrevem-se, no presente documento, plataformas flutuantes semissubmersíveis para turbina eólica. As plataformas descritas no presente podem ser usadas, por exemplo, em instalações de turbinas eólicas offshore. Com referência à Figura 6, um sistema de turbina eólica de acordo com a presente descrição pode incluir uma plataforma offshore 105 tendo no mínimo, três colunas 102, 103. Uma chapa plana de aprisionamento de água 107 fica presa ao fundo de cada coluna 102, 103. Em uma incorporação, as colunas 102, 103 têm um formato cilíndrico. No entanto, as colunas podem ser configuradas em qualquer formato adequado para a construção de uma plataforma para turbina eólica. Uma torre da turbina eólica 111 fica posicionada diretamente sobre uma coluna estabilizante 102. As duas colunas estabilizantes independentes 103 que não suportam a torre da turbina 111 são separadas por um ângulo que pode variar de cerca de 40 a 90 graus desde a coluna que suporta a torre 102. Embora a plataforma 105 mostrada na ilustração inclua três colunas 102, 103, em outras incorporações a plataforma pode incluir quatro ou mais colunas.

[00041] As colunas 102, 103 são interligadas com uma estrutura de treliça composta das vigas principais 115, vigas de apoio 116 e vigas cruzadas 117. As vigas principais 115 são conectadas aos topos e fundos das colunas 102, 103 e vigas de apoio 116, que são conectadas acopladas entre as vigas principais 115 e as colunas 102, 103. As vigas cruzadas são conectadas entre as colunas principais adjacentes 115. Em uma incorporação, as vigas principais 115 podem ser configuradas de tal modo que se cruzam com as três colunas 102, 103 e formam um triângulo equilátero. Semelhantemente, as vigas de apoio ho

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14/40 rizontais 117 e vigas principais 115 podem ser configuradas de modo a formar triângulos equiláteros adicionais. Em uma incorporação, as vigas de apoio verticais 116 são acopladas às colunas 102, 103 aproximadamente na metade da altura e acopladas às vigas principais 115 em pontos que correspondem a aproximadamente um terço do comprimento da viga principal. As vigas principais 115, colunas 102, 103 e vigas de apoio vertical 116 podem formar triângulos isósceles retos. Em uma incorporação, as vigas principais 115, as vigas de apoio verticais 116 e vigas de apoio horizontais 117 são, preferivelmente, estruturas tubulares ocas de corte transversal circular ou retangular. Alternativamente, as vigas principais 115, vigas de apoio verticais 116 e vigas de apoio horizontais 117 também podem ser vigas I, H ou T sólidas. Em outras incorporações a três colunas 102, 103, as vigas de apoio 116 e vigas de apoio horizontais 117 podem formar quaisquer outros tipos de configurações geométricas adequadas para se conseguir uma plataforma que mostre a resistência, o peso, a capacidade de carga, ou outras características de desempenho desejadas.

[00042] O projeto de plataforma flutuante para turbina eólica conforme descrição no presente documento proporciona uma estrutura resistente e eficiente. A resistência pode ser atribuída às estruturas tetraédricas formadas nos cantos da plataforma pelas colunas, vigas principais, vigas de apoio verticais e vigas de apoio horizontais. Uma análise de carga da estrutura mostra que é mais provável que alguma deformação ocorra na seção média das vigas principais 115 entre os tetraedros adjacentes. Embora a geometria da estrutura seja muito eficiente, a resistência da estrutura também pode ser aumentada, por exemplo, aumentando-se o diâmetro exterior ou a espessura da parede das vigas principais 115, vigas de apoio verticais 116 e vigas de apoio horizontais 117. Se as vigas principais 115, as vigas de apoio verticais 116 e vigas de apoio horizontais 117 forem estruturas tubula

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15/40 res, a vida em fadiga da estrutura pode ser substancialmente prolongada aumentando-se a espessura da parede. Por exemplo, se a espessura da parede dos tubos for o dobro da espessura nominal da parede, a vida em fadiga da estrutura pode aumentar aproximadamente 10 ou 20 vezes a vida em fadiga da estrutura tubular de espessura nominal. A espessura da parede pode ser aumentada em uma seção curta próxima dos cruzamentos das vigas principais 115 com as vigas de apoio verticais 116 e vigas de apoio horizontais 117.

[00043] Em uma incorporação, o diâmetro ou largura da base da torre da turbina 111 é próximo, porém levemente menor que o diâmetro ou largura da coluna 102 sobre a qual se localiza. Essa uniformidade maximiza a continuidade da estrutura e minimiza as concentrações de esforço nas áreas críticas da estrutura da plataforma 105. As concentrações de esforço podem ser mais altas na junção da torre da turbina 111 e coluna 102 sobre a qual se localiza a torre da turbina 111, onde os momentos fletores são mais altos devido a momentos induzidos pelo vento e onde as vigas principais 115 conectam-se às outras colunas estabilizadoras 103. Em uma incorporação, o diâmetro das colunas 102, 103 pode ser uniforme para criar uma estrutura reta, tal como uma estrutura cilíndrica reta, ao mesmo tempo em que a torre 111 pode ser maior na base e afinar até um diâmetro ou espessura menor no topo. As colunas 102, 103 podem ser construídas soldandose uma quantidade de seções tubulares de diâmetros uniformes, ao passo que a torre 111 pode ser construída parafusando-se e/ou soldando-se uma série de seções de diâmetros gradativamente menores. As colunas 102, 103 e a torre 111 podem ser reforçadas com estruturas internas como chapas, frisos e flanges internas.

[00044] Como as colunas 102, 103 só fornecem flutuabilidade e estabilidade para a plataforma flutuante para turbina eólica, apenas um espaço mínimo de convés 119 é necessário entre os topos das colu

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16/40 nas 103. Passagens estreitas podem ser localizadas no topo das vigas principais superiores 115, ligando cada uma das colunas 102, 103. Podem-se usar áreas adicionais na plataforma 105 para suportar estruturas secundárias, tais como células solares auxiliares ou para suporte de conversores de energia das ondas e para fornecer acesso ao redor da torre 111 da turbina eólica. Em uma incorporação, os conveses 119 são posicionados no topo de uma ou mais colunas estabilizadoras 102, 103 e a coluna estabilizadora e conveses 119 são configurados de modo que as mais altas cristas de onda esperadas não alcancem ou danifiquem o equipamento do convés ou as pás da turbina 101. Escadas e uma estrutura de doca para embarcações podem ser acopladas a qualquer das colunas 102, 103. A plataforma 105 pode ser presa ao leito do mar por meio de linhas de amarração 131-141 presas aos fundos das colunas 102, 103.

[00045] As pás da turbina 101 são longas no comprimento e estreitas na largura, tendo uma razão de aspecto muito alta. As pás da turbina 101 são ligadas em suas bases a um cubo de roda, um motor e atuadores que podem mudar o passo das pás 101. O passo das pás 101 pode ser ajustado de modo a otimizar a produção de energia elétrica do gerador. Isso pode ser realizado ajustando-se o passo das pás para manter uma velocidade constante de rotação ao longo de uma variação das velocidades do vento. Nas velocidades de vento mais baixas, o passo das pás da turbina é mais baixo, para que elas possam manter uma velocidade rotacional máxima. Em contraste, nas velocidades de vento mais altas, o passo aumenta para impedir que a rotação exceda a taxa ótima de rotação. Para detectar a verdadeira velocidade, a turbina eólica pode incluir um anemômetro que detecta a velocidade do vento e um controlador pode ajustar o passo das pás da turbina 101 para o ângulo de passo adequado com base na velocidade do vento detectada. Sistemas comerciais de controle do passo das pás

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17/40 da turbina podem ser adquiridos de LTiREEnergy, Alemanha e Bosch Rexroth, Alemanha.

[00046] O alinhamento preciso das pás da turbina 101 com uma orientação perpendicular à direção do vento leva à geração do máximo de energia elétrica. Para facilitar o referido posicionamento, a turbina eólica pode incluir um sistema de direção do vento que inclui, por exemplo, um sensor da direção do vento que detecta qualquer desalinhamento e um sistema de controle de guinada (yaw). Sensores de inclinação comerciais podem ser adquiridos de Pepper&Fuches, Alemanha, e MicroStrain, Inc., EUA. Se um deslocamento angular for detectado pelo sensor de direção do vento, o controlador pode acionar um motor de guinada que gira a nacela, o cubo e as pás da turbina 101. Em uma incorporação, as pás da turbina 101 e o cubo são acoplados a uma caixa de câmbio que aumenta a velocidade rotacional das pás da turbina 101 para uma velocidade adequada para a geração de eletricidade. A caixa de câmbio aumenta a velocidade rotacional de um eixo de transmissão, que é acoplado a um gerador que produz eletricidade. Em outra incorporação, usa-se uma turbina de transmissão direta. Não há caixa de câmbio e o eixo de transmissão é acoplado diretamente ao gerador, que pode ficar na nacela ou na torre.

[00047] A produção de eletricidade geralmente aumenta com a velocidade do vento. Entretanto, tipicamente é necessária uma velocidade do vento mínima de cerca de 3 metros por segundo para fazer as pás da turbina girarem. Para um gerador de turbina eólica típico, a produção de energia continua a aumentar à medida que aumenta a velocidade do vento, alcançando até cerca de 12 metros por segundo, e numa variação de velocidades do vento de 6 a 12 metros por segundo, o passo das pás da turbina se ajusta para otimizar a produção de energia elétrica. Com velocidades do vento acima de 12 metros por segundo, as pás da turbina de um gerador de turbina eólica típico são

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18/40 ajustadas para controlar a força de levantamento e deixar a turbina girar em sua velocidade ótima, mantendo assim a produção máxima de energia. Um gerador de turbina de 5 megawatts pode alcançar uma produção máxima de energia a uma velocidade do vento de cerca de 12 metros por segundo. A velocidades de vento mais altas, entre cerca de 12 a 25 metros por segundo, o gerador produz 5 megawatts de energia elétrica, mas as pás da turbina são giradas em um ângulo de passo mais alto para reduzir as cargas de força do vento sobre as pás da turbina e manter a velocidade ótima de rotação. A velocidades de vento acima de cerca de 25 metros por segundo, o sistema de turbina eólica pode ser desligado e estacionado. As pás da turbina são ajustadas para minimizar as forças do vento e também podem travar até que a velocidade do vento diminua, para impedir o aumento excessivo da velocidade e danos à turbina eólica.

[00048] Embora a plataforma flutuante para turbina eólica tenha sido, até este ponto, ilustrada com uma posição assimétrica da torre, em outras incorporações a torre se localiza simetricamente entre as colunas. Com referência às Figuras 7 e 8, uma plataforma flutuante para turbina eólica 106 é ilustrada com a torre 111 localizada simetricamente entre as colunas 103. A Figura 7 ilustra uma vista elevada da plataforma flutuante para turbina eólica 106, e a Figura 8 ilustra uma vista superior da plataforma flutuante para turbina eólica 106. Nessa incorporação, a torre 111 é montada sobre uma coluna de flutuabilidade 104. A coluna de flutuabilidade pode ser uma estrutura oca que fornece alguma ou toda a força de flutuação necessária para suportar o peso da torre 111, da nacela 125, da pá da turbina 101 e outros componentes do sistema. Como a coluna de flutuabilidade 104 é na maior parte oca e desloca um grande volume de água, ela é instável. Para estabilizar a plataforma flutuante para turbina eólica 106, a coluna de flutuabilidade 104 é acoplada a três das colunas mais estabilizadoras

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103, que incluem um sistema de lastro para estabilizar a torre 111. A plataforma flutuante para turbina eólica 106 pode ter vigas de suporte 108 que se prolongam entre as colunas estabilizadoras 103 e a coluna de flutuabilidade 104, bem como vigas de apoio 112 que se prolongam entre as colunas estabilizadoras 103 e a coluna de flutuabilidade 104. Outros detalhes estruturais da plataforma flutuante para turbina eólica são iguais aos descritos acima com referência à Figura 6.

[00049] As plataformas para turbinas eólicas descritas no presente incluem uma ou mais chapas horizontais para aprisionamento de água 107 presas às bases de cada uma das colunas da plataforma. Uma ou mais chapas de aprisionamento de água 107 estão posicionadas de tal modo que ficam submersas. Com referência à Figura 9, a função da chapa para aprisionamento de água 107 é fornecer massa hidrodinâmica e amortecimento. A quantidade de água “embarcada” por uma chapa quadrada com comprimento lateral λ movendo-se ao longo de sua direção anormal é aproximadamente igual a ρλ³ onde p é a densidade da água. Uma grande quantidade de água embarcada, também conhecida como massa hidrodinâmica é, portanto, associada a uma chapa horizontal quadrada de dimensões substanciais em movimento vertical. Uma chapa retangular com uma razão de aspecto alta embarcará muito menos água em relação a sua área.

[00050] O formato e as dimensões da chapa de aprisionamento de água 107 causam um aumento substancial da massa adicionada da plataforma no deslocamento e momento adicionado de inércia no balanço transversal e balanço longitudinal (roll and pitch). Como o calado da plataforma é relativamente raso, geralmente 30,50 metros (100 pés) ou menos, as forças de excitação de ondas sobre a chapa de aprisionamento de água não podem ser esquecidas. Cálculos hidrodinâmicos devem ser feitos para determinar a resposta da plataforma, levando em conta o aumento da massa adicionada e as forças de exci

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20/40 tação de ondas. Softwares comerciais de análise de difração-radiação, tal como o WAMIT, podem ser usados para computar as respostas das plataformas flutuantes. Em um exemplo hipotético, considerou-se para a computação dessas respostas uma plataforma de deslocamento de 15.000 toneladas carregando acima de 7.000 toneladas de payload. Sem chapas de aprisionamento de água, o período natural da plataforma é de cerca de 12 segundos, o que corresponde a uma banda de frequência com uma quantidade considerável de energia durante grandes tempestades. A resposta ressonante resultante produz movimentação inaceitável da plataforma, resultando em danos à estrutura da plataforma. Adicionando-se uma ou mais chapas de aprisionamento de água, que, em uma incorporação, prolongam-se radialmente para fora por cerca de 6,10 a 9,14 metros (20 a 30) pés desde uma base de coluna, o período natural de deslocamento da plataforma pode se estender significativamente para 20 segundos, o que resulta em uma resposta de movimentação razoável.

[00051] Portanto, uma ou mais chapas de aprisionamento de água 107 em uma plataforma como a descrita no presente documento podem proporcionar um aumento substancial em massa adicionada vertical, ao mesmo tempo em que minimizam o aumento das forças de excitação de onda, resultando em uma benéfica redução de movimentação da plataforma. Esse efeito estabilizante é especialmente benéfico para pequenas plataformas, para as quais um desempenho adequado não pode ser obtido meramente por ajuste do tamanho e espaçamento das colunas. O posicionamento de uma ou mais chapas de aprisionamento de água 107, como a distância radial de uma chapa desde o centro de uma determinada coluna 102, 103, e a configuração de uma ou mais chapas de aprisionamento de água 107, tal como a área total da chapa, podem ser ajustadas para alcançar, por exemplo, um aumento desejado da massa adicionada vertical e uma redução ou

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21/40 minimização do aumento da força de excitação de ondas.

[00052] Devido a seu tamanho, uma chapa de aprisionamento de água 107 atrai uma grande carga hidrodinâmica incluindo massa adicionada e efeitos de radiação de onda, forças de excitação de onda e efeitos viscosos devido à difusão de vórtices a partir das bordas da chapa 107. A chapa 107 precisa ser suportada por membros estruturais adicionais para aguentar cargas extremas de ondas, bem como danos por fadiga devidos ao grande número de ciclos de ondas a que é submetida. Em uma incorporação, enrijecedores radiais 179 estendem-se desde as colunas 103 em direção às bordas externas da chapa para suportar a chapa 107. As vigas principais 115 conectadas às colunas 103 também proporcionam suporte estrutural à chapa de aprisionamento 107, bem como rigidez à estrutura total. Os componentes adicionais para reforço da chapa 107 podem incluir, por exemplo, travas 181 suportadas pelos enrijecedores radiais 179, encordoadores 177 entre as travas 181 e a chapa de aprisionamento de água, escoras 121 montadas entre a coluna 107 e os enrijecedores 179. Esses elementos estruturais suportam os painéis que formam a chapa de aprisionamento de água 107. As chapas de aprisionamento descritas no presente podem ser feitas de qualquer material adequado, tal como aço.

[00053] Para dimensionar adequadamente os enrijecedores da chapa de aprisionamento de água, os vários efeitos hidrodinâmicos que ocorrem na chapa precisam ser adequadamente levados em consideração. Eles consistem da inércia do fluido que circunda a chapa de aprisionamento de água causando uma força oposta à aceleração da plataforma, principalmente na direção vertical; ondas irradiadas geradas pela plataforma à medida que ela se move, resultando em remoção da energia da plataforma; ondas incidentes que interagem com o casco da plataforma, causando forças; e efeitos viscosos, predominan

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22/40 temente por causa da difusão de vórtices a partir das bordas da chapa, resultando também na transferência de energia da plataforma para a água. Todas as forças, exceto as forças viscosas, podem ser modeladas com base na teoria de difração-irradiação que negligencia a viscosidade do fluido, e requer uma solução numérica da equação de Laplace. Os efeitos viscosos são determinados a partir de um modelo desenvolvido com resultados de experiências laboratoriais de pequena escala. As forças hidrodinâmicas podem ser convertidas em um campo de pressão na porção submersa da plataforma, inclusive a chapa de aprisionamento de água, e um modelo de elemento finito estrutural pode então ser usado para determinar os esforços em todos os membros estruturais, inclusive enrijecedores e chapas. Modelos de elemento finito exigem a discretização do casco em pequenos elementos sobre os quais pode-se aplicar a teoria de raio e/ou chapa. Pode-se obter uma solução numérica proporcionando os níveis de esforço sobre o casco. O dimensionamento adequado do casco, incluindo a chapa de aprisionamento de água pode, então, ser confirmado. Mais informações acerca das chapas de aprisionamento de água foram descritas nas Patentes US Nos. 7.086.809 e 7.281.881, ficando ambas incorporadas em sua totalidade ao presente, por referência.

[00054] Com referência à Figura 10, ela mostra uma vista superior da plataforma flutuante para turbina eólica 105. Para manter a plataforma flutuante para turbina eólica dentro de uma localização desejada, a plataforma 105 pode ser ancorada ao leito do mar usando-se linhas de amarração convencionais. Por exemplo, em uma incorporação, a plataforma flutuante para turbina eólica é presa ao leito do mar com um sistema de amarração assimétrica. Na Figura 10 estão ilustradas seis linhas de amarração 131-141. Quatro linhas de amarração 131-137 estão conectadas à coluna 102 que carrega a turbina eólica 125, e linhas de amarração solitárias 139-141 estão conectadas a ca

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23/40 da uma das outras colunas 103. O ângulo de separação das linhas de amarração 131-141 é de aproximadamente 60 graus entre cada linha adjacente. As linhas 131-141 convergem na direção de um ponto localizado no centro da coluna 102 que suporta a turbina eólica 125. O vento também faz com que a tensão nas linhas de amarração a barlavento conectadas às colunas a barlavento seja mais alta do que a tensão nas linhas restantes.

[00055] Com referência à Figura 11, ela mostra uma vista superior da plataforma flutuante para turbina eólica 105 com uma configuração de amarração alternativa. Nessa incorporação, quatro linhas de amarração 151-157 são usadas para manter a plataforma presa em seu lugar. Duas linhas, 151, 153 são acopladas à coluna 102 que suporta a torre 111 e as amarras 155, 157 são, cada uma delas, acopladas a uma das outras colunas 103. Nessa incorporação, as linhas de amarração são separadas uma da outra por um ângulo de cerca de 90 graus.

[00056] Com referência à Figura 12, ela mostra uma vista elevada de uma incorporação de uma plataforma flutuante para turbina eólica 105 conforme descrição no presente. Na configuração mostrada na Figura 12, cada linha de amarração 131-141 é angulada para baixo e para fora desde a plataforma flutuante para turbina eólica 105 até o leito do mar e presa e tensionada individualmente. As linhas de amarração 131-141 podem ser tensionadas de modo que a flutuabilidade das colunas 102, 103 proporciona uma tensão igual sobre cada uma das linhas 131-141 quando não há vento. Quando o vento sopra contra a torre 111 e as pás da turbina 101, as forças de carga do vento são transferidas para as linhas de amarração 131-141 e as linhas a barlavento que seguram a estrutura contra o vento ficam sob menos tensão do que as linhas a favor do vento. As linhas 131-141 podem ser tensionadas de modo que as linhas de amarração nunca ficam deita

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24/40 das sobre o leito do mar e de modo que elas se estendem em um caminho essencialmente reto. Em uma configuração alternativa, as linhas de amarração podem ser dispostas em um padrão assimétrico semelhante ao redor da plataforma, mas sendo apertadas somente com uma força de tensão semi-esticada específica, de modo que as linhas se estendem em um caminho curvo até o fundo do mar. Com um sistema de tensão semi-esticada, as linhas de amarração não descansam no leito do mar em sua posição de equilíbrio estático sem nenhum vento, ondas ou corrente.

[00057] Em ainda outra incorporação, ilustrada na Figura 13, a estrutura 105 pode ser mantida em seu lugar com um sistema de amarração em catenária com correntes 402 assentadas no leito do mar. As linhas de amarração podem consistir de qualquer material adequado, tal como, por exemplo, corrente metálica, arame, poliéster ou combinações dos mesmos. Nesse exemplo, âncoras de arraste com alta capacidade de sustentação 405 são colocadas no leito do mar. As âncoras 401 ficam presas às seções de corrente pesada 402 que descansam no leito do mar. A orientação horizontal da corrente 402 ajuda a manter as âncoras 401 presas dentro do leito do mar. A corrente 402 conecta-se a uma longa linha de poliéster 403 que fornece a maior parte do comprimento da amarração. A linha de poliéster 403 proporciona a elasticidade adequada à linha de amarração a fim de impedir que os picos de alta tensão sejam transmitidos da plataforma 105 para a âncora 401. A linha de poliéster 403 é acoplada a outra seção da corrente 405 que fica presa à plataforma 105. A linha de poliéster 403 permanece suspensa na água e nunca entra em contato com o leito do mar após a instalação. Pesos agrupados 404 podem ser colocados na junção entre a corrente 405 e a linha de poliéster 403, criando uma curva mais aguda na amarração para reduzir ainda mais os picos de tensão e garantir que a linha 403 puxe horizontalmente a âncora 401.

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Tipicamente, os pesos agrupados 404 são compostos de materiais densos, tais como aço e concreto e são presos aos fundos das correntes 405. O peso do peso agrupado 404 na água é significativamente maior do que o peso da corrente 405 a que está preso.

[00058] As correntes 405 podem passar através das colunas 102, 103 para os dispositivos de tensionamento 407 que permitem que as tensões das linhas de amarração sejam ajustadas individualmente. Os dispositivos de tensionamento 407 podem ser, por exemplo, chain jacks (macacos de corrente), molinetes, guinchos ou outros dispositivos para tensionar que são montados no topo, ao lado ou dentro das colunas 102, 103. A fim de prevenir danos provocados por atrito, guias de reboque ou bending shoes (sapatas de flexão) 405 podem ser posicionados nas bases da coluna 102, 103 que permitem a passagem das linhas de amarração através das chapas de aprisionamento de água 107. Após a tensão ter sido adequadamente ajustada, as linhas de amarração podem ser travadas.

[00059] Tipicamente, a turbina eólica é projetada para operar com uma variação normal de velocidades e direções do vento. O vento que sopra contra as pás 101 e torre 111 da turbina criam uma força de arrasto que tende a fazer com que a plataforma flutuante para turbina eólica 105 se incline na direção contrária à do vento. Se o vento estiver vindo de entre as colunas 102 para a coluna 103, na direção mostrada na Figura 15, o torque causado pelas pás da turbina 101 e torre 111 tende a empurrar a coluna 102 a favor do vento para dentro da água e levantar as colunas 103 contra o vento para fora da água. Como o vento nem sempre sopra na mesma direção, como já foi descrito no presente, a turbina eólica pode ser equipada com um mecanismo de guinada (yaw) que permite que a nacela 125, o cubo da roda e as pás 101 girem ao redor do topo da torre 111 em alinhamento com o vento. Entretanto, à medida que a direção do vento muda, a direção

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26/40 em que a torre 111 se inclina também muda. A linha horizontal 161 na Figura 12 nas colunas 102, 103 indica a linha de flutuação projetada. À medida que a velocidade e a direção do vento mudam, a turbina eólica pode usar um sistema interno de lastro ativo para enfrentar as forças e momentos induzidos pelo vento que mantêm a estrutura 105 na linha de flutuação projetada 161 sob todas as condições operacionais estáveis.

[00060] Portanto, uma plataforma para turbina eólica conforme a descrição no presente documento pode incluir um sistema interno de lastro ativo. Um exemplo desse sistema é descrito e ilustrado com referência à Figura 14. Na referida incorporação, as colunas 102, 103 são ocas e abrigam um sistema de lastro ativo 201 que transfere água entre tanques dentro das colunas 102, 103 para manter a plataforma 105 em um alinhamento ereto vertical para uma eficiência ótima de conversão de energia. Por exemplo, quando o vento está soprando na direção da coluna da torre 102, um sensor 127 pode detectar a rotação da turbina eólica. O sensor 127 é acoplado a um controlador 123 que controla as bombas 221 para retirar água da coluna da torre 102 para aumentar a flutuabilidade e acrescentar água dentro das outras colunas 103 para aumentar seu peso. Em uma incorporação, pode haver múltiplas bombas em cada coluna controlando um caminho independente da água para as outras colunas. Bombas d'água industriais de fluxo axial podem ser adquiridas de Huyundai, Coréia do Sul e Glynwed A.S., Dinamarca.

[00061] O controlador também pode ajustar os volumes de água nas colunas 103 que não suportam a torre da turbina 111, para ajustar o ângulo de lado a lado da turbina eólica. Em uma incorporação, as colunas têm sensores 225 que detectam o volume de água, representado na Figura 14 pelas diferentes profundidades da água 203 em cada uma das colunas 102, 103. O movimento ativo do lastro de água

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27/40 entre as colunas 102, 103 compensa as forças de vento induzidas para manter a plataforma nivelada. Como uma quantidade substancial de água precisa ser bombeada entre as colunas 102, 103, o tempo de resposta do sistema de lastro ativo interno pode ser de cerca de 15 a 30 minutos. Como o tempo de resposta pode ser bastante lento, o sistema de lastro ativo não é, tipicamente, projetado para eliminar os movimentos dinâmicos rápidos da estrutura 105 causados pelas e outras forças ativas rápidas. Entretanto, a plataforma é projetada para suportar essas forças sem o benefício do sistema de lastro. O sistema de lastro ativo é projetado para manter a posição média da plataforma horizontal e maximizar a produção de energia mantendo a turbina ereta tanto quanto possível.

[00062] Em uma incorporação, o sistema de lastro ativo pode ser um sistema de circuito fechado configurado para evitar a possível inundação e afundamento da plataforma flutuante para turbina eólica 105 isolando completamente a água presente no sistema de lastro da água do mar ao seu redor. O sistema de lastro ativo movimenta a água contida entre as colunas 102, 103 por meio de bombas d'água elétricas 221 que fazem a água fluir através das vigas principais 115 montadas entre cada uma das colunas 102, 103. Nessa incorporação, a água do mar ao redor nunca pode entrar no sistema de lastro ativo. A água do sistema de lastro ativo pode ser água doce acrescentada no cais antes do sistema ser rebocado, ou usando-se um barco de suprimentos, para diminuir os problemas de corrosão e outras questões relacionadas com a água do mar.

[00063] Em uma incorporação, o sensor de alinhamento 127 inclui giroscópios montados ao longo dos eixos X e Y. Os giroscópios produzem um sinal que representa a taxa angular de rotação que pode ser em unidades de graus por segundo. Uma integração da taxa angular de rotação produz uma posição angular. Assim, os giroscópios no

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28/40 sensor de alinhamento 127 podem ser usados para medir a variação no alinhamento da plataforma e torre. O giroscópio de eixo X fica no plano horizontal e pode ser alinhado com a linha central da plataforma flutuante para turbina eólica. O acelerômetro de eixo Y também fica no plano horizontal, mas perpendicular ao giroscópio de eixo X. O trim angle Θ é o ângulo da estrutura ao redor do eixo Y, e o list angle φ é o ângulo da estrutura ao redor do eixo X. Quando a estrutura está perfeitamente alinhada o giroscópio de eixo X e Y detecta qualquer aceleração. No entanto, se a estrutura se inclinar em qualquer direção, o giroscópio de eixo X detecta rotação trim e o giroscópio de eixo Y detecta rotação list. Com base nessa informação, o ângulo de rotação pode ser calculado usando-se equações matemáticas conhecidas.

[00064] Com referência às Figuras de 15 a 17, elas ilustram como o sistema de lastro ativo pode reagir a variações na velocidade do vento. Com base nos sinais do sensor de alinhamento, o controlador de lastro pode controlar as bombas para ajustar o volume de água 191 dentro de cada uma das colunas 102, 103 para corrigir o deslocamento angular do alinhamento vertical. Quando a plataforma 105 está dentro de um ângulo horizontal aceitável, o sistema de lastro para de movimentar água entre as colunas 102, 103.

[00065] Na Figura 15, a plataforma flutuante para turbina eólica 105 é ilustrada em um alinhamento vertical com o vento soprando acima da linha central da plataforma 105. O volume da água 191 dentro dos cilindros 102, 103 foi adequadamente ajustado em relação à velocidade do vento e direção do vento. Na Figura 16 a velocidade do vento aumentou e a maior força do vento fez com que a plataforma flutuante para turbina eólica 105 girasse inclinada. O sensor de alinhamento detecta a rotação em equilíbrio e o controlador aciona as bombas para movimentar água da coluna de suporte da torre 102 para as outras colunas 103. Na Figura 17, a plataforma flutuante para turbina eólica 105

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29/40 volta a um alinhamento horizontal para compensar a força induzida pela maior velocidade do vento. Como há um volume menor de água 191 na coluna de suporte da torre 102, há uma maior flutuabilidade na extremidade da plataforma 105 em que se localiza a torre. Ao contrário, o volume mais alto de água 191 nas outras colunas 103 ajuda também na rotação da plataforma 105 em equilíbrio para um alinhamento na posição ereta.

[00066] O sistema de lastreamento ativo também ajusta a água nas colunas 102, 103 quando o vento muda. Com referência às Figuras de 18 a 20, a plataforma flutuante para turbina eólica 105 é ilustrada com o vento soprando em um deslocamento de 90 graus em relação à direção do vento na linha central de plataforma, com o vento vindo pelo lado esquerdo da plataforma 105. O sistema de lastreamento ativo movimentou água do tanque da coluna do lado direito 191 para o tanque da coluna do lado esquerdo 191 e a plataforma 105 está substancialmente horizontal. Com referência à Figura 19, a velocidade do vento caiu e a plataforma 105 mudou seu ângulo de inclinação. O sensor de alinhamento detecta o ângulo de inclinação da plataforma 105 e o controlador instrui as bombas 221 para movimentar água do tanque da coluna esquerda 191 para o tanque da coluna direita 191. Com referência à Figura 20, o sistema de lastreamento ativo moveu água do tanque da coluna esquerda 191 para aumentar a flutuabilidade e acrescentou mais água ao tanque da coluna direita 191 para aumentar o peso da coluna. A plataforma 105 está novamente vertical e as bombas pararam até que o sensor de alinhamento detecte outra mudança no alinhamento da plataforma.

[00067] As plataformas flutuantes para turbina eólica descritas no presente têm diferentes modos de operação com base nas condições ambientais. A plataforma pode ser permanentemente amarrada usando-se um sistema de ancoragem constituído por um chain jack, seções

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30/40 de corrente e arame, e uma âncora. Nesse tipo de incorporação, a plataforma flutuante para turbina eólica não é removida ou desconectada das amarras em caso de condições atmosféricas extremas. A finalidade principal da plataforma flutuante para turbina eólica é gerar eletricidade, portanto ela pode ser projetada para maximizar a quantidade de tempo em que a turbina funciona.

[00068] Como as turbinas existentes param de funcionar quando a velocidade do vento alcança 20 m/s, é desejável que os movimentos induzidos por onda, típicos de velocidades mais altas do vento, não interfiram nesse limite operacional. Isto é, com referência à Figura 6, como a estrutura se move devido às forças de onda, a torre 111 gira em equilíbrio, o que faz com que o topo da torre 111 se movimente horizontalmente e cause variações no vento aparente contra as pás da turbina. Se a estrutura 105 girar na direção do vento, o topo da torre 111 detectará uma velocidade maior do vento e, ao contrário, se a estrutura 105 girar na direção oposta à do vento, o topo da torre 111 detectará uma velocidade menor do vento. Uma plataforma para turbina eólica conforme descrita no presente reduz o movimento de rolar utilizando as chapas de aprisionamento de água 107 presas aos fundos das colunas 102, 103, que resistem ao movimento vertical e amortecem os movimentos de roll and pitch da plataforma 105.

[00069] De um modo geral, há três regimes separados para turbina eólica delineados pela velocidade do vento. No primeiro regime, a velocidades de vento abaixo de 12 metros por segundo, as pás são otimizadas para maximizar a produção de eletricidade. No segundo regime, a velocidades de vento entre 12 e 25 metros por segundo, as pás são ativamente giradas (pitched) de modo a reduzir a carga sobre as pás e manter uma velocidade rotacional ótima constante. No terceiro regime, a velocidades de vento acima de 25 metros por segundo, a turbina eólica inteira é travada, em um modo de “sobrevivência”. Nas

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31/40 condições de travamento, as pás da turbina podem ser completamente paradas e o ângulo da pá é endireitado a uma condição mínima de arrasto em relação ao vento. Como a velocidade e direção do vento podem mudar muito rapidamente, o terceiro regime pode ocorrer muito rapidamente. Desse modo, a turbina eólica precisa ser capaz de detectar as variações do vento e responder a elas rapidamente e com precisão.

[00070] Além do procedimento de travamento por ventos fortes, outras condições podem engatilhar um travamento de emergência (ESD, do inglês Emergency Shutdown) que se destina a preservar a plataforma flutuante para turbina eólica e minimizar a perda de equipamentos. Como a plataforma normalmente não é tripulada, é preciso que procedimentos automatizados e remotos de travamento estejam a postos. Várias condições de falha ou erro de sistema podem engatilhar a ESD. Por exemplo, uma falha do sistema de lastreamento ativo pode ser detectada por uma inclinação média alta e/ou ângulos de trim que não diminuem e/ou necessidade anormal de energia para as bombas. Outra falha do sistema pode ser causada por um vazamento de água em uma coluna. Essa falha pode ser detectada por uma inclinação ou trim da plataforma na direção da coluna que está vazando, e que não podem ser compensados pelo sistema de lastreamento ativo existente. O sistema também deve ser travado se as pás da turbina forem submetidas a esforços acima de um nível limiar. Essa falha pode ser detectada por calibradores de tensão montados sobre as pás. Outra falha ocorre quando a nacela não é capaz de girar as pás da turbina na direção do vento. Isso pode ser notado por uma discrepância entre a direção medida do vento e o rumo da nacela. O sistema também pode travar quando há falhas de energia ou uma perda de comunicação entre a plataforma flutuante para turbina eólica e o operador remoto.

[00071] As plataformas para turbina eólica descritas no presente

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32/40 são projetadas para serem economicamente fabricadas, instaladas e comissionadas/descomissionadas. Por exemplo, para minimizar os custos de construção, a estrutura pode ser projetada de modo a minimizar a soldagem no local da montagem provendo-se grandes seções cilíndricas pré-montadas das colunas, que podem ser eficientemente fabricadas em uma oficina usando-se máquinas de soldagem automáticas. A fabricação pode ser completada nas proximidades de uma via navegável que seja suficientemente profunda para permitir que a plataforma flutuante para turbina eólica seja rebocada. A torre, a nacela e a turbina podem ser instaladas em um cais, em instalações que incluam um guindaste alto. Instalando-se todos os componentes no cais, há menos custos e um risco menor de danos em comparação com a montagem da torre e da turbina sobre uma plataforma flutuante em alto mar.

[00072] As Figuras de 21 a 23 ilustram um método para rebocar a plataforma flutuante para turbina eólica 105 do local de fabricação para o local de instalação. Com referência à Figura 21, a torre 111, a nacela 125 e as pás da turbina 101 são totalmente montadas com a plataforma 105 no cais, durante a fabricação. Uma vez completada, a plataforma 105 é rebocada para o local de instalação por um rebocador. Como a maioria dos estaleiros tem um canal de águas bastante rasas, o lastro de água pode ser retirado das colunas 102, 103 de modo que a plataforma 105 assuma um calado de trânsito mínimo. A plataforma flutuante para turbina eólica 105 é estável em seu calado de trânsito. Como há mais peso suportado pela coluna da torre 102, esse lado da plataforma 105 tem, normalmente, um calado mais profundo, o que pode ser problemático se o canal fluvial desde as instalações de montagem for raso.

[00073] Com referência à Figura 22, quando necessário, para corrigir o calado mais profundo da coluna da torre 102, um módulo de flu

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33/40 tuabilidade temporário 291 pode ser anexado à coluna da torre 102, de modo que cada uma das colunas 102, 103 tenha o mesmo calado mínimo. Em outras incorporações, módulos de flutuabilidade temporários podem ser anexados às outras colunas 103 para reduzir adicionalmente o calado, se necessário para fazer a plataforma 105 flutuar através de um canal raso.

[00074] Com referência à Figura 23, assim que a plataforma 105 estiver em águas mais profundas, o módulo de flutuabilidade deixa de ser necessário e pode ser retirado. As colunas são então lastreadas com água até uma quilha nivelada com um calado desejado, tal como, por exemplo, um calado de aproximadamente 15,24 metros (50 pés). Embora o calado mais profundo aumente o arrasto hidrodinâmico, com o lastreamento de água a plataforma 105 é muito mais estável.

[00075] A rota de trânsito desde o local da fabricação até o local de instalação deve ser tão curta quanto possível. Desse modo, a localização do local de fabricação pode ser específica para o projeto. Isso é especialmente importante quando um grande parque eólico offshore contendo múltiplas unidades de turbinas eólicas flutuantes está sendo construído e cada casco tem que ser rebocado por uma longa distância até o local do parque eólico. A seleção de uma embarcação de instalação adequada também é fundamental para a economia do projeto. A embarcação usada para rebocar as turbinas eólicas também deve ser capaz de realizar a instalação da amarração e as operações de manutenção.

[00076] A montagem em um cais tem muitas vantagens em comparação com os sistemas que requerem montagem no local da instalação. Mais especificamente, as fundações eólicas offshore fixas que são presas diretamente no leito do mar requerem que a estrutura da turbina seja instalada e mantida no local da instalação offshore, o que pode ser difícil e dispendioso. Como a desmontagem é muito cara,

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34/40 substancialmente todos os reparos precisam ser feitos no local da instalação offshore. Em contraste, a configuração da plataforma flutuante só requer desenvolvimento e conexão das linhas de amarração com a plataforma 105. No caso de uma falha inesperada da turbina eólica, a sequência de instalação pode ser revertida, e a plataforma 105 pode ser rebocada de volta a um porto para reparos.

[00077] A plataforma flutuante para turbina eólica também simplifica a fase de comissionamento offshore. O sistema de amarração precisa ser pré-estabelecido e estar pronto para ser conectado quando a plataforma flutuante para turbina eólica é rebocada para o local. A turbina eólica pode ser amarrada por uma embarcação capaz de manejar uma âncora. Os procedimentos de amarração podem incluir recuperar as linhas mensageiras acopladas às linhas de amarração desde a plataforma e puxar para dentro da seção de corrente da linha de amarração. A conexão da corrente com a seção de arame da linha pode ser feita acima da água. O tensionamento das linhas de amarração pode ser feito desde a plataforma, com chain jacks. Como a turbina já está instalada, o procedimento para fazer funcionar a turbina eólica também é muito simples e menos dispendioso do que uma turbina eólica que requer montagem no local.

[00078] Como a plataforma flutuante para turbina eólica é uma estrutura que se move dinamicamente, é importante minimizar as forças de carga aplicadas aos cabos de força que conectam os geradores à casa de força. Uma vez que a plataforma flutuante para turbina eólica esteja adequadamente amarrada, o cabo de força de terra firme previamente instalado pode ser conectado à plataforma flutuante para turbina eólica. Com referência à Figura 13, em uma incorporação, um cabo de força 501 é acoplado ao quadro de distribuição de eletricidade na plataforma 105. O cabo corre ao longo do comprimento da coluna 102 em um invólucro protetor e sai próximo do fundo da coluna 102. O

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35/40 conjunto de manobra também pode ser removido da torre 111 para o convés 119. Nesse caso o cabo de força corre para baixo ao longo da coluna 103. O cabo submarino 501 precisa ser estável e protegido por uma cobertura, como uma bainha e/ou trincheira para evitar danos. Em vez de fazer o cabo 501 correr diretamente para o leito do mar, o cabo 501 pode ser rodeado por uma pluralidade de mecanismos de flutuabilidade 505 em uma porção do cabo 501 adjacente e abaixo da porção mais baixa da plataforma 105. Essa porção do cabo deve ficar suficientemente baixa dentro da água para impedir qualquer possível contato com navios transitando na área. Embora a plataforma 105 seja presa com linhas de amarração, ela pode não estar absolutamente fixada em seu lugar. A plataforma pode se mover em resposta a várias forças externas, inclusive ventos fortes, correntes fortes e pela subida/descida das marés. Os mecanismos de flutuabilidade de lazy wave 505 permitem que o cabo 501 e a plataforma 105 se movimentem sem que haja qualquer dano ao cabo 501. Dos mecanismos de flutuabilidade de lazy wave 505 o cabo 501 corre para o leito do mar e pode ser enterrado no leito do mar ou uma capa ou capas podem ser colocadas ao redor do cabo 501.

[00079] Em uma incorporação, uma pluralidade de plataformas flutuantes para turbinas eólicas pode ser disposta em um arranjo. Com referência à Figura 24, ela ilustra um exemplo de arranjo de plataformas flutuantes para turbinas eólicas 105 assimétricas em um parque eólico. Como a velocidade do vento é reduzida e torna-se turbulenta quando flui através de uma turbina eólica, em uma incorporação as turbinas eólicas são separadas por um raio 355 de cerca de 10 ou mais diâmetros do rotor de turbina eólica e dispostas em múltiplas linhas oscilantes 329, 331, 333 que são perpendiculares à direção mais frequente do vento 335. Na incorporação ilustrada, as turbinas eólicas 105 são igualmente separadas de seis turbinas eólicas adjacentes 105

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36/40 por 10 diâmetros de turbina. Por causa da configuração oscilante, o vento que sopra entre duas plataformas flutuantes para turbina eólica 105 na primeira fileira 329 terá um caminho desimpedido para as plataformas flutuantes para turbinas eólicas 105 na segunda fileira 331. O caminho do vento será desimpedido mesmo se a direção do vento mudar até 30 graus desde a direção preferencial. A plataforma flutuante para turbinas eólicas 105 na terceira fileira 333 pode estar alinhada com as plataformas flutuantes para turbinas eólicas 105 na primeira fileira 329; entretanto, como há uma separação de cerca de 17 diâmetros de rotor de turbina, a perda de força devida à turbulência do vento é negligenciável. Mesmo que a direção do vento mude para um ângulo que alinhe as plataformas flutuantes para turbina eólica adjacentes 105, uma separação de 10 diâmetros de rotor de turbina só terá um efeito mínimo na produção de energia.

[00080] Para minimizar o número de cabos de energia elétrica usados pelas plataformas flutuantes para turbina eólica 105, um primeiro cabo 341 é acoplado às plataformas flutuantes para turbina eólica 105 na primeira fileira 329, um segundo cabo 343 é acoplado às plataformas flutuantes para turbina eólica 105 na segunda fileira 331 e um terceiro cabo 345 é acoplado às plataformas flutuantes para turbinas eólicas 105 na terceira fileira. Os três cabos 341, 343, 345 são então conectados a um quarto cabo 347 que transfere toda a energia para uma casa de força 351, que distribui a energia elétrica conforme necessário. Em uma incorporação, uma das plataformas 349 pode ser usada como unidade de distribuição de energia e prover acomodações para tripulação e manutenção. Isso pode proporcionar uma área segura e protegida onde os funcionários podem viver temporariamente e ficar protegidos contra severas condições ambientais.

[00081] Em outra incorporação, cabos individuais provenientes de cada turbina são acoplados a uma caixa de emenda no leito do mar.

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Pode haver um certo número de conexões por caixa de emenda. Cabos maiores provenientes de todas as caixas de conexão são acoplados a um eixo principal, que fica conectado com a terra firme usandose uma única linha de força. Cabos extras para o caso de falha podem ser acrescentados à infraestrutura de malha de transmissão.

[00082] Em certas incorporações específicas, uma diferença entre as plataformas para turbinas eólicas descritas no presente e as conhecidas nessa área é a configuração assimétrica da torre de turbina que é montada diretamente sobre uma das colunas. Essa configuração mantém a maioria da massa da turbina eólica nas bordas externas da estrutura, em vez de no centro da estrutura. Por exemplo, a estrutura flutuante para turbina eólica “Force Technology WindSea” ilustrada na Figura 4, tem três torres e pás de turbina que são, cada uma, montadas sobre um cilindro diferente. Conforme exposto acima, sabe-se que a eficiência da turbina eólica é reduzida quando há turbulência causada por outras pás de turbina pouco espaçadas. A turbulência e fluxo irregular do ar também podem induzir vibração para dentro do sistema de turbina eólica, o que pode impedir a operação normal das turbinas eólicas. A plataforma para turbina eólica assimétrica descrita no presente previne esses problemas utilizando uma configuração com uma única torre e pá de turbina. Outro sistema de turbina eólica flutuante da arte antecedente é o “Tri-Floater”, ilustrado na Figura 5. Trata-se de uma torre montada no centro de três colunas. Para suportar esse peso, é necessária uma quantidade substancial de material no centro da estrutura. Isso aumenta o tempo de fabricação, o custo e o material necessário para produzir essa plataforma flutuante para turbina eólica e aumenta o peso no centro da estrutura. Colocando-se a maior parte da massa no centro em vez das bordas externas menos força inercial é necessária para fazer a plataforma flutuante para turbina eólica rolar. Em contraste, a plataforma flutuante para turbina eólica descrita no

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38/40 presente simplifica a construção montando todos os componentes da turbina eólica sobre uma das colunas de modo que não são necessárias estruturas de suporte adicionais. Além disso, movendo-se a massa para fora nessa incorporação, a estabilidade inercial melhora. [00083] Uma única torre montada sobre uma das colunas na plataforma para turbina eólica descrita no presente leva à carga assimétrica da plataforma, já que a contribuição da força dominante, que na maioria das condições provêm da turbina eólica, é aplicada à coluna correspondente em vez de próximo ao centro da massa da plataforma. Um sistema de amarração assimétrica pode ser usado com essas plataformas assimetricamente carregadas, sendo que o número de linhas de amarração conectadas à coluna com a torre é substancialmente maior do que o número de linhas conectadas às outras colunas.

[00084] À medida que a tecnologia de turbinas eólicas se aprimora, o tamanho da turbina aumenta. Em uma incorporação, uma plataforma para turbina eólica conforme descrição no presente destina-se a suportar um rotor de turbina eólica com um diâmetro de 121,92 metros (400 pés), que aciona um gerador elétrico de 5 megawatts. Os pesos estimados dos componentes para essa turbina eólica estão listados abaixo, na Tabela 1.

Componente	Massa em Toneladas Curtas	Massa em Toneladas Métricas
Rotor	120	130
Nacela	250	280
Torre	380	420
Colunas	2500	2800
Água de lastro	4000	4500

TABELA 1 [00085] Os tamanhos estimados dos componentes de uma plataforma para turbina eólica suportando um gerador elétrico de 5 mega

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39/40 watts estão listados abaixo na Tabela 2. Em outras incorporações, os pesos e tamanhos dos componentes da plataforma flutuante para turbina eólica podem ser substancialmente diferentes dos valores listados nas Tabelas 1 e 2.

Componente	Dimensão em Pés	Dimensão em Metros
Diâmetro da torre	26,25	8
Altura da torre	300	91
Diâmetro do rotor	400	126
Vão livre entre a coluna e a pá da turbina	16,4	5
Distância entre os centros das colunas	200	61
Largura da chapa para aprisionamento de água	70	21
Diâmetro da coluna	30	9
Altura da coluna	100	30
Profundidade do calado abaixo da linha d'água no local da instalação	65	20
Profundidade do calado abaixo da linha d'água no cais	20	6
TAB	ELA 2

[00086] Deve ficar entendido que o sistema inventivo foi descrito com referência a incorporações específicas. Entretanto, acréscimos, supressões e mudanças podem ser feitos nessas incorporações sem ultrapassar o escopo do sistema inventivo. Por exemplo, os mesmos processos descritos também podem ser aplicados em outros aparelhos. Embora os sistemas que foram descritos incluam vários componentes, fica bem entendido que esses componentes e a configuração

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40/40 descrita podem ser modificados e rearranjados em várias outras configurações.

Claims

1. Plataforma flutuante para turbina eólica (105) compreendendo:

a) pelo menos três colunas estabilizadoras (102, 103), cada coluna tendo extremidades superior e inferior, e um volume interno para conter um fluido de lastro;

b) vigas principais (115) interligando as pelo menos três colunas estabilizadoras (102, 103);

c) chapas de aprisionamento de água (107), cada uma das chapas (107) sendo acopladas de forma rígida à extremidade inferior de uma das colunas estabilizadoras (102, 103);

caracterizada pelo fato de que

d) um sistema de controle do lastro (201) que movimenta o fluido de lastro entre os volumes internos das pelo menos três colunas estabilizadoras (102, 103), para ajustar um alinhamento vertical das pelo menos três colunas estabilizadoras (102, 103),

e) uma torre (111) tendo uma extremidade superior e uma extremidade inferior que é acoplada ao topo de uma das colunas estabilizadoras (102, 103), e

f) um rotor de turbina (101) acoplado a um gerador elétrico (125), o rotor de turbina (101) e o gerador elétrico (125) sendo montados próximos à extremidade superior da torre (111).

2. Plataforma flutuante para turbina eólica (105), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a torre (111) é montada no topo de uma das colunas e as outras colunas não serem diretamente acopladas à torre.

3. Plataforma flutuante para turbina eólica (105), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que compreende ainda linhas de amarração (131, 141) que são assimetricamente acopladas às pelo menos três colunas estabilizadoras (102, 103), com pe

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2/6 lo menos a metade das linhas de amarração (131, 141) acopladas à coluna que suporta a torre (111).

4. Plataforma flutuante para turbina eólica (105), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que os ângulos formados pelas linhas de amarração (131, 141) adjacentes são aproximadamente iguais.

5. Plataforma flutuante para turbina eólica (105), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a torre (111) é montada sobre uma coluna de flutuabilidade (104) que suporta a maior parte do peso da torre (111) e que está localizada entre as pelo menos três colunas estabilizadoras (102, 103).

6. Plataforma flutuante para turbina eólica (105), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sistema de controle do lastro (201) compreende:

i) um processador (123) para enviar e receber sinais de controle do lastro;

ii) um sensor de alinhamento vertical (127) em comunicação com o processador (123) para detectar o alinhamento vertical da torre (111) em relação a uma direção de força gravitacional; e iii) uma bomba do lastro (221) em comunicação com o processador (123) para movimentar o fluido do lastro entre os volumes internos das pelo menos três colunas estabilizadoras (102, 103), para ajustar o alinhamento vertical da torre (111).

7. Plataforma flutuante para turbina eólica (105), de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o sistema de controle do lastro (201) ainda compreende:

iv) sensores do volume do lastro (225) para determinar a quantidade de fluido de lastro contida dentro dos volumes internos das pelo menos três colunas estabilizadoras (102, 103).

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8. Plataforma flutuante para turbina eólica (105), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda vigas de apoio horizontais (117) que são cada uma acopladas entre as vigas principais (115) que são adjacentes uma a outra.

9. Plataforma flutuante para turbina eólica (105), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que três das vigas principais (115) formam lados de um triângulo equilátero e porções das vigas principais (115) e das vigas de apoio verticais (117) formam triângulos equiláteros.

10. Plataforma flutuante para turbina eólica (105), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende vigas de apoio verticais (116) que são cada uma acopladas entre uma das vigas principais (115) e uma das colunas (102, 103).

11. Plataforma flutuante para turbina eólica (105), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sistema de controle do lastro (201) compreende:

i) um processador (123) para enviar e receber sinais de controle do lastro;

ii) um sensor de alinhamento vertical (127) em comunicação com o processador (123) para determinar o ângulo vertical das pelo menos três colunas estabilizadoras (102, 103) em relação a uma direção de força gravitacional;

iii) uma bomba do lastro (221) em comunicação com o processador (123) para movimentar o fluido de lastro entre os volumes internos das pelo menos três colunas estabilizadoras (102, 103) para ajustar o ângulo horizontal da plataforma flutuante (105).

12. Plataforma flutuante para turbina eólica (105), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o sistema de controle do lastro (201) compreende ainda:

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4/6 iv) sensores do volume do lastro (225) para determinar a quantidade de lastro contida nos volumes internos das pelo menos três colunas estabilizadoras (102, 103).

13. Plataforma flutuante para turbina eólica (105), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a torre (111) é montada em um alinhamento vertical sobre uma das colunas (102) e as outras colunas não estão diretamente sobre a torre (111), em que as vigas principais (115) compreendem primeira, segunda e terceira vigas principais de topo, e primeira, segunda e terceira vigas principais de fundo, e em que a primeira viga principal de topo se estende entre uma extremidade superior de uma das colunas (102) sobre a qual a torre (111) é montada e uma extremidade superior de uma primeira outra coluna (103);

a primeira viga principal de fundo está abaixo da primeira viga principal superior e se estende entre uma extremidade inferior de uma das colunas (102) e uma extremidade inferior de uma primeira outra coluna (102), a segunda viga principal de topo se estende entre a extremidade superior de uma das colunas (102) e uma extremidade superior de uma segunda outra coluna (103);

a segunda viga principal de fundo está abaixo da segunda viga principal de topo e se estende entre a extremidade inferior de uma das colunas (102) e uma extremidade inferior de uma segunda outra coluna (103), a terceira viga principal de topo se estende entre a extremidade superior da primeira outra coluna (103) e a extremidade superior da segunda outra coluna (103), e a terceira viga principal de fundo está abaixo da terceira viga principal de topo e se estende entre a extremidade inferior da pri

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5/6 meira outra coluna (103) e a extremidade inferior da segunda outra coluna.

14. Método para operar uma plataforma flutuante para turbina eólica caracterizado pelo fato de que compreende:

a) prover o aparelho da plataforma flutuante para turbina eólica (105) tendo pelo menos três colunas estabilizadoras (102, 103), cada uma das colunas tendo uma extremidade superior e uma extremidade inferior, e um volume interno para conter um fluido de lastro, uma torre (111) acoplada ao topo de uma das colunas estabilizados (102, 103), um rotor de turbina (101) montado sobre uma porção superior da torre (111), sendo o rotor de turbina (101) acoplado a um gerador elétrico (125), vigas principais (115) interligando as, pelo menos, três colunas estabilizadoras (102, 103), chapas de aprisionamento de água (107) acopladas às extremidades inferiores das colunas estabilizadoras (102, 103) e um sistema de controle do lastro (201) que inclui um sensor de alinhamento vertical (127) e uma ou mais bombas (221) para movimentar o fluido de lastro entre os volumes interno das pelo menos três colunas estabilizadoras (102, 103);

b) girar o rotor da turbina (101);

c) girar o gerador (125) para produzir eletricidade;

d) detectar um ângulo de inclinação da plataforma flutuante para turbina eólica (105) que esteja fora de uma faixa aceitável predeterminada;

e) acionar uma ou mais bombas (221) para movimentar o fluido de lastro entre as colunas estabilizadoras (102, 103);

f) detectar o ângulo de inclinação da plataforma flutuante para turbina eólica (105) que esteja dentro de uma faixa aceitável predeterminada;

Petição 870190082218, de 23/08/2019, pág. 49/54

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g) interromper a uma ou mais bombas (221) para parar a movimentação do fluido de lastro entre as colunas estabilizadoras (102, 103).

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: controlar uma posição de guinada do rotor de turbina (101) com base em uma direção do vento detectada; e controlar o passo do rotor da turbina (101) com base em uma velocidade de vento detectada.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: ajustar o passo do rotor da turbina (101) para maximizar a produção de eletricidade pelo gerador (125) quando a velocidade do vento for menor do que 12 metros por segundo.

17. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: ajustar o passo do rotor da turbina (101) para manter uma velocidade rotacional constante quando a velocidade do vento estiver entre cerca de 12 a 25 metros por segundo.

18. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: ajustar o passo do rotor da turbina (101) para minimizar as forças do vento sobre o rotor da turbina (101); e parar o rotor da turbina (101) quando a velocidade do vento exceder 25 metros por segundo.