IT201700014305A1 - Piattaforma marina a cupola, sommersa e pulsante per trasformare il moto ondoso in correnti marine aventi energia cinetica e potenziale atte ad alimentare centrale idroelettrica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Lo sfruttamento dell'energia del moto ondoso è di recente sperimentazione ed i vari progetti denominati cimoelettrici,se finalizzati alla produzione di energia elettrica, non hanno dato risultati apprezzabili.

I vari tentativi basati su salto idrico, colonna di acqua oscillante, ampiezza d'onda, principio di Archimede, generatore Pelamis, correnti marine, ecc., non sono risultati economicamente convenienti o compatibili con l'ambiente.

L'invenzione in oggetto si differenzia in quanto l'energia del moto ondoso utilizzata è quella dello strato d i acqua che si estende per una profondità che è circa la metà della lunghezza "L" (v.Tav.A fig.3)delle onde lunghe in mare aperto che sono caratterizzate tipicamente per avere periodi di 20 sec , altezza "H" di 6/12 metri, lunghezza di 600 metri, velocità di 30 m/sec. La tecnica di costruzione ha subito , in questi ultimi anni , notevoli progressi con la realizzazione di megastrutture marine (piattaforme petrolifere, degassificatori, sommergibili di 10.0001 di peso, ecc) rendendo fattibile la progettazione dell'impianto oggetto dell' invenzione costituito da una piattaforma marina, a cupola sommersa e pulsante, che ha carattere di:

- novità, in quanto permette di ottenere, dall'energia oscillatoria delle particelle d'acqua che costituiscono il moto ondoso e che si muovono secondo traiettorie circolari omnidirezionali nello strato sotto la superficie per una profondità di alcune lunghezze di onda, correnti marine che progressivamente acquistano energia cinetica e potenziale,

- utilità, in quanto l'energia cinetica e potenziale delle correnti marine rende quest'ultime atte ad alimentare turbine di generatori idroelettrici, incidendo favorevolmente sulla economia deH'approvvigionamento energetico. L'invenzione permette di attingere energia dallo strato del moto ondoso che è ubicato sotto la superficie ed è caratterizzato dal movimento delle particelle d'acqua animate di energia cinetica.

L'invenzione è sostanzialmente costituita (Tav.A-fig.l-fig2 ) :

-da una intelaiatura a pianta stellare che, oltre ai vani di servizio, supporta al centro due strutture metalliche coassiali a tronco di piramide aventi sulla sommità calotte sferiche. La struttura esterna ha la base maggiore in basso e quella interna capovolta. L'intercapedine è suddivisa, mediante divisori, in spicchi che si avvitano verso l'alto formando condotti che convergono alla presa di alimentazione della turbina, del generatore elettrico, posta alla sommità dell'impianto che ha, nel complesso, una massa che è alcune volte quella dell'acqua movimentata negli spicchi,

-I rami dell'intelaiatura sono muniti, nella parte inferiore, di settori che possono ruotare, saldandosi con quelli del ramo contiguo, permettendo di ampliare la base di alimentazione della struttura esterna a tronco di piramide ,

-da zavorre e casse di espansione e compensazione,

-da centrale computerizzata per la regolazione del posizionamento e degli organi preposti al funzionamento.

-da valvole di sicurezza, di scarico delle pressioni, ubicate sulle lastre esterne degli spicchi.

-da asse telescopico supportante la turbina, posta alla sommità della struttura, -da camere di compensazione poste sulla parte superiore dell'intelaiatura che per una eventuale emersione , anche parziale, provocano la diminuzione del volume della parte viva dell'impianto contrastando l 'emersione,

-da impianto di elettrolisi dell'acqua marina, per impianti non collegabili via cavo con la terraferma, per permettere il trasporto di energia mediante O e H liquefatti.

L'impianto, con l'asse verticale, è posizionato sommerso:

- in mare aperto , nella zona non contenuta, ad una profondità in cui le particelle d'acqua si muovono secondo traiettorie circolari pendendo le onde una combinazione di onde longitudinali e trasversali.

Quando la profondità è minore della lunghezza di onda le traiettorie diventano ellissi e per aumento della profondità il raggio del moto circolare diminuisce e ad una profondità di qualche lunghezza d'onda il raggio del cerchio va a zero e le particelle descrivono cerchi verticali senza trasporto di acqua (come evidenziata anche dal controllo della posizione di un galleggiante) ma esplicando forze oscillanti verticalmente la cui intensità diminuisce con l'aumentare della profondità ,

-ad una profondità entro la quale la pressione delle onde mantiene valori significativi in quanto, per profondità maggiori, le orbite circolari delle particelle risulterebbero sempre più piccole sino ad avere un effetto nullo ad una profondità di alcune lunghezze di onda.

-L'impianto nel suo complesso oscilla assialmente con pulsazione correlata al moto ondoso e, per lunghezza d'onda maggiore della dimensione della sua base, oscilla sfasato in ritardo. La sfasatura è in relazione all'inerzia della struttura.

La massa "M" delle strutture metalliche e delle zavorre dell'impianto è diverse volte la massa "m" dell'acqua contenuta negli spicchi delle due strutture a tronco di piramide per cui le particelle d'acqua sono soggette ad una accelerazione "am" (unidirezionale) che è diverse volte quella della accelerazione "aM" (bidirezionale) della struttura . Le particelle d'acqua, aumentando progressivamente velocità ed acquisendo energia cinetica e potenziale, danno origine a correnti ascensionali che trovano la via di fuga nella presa di alimentazione della turbina del generatore idroelettrico.

-il posizionamento è assicurato da zavorre, ubicate nella parte inferiore dell'intelaiatura e delle due strutture, e da serbatoi di compensazione ubicati nell'intelaiatura e nella parte alta delle strutture. Nella fase di oscillazione verso l'alto, le casse di espansione emergono parzialmente neutralizzando la spinta che le hanno fatto emergere , favorendo la formazione delle correnti marine. Nella fase di oscillazione verso il basso, la massa della struttura tende a comprimere la massa d'acqua sottostante determinando una azione favorevole a generare le correnti. -Le casse di espansione hanno anche la funzione di compensare la spinta , verso la superficie, cui sono sottoposte le lastre della struttura per effetto della componente normale ad esse e che si manifesta contemporaneamente alle componenti tangenziali che originano le correnti idrauliche. Permettono, nell'eventualità di eventi eccezionali connessi al moto ondoso, l'immersione dell'impianto a profondità non soggetta a turbolenza;.

-centrale computerizzata per la regolazione delle apparecchiature preposte al posizionamento della struttura e al funzionamento dei limitatori di pressione,

-di tubo telescopico per regolare la posizione dello scarico della turbina.

-di protezione dello scarico della turbina.

FUNZIONAMENTO:

Interponendo una piastra in posizione orizzontale tangente il fondo dell'onda, zona non contenuta del mare in cui le particelle d'acqua descrivono orbite circolari omnidirezionali, la pressione " p" che si ha sulla superficie inferiore della piastra, oscilla tra la pressione atmosferica "pa" e "pa ρ' " ove p'=H/10,33" (H in metri ).

Ciò in quanto l'acqua è un liquido incomprimibile e non si possono avere bolle di aria per una variazione della pressione di centesimi di bar. La pressione sulle superfici varia quindi tra pa+p' e pa.(non si può verificare il valore pa-p').

Posizionando la piastra con angolazione rispetto il piano orizzontale come avviene per le strutture a tronco di piramide dell'impianto (v.Tav.A-fig 4) la forza "fv"del moto ondoso che agisce sulla piastre da luogo a due componenti, una normale "fn" e l'altra tangente "ft"" alla superficie della piastre stesse. La piastra in definitiva , mediante le forze componenti tangenti alle sue superfici, provoca un movimento circolatorio d'acqua attorno ad essa. Nell'impianto in oggetto, le piastre inclinate degli spicchi, che costituiscono la superficie delle due strutture troncopiramidali, posizionate sommerse nella zona di mare ondoso ,non contenuta, risultano sottoposte, per l'azione del moto ondoso, a forze "fv" pulsanti verticalmente che, incidendo con inclinazione la superficie delle piastre , danno luogo a componenti normali e tangenziali.

Le componenti normali hanno risultante che agisce assialmente ed è compensata dalle casse di espansione ubicate nella intelaiatura di supporto e nella parte alta della struttura interna.

Le componenti tangenziali accelerano progressivamente la massa delle particelle d'acqua dando origine a correnti idrauliche esterne, dirette verso il basso, e a tante correnti interne ascensionali quanto sono gli spicchi . Tali ultime correnti, convogliate dagli spicchi, che si riducono di sezione e variano la forma sino a formare le tubazioni collegate alla presa di alimentazione della turbina, aumentano di velocità acquisendo energia, cinetica e potenziale, atta ad alimentare il generatore idroelettrico.

L'energia cinetica acquisita dalle correnti è caratterizzata dall'avere la velocità finale più alta di quella occorrente per superare l'effetto della pressione atmosferica sulla luce di uscita, e, al netto di tale valore, tale da poter alimentare la turbina.

L'effetto risultante può essere assimilato a quello di un pozzo artesiano di energia marina del moto ondoso.

La corrente esterna diretta verso il basso compensa, bilanciando, l'aumento dell'energia potenziale della massa d'acqua connesso alla maggiore quota cui è posizionata la turbina alimentata dalia corrente idraulica ascensionale. L'energia cinetica della corrente ascendente ottenuta dall'energia del moto ondoso, al netto delle perdite connesse all' attrito di scorrimento delle particelle, è interamente disponibile per l'alimentazione della turbina.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIOINI: -1°) - Piattaforma marina a cupola, sommersa e pulsante, per la trasformazione dell’energia oscillatoria del moto ondoso in correnti marine, aventi energia cinetica e potenziale, atte ad alimentare centrale idroelettrica. La piattaforma è costituita da una intelaiatura metallica a pianta stellare che supporta al centro due strutture coassiali metalliche entrambe a tronco di piramide sovrastate da calotte. La struttura esterna ha la base maggiore in basso e quella interna in alto. L’intercapedine è suddivisa, mediante paratie, in spicchi. Le lastre delle strutture tronco piramidali sono inclinate e nell'interno dell’intercapedine il moto oscillatorio delle particelle d’acqua che costituiscono il moto ondoso, da luogo a forze componenti .tangenti le lastre, che accelerano la massa d’acqua contenuta negli spicchi , sino a formare correnti marine ascensionali che progressivamente incrementano di energia cinetica e potenziale trovando la via di fuga nelle tubazioni di alimentazione del distributore della turbina idraulica del generatore elettrico ubicata all’esterno sopra la calotta della struttura esterna. Il generatore elettrico è ubicato all’interno della calotta della struttura interna. L’impianto è posizionato immerso ad una profondità entro la quale gli effetti connessi al movimento omnidirezionale del moto rotatorio delle particelle d’acqua, che costituiscono il moto ondoso, hanno valori significativi. La piattaforma è dotata delle strutture dei mezzi navali sommergibili e degli impianti di elettrolisi dell’acqua marina e di compressione e liquefazione dell’idrogeno e ossigeno ottenuti per elettrolisi. -2°)- Piattaforma marina secondo la prima rivendicazione caratterizzata dal fatto di avere le strutture a tronco di cono. -3°)- Piattaforma marina secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di avere lo scarico delle turbine protetto dal lato di provenienza delle onde. -4°)- Piattaforma marina secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto

   che le correnti marine formatesi negli spicchi, alimentano più turbine, -5°)- Piattaforma marina secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di avere i locali dei servizi preposti al funzionamento dell’impianto, ubicati sopra la superficie marina e supportati da struttura metallica ancorate alla struttura sommersa. -6°)- Piattaforma marina secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata dall’essere posizionata, su bassi fondali, mediante aste formanti da guida all’impianto pulsante ed ancorate al fondale mediante snodi cardanici. -7°)- Piattaforma marina secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di essere posizionata mediante cavi estensibili ancorati al fondale. -8°)- Piattaforma marina secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di poter comandare da terra il funzionamento delle attrezzature deirimpianto.