IT202200001349A1 - Dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso - Google Patents

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Description

Dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso
La presente invenzione riguarda dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso.
Campo dell?invenzione
Pi? dettagliatamente l?invenzione concerne un dispositivo del tipo detto, studiato e realizzato in particolare per produrre energia elettrica a seguito di spostamenti di acqua, sfruttando, in particolare, il moto ondoso del mare.
Nel seguito la descrizione sar? rivolta alla produzione di energia elettrica a partire da onde e correnti del mare ma ? ben evidente come la stessa non debba essere considerata limitata a questo impiego specifico.
Tecnica nota
Com?? noto, negli ultimi anni si stanno diffondendo sistemi in grado di produrre energia elettrica a partire da fonti di energia alternativa e rinnovabile.
In particolare, ? sentita l?esigenza di sfruttare al meglio e con continuit? l?energia cinetica contenuta nelle onde del mare, essendo l?energia del moto ondoso un?importante fonte di energia rinnovabile.
Sono noti sistemi per la produzione di energia elettrica in grado di sfruttare il moto ondoso del mare. In particolare, l?energia cinetica prodotta dal moto ondoso viene convertita, mediante tali sistemi, in energia elettrica da immettere, ad esempio, nella rete di distribuzione elettrica.
Attualmente, l?impianto a colonna d'acqua oscillante (in inglese ?Oscillating Water Column?, OWC) rappresenta il sistema pi? economico e diffuso per la conversione dell?energia cinetica prodotta dal moto ondoso in energia elettrica.
Pi? dettagliatamente, l?impianto a colonna d?acqua oscillante sfrutta il movimento verticale oscillatorio della colonna d?acqua all?interno di una camera, creando la compressione e la successiva espansione dell?aria contenuta sopra il livello dell?acqua.
Tale flusso d?aria viene, quindi, canalizzato in modo da azionare una turbina ad aria, mantenendo sempre il medesimo senso di rotazione per avviare l?alternatore elettrico per la produzione di energia elettrica.
Ad oggi, le due tipologie di turbine ad aria pi? utilizzate sono le turbine unidirezionali e le turbine bidirezionali.
La turbina unidirezionale prevede un sistema di rettificazione del flusso dell?aria provvisto di valvole di non ritorno, in modo da consentirne il funzionamento unidirezionale.
D?altra parte, invece, la turbina bidirezionale non prevede alcuna valvola di non ritorno poich? la turbina ? in grado di funzionare con flussi d?aria bidirezionali.
In particolare, tra le due tipologie di turbine sopra menzionate, vengono tipicamente utilizzate le turbine unidirezionali a causa della loro elevata efficienza rispetto alle turbine bidirezionali.
Tuttavia, il sistema di rettificazione del flusso d?aria ? complesso, sia a causa delle grandi dimensioni che degli alti tempi di risposta delle valvole.
Pertanto, entrambe le tipologie di turbine convenzionali vengono impiegate limitatamente a piccoli dispositivi.
Invece, per grandi impianti, vengono generalmente utilizzate le turbine Wells.
Pi? dettagliatamente, le turbine Wells vengono impiegate negli impianti a colonna d'acqua oscillante in quanto auto rettificanti, ovvero in grado di ruotare sempre nello stesso verso indipendentemente dalla direzione del flusso d?aria che le attraversa.
Ci? rappresenta la condizione necessaria per l?azionamento dell?alternatore elettrico per la produzione di energia elettrica.
Tuttavia, un inconveniente di tali soluzioni note ? dato dal fatto che esse sono caratterizzate da una bassa efficienza, a causa, in particolare, dell?elevato angolo di attacco della pala rotorica rispetto al flusso entrante e della mancanza di un punto fisso di funzionamento.
Un altro inconveniente di tali soluzioni note ? dato dal fatto che esse non sono in grado di auto avviarsi. Infatti, ? necessario accoppiare le turbine Wells ad un motore di lancio, aumentando, quindi, sia i costi di installazione che i costi di manutenzione.
Un ulteriore inconveniente di tali soluzioni note ? dato dal fatto che esse possono essere utilizzate solo negli impianti a colonna d?acqua oscillante per applicazioni oceaniche, ad esempio nelle coste atlantiche, oppure nelle applicazioni ?off-shore?. In particolare, le turbine Wells vengono utilizzate solo in presenza onde aventi un?altezza superiore a 3-4 metri circa.
Infine, un altro inconveniente di tali soluzioni note ? dato dal fatto che esse prevedono elevati costi di realizzazione e manutenzione. Infatti, il costo dell?energia che si ottiene con tali impianti ? elevato.
A titolo esemplificativo, si stima che il costo livellato dell?energia (in inglese ?Levilized Cost of Energy?, LCOE) per tali impianti sia pari a circa 90?101 ?/MWh per impianti installati sulla costa ed a circa 180?490 ?/MWh per impianti posizionati in mare aperto.
Pertanto, tali valori risultano pi? elevati rispetto ai valori che si ottengono con altri sistemi energetici. Ad esempio, il costo livellato dell?energia ? pari a circa 50 ?/MWh per un impianto geotermico, a circa 68 ?/MWh per un impianto fotovoltaico nonch? circa 60 ?/MWh e circa 102 ?/MWh rispettivamente per un impianto eolico installato sulla terra o in mare.
Scopo dell?invenzione
Alla luce di quanto sopra, ?, pertanto, scopo della presente invenzione quello di superare gli svantaggi sopra menzionati, fornendo un dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso.
Un altro scopo dell?invenzione ? quello di fornire un dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso che consenta di ottenere un effetto sinergico tra i seguenti meccanismi e/o azionamenti: meccanismo di azionamento di una o pi? turbine ad aria, brevi tempi di risposta al flusso dell?aria bidirezionale proveniente da una camera di un impianto a colonna d?acqua oscillante, utilizzo di una o pi? turbine ad aria unidirezionale per ottenere un?elevata efficienza nonch? un sistema di protezione da onde con altezza elevata.
Un ulteriore scopo dell?invenzione ? quello di fornire un dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso che sia utilizzabile in siti in cui l?altezza delle onde del mare ? uguale o inferiore a 3 metri circa come, ad esempio, il bacino del Mar Mediterraneo.
Un altro scopo dell?invenzione ? quello di fornire un dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso che sia di elevata affidabilit?, di relativamente semplice realizzazione, ed a costi competitivi se paragonato alla tecnica nota.
Oggetto dell?invenzione
Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso, in cui detto dispositivo ? accoppiabile, in uso, ad una camera di un impianto a colonna d?acqua oscillante, detta camera essendo aperta inferiormente per consentire l?ingresso o l?uscita di acqua, in cui detto dispositivo comprende un primo condotto, connesso a detta camera, un secondo condotto, connesso a detto primo condotto, un terzo condotto, connesso a detto primo condotto e a detto secondo condotto, una prima turbina, installata in detto secondo condotto, una seconda turbina, installata in detto terzo condotto, un primo gruppo di deviazione, disposto in detto terzo condotto, per deviare un primo flusso d?aria proveniente da detta camera verso l?ambiente esterno, mediante detto secondo condotto, azionando detta prima turbina, e per deviare un secondo flusso d?aria proveniente dall?ambiente esterno verso detta camera, mediante detto terzo condotto, azionando detta seconda turbina, un albero di trasmissione, disposto tra detto secondo condotto e detto terzo condotto, in cui detta prima turbina e detta seconda turbina sono calettate su detto albero di trasmissione, ed una macchina elettrica rotante, calettata su detto albero di trasmissione, per convertire l'energia meccanica fornita da detta prima turbina e da detta seconda turbina in energia elettrica sotto forma di corrente alternata.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, detto dispositivo pu? comprendere un?unit? centrale di controllo comprendente un?unit? logica di controllo, collegata a detto primo gruppo di deviazione, in cui detto primo gruppo di deviazione comprende un primo attuatore ed un primo organo di deviazione connesso a detto primo attuatore, un pressostato, un tubo piezometrico connesso a detto pressostato, in cui detto pressostato, connesso a detta unit? logica di controllo e a detta camera mediante detto tubo piezometrico, ? in grado di rilevare almeno un valore di pressione associato ad una quantit? di acqua contenuta in detto tubo piezometrico, tale che: se detto valore di pressione rilevato da detto pressostato ? positivo, detta unit? logica di controllo determina la presenza di un?onda crescente ed aziona detto attuatore in modo tale che detto primo organo di deviazione passi da una seconda posizione operativa, in cui consente a detto secondo flusso d?aria di fluire in detto primo condotto, ad una prima posizione operativa, in cui consente a detto primo flusso d?aria di fluire in detto secondo condotto; oppure se detto valore di pressione rilevato da detto pressostato negativo, detta unit? logica di controllo determina la presenza di un?onda decrescente ed aziona detto attuatore in modo tale che detto primo organo di deviazione passi da detta prima posizione operativa a detta seconda posizione operativa.
Convenientemente secondo l?invenzione, detta unit? centrale di controllo pu? comprendere un sensore di prossimit?, collegato a detta unit? logica di controllo e a detta camera mediante detto tubo piezometrico, in cui detto sensore di prossimit? ? in grado di rilevare la presenza dell?acqua contenuta in detto tubo piezometrico entro una predeterminata distanza da detto sensore di prossimit?, in cui detto terzo condotto ha un?ulteriore apertura per consentire il passaggio di un terzo flusso d?aria e/o acqua da detta camera verso l?ambiente esterno, ed in cui detto dispositivo pu? comprendere un secondo gruppo di deviazione, disposto in detto terzo condotto e collegato a detta unit? logica di controllo , in cui detto secondo gruppo di deviazione comprende un secondo attuatore, ed un secondo organo di deviazione, connesso a detto secondo attuatore.
Ancora secondo l?invenzione, quando detto sensore di prossimit? rileva la presenza dell?acqua entro detta predeterminata distanza oppure quando detto valore di pressione fornito da detto pressostato ? maggiore di un ulteriore predeterminato valore di pressione, detta unit? logica di controllo pu? essere configurata per azionare contemporaneamente detti attuatori di detti gruppi di deviazione in modo tale che detti organi di deviazione siano entrambi in detta seconda posizione operativa, cos? che detto flusso di acqua e/o aria non fluisca verso dette turbine.
Sempre secondo l?invenzione, detta prima turbina pu? essere una turbina unidirezionale ad aria e comprende una pluralit? di primi organi di rotazione aventi una prima orientazione, detta seconda turbina pu? essere una turbina unidirezionale ad aria e comprende una pluralit? di secondi organi di rotazione aventi una seconda orientazione, in cui detta seconda orientazione di detti secondi organi di rotazione ? opposta a detta prima orientazione di detti primi organi di rotazione.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, detti primi organi di rotazione e detti secondi organi di rotazione possono essere realizzati mediante ottone per resistere all?azione corrosiva del moto ondoso, e detti primo, secondo e terzo condotto possono essere realizzati mediante acciaio inox AISI 316.
Convenientemente secondo l?invenzione, detta macchina elettrica rotante pu? essere collegata ad un convertitore, collegato a sua volta ad una rete di alimentazione elettrica, in cui detto convertitore ? in grado di convertire l?energia elettrica sotto forma di corrente alternata a frequenza variabile fornita da detta macchina elettrica rotante in energia elettrica a frequenza costante per poter essere immessa in detta rete di alimentazione elettrica.
Ancora secondo l?invenzione, detto primo condotto, detto secondo condotto e detto terzo condotto possono essere connessi tra loro in modo da realizzare una struttura a forma di ?Y?, in cui detto secondo condotto e detto terzo condotto sono paralleli tra loro.
Ancora secondo l?invenzione, detto primo condotto pu? avere un?apertura su un?estremit? per consentire il passaggio di aria e/o acqua da detta camera verso detto secondo condotto o detto terzo condotto e viceversa, e in cui detto secondo condotto pu? avere un?apertura su un?estremit? per consentire la fuoriuscita di detto primo flusso d?aria da detta camera verso l?ambiente esterno.
Breve descrizione delle figure
La presente invenzione verr? ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, secondo le sue preferite forme di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: la figura 1 mostra una vista prospettica parzialmente in sezione di una forma di realizzazione di un dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso, secondo la presente invenzione;
la figura 2 mostra, in vista schematica, un collegamento operativo tra il dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso di figura 1 ed una camera di un impianto a colonna d?acqua oscillante;
la figura 3 mostra, in vista schematica e in dettaglio, il collegamento operativo tra il dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso e la camera dell?impianto a colonna d?acqua oscillante di figura 2;
la figura 4 mostra, in vista schematica e in dettaglio, una fase di espulsione di aria dalla camera dell?impianto a colonna d?acqua oscillante verso il dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso di figura 1, quando l?onda del mare ? crescente;
la figura 5 mostra, in vista schematica e in dettaglio, una fase di immissione di aria dal dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso di figura 1 verso la camera dell?impianto a colonna d?acqua oscillante, quando l?onda del mare ? decrescente; e
la figura 6 mostra, in vista schematica, una fase di protezione del dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso di figura 1 da onde elevate e/o valori di pressioni elevati.
Nelle varie figure le parti simili verranno indicate con gli stessi riferimenti numerici.
Descrizione dettagliata
Con riferimento alle figure 1-6, il dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso, indicato globalmente con la lettera di riferimento D, comprende un primo condotto o condotto principale 1 collegabile, in uso, ad una camera C di un impianto a colonna d?acqua oscillante, un secondo condotto o condotto superiore 2, connesso a detto condotto principale 1, un terzo condotto o condotto inferiore 3, connesso a detto condotto principale 1 e a detto secondo condotto 2, una prima turbina T1 posizionata in detto secondo condotto 2 ed una seconda turbina T2 posizionata in detto terzo condotto 3.
Nella forma di realizzazione che si descrive, il dispositivo D di generazione di energia elettrica da moto ondoso presenta una forma sostanzialmente ad ?Y?.
Infatti, come si pu? osservare dalle figure 1-6, detto condotto principale 1, detto secondo condotto 2 e detto terzo condotto 3 sono connessi tra loro in modo da realizzare una struttura a forma di ?Y?.
In particolare, detto secondo condotto 2 e detto terzo condotto 3 sono sostanzialmente paralleli tra loro. Inoltre, come verr? descritto meglio in seguito, detto secondo condotto 2 e detto terzo condotto 3 sono collegabili alternativamente, in uso, a detto primo condotto 1.
Inoltre, nella forma di realizzazione che si descrive, detta camera C ? una struttura cava di un impianto a colonna d?acqua oscillante, il quale ? installato, ad esempio, lungo la costa. Detta camera C pu? comprendere aria e/o acqua.
In particolare, con riferimento alle figure 3-6, la camera C ? aperta inferiormente per consentire l?ingresso o l?uscita di acqua del mare in/da detta camera C a causa dell?azione delle onde.
Ciascun condotto 1, 2, 3 ? aperto almeno su una rispettiva estremit?.
In particolare, il condotto principale 1 ha un?apertura 10 su un?estremit? per consentire il passaggio di aria e/o acqua dalla camera C verso il secondo condotto 2 e/o il terzo condotto 3 e viceversa.
Il secondo condotto 2 ha un?apertura 20 su un?estremit? per consentire la fuoriuscita di un primo flusso d?aria F1 proveniente dalla camera C verso l?ambiente esterno (con un?onda crescente o alzante).
Il terzo condotto 3, invece, ha un?apertura 30 per consentire l?ingresso di un secondo flusso d?aria F2 dall?ambiente esterno verso la camera C (di un?onda decrescente o calante). Inoltre, il terzo condotto 30 ha un?ulteriore apertura 31 per consentire la fuoriuscita di un terzo flusso d?aria e/o acqua F3 dalla camera C verso l?ambiente esterno (con onde alte).
Nella presente forma di realizzazione, ciascun condotto 1, 2 e 3 ? realizzato mediante acciaio inox AISI 316. Tuttavia, in altre forme di realizzazione, detti condotti 1, 2 e 3 possono essere realizzati mediante materiali differenti da quanto descritto.
Come detto, la prima turbina T1 ? installata in detto secondo condotto 2 e la seconda turbina T2 ? installata in detto terzo condotto 3.
In particolare, la prima turbina T1 e la seconda turbina T2 sono calettate su un unico albero di trasmissione o asse S. L?albero di trasmissione S ? disposto tra detto secondo condotto 2 e detto terzo condotto 3.
La prima turbina T1 ? una turbina unidirezionale ad aria e comprende una pluralit? di primi organi di rotazione o prime alette A1 aventi una prima orientazione.
Analogamente, la seconda turbina T2 ? anch?essa una turbina unidirezionale ad aria e comprende una pluralit? di secondi organi di rotazione o seconde alette A2 aventi una seconda orientazione, diversa dalla prima orientazione dei primi organi di rotazione A1 della prima turbina T1.
Nella forma di realizzazione che si descrive, l?orientazione dei primi organi di orientazione A1 ? opposta all?orientazione dei secondi organi di orientazione A2.
Tuttavia, in altre forme di realizzazione, l?orientazione degli organi di orientazione A1, A2 pu? essere diversa da quanto descritto, senza per questo uscire dall?ambito di protezione della presente invenzione.
Il dimensionamento strutturale di ciascuna turbina T1, T2 (in particolare, i diametri del rotore (non mostrato nelle figure), dello statore (non mostrato nelle figure) nonch? l?inclinazione degli organi di orientazione A1, A2) dipende delle dimensioni della camera C, alla quale il dispositivo D di generazione di energia elettrica da moto ondoso, secondo la presente invenzione, quando in uso, ? collegato.
In particolare, le dimensioni della camera C determinano la quantit? di aria che scorre nei condotti 1, 2 e 3 e che arriva alle medesime turbine T1, T2. Pi? dettagliatamente, con l?aumentare delle dimensioni della camera C aumenta il flusso dell?aria al suo interno e, quindi, aumenta anche la coppia motrice all?asse delle turbine T1, T2. La camera C viene tipicamente dimensionata in base alla tipologia di onde che caratterizzano il sito in cui viene installata.
Nella presente forma di realizzazione, gli statori, i rotori nonch? gli organi di rotazione A1, A2 sono realizzati mediante ottone, in modo tale che possano resistere all?azione corrosiva del mare.
Tuttavia, in altre forme di realizzazione, gli statori, i rotori e gli organi di rotazione A1, A2 di dette turbine T1, T2 possono essere realizzati mediante una differente tipologia di materiale.
In aggiunta, detto dispositivo D di generazione di energia elettrica da moto ondoso comprende una macchina elettrica rotante M per convertire l'energia meccanica fornita da ciascuna turbina T1, T2 in energia elettrica sotto forma di corrente alternata.
In particolare, come verr? spiegato meglio in seguito, la coppia motrice all?asse delle due turbine T1, T2 determina la potenza della macchina elettrica rotante M.
Nella forma di realizzazione che si descrive, detta macchina elettrica rotante M ? un alternatore elettrico.
Tuttavia, in altre forme di realizzazione, il numero e la tipologia di detta macchina elettrica rotante M possono essere diversi da quanto descritto.
In particolare, detta macchina elettrica rotante M ? calettata su detto albero di trasmissione S.
Inoltre, detta macchina elettrica rotante M ? collegata a detta prima turbina T1 ed a detta seconda turbina T2.
Vantaggiosamente, collegando le due turbine T1, T2 alla medesima macchina elettrica rotante M, si ottiene un maggior rendimento di tale macchina elettrica rotante M. Infatti, come verr? spiegato in dettaglio in seguito, avendo all?asse una coppia motrice che spinge indipendentemente dall?onda (sia in presenza di un?onda calante che di un?onda alzante), la macchina elettrica rotante M ? in grado di erogare energia in modo costante.
Inoltre, ? noto che, per poter funzionare, l?alternatore elettrico M deve sempre ruotare nel medesimo verso di rotazione. Per tale motivo, come anticipato, i primi organi di orientazione A1 di detta prima turbina T1 sono orientati in verso opposto rispetto ai secondi organi di orientazione A2 di detta seconda turbina T2.
Inoltre, la macchina elettrica rotante M ? collegata ad un convertitore 7, collegato a sua volta ad una rete di alimentazione elettrica 8.
Il convertitore 7 ? in grado di convertire l?energia elettrica in corrente alternata a frequenza variabile fornita da detta macchina elettrica M in corrente alternata a frequenza costante (50Hz) per poter essere immessa nella rete di alimentazione elettrica 8.
A tal proposito, si fa presente che l?energia elettrica fornita dall?alternatore elettrico M ha una frequenza variabile in quanto la stessa ? legata al numero di giri dell?albero di trasmissione S, il quale a sua volta ? direttamente collegato alle turbine T1 e T2 le quali ruotano in base alla portata dell?aria proveniente dalla camera C.
Con particolare riferimento alle figure 2-6, nella forma di realizzazione che si descrive, il dispositivo D di generazione di energia elettrica da moto ondoso comprende un primo gruppo di deviazione 4 disposto tra detto secondo condotto 2 e detto terzo condotto 3, un secondo gruppo di deviazione 5, disposto in detto terzo condotto 3, ed un?unit? centrale di controllo 6 collegata operativamente a detto primo gruppo di deviazione 4, a detto secondo gruppo di deviazione 5 e a detta camera C.
Il primo gruppo di deviazione 4 consente di deviare detto primo flusso d?aria F1 proveniente da detta camera C, nella fase di onda alzante, verso l?ambiente esterno mediante detto secondo condotto 2.
In tal modo, detto primo flusso d?aria F1 attraversa detta prima turbina T1, movimentando detti primi organi di rotazione A1, e fuoriesce da detta apertura 20 di detto secondo condotto 2.
Inoltre, il primo gruppo di deviazione 4 consente di deviare detto secondo flusso d?aria F2 proveniente dall?ambiente esterno verso detta camera C, nella fase di onda calante, mediante detto terzo condotto 3.
In tal modo, detto secondo flusso d?aria F2 attraversa detta seconda turbina T2, movimentando detti secondi organi di rotazione A2, e fuoriesce da detta apertura 10 di detto primo condotto 1.
Pi? dettagliatamente, detto primo gruppo di deviazione 4 comprende un primo attuatore 40, ed un primo organo di deviazione o primo deviatore di flusso 41, connesso a detto primo attuatore 40.
Come si pu? osservare dalle figure 2-6, detto primo organo di deviazione ? disposto in una porzione di intersezione o radice tra il secondo condotto 2 ed il terzo condotto 3.
Nella forma di realizzazione che si descrive, detto primo attuatore 40 ? un pistone pneumatico. Tuttavia, in altre forme di realizzazione, il numero e la tipologia di detto primo attuatore 40 pu? essere diverso da quanto descritto.
Il primo organo di deviazione 41 ? in grado di passare tra una prima posizione operativa, in cui consente a detto primo flusso d?aria F1 (fase di espulsione di aria) di fluire in detto secondo condotto 2 ed una seconda posizione operativa, in cui consente a detto secondo flusso d?aria F2 (fase di immissione di aria) di fluire in detto primo condotto 1.
In particolare, quando detto primo organo di deviazione 41 ? in detta prima posizione operativa, detto primo organo di deviazione 41 non consente a detto primo flusso d?aria F1 di fluire in detto terzo condotto 3. Infatti, detto primo organo di deviazione 41 consente di realizzare un collegamento diretto tra detto primo condotto 1 e detto secondo condotto 2, escludendo detto terzo condotto 3.
Quando, invece, detto primo organo di deviazione 41 ? in detta seconda posizione operativa, detto primo organo di deviazione 41 non consente a detto secondo flusso d?aria F2 di fluire in detto secondo condotto 2.
Infatti, detto primo organo di deviazione 41 consente di realizzare un collegamento diretto tra detto primo condotto 1 e detto terzo condotto 3, escludendo detto secondo condotto 2.
Pertanto, come verr? descritto meglio in seguito, nelle fasi di un?onda decrescente o crescente, i due flussi d?aria F1, F2 sono canalizzati nei rispettivi due condotti 2, 3 e rimangono separati tra loro. Inoltre, i due flussi d?aria F1, F2, che scorrono rispettivamente nei condotti 2, 3, movimentando gli organi di orientazione A1, A2 delle due turbine T1, T2, hanno una direzione opposta tra loro. In tal modo, come verr? spiegato meglio in seguito, si ottiene all?asse S lo stesso senso di rotazione.
Come anticipato, detto primo gruppo di deviazione 4 ? collegato operativamente a detta unit? centrale di controllo 6.
L?unit? centrale di controllo 6 comprende un?unit? logica di controllo 60, collegata a detto primo gruppo di deviazione 4, un pressostato 61, collegato a detta unit? logica di controllo 60, e un sensore di prossimit? 62, collegato anch?esso a detta unit? logica di controllo 60.
Il pressostato 61 ? collegato a detta camera C mediante un tubo piezometrico 63. Detto pressostato 61 ? in grado di rilevare un valore di pressione associato ad una quantit? di acqua contenuta in detto tubo piezometrico 63. Tale valore di pressione pu? essere un valore di pressione positivo, in presenza di un?onda alzante oppure un valore di pressione negativo, in presenza di un?onda calante.
Nella presente forma di realizzazione, detto pressostato 61 ? un pressostato elettronico, avente taratura regolabile. Tuttavia, in altre forme di realizzazione, la tipologia di detto pressostato 61 pu? essere diversa da quanto descritto.
In particolare, quando detto pressostato 61 rileva un valore di pressione, detto pressostato 61 fornisce tale valore di pressione a detta unit? logica di controllo 60.
Detta unit? logica di controllo 60 ? configurata per determinare la presenza di un?onda crescente o decrescente sulla base del valore di pressione rilevato dal pressostato 61.
Pi? dettagliatamente, con riferimento alla figura 4, se il valore di pressione fornito da detto pressostato 61 ? positivo, detta unit? logica di controllo 60 determina la presenza di un?onda crescente ed aziona detto attuatore 40 in modo tale che detto primo organo di deviazione 41 passi da detta seconda posizione operativa a detta prima posizione operativa. Invece, con riferimento alla figura 5, se il valore di pressione fornito da detto pressostato 61 ? negativo, detta unit? logica di controllo 60 determina la presenza di un?onda decrescente ed aziona detto attuatore 40 in modo tale che detto primo organo di deviazione 41 passi da detta prima posizione operativa a detta seconda posizione operativa.
Pertanto, ? evidente come il sistema composto dal primo gruppo di deviazione 4 e dall?unit? di controllo 60 azzeri i tempi di risposta per incanalare il flusso d?aria F1 o F2, nei rispettivi condotti 2 o 3, in sincronismo con l?andamento dell?onda alzante o calante.
Detto secondo gruppo di deviazione 5 consente di deviare il flusso di acqua e/o aria F3 proveniente da detta camera C verso l?esterno.
In tal modo, come si osserva dalla figura 6, detto flusso di acqua e/o aria F3 scorre in detto terzo condotto 3 e fuoriesce da detta ulteriore apertura 31 di detto terzo condotto 3.
Pi? dettagliatamente, detto secondo gruppo di deviazione 5 comprende un secondo attuatore 50, ed un secondo organo di deviazione o secondo deviatore di flusso 51, connesso a detto secondo attuatore 50.
Nella forma di realizzazione che si descrive, detto secondo attuatore 50 ? un pistone pneumatico. Tuttavia, in altre forme di realizzazione, il numero e la tipologia di detto secondo attuatore 50 pu? essere diverso da quanto descritto.
Detto secondo organo di deviazione 51 ? in grado di passare tra una prima posizione operativa (di riposo), in cui consente a detto flusso di acqua e/o aria F3 di fluire in detto terzo condotto 3 ed una seconda posizione operativa, in cui consente a detto flusso di acqua e/o aria F3 di fluire verso l?esterno.
Come anticipato, l?unit? centrale di controllo 6 comprende detto sensore di prossimit? 62.
Detto sensore di prossimit? 62, collegato a detta camera C mediante detto tubo piezometrico 63, ? in grado di rilevare la presenza dell?acqua contenuta in detto tubo piezometrico 63 entro una predeterminata distanza da detto sensore di prossimit? 62.
Se detto sensore di prossimit? 62 rileva la presenza dell?acqua entro detta predeterminata distanza, detta unit? logica di controllo 61 determina la presenza di un?onda elevata ed aziona contemporaneamente detti attuatori 40, 50 di detti gruppi di deviazione 4, 5 in modo tale che detti organi di deviazione 41, 51 siano entrambi in detta seconda posizione operativa.
Come si osserva in figura 6, in tal modo il flusso di acqua e/o aria F3 non scorre verso le turbine T1, T2, ma viene deviato da entrambi gli organi di deviazione 41, 51 di detti gruppi di deviazione 4, 5 verso detta ulteriore apertura 31.
Inoltre, la medesima protezione delle turbine T1, T2 viene attivata anche quando si ha una notevole pressione di aria all?uscita della camera C, rilevata dal pressostato 61, che pu? causare una condizione sovra velocit? (in inglese ?overspeed?) danneggiando le turbine T1, T2 e, di conseguenza, anche l?alternatore elettrico M.
Infatti, se il valore di pressione fornito da detto pressostato 61 ? maggiore di un ulteriore predeterminato valore di pressione, detta unit? logica di controllo 60 determina la presenza di un?onda elevata ed aziona contemporaneamente detti attuatori 40, 50 di detti gruppi di deviazione 4, 5 in modo tale che detti organi di deviazione 41, 51 siano entrambi in detta seconda posizione operativa.
Il funzionamento del dispositivo D di generazione di energia elettrica da moto ondoso sopra descritto si svolge nel modo seguente.
Inizialmente, detto dispositivo D di generazione di energia elettrica da moto ondoso viene collegato alla camera C di un impianto a colonna d?acqua oscillante parzialmente immersa in acqua e vincolata al fondo marino.
Detto primo organo di deviazione 41 di detto primo gruppo di deviazione 4 ? in detta seconda posizione operativa e detto secondo organo di deviazione 51 di detto secondo gruppo di deviazione 5 ? in detta prima posizione operativa (di riposo).
Successivamente, con riferimento alle figure 4 e 5, in presenza di oscillazioni di onde marine, l?acqua entra nella camera C e, quindi, nel tubo piezometrico 63.
Detto pressostato 61 rileva un valore di pressione (positivo o negativo) e fornisce tale valore di pressione a detta unit? logica di controllo 60.
Come si osserva dalla figura 4, se il valore di pressione fornito da detto pressostato 61 ? positivo, detta unit? logica di controllo 60 determina la presenza di un?onda crescente ed aziona detto attuatore 40 in modo tale che detto primo organo di deviazione 41 passi da detta seconda posizione operativa a detta prima posizione operativa.
Pertanto, l?aria si comprime verso la porzione superiore di detta camera C e detto primo flusso d?aria F1 scorre in detto secondo condotto 2, movimentando detti primi organi di orientazione A1 di detta prima turbina T1 e fuoriuscendo, in seguito, da detta seconda apertura 20 di detto secondo condotto 2.
Detto secondo organo di deviazione 51 rimane, invece, in detta prima posizione operativa (di riposo).
Invece, come si osserva dalla figura 5, se il valore di pressione fornito da detto pressostato 61 ? negativo, detta unit? logica di controllo 60 determina la presenza di un?onda decrescente ed aziona detto attuatore 40 in modo tale che detto primo organo di deviazione 41 passi da detta prima posizione operativa a detta seconda posizione operativa.
Pertanto, l?aria si espande verso la porzione inferiore di detta camera C e detto secondo flusso d?aria F2, aspirato dall?esterno tramite l?apertura 30, scorre in detto terzo condotto 3, movimentando detti secondi organi di orientazione A2 di detta seconda turbina T2, ed attraversando, quindi, il primo gruppo di deviazione 4, immettendosi nella camera C tramite il primo condotto 1.
Anche in questo caso, detto secondo organo di deviazione 51 rimane in detta prima posizione operativa (di riposo).
In entrambi i casi, la macchina elettrica rotante M converte l'energia meccanica fornita da ciascuna turbina T1, T2 in energia elettrica sotto forma di corrente alternata.
Detto convertitore 7 converte l?energia elettrica in corrente alternata a frequenza variabile, fornita da detta macchina elettrica rotante M in corrente alternata a frequenza costante (50Hz) per poter essere immessa nella rete di alimentazione elettrica 8.
Con riferimento alla figura 6, se detto sensore di prossimit? 62 rileva la presenza dell?acqua entro detta predeterminata distanza, detta unit? logica di controllo 60 determina la presenza di un?onda elevata e aziona contemporaneamente detti attuatori 40, 50 di detti gruppi di deviazione 4, 5 in modo tale che detti organi di deviazione 41, 51 siano entrambi in detta seconda posizione operativa.
Inoltre, se il valore di pressione fornito da detto pressostato 61 ? maggiore di un ulteriore predeterminato valore di pressione, detta unit? logica di controllo 60 determina una condizione di sovravelocit? per dette turbine T1, T2 ed aziona contemporaneamente detti attuatori 40, 50 di detti gruppi di deviazione 4, 5 in modo tale che detti organi di deviazione 41, 51 siano entrambi in detta seconda posizione operativa.
Vantaggi
Un primo vantaggio del dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso secondo la presente invenzione ? quello di ottenere un effetto sinergico tra i seguenti meccanismi e/o azionamenti: meccanismo di azionamento di una o pi? turbine ad aria, tempi di risposta immediati e sincronizzati al flusso dell?aria bidirezionale proveniente da una camera di un impianto a colonna d?acqua oscillante con annesso sistema di protezione del dispositivo da onde con altezza elevata.
Un altro vantaggio del dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso secondo la presente invenzione ? quello di utilizzare due turbine unidirezionali ad elevata efficienza, garantendo, pertanto, una produzione di energia ad elevata efficienza. Dette turbine unidirezionali T1 e T2 possono essere posizionate in cascata in forma multipla, lungo i relativi condotti 2 e 3 calettate sempre sul medesimo albero di trasmissione S, in modo da ottenere una maggiore coppia con conseguente maggiore produzione di energia elettrica. Questo risultato si pu? ottenere grazie alla particolare forma a ?Y? con condotti paralleli oggetto della presente invenzione.
Un ulteriore vantaggio del dispositivo di generazione di energia elettrica da moto ondoso secondo la presente invenzione ? quello di poter essere utilizzato in tutti i siti in cui le onde del mare raggiungono delle altezze inferiori ai 3 metri circa. Quanto asserito trova conferma dalla elementare ed evidente sinergia di tutti i sistemi, evidenziati alle rivendicazioni allegate, che caratterizzano il dispositivo D, il cui effetto finale ? dato dal fatto che anche in presenza di un minimo moto ondoso rilevato all?interno della camera C, lo stesso viene immediatamente convertito in energia elettrica.
La presente invenzione ? stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo le sue forme preferite di realizzazione, ma ? da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI
1. Dispositivo (D) di generazione di energia elettrica da moto ondoso, in cui detto dispositivo (D) ? accoppiabile, in uso, ad una camera (C) di un impianto a colonna d?acqua oscillante, detta camera (C) essendo aperta inferiormente per consentire l?ingresso o l?uscita di acqua, in cui detto dispositivo (D) comprende
un primo condotto (1), connesso a detta camera (C),
un secondo condotto (2), connesso a detto primo condotto (1),
un terzo condotto (3), connesso a detto primo condotto (1) e a detto secondo condotto (2),
una prima turbina (T1), installata in detto secondo condotto (2),
una seconda turbina (T2), installata in detto terzo condotto (3),
un primo gruppo di deviazione (4), disposto in detto terzo condotto (3), per deviare un primo flusso d?aria (F1) proveniente da detta camera (C) verso l?ambiente esterno, mediante detto secondo condotto (2), azionando detta prima turbina (T1), e per deviare un secondo flusso d?aria (F2) proveniente dall?ambiente esterno verso detta camera (C), mediante detto terzo condotto (3), azionando detta seconda turbina (T2),
un albero di trasmissione (S), disposto tra detto secondo condotto (2) e detto terzo condotto (3), in cui detta prima turbina (T1) e detta seconda turbina (T2) sono calettate su detto albero di trasmissione (S), ed una macchina elettrica rotante (M), calettata su detto albero di trasmissione (S), per convertire l'energia meccanica fornita da detta prima turbina (T1) e da detta seconda turbina (T2) in energia elettrica sotto forma di corrente alternata.
2. Dispositivo (D) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere un?unit? centrale di controllo (6) comprendente un?unit? logica di controllo (60), collegata a detto primo gruppo di deviazione (4), in cui detto primo gruppo di deviazione (4) comprende un primo attuatore (40) ed un primo organo di deviazione (41) connesso a detto primo attuatore (40),
un pressostato (61),
un tubo piezometrico (63) connesso a detto pressostato (61),
in cui detto pressostato (61), connesso a detta unit? logica di controllo (60) e a detta camera (C) mediante detto tubo piezometrico (63), ? in grado di rilevare almeno un valore di pressione associato ad una quantit? di acqua contenuta in detto tubo piezometrico (63), tale che:
- se detto valore di pressione rilevato da detto pressostato (61) ? positivo, detta unit? logica di controllo (60) determina la presenza di un?onda crescente ed aziona detto attuatore (40) in modo tale che detto primo organo di deviazione (41) passi da una seconda posizione operativa, in cui consente a detto secondo flusso d?aria (F2) di fluire in detto primo condotto (1), ad una prima posizione operativa, in cui consente a detto primo flusso d?aria (F1) di fluire in detto secondo condotto (2); oppure
- se detto valore di pressione rilevato da detto pressostato (61) negativo, detta unit? logica di controllo (60) determina la presenza di un?onda decrescente ed aziona detto attuatore (40) in modo tale che detto primo organo di deviazione (41) passi da detta prima posizione operativa a detta seconda posizione operativa.
3. Dispositivo (D) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato
dal fatto che detta unit? centrale di controllo (6) comprende un sensore di prossimit? (62), collegato a detta unit? logica di controllo (60) e a detta camera (C) mediante detto tubo piezometrico (63), in cui detto sensore di prossimit? (62) ? in grado di rilevare la presenza dell?acqua contenuta in detto tubo piezometrico (63) entro una predeterminata distanza da detto sensore di prossimit? (62),
dal fatto che detto terzo condotto (30) ha un?ulteriore apertura (31) per consentire il passaggio di un terzo flusso d?aria e/o acqua (F3) da detta camera (C) verso l?ambiente esterno, e
dal fatto di comprendere un secondo gruppo di deviazione (5), disposto in detto terzo condotto (3) e collegato a detta unit? logica di controllo (60),
in cui detto secondo gruppo di deviazione (5) comprende
un secondo attuatore (50), ed
un secondo organo di deviazione (51), connesso a detto secondo attuatore (50).
4. Dispositivo (D) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che, quando detto sensore di prossimit? (62) rileva la presenza dell?acqua entro detta predeterminata distanza oppure quando detto valore di pressione fornito da detto pressostato (61) ? maggiore di un ulteriore predeterminato valore di pressione, detta unit? logica di controllo (60) ? configurata per azionare contemporaneamente detti attuatori (40, 50) di detti gruppi di deviazione (4, 5) in modo tale che detti organi di deviazione (41, 51) siano entrambi in detta seconda posizione operativa, cos? che detto flusso di acqua e/o aria (F3) non fluisca verso dette turbine (T1, T2).
5. Dispositivo (D) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato
dal fatto che detta prima turbina (T1) ? una turbina unidirezionale ad aria e comprende una pluralit? di primi organi di rotazione (A1) aventi una prima orientazione,
dal fatto che detta seconda turbina (T2) ? una turbina unidirezionale ad aria e comprende una pluralit? di secondi organi di rotazione (A2) aventi una seconda orientazione,
in cui detta seconda orientazione di detti secondi organi di rotazione (A2) ? opposta a detta prima orientazione di detti primi organi di rotazione (A1).
6. Dispositivo (D) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato
dal fatto che detti primi organi di rotazione (A1) e detti secondi organi di rotazione (A2) sono realizzati mediante ottone per resistere all?azione corrosiva del moto ondoso, e
dal fatto che detti primo (1), secondo (2) e terzo (3) condotto sono realizzati mediante acciaio inox AISI 316.
7. Dispositivo (D) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta macchina elettrica rotante (M) ? collegata ad un convertitore (7), collegato a sua volta ad una rete di alimentazione elettrica (8), in cui detto convertitore (7) ? in grado di convertire l?energia elettrica sotto forma di corrente alternata a frequenza variabile fornita da detta macchina elettrica rotante (M) in energia elettrica a frequenza costante per poter essere immessa in detta rete di alimentazione elettrica (8).
8. Dispositivo (D) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo condotto (1), detto secondo condotto (2) e detto terzo condotto (3) sono connessi tra loro in modo da realizzare una struttura a forma di ?Y?, in cui detto secondo condotto (2) e detto terzo condotto (3) sono paralleli tra loro.
9. Dispositivo (D) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato
dal fatto che detto primo condotto (1) ha un?apertura (10) su un?estremit? per consentire il passaggio di aria e/o acqua da detta camera (C) verso detto secondo condotto (2) o detto terzo condotto (3) e viceversa, e
dal fatto che detto secondo condotto (2) ha un?apertura (20) su un?estremit? per consentire la fuoriuscita di detto primo flusso d?aria (F1) da detta camera (C) verso l?ambiente esterno.
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