ITUB20159172A1 - Infrastruttura galleggiante offshore per lo sfruttamento di energia eolica - Google Patents

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Description

"INFRASTRUTTURA GALLEGGIANTE OFFSHORE PER LO SFRUTTAMENTO DI ENERGIA EOLICA"
La presente invenzione si riferisce ad un 'infrastruttura galleggiante offshore per lo sfruttamento di energia eolica.
In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un 'infrastruttura da collocare in mare aperto per la generazione di energia, attraverso fonti rinnovabili, mediante turbine eoliche su torri offshore, ad asse di rotazione in direzione del vento e mobile verticalmente a seguito delle onde .
Lo stato dell'arte delle infrastrutture offshore per generare energia elettrica a partire dal vento è rappresentato da numerosi brevetti, in particolare riguardanti sistemi per assicurare un galleggiamento stabile delle strutture portanti.
Per esempio, il brevetto EP1881927B1 riguarda un'installazione galleggiante di turbine eoliche comprendente una cella di galleggiamento, una torre disposta sulla cella di galleggiamento, un generatore montato sulla torre, il generatore essendo girevole rispetto alla direzione del vento, un rotore eolico montato sul generatore ed un sistema di ancoraggio comprendente una pluralità di linee di ancoraggio, le cui estremità sono fissate a rispettivi punti di ancoraggio e alla cella di galleggiamento mediante ulteriori coppie di linee inclinate verso l'esterno, in modo da costituire una disposizione a forma di delta.
Un primo problema di questa soluzione riguarda il fatto che un sistema di ancoraggio di tali infrastrutture galleggianti comporta l'uso di celle di galleggiamento di peso notevole, per poter abbassare il baricentro e bilanciare al tempo stesso la forzante indotta dal vento sul rotore posto al di sopra della torre.
Inoltre, le infrastutture galleggianti per lo sfrutamento di energia eolica costituite da generatori di potenza in direzione del vento presentano un secondo problema, legato ad uno scarso valore dell'indice per lo sfruttamento dell'impianto, tale indice essendo dato dal rapporto: ore di effettivo funzionamento rispetto a ore di fermo dell'impianto .
Lo stato dell'arte permette di risolvere questo secondo problema utilizzando infrastrutture offshore per generare energia elettrica a partire dal vento, in cui un generatore di potenza è collegato a profili alari operanti nella troposfera. Infatti, i profili alari nella troposfera possono coprire una maggiore fascia temporale durante l'interazione con i venti a quota troposferica, permettendo di aumentare il valore di tale indice per lo sfruttamento dell'impianto.
Per esempio, il documento brevettuale W02010143214 descrive un 'infrastruttura offshore di un generatore eolico troposferico comprendente almeno una piattaforma galleggiante atta a sostenere un generatore eolico troposferico azionato da profili alari collegati con funi ed almeno una cima di ormeggio ancorata sul fondo del mare. La cima di ormeggio è collegata alla piattaforma galleggiante in un punto prossimo al generatore di potenza, in modo che la linea di ormeggio ed i cavi di controllo dei profili alari tendano ad allinearsi sotto carico limitando il momento ribaltante sulla piattaforma. Inoltre, tale infrastruttura offshore consente alla piattaforma galleggiante di essere orientata e trainata dall'azione combinata di trazione agendo sui cavi di controllo del profilo alare, del vento e della corrente marina.
Scopo della presente invenzione è risolvere 1 suddetti problemi della tecnica anteriore fornendo una combinazione ottimale delle soluzioni di un generatore eolico a rotore e di un generatore eolico troposferico.
Un ulteriore scopo è aumentare la produzione di energia mediante fonti energetiche alternative.
Un ulteriore scopo è permettere una ripresa del parco esistente di infrastrutture offshore di energia eolica di rotori e turbine aggiungendo un generatore eolico di profili alari troposferici.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell'invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un'infrastruttura galleggiante offshore per lo sfruttamento di energia eolica, come quella descritta nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano 1'oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione .
Risulterà immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell 'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.
La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
la Figura 1 mostra una vista schematica in prospettiva di una prima forma di realizzazione dell' infrastruttura galleggiante offshore secondo la presente invenzione;
la Figura 2 mostra una vista schematica in prospettiva di una seconda forma di realizzazione dell' infrastruttura galleggiante offshore secondo la presente invenzione;
la Figura 3 mostra una vista schematica in prospettiva di una terza forma di realizzazione dell' infrastruttura galleggiante offshore secondo la presente invenzione;
la Figura 4 mostra una vista schematica in prospettiva di una quarta forma di realizzazione dell' infrastruttura galleggiante offshore secondo la presente invenzione; e
la Figura 5 mostra una vista in assonometria di un particolare ingrandito della realizzazione di Figura 4.
Facendo riferimento alla Figura 1, che ne illustra una prima forma di realizzazione preferita, un'infrastruttura galleggiante offshore per lo sfruttamento di energia eolica secondo la presente invenzione comprende sostanzialmente:
un elemento flottante allungato 1 atto a ruotare intorno e muoversi lungo il proprio asse in una direzione sostanzialmente verticale rispetto alla massa di liquido M (comunemente il mare) in cui l'elemento flottante allungato 1 è immerso e galleggia; una torre 11 disposta su e coassiale con l'elemento flottante 1;
un primo generatore di potenza 10 connesso operativamente alla torre 11, in cui tale primo generatore di potenza 10 è rotante intorno all'asse dell'elemento flottante 1 venendo spinto dalla forza del vento; ed un rotore eolico 12 montato sul primo generatore di potenza 10, il tutto orientato, in modo noto, alla trasformazione di energia eolica in energia elettrica.
Facendo riferimento ora alla Figura 2, che ne illustra una seconda forma di realizzazione preferita, 1 'infrastruttura galleggiante offshore per lo sfruttamento di energia eolica della presente invenzione comprende sostanzialmente:
un elemento flottante allungato 1 atto a ruotare intorno e muoversi lungo il proprio asse in una direzione sostanzialmente verticale rispetto alla massa di liquido M (comunemente il mare ) in cui 1'elemento flottante allungato 1 è immerso e galleggia; una torre 11 disposta su e coassiale con l'elemento flottante 1;
un secondo generatore di potenza 20 connesso operativamente all'elemento flottante 1, in cui il secondo generatore di potenza 20 è rotante intorno all'asse dell'elemento flottante 1 venendo spinto dalla forza del vento; il secondo generatore di potenza 20 è dotato di almeno un braccio oscillante 21 interagente con un sistema di funi 22, dove il sistema di funi 22 è atto a collegare il secondo generatore di potenza 20 con almeno un profilo alare di potenza 23, il tutto orientato, in modo noto, alla trasformazione di energia eolica in energia elettrica.
Facendo riferimento ora alla Figura 3, che ne illustra una terza forma di realizzazione (che è quella maggiormente preferita), rispetto alla prima forma di realizzazione illustrata in Figura 1, 1'infrastruttura secondo la presente invenzione comprende il secondo generatore di potenza 20 connesso operativamente all'elemento flottante 1, in cui il secondo generatore di potenza 20 è rotante intorno all'asse dell'elemento flottante 1 venendo spinto dalla forza del vento; come prima, il secondo generatore di potenza 20 è dotato di almeno un braccio oscillante 21 interagente con un sistema di funi 22, tale sistema di funi 22 essendo atto a collegare il secondo generatore di potenza 20 con almeno un profilo alare di potenza 23 per ottenere, in modo noto, la conversione di energia eolica in energia elettrica.
In una delle tre configurazioni preferite sopra illustrate, il primo generatore di potenza 10 e/o il secondo generatore di potenza 20 in modo preferibile giacciono solidalmente su un'ala 15 dotata di una chiglia 5, atta a venire in parte sommersa nel liquido M e sovrastante l'elemento flottante 1: tale chiglia 5 è atta a ridurre la deriva della parte sommersa rispetto alla direzione del vento.
Secondo la quarta forma di realizzazione preferita dell'infrastruttura secondo la presente invenzione, illustrata in Figura 4, essa comprende inoltre almeno un elemento di abilitazione della rotazione 2 posto intorno all'elemento flottante 1 ed immerso nel liquido M; tale elemento di abilitazione della rotazione 2 comprendendo mezzi 6 atti a permettere l'eventuale rotazione dell'elemento flottante 1 intorno al proprio asse (oltre al movimento verticale dettato dalle onde del liquido m), qualora ciò sia richiesto dalla particolare applicazione in cui 1'infrastruttura inventiva viene ad operare.
In particolare, 1 'infrastruttura sopra descritta può essere dotata inoltre di un sistema di ancoraggio comprendente una fune 3 avente un'estremità fissata ad un punto di ancoraggio nel liquido M (il punto di ancoraggio può essere fissato sul fondo del mare, oppure essere un'ancora o una zavorra) ed un'altra estremità dotata di un punto di giunzione 4 collegato all'elemento flottante 1, in modo da garantire l'inamovibilità dell'infrastruttura nel caso sia richiesto dall'applicazione a cui essa è sottoposta.
Preferibilmente, il suddetto punto di giunzione 4 appartiene all'elemento di abilitazione della rotazione 2 per permettere di bilanciare il momento ribaltante indotto dalla forza eolica del rotore eolico 12 con il momento stabilizzante indotto dalla forza eolica del profilo alare 23; la fune 3 è approssimativamente allineata con il sistema di funi 22.
Per un miglior equilibrio operativo, l'ala 15 può essere munita di almeno un alettone 13 atto a contrastare i disturbi dinamici trasversali a cui 1'infrastruttura può essere soggetta.
Nella configurazione preferita, il primo generatore di potenza 10 ed il secondo generatore di potenza 20 giacciono sull'asse di simmetria longitudinale dell'ala 15, come illustrato.
Inoltre, per migliorarne ulteriomente 1'equilibrio operativo, 1'infrastruttura sopra descritta può essere dotata di una pluralità di alettoni (non illustrati) connessi all'elemento flottante 1 in posizione opposta rispetto alla torre 11 (cioè immersi a fondo nel liquido M) : questi alettoni sono atti a controllare il galleggiamento verticale dell'infrastruttura durante il suo funzionamento.
Facendo ora riferimento alla Figura 5, l'elemento di abilitazione della rotazione 2, nella sua configurazione operativa preferita, ma non limitativa, comprende un anello rotante 17 ed una serie di ruote 14 dotate di pneumatici in gomma 6. Le ruote 14 rotolano in una scanalatura 16 e la fune 3 è collegata direttamente all'elemento di abilitazione della rotazione 2 attraverso il punto di giunzione 4.
L'infrastruttura galleggiante offshore per lo sfruttamento di energia eolica, oggetto della presente invenzione permette di raggiungere gli scopi prefissi sopra indicati.
La combinazione di un generatore di potenza mediante rotore o turbina eolica con un generatore di potenza mediante profili alari in troposfera permette di ottenere due vantaggi: un primo vantaggio è rappresentato dal fatto che il coefficiente di utilizzo dell'infrastruttura si accresce grazie all'operatività del profilo alare in fasce temporali in cui il rotore eolico è fermo; un secondo vantaggio è rappresentato dal fatto che la forza indotta da tale profilo alare permette di creare un momento di bilanciamento del momento ribaltante tipico di un' infrastruttura di soli rotori eolici al di sopra di una rispettiva torre.
In questo modo è possibile realizzare una infrastruttura in cui la cella di galleggiamento non deve necessariamente avere un peso e dimensioni elevate.
L'elemento di abilitazione della rotazione di rotazione della navetta del generatore di potenza a rotore non si trova al di sopra della torre, bensì viene a trovarsi all'altezza della chiglia, secondo un'architettura semplificata, di costo notevolmente ridotto.
Si è descritta una forma preferita di attuazione dell'invenzione, ma naturalmente essa è suscettibile di ulteriori modifiche e varianti nell'ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell 'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Infrastruttura galleggiante offshore per lo sfruttamento di energia eolica, caratterizzata dal fatto di comprendere: un elemento flottante allungato (1) atto a ruotare intorno e muoversi lungo il proprio asse in una direzione sostanzialmente verticale rispetto alla massa di liquido (M) in cui detto elemento flottante allungato (1) è immerso e galleggia; una torre (11) disposta su e coassiale con detto elemento flottante (1); un primo generatore di potenza (10) connesso operativamente a detta torre (11), detto primo generatore di potenza (10) essendo rotante intorno all'asse di detto elemento flottante (1) venendo spinto dalla forza del vento; ed un rotore eolico (12) montato su detto primo generatore di potenza (10).
  2. 2. Infrastruttura galleggiante offshore per lo sfruttamento di energia eolica, caratterizzata dal fatto di comprendere: un elemento flottante allungato (1) atto a ruotare intorno e muoversi lungo il proprio asse in una direzione sostanzialmente verticale rispetto alla massa di liquido (M) in cui detto elemento flottante allungato (1) è immerso e galleggia; una torre (11) disposta su e coassiale con detto elemento flottante (1); un secondo generatore di potenza (20) connesso operativamente a detto elemento flottante (1), detto secondo generatore di potenza (20) essendo rotante intorno all'asse di detto elemento flottante (1) venendo spinto dalla forza del vento, detto secondo generatore di potenza (20) essendo dotato di almeno un braccio oscillante (21) interagente con un sistema di funi (22), detto sistema di funi (22) essendo atto a collegare detto secondo generatore di potenza (20) con almeno un profilo alare di potenza (23).
  3. 3. Infrastruttura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere un secondo generatore di potenza (20) connesso operativamente a detto elemento flottante (1), detto secondo generatore di potenza (20) essendo rotante intorno all'asse di detto elemento flottante (1) venendo spinto dalla forza del vento, detto secondo generatore di potenza (20) essendo dotato di almeno un braccio oscillante (21) interagente con un sistema di funi (22), detto sistema di funi (22) atto a collegare detto secondo generatore di potenza (20) con almeno un profilo alare di potenza (23).
  4. 4, Infrastruttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto primo generatore di potenza (10) e/o detto secondo generatore di potenza (20) giacciono solidalmente su un'ala (15) dotata di una chiglia (5), atta a venire in parte sommersa nel liquido (M) e sovrastante detto elemento flottante (1), detta chiglia (5) essendo atta a ridurre la deriva della parte sommersa rispetto alla direzione del vento.
  5. 5. Infrastruttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre almeno un elemento di abilitazione della rotazione (2) posto intorno a detto elemento flottante (1) ed immerso nel liquido (M), detto almeno un elemento di abilitazione della rotazione (2) comprendendo mezzi (6) atti a permettere l'eventuale rotazione di detto elemento flottante (1) intorno al proprio asse.
  6. 6. Infrastruttura secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto di essere dotata inoltre di un sistema di ancoraggio comprendente una fune (3) avente un'estremità fissata ad un punto di ancoraggio nel liquido (M) ed un'altra estremità dotata di un punto di giunzione (4) collegato a detto elemento flottante (1).
  7. 7. Infrastruttura secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto elemento di abilitazione della rotazione (2) comprende un anello rotante (17) ed una serie di ruote (14) dotate di pneumatici in gomma (6), dette ruote (14) rotolando in una scanalatura (16) e detta fune (3) essendo collegata direttamente a detta elemento di abilitazione della rotazione (2) attraverso detto punto di giunzione (4)
  8. 8. Infrastruttura secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detto punto di giunzione (4) appartiene a detto elemento di abilitazione della rotazione (2) per permettere di bilanciare il momento ribaltante indotto dalla forza eolica di detto rotore eolico (12) con il momento stabilizzante indotto dalla forza eolica di detto almeno un profilo alare (23), detta fune (3) essendo approssimativamente allineata con detto sistema di funi (22).
  9. 9. Infrastruttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 7, caratterizzata dal fatto che detta ala (15) è munita di almeno un alettone (13) atto a contrastare i disturbi dinamici trasversali a cui detta infrastruttura è soggetta.
  10. 10. Infrastruttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto primo generatore di potenza (10) e detto secondo generatore di potenza (20) giacciono sull'asse di simmetria longitudinale di detta ala (15).
  11. 11. Infrastruttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di essere dotata di una pluralità di alettoni connessi a detto elemento flottante (1) in posizione opposta rispetto a detta torre (11), detto alettoni essendo atti a controllare il galleggiamento verticale di detta infrastruttura.
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