PT109903B

PT109903B - Dispositivo flutuante de conversão da energia das ondas

Info

Publication number: PT109903B
Application number: PT109903A
Authority: PT
Inventors: Rezanejad Kourosh; Guedes Soares Carlos
Original assignee: Inst Superior Tecnico
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2023-01-18
Also published as: PT109903A; WO2018147753A1

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A UM DISPOSITIVO DE CONVERSÃO DA ENERGIA DAS ONDAS COM DUAS COLUNAS ASSIMÉTRICAS DE ÁGUA OSCILANTE. A COLUNA ANTERIOR OU DIANTEIRA É A PRIMEIRA A RECEBER O CONTACTO DO SISTEMA DE ONDAS INCIDENTES, QUE DEPOIS VÃO FAZER-SE SENTIR NA COLUNA POSTERIOR. A PARTE POSTERIOR DO SISTEMA TEM A CÂMARA POSTERIOR (2) COM A TURBINA POSTERIOR (10) NA SUA PARTE SUPERIOR E LIMITADA INFERIORMENTE PELA PLACA INFERIOR (7), A QUAL SE PROLONGA HORIZONTALMENTE, FORMANDO, EM PARTE DO VOLUME DA DITA CÂMARA, CONJUNTAMENTE COM UMA PLACA SUPERIOR (8), UM CANAL DE LIGAÇÃO DA CÂMARA POSTERIOR (2) AO MAR, O QUAL É LIMITADO SUPERIORMENTE POR UMA PLACA SUPERIOR (8). A CÂMARA POSTERIOR (2) É LIMITADA PELA PAREDE DIVISÓRIA INTERMÉDIA (6), E POSTERIORMENTE PELO MÓDULO DE FLUTUAÇÃO POSTERIOR (4), MÓDULO ESSE, LIMITADO INFERIORMENTE POR UMA PLACA SUPERIOR (8), PARALELA À PLACA INFERIOR (7), FORMANDO O DITO CANAL DE LIGAÇÃO DA CÂMARA POSTERIOR (2) AO MAR. A PARTE ANTERIOR DO SISTEMA É CONSTITUÍDA PELA CÂMARA ANTERIOR (1), LIMITADA FRONTALMENTE PELO MÓDULO DE FLUTUAÇÃO (3), LIMITADA POSTERIORMENTE PELA PAREDE DIVISÓRIA INTERMÉDIA (6) E LIMITADA INFERIORMENTE PELA PLACA INFERIOR (5) QUE SE PROLONGA HORIZONTALMENTE PARA ALÉM DO LIMITE DO DITO MÓDULO DE FLUTUAÇÃO ANTERIOR (3), ESTANDO ALINHADA COM A PLACA INFERIOR (7) DA CÂMARA POSTERIOR (2) E SEPARADA DESTA PELA PAREDE DIVISÓRIA INTERMÉDIA (6). ESTES COMPONENTES E A SUA CONFIGURAÇÃO ESPECÍFICA SÃO ELEMENTOS FUNDAMENTAIS DA PARTE ANTERIOR OU DIANTEIRA DO DISPOSITIVO, COM IMPLICAÇÕES NO SEU FUNCIONAMENTO E DESEMPENHO. AS TURBINAS ANTERIOR E POSTERIOR (9 E 10) SÃO INDEPENDENTES E CADA UMA OPERA EM CADA UM DOS DOIS MÓDULOS QUE CONSTITUEM ESTE CONVERSOR.

Description

DESCRIÇÃO DISPOSITIVO FLUTUANTE DE CONVERSÃO DA ENERGIA DAS ONDAS

Âmbito da invenção

A presente invenção refere-se a um dispositivo flutuante de conversão da energia das ondas com duas colunas assimétricas de água oscilante. 0 conversor de energia das ondas (CEO) permite uma redução dos custos de produção de eletricidade com o aumento da eficiência e com a diminuição dos custos do equipamento, quando comparado com outros congéneres.

Estado da técnica

Devido às limitações das fontes de energia renováveis fósseis e ao facto de o seu processo de produzir energia aumentar a poluição ambiental, os recursos de energia renováveis têm-se mostrado atraentes. De entre as fontes de energia renováveis, a energia das ondas é considerada como sendo um dos recursos de fronteira uma vez que uma grande parte da energia mundial está concentrada nos oceanos. A energia das ondas disponível mundialmente estimada pelo Conselho Mundial da Energia é de 17,5 PWh (PWh = Peta Watt por hora = 10¹² kwh, sendo comparável com o consumo mundial anual energético de 16 PWh (Boyle, G., 2004. Renewable energy - power for a sustainable future. Oxford University Press).

Existem vários conceitos e projetos de conversores de energia das ondas (CEO), alguns dos quais já estão implementados no mar, outros foram construídos e testados à escala de modelo. Uma grande parte deles ainda está numa fase de desenvolvimento e outros estão ainda numa etapa i

conceptual. Um dos desafios principais no desenvolvimento dos CEOs é o custo elevado da energia produzida por estes dispositivos. Uma vez que o custo do projeto, construção e manutenção destes CEOs continua a ser elevado e leva a uma produção pouco económica de energia comparativamente a outros equipamentos disponíveis de produção de energia, foram feitas várias tentativas de inventar CEOs mais eficientes. É evidente que a influência direta do aumento de eficiência é a diminuição do custo de produção de energia. Por isso, na presente invenção há o objetivo de reduzir a energia de produção através da implementação simultânea de dois critérios diferentes. Por um lado, houve a preocupação de projetar o dispositivo de maneira a que possua uma elevada eficiência primária para uma vasta gama de frequências das ondas. Por outro, tentou-se remover algumas partes mais dispendiosas do dispositivo através do projeto da planta. 0 novo CEO consegue preencher ambos os requisitos. Possui elevada largura de captura para converter energia das ondas em energia pneumática e também, por outro lado, foram retirados mecanismos complicados de controlo. De facto, a ocorrência de vários tipos de mecanismos de ressonância hidrodinâmica faz com que a conversão de energia das ondas em energia pneumática seja altamente eficaz e não seja sensível às variações de amortecimento resultantes das dimensões das turbinas. Consequentemente, a necessidade de utilizar sistemas de controlo complicados nas dispendiosas turbinas de ar é eliminada. Deve ser evidenciado que, de acordo com desenvolvimentos recentes no projeto de turbinas de ar altamente eficientes aplicáveis numa enorme gama de frequências, como por exemplo no pedido de patente número US201113580099, Turbine with radial inlet and outlet rotor for use in bidirectional flows, espera-se que a eficiência de transformação da energia das ondas para elétrica seja melhorada implementando este novo projeto do CEO que possui valores elevados de eficiência primária.

dispositivo de coluna de água oscilante (CAO) consiste num caixão de extremidade aberta, que se encontra parcialmente imerso na água. A coluna de água dentro da câmara tem flutuações de pressão alternadas devido às ondas incidentes. Esta flutuação move o ar acima da superfície livre interna da câmara através da turbina, que induz o gerador elétrico a produzir eletricidade. Toda a unidade de recuperação de energia é, geralmente, colocada acima da câmara, não estando por isso em contacto direto com a água. Vários dispositivos CEO foram até agora idealizados para atuar nestas bases e, consequentemente, podem ser categorizados como dispositivos de CAO. Uma vez que o novo CEO apresentado no presente pedido de patente pode ser considerado como um dispositivo flutuante tipo CAO, todas as principais invenções anteriores que sejam flutuantes (ou que tenham a capacidade de se tornarem flutuantes) e atuem como CAO são revistas, sendo possível verificar que qualquer uma destas invenções não é idêntica ao novo dispositivo CEO que se pretende proteger.

Alguns dos projetos de dispositivos de CAO atuam somente como um dispositivo CAO flutuante embora possam também ser aplicados em parques de energia, como por exemplo os dispositivos flutuantes CAO anteriormente apresentados nos pedidos de patentes GB20080007183, Oscillating-watercolumn wave-energy device having a helical column; US20100795008, Wave power plant according to the principie of the oscillating water column; WO2011RU00540, Floating element of a wave station; DE20101053300, Construction for converting wave energy into current in e.g. ocean, has floaters attached at Steel frame, swot-oscillating water column system for driving construction, and frames i.e. Steel pipes, welded together; CN20132442966U, Offshore oscillating water column power generation device; GB20140012997, A wave energy converter.

Em alguns planos de dispositivos flutuantes de CAO foram implementadas câmaras múltiplas, como por exemplo nos dispositivos CAO flutuantes previamente descritos nos seguintes pedidos de patentes: FR19780028577 - Sea wave energy converter - uses hollow floating chambers with open bottoms, which pump air to drive turbines; CA19992286545 OWC energy center; WO2012ES00050 - Floating structure and installation for using the energy of the surge of the waves, using a floating catamaran with several oscillating water column chambers; US20050658722 - Modular near-shore wave-powered energy collection system; US20070300462 Wave energy generator; DE20091008211 - Wave-driven power station for converting wave energy into usable energy, has openings on its lower side or is open downward, so that the water levei rises and falis unhindered with passing waves and activates a propeller or turbine; US20090994685 Energy converter; GB20120013884, Plural OWC system with angled ports; WO2005GB01166 - Wave energy conversion apparatus; GB20090009801 - Wave energy generator with multiple turbines. Estes planos contêm, pelo menos, duas câmaras onde uma coluna de água aprisionada oscila dentro delas. Pela aplicação deste conceito, seria possível aumentar a energia de produção a partir de ondas embora o custo de manufatura da planta seja também aumentado. Por isso, uma análise económica e justificações devem ser aplicadas de modo a avaliar o custo da energia produzida antes de se iniciar a construção da planta. Deve-se destacar que cada câmara destes CEOs tem a sua própria frequência de ressonância e, consequentemente, a aplicação dos seus sistemas combinados numa plataforma aumenta a largura da banda de frequência com eficiência melhorada. É de salientar que o sistema pode absorver quase todas as energias de ondas incidentes quando o fenómeno de ressonância ocorre na câmara. Assim, o sistema melhorou a eficiência nesta frequência de ressonância. No caso em que o CEO tem várias frequências de ressonância o sistema tem valores elevados de eficiência em cada uma dessas frequências (e, provavelmente, nos intervalos de frequência entre elas) o que leva, eventualmente, a aumentar totalmente a elevada eficiência da frequência da largura de banda.

Um dispositivo flutuante de CAO específico foi inventado por Masuda e Toshiari e apresentado no pedido de patente n° EP19990302807 - Wave energy absorber of the oscillating water column type, e denomina-se bóia com conduta encurvada para trás (BCET). A presença de força de tração reversa para gamas de frequência específicas de ondas incidentes que fazem com que o dispositivo se mova na direção das ondas é uma das vantagens exclusivas deste tipo de dispositivo flutuante de CAO. Esta força de movimento negativa reduz substancialmente as forças de ancoragem. Adicionalmente, a eficiência do dispositivo é elevada devido à ocorrência de movimentos relativos entre o dispositivo e a água presa no interior. No entanto, a área de entrada das ondas dentro do dispositivo BCET está localizada a jusante. Um plano semelhante de dispositivo BCET foi introduzido por Mccarthy Michael John Martin & Whelan Michael Martin no pedido de patente n° US20070446095

- A floatable wave energy converter and a method for improving the efficiency of a floatable wave energy converter. 0 dispositivo tem três câmaras-de-ar ao alto localizadas no compartimento e três canais de acomodação de água correspondentes.

A ideia básica do projeto de alguns conversores de energia das ondas estava concentrada na implementação de planos combinados de vários tipos de conversores correntes de energia de onda, vento e corrente juntos e integrados numa plataforma que provavelmente conduzirá à redução dos custos da energia produzida pela planta. Com este conhecimento, o significado para a absorção de energia das ondas pode ser um dispositivo de coluna de água oscilante, como os descritos nos seguintes pedidos de patentes: WO1993GB02072 - Combined wind and wave power generator; US20070311527 Wave and wind power generation; CN20141448186 - Offshore wind turbine platform combined with oscillating water column type wave energy device; DE201110118254 - Combined off-shore energy plant for producing wave and wind energy to be converted into electric energy, has wind turbine and/or wave turbine mechanically coupled with each other and connected with generator as function of sensor system; GB20060020669 - Combined water current and wave energy powered installation; GB20000019235 - Offshore power generating structure; DE1995104356 - Multiple system wave energy converter for electricity generation.

Resumo da invenção

A presente invenção refere-se a um novo dispositivo de conversão de energia das ondas com duas colunas assimétricas de água oscilante, a anterior e a posterior, relativamente às ondas incidentes.

dispositivo, objeto da presente invenção, é constituído por:

a) 0 sistema de coluna de água oscilante anterior localizado a jusante das ondas que compreende os seguintes elementos: uma câmara anterior (1) delimitada na base por uma placa inferior (5) horizontal, no topo por uma turbina anterior (9), ainda delimitada no lado posterior por uma parede divisória intermédia (6) , e no lado anterior, por um módulo de flutuação anterior (3) estende-se para além do alinhamento vertical do módulo de flutuação anterior (3) , criando uma zona denominada de porto, essencial ao funcionamento do equipamento.

b) 0 sistema de coluna de água oscilante posterior compreendendo os seguintes elementos: uma câmara posterior (2) delimitada na base pela placa inferior (7) horizontal, no topo por uma turbina posterior (10) ainda delimitada no lado anterior por uma parede divisória intermédia (6), e no lado posterior, por um módulo de flutuação posterior (4), cuja base, deste módulo, é delimitada pelo lado inferior por uma placa superior (8) horizontalmente paralela com a placa inferior (7) . A câmara posterior (2) em forma de L prolongado tem ligação ao mar em parte do seu volume, por um canal de acesso, formado pelas placa inferior (7) e placa superior (8) alinhadas paralelamente por baixo do módulo de flutuação posterior (4).

O dispositivo pode ser ancorado ao fundo do mar através de catenárias ou de linhas de ancoragem com folga ou através da combinação de ambos.

Por outro lado, o módulo de flutuação anterior (3), a placa inferior (5) horizontal e a parede divisória intermédia (6) são membros fundamentais da CAO anterior. Cada uma das CAO do CEO destina-se a absorver a energia das ondas de superfície com gamas específicas de largura de banda das frequências das ondas. Ou seja, nas gamas de frequência em que os movimentos do dispositivo ou da água encurralada no interior estão magnificados (devido à ocorrência de ressonância) , a parte posterior terá um papel dominante na absorção de energia das ondas relativamente à parte anterior. Nesta situação antecipa-se que deverá ocorrer uma redução na força de amarração devido à força de ação negativa da deriva de onda que atua sobre no dispositivo posterior. No caso de as oscilações do aparelho serem pequenas, a CAO anterior deve absorver a maior parte da energia das ondas incidentes.

Consequentemente, as dimensões da câmara anterior (1) e da placa horizontal (5) devem ser determinadas para que imponham condições de ressonância à coluna de água dentro da câmara anterior (1) o que provocará o aumento da eficiência do aparelho. Por isso, as ações apropriadas de cada uma das partes do novo conversor de energia de onda (CEO) originam uma largura de frequências mais eficiente que cobre toda a gama de frequências típicas das vagas de vento e da ondulação. Nesta situação, antecipa-se que a implementação de ferramentas de controlo complicadas para estabelecer controlo de fase ou outras aproximações ativas e reativas pode ser eliminada ao usar turbinas de velocidade com razão constante de amortecimento. Os quatro mecanismos de ressonância, incluem a ressonância de oscilações do dispositivo, o movimento de ressonância das

CAOs inseridas dentro da câmara anterior (1) e da câmara posterior (2) e, finalmente, ressonância de porto ressonância dedicada à influência que a placa horizontal (5) a qual se estende horizontalmente para além da vertical da câmara anterior (1) - proporciona uma razão de largura de captura altamente eficaz para o dispositivo.

Descrição detalhada da invenção

A presente invenção refere-se a um novo dispositivo de conversão de energia de ondas com duas colunas assimétricas de água oscilante, a anterior e a posterior, relativamente às ondas incidentes.

dispositivo, objeto da presente invenção, é constituído

a) 0 sistema de coluna de água oscilante anterior localizado a jusante das ondas que compreende os seguintes elementos: uma câmara anterior (1) delimitada na base por uma placa inferior (5) horizontal, no topo por uma turbina anterior (9), ainda delimitada no lado posterior por uma parede divisória intermédia (6), e no lado anterior, por um módulo de flutuação anterior (3) estende-se para além do alinhamento vertical do módulo de flutuação anterior (3) , criando uma zona denominada de porto, essencial ao funcionamento do equipamento.

c) 0 sistema de coluna de água oscilante posterior compreendendo os seguintes elementos: uma câmara posterior (2) delimitada na base pela placa inferior (7) horizontal, no topo por uma turbina posterior (10) ainda delimitada no lado anterior por uma parede divisória intermédia (6), e no lado posterior, por um módulo de flutuação posterior (4), cuja base, deste módulo, é delimitada pelo lado inferior por uma placa superior (8) horizontalmente paralela com a placa inferior (7) . A câmara posterior (2) em forma de L prolongado tem ligação ao mar em parte do seu volume, por um canal de acesso, formado pelas placa inferior (7) e placa superior (8) alinhadas paralelamente por baixo do módulo de flutuação posterior (4).

Na presente invenção, a turbina anterior (9) está dedicada ao sistema de coluna de água oscilante anterior e a turbina posterior (10) está dedicada ao sistema de coluna de água oscilante posterior, o que permite otimizar cada turbina para as condições de funcionamento de cada sistema.

O critério principal no desenvolvimento de dispositivos de energia renováveis é o custo da produção de energia. A este respeito, no campo dos conversores de energia das ondas, foram feitas várias tentativas para reduzir o custo de produção de energia através da implementação de várias técnicas, como o aumento de eficiência do aparelho, incorporando CEOs em plataformas de objetivos múltiplos de modo a partilhar os custos de construção e manutenção entre as várias partes independentes da plataforma, removendo partes mais dispendiosas do dispositivo através da implementação de ferramentas económicas apropriadas, da otimização do projeto das placas que eliminam a necessidade de usar utensílios dispendiosos para o aparelho, da implementação de vários tipos de instrumentos de energia renovável numa plataforma, da implementação de CEOs marítimos nos parques de ondas o que reduz o custo de transferência da energia produzida, entre outros.

conceito geral do novo CEO apresentado nesta invenção está ilustrado nas figuras 1 e 2. Está direcionado para ser aplicado nas técnicas acima mencionadas e simultaneamente neste novo CEO. De facto, o plano é a combinação do CAO com o porto de fronteira, criado pela placa horizontal (5), e o dispositivo de CAO posterior. Os dois módulos de flutuação anterior (3) e posterior (4) da CAO providenciam a flutuabilidade do dispositivo. Neste contexto os módulos de flutuabilidade e a dimensão exterior da placa horizontal (5) são projetados não só para fornecer a necessária f lutuabilidade ao sistema, mas também para dar a forma necessária ao equipamento para impor diferentes mecanismos de ressonância, induzir interações hidrodinâmicas mútuas e permitir absorver energia nos movimentos de arfagem e de cabeceio do equipamento, o que não está previsto em qualquer dos outros conceitos de CEO. Os cabos de amarração apropriados mantêm o aparelho em posição tal como mostra a figura 2. Os cabos de ancoragem do dispositivo ligam com a âncora (13) e podem também ser equipados com um módulo de flutuação (11) e um módulo de lastro (12) como se indica na figura 2.

sistema CAO anterior inclui os seguintes componentes na Figura 1: câmara anterior (1), módulo de flutuação anterior (3), placa inferior (5) horizontal, parede divisória intermédia (6) e turbina anterior (9). As colunas de água presas na câmara anterior (1) e acima do porto do CAO placa inferior (5) horizontal, têm duas frequências específicas de ressonância diferentes.

É evidente que o desempenho do sistema é aproximado ao valor mais alto dessas frequências de ressonância e, consequentemente, o sistema absorve energia de quase todas as frequências de ondas incidentes. Neste caso, essas dimensões do CAO e do seu porto - placa inferior (5) horizontal, - são projetadas apropriadamente; as suas duas frequências de ressonância podem ocorrer com intervalos de frequência apropriados entre cada um. Nesta situação, a queda de eficiência é muito pequena entre esses mecanismos de ressonância tal como foi demonstrado por Rezanejad et al (Rezanejad, K., Bhattacharjee, J. and Guedes Soares, C.,2013. Stepped sea bottom effects on the efficiency of nearshore oscillating water column device. Ocean Engineering 70, 25-38). Por outras palavras, a placa inferior (5) horizontal, pode causar um aumento da eficiência devido à sua própria frequência de ressonância (ressonância de porto). Para além deste efeito construtivo, também contribui para o desempenho global da câmara anterior (parte de CAO) pois atua de forma semelhante a um sistema oscilatório de duas massas. Os sistemas oscilatórios de duas massas têm um desempenho melhorado em termos de captura de energia da fonte primária (energia das ondas neste caso) quando comparados com sistemas oscilatórios de uma só massa. Portanto, a instalação da placa inferior (5) horizontal com dimensões criteriosamente escolhidas induz a um aumento adicional da eficiência. Este mecanismo não está contemplado em outros tipos de conversores de energia das ondas.

Consequentemente, o aparelho tem valores elevados de eficiência primária no intervalo de frequência desses fenómenos de ressonância. Uma vez que a eficiência primária do aparelho na condição de ressonância não é muito sensível à variação do coeficiente de amortecimento da turbina, a turbina anterior (9) com constante de amortecimento apropriada pode ser implementada para o sistema CAO anterior. Nesta situação a eficiência do aparelho é mantida a valores os mais elevados quanto possível enquanto a instrumentação dispendiosa de controlo da turbina é eliminada. É de salientar que o sistema CAO anterior terá valores elevados de eficiência apenas quando os movimentos do dispositivo forem muito pequenos tal como demonstrado por Rezanejad e Guedes Soares (Rezanejad, K. and Guedes Soares, C., 2014; Numerical study of a large floating oscillating water column device using a 2D boundary element method. Guedes Soares, C. & Lopez Pena F., (Eds.). Developments in Maritime Transportation and Exploitation of Sea Resources. Francis & Taylor Group London, UK; pp. 951960) . Para compensar esta limitação, o sistema de CAO posterior é incorporado no dispositivo do CEO como uma parte complementar do aparelho, que terá um papel importante nestas situações.

O sistema de CAO posterior inclui os seguintes elementos, como mostra a Figura 1: câmara posterior (2), módulo de flutuação posterior (4), parede divisória intermédia (6) que é a ligação entre os sistemas CAO anterior e posterior, pela placa inferior (7) , placa superior (8) e turbina posterior (10) . A câmara posterior (2) , liga ao mar por um canal de acesso delimitado superiormente pela placa superior (8) e inferiormente pela placa inferior (7) . A CAO posterior tem como tarefa a absorção de energia quando o movimento do aparelho é considerável e o sistema de CAO anterior não consegue absorver a energia das ondas. Por outras palavras, pela aplicação simultânea dos sistemas de CAO anterior e posterior, exploram-se dois mecanismos diferentes onde o sistema anterior é efetivo com pequenos movimentos do flutuador e o posterior é ativo para movimentos maiores. É de salientar que, ao contrário do sistema anterior, a CAO posterior não é eficiente quando os movimentos do aparelho são pequenos, tal como foi provado por Rezanejad e C. Guedes Soares (Rezanejad, K. & Guedes Soares, C. 2015. Hydrodynamic performance assessment of a floating oscillating water column. Maritime Technology and Engineering. Taylor & Francis Group, London, UK. pp: 128796) .

De facto, o movimento relativo da CAO posterior com respeito à coluna de água dentro da câmara posterior (2) é a origem da absorção de energia das ondas. Por esta razão, a CAO posterior não recolhe grandes quantidades de energia quando o flutuador tem movimentos pequenos. A água presa no interior da câmara posterior (2), juntamente com os movimentos do aparelho (movimento de arfagem relativo à superfície livre das ondas), tem frequências específicas de ressonância diferentes. Em cada uma dessas frequências de ressonância a eficiência do aparelho aproxima-se do seu valor máximo como demonstrado por Rezanejad e C. Guedes Soares (Rezanejad, K. & Guedes Soares, C. 2015. Hydrodynamic performance assessment of a floating oscillating water column. Maritime Technology and Engineering. Taylor & Francis Group, London, UK. pp: 128796). Se as dimensões da parte posterior do dispositivo forem projetadas de forma a que as suas frequências de ressonância sejam distribuídas em intervalos de frequência apropriados, pode-se produzir uma banda larga da curva de elevada eficiência. Esta curva de banda larga de alta eficiência cobre quase todas as gamas de frequência de vagas de vento e ondulação o que leva, em princípio, a um aumento considerável de energia gerado pelo aparelho.

Além disso, a forma geométrica específica (em forma de L longo) da câmara posterior (2) (que é delimitada pelo módulo de flutuação posterior (4) ) permite converter a energia dos movimentos de arfagem e cabeceio do equipamento em energia útil. Deve-se ter em conta que (geralmente) devido à interação dos corpos flutuantes com ondas há sempre uma parte da energia que é convertida em energia cinética do flutuador e esta energia não pode ser convertida em energia útil (eletricidade), sem se implementar um projeto específico da geometria. A geometria específica da câmara (2) permite que esta energia seja convertida em potência pneumática (e da potência pneumática em energia elétrica). Esta caraterística específica deste equipamento CEO faz com que a eficiência do sistema se mantenha em níveis elevados. Deve-se também notar que em outros equipamentos CEO a eficiência cai significativamente depois (e antes) dos picos o que é a principal desvantagem dos sistemas convencionais de CEO. Nesta invenção esta desvantagem foi eliminada impondo vários mecanismos (nomeadamente, converter a energia cinética, interação entre as câmaras; influência da placa inferior (5) horizontal) no processo de captura de energia.

principal aspeto do princípio de funcionamento do dispositivo é que o movimento é pequeno nas frequências de ressonância do sistema CAO anterior absorve a energia das ondas como uma parte ativa enquanto a parte posterior não recebe elevadas quantidades de energia nesta situação. Por outro lado, na frequência de ressonância da parte posterior, o sistema anterior não absorve energia das ondas de uma forma efetiva e a maior parte da energia é absorvida pela parte posterior. 0 módulo de flutuação posterior (4) leva a que as câmaras 1 e 2 tenham formas diferentes. Portanto, a frequência natural de oscilação das duas câmaras é diferente, causando um aumento global da capacidade de o sistema capturar energia numa larga banda de frequências. Por outro lado, a interação mútua entre as duas câmaras (que não têm formas idênticas) resiste à significativa queda de eficiência entre os dois picos de ressonância. A interação mútua entre as duas câmaras é despoletada pelo fenómeno de radiação da pressão do ar dentro das duas câmaras, bem como dos efeitos de radiação induzidos pelos movimentos do equipamento.

É de salientar que a força negativa de deriva pode ocorrer para o aparelho em frequência de ressonância de arfagem que reduz consideravelmente as cargas na amarração como demonstrado por Masuda Yoshio & Kuboki Toshiari no pedido de patente n° EP19990302807 - Wave energy absorber of the oscillating water column type. Tal como na CAO anterior, pode-se instalar na CAO posterior uma turbina posterior (10) com coeficiente apropriado de amortecimento constante eliminando a necessidade de usar ferramentas de controlo dispendiosas sem uma interrupção maior na quantidade de energia capturada a partir das ondas.

As figuras 1 e 2 mostram o plano típico do novo conversor CEO introduzido nesta invenção. Como pode ser confirmado através das figuras, cada um dos sistemas CAO anterior e posterior têm as suas próprias turbinas: a turbina anterior (9) e a turbina posterior (10). Assim, sendo, a pressão no interior da câmara anterior (1) da CAO e da câmara posterior (2) pode ser diferente. Essas pressões têm um efeito de radiação e, consequentemente, a interação hidrodinâmica ocorre entre as câmaras, o que pode ser benéfico para implementar novas melhorias na eficiência do aparelho por sistemas CAO com multi-câmaras.

Além disso, uma falha nas linhas de ancoragem é um dos principais desafios no projeto. Uma vez que o novo CEO inclui uma CAO posterior, é esperado que, a diferentes frequências, a força inversa de deriva atue na estrutura provocando a diminuição da força nas linhas de ancoragem e previna a falha dessas mesmas linhas, sendo esta uma vantagem deste CEO.

Descrição das figuras

A Figura 1 representa o plano esquemático do corte transversal do novo conversor de energia das ondas de CAO dupla (primeiro plano).

A Figura 2 representa o plano esquemático 3D do novo conversor de energia das ondas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo flutuante de conversão da energia das ondas, caracterizado por ser constituído por:

a) Um sistema de coluna de água oscilante (CAO) anterior localizado a jusante das ondas que compreende os seguintes elementos: uma câmara anterior (1) delimitada na base por uma placa inferior (5) horizontal, e no topo por uma turbina anterior (9), estando ainda delimitada no lado posterior por uma parede divisória intermédia (6), e no lado anterior, por um módulo de flutuação anterior (3) , em que o sistema anterior de coluna de água oscilante absorve a energia das ondas de entrada quando os movimentos do equipamento são relativamente pequenos; em que a placa inferior (5) horizontal se estende para além do limite do módulo de flutuação anterior (3);

b) Um sistema de coluna de água oscilante posterior compreendendo os seguintes elementos: uma câmara posterior (2) , delimitada na base por uma placa inferior (7) horizontal, e no topo por uma turbina posterior (10), sendo que a dita placa inferior (7) se prolonga horizontalmente, formando, em parte do volume da dita câmara, conjuntamente com uma placa superior (8) , um canal de ligação da câmara posterior (2) ao mar, ficando as placas inferior (7) e placa superior (8) alinhadas paralelamente por baixo do módulo de flutuação posterior (4) , configurando, desse modo, a dita câmara posterior (2) numa geometria específica em forma de L prolongado, delimitada pela geometria do módulo de flutuação posterior (4), e que converte a energia dos movimentos de arfagem e cabeceio do equipamento em energia útil.
2. Dispositivo flutuante de conversão da energia das ondas, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por a turbina anterior (9) estar dedicada ao sistema de coluna de água oscilante anterior e a turbina posterior (10) estar dedicada ao sistema de coluna de água oscilante posterior, sendo que o sistema de coluna de água oscilante posterior absorve a energia quando o dispositivo tem movimentos relativamente grandes e o sistema de coluna de água oscilante anterior não tem capacidade de absorver a energia das ondas.
3. Dispositivo flutuante de conversão da energia das ondas, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por ser ancorado ao fundo do mar com a utilização de catenárias ou linhas de ancoragem com folga ou uma combinação de ambas.