PT109986B - HYBRID CONVERSION DEVICE FOR OCEANIC ENERGY - Google Patents

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Barata Da Rocha Augusto
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Gomes Almeida Fernando
Torres Marques António
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Barata Da Rocha Augusto
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Abstract

O PRESENTE INVENTO INSERE-SE NO DOMÍNIO TÉCNICO DOS SISTEMAS DE APROVEITAMENTO DA ENERGIA OCEÂNICA. A INVENÇÃO REFERE-SE A UM DISPOSITIVO HÍBRIDO PARA CONVERSÃO DE ENERGIA OCEÂNICA EM ENERGIA CINÉTICA DE ROTAÇÃO CAPAZ DE PRODUZIR ENERGIA MECÂNICA A PARTIR DAS ONDAS, DO VENTO E DAS CORRENTES MARÍTIMAS. NO CONCEITO PROPOSTO, O DISPOSITIVO HÍBRIDO PARA CONVERSÃO DE ENERGIA OCEÂNICA É CAPAZ DE FUNCIONAR COM QUALQUER NÍVEL DE MARÉ, AMPLITUDE DE ONDA E VELOCIDADE DE VENTO E CORRENTE MARÍTIMA. O DISPOSITIVO HÍBRIDO PARA CONVERSÃO DA ENERGIA OCEÂNICA EM ENERGIA CINÉTICA COMPREENDE UMA TURBINA EÓLICA (3), UMA TURBINA DE CORRENTES (4) E UM SISTEMA DE APROVEITAMENTO DA ENERGIA DAS ONDAS (2). CADA DISPOSITIVO HÍBRIDO PARA CONVERSÃO DA ENERGIA OCEÂNICA PODE TRABALHAR SIMULTANEAMENTE COM AS TRÊS FONTES DE ENERGIA OCEÂNICA OU COM QUALQUER COMBINAÇÃO DE UMA OU DE DUAS FONTES, DE FORMA MECANICAMENTE ADITIVA.THE PRESENT INVENTION IS IN THE TECHNICAL FIELD OF SYSTEMS FOR THE OPERATING OF OCEANIC ENERGY. THE INVENTION REFERS TO A HYBRID DEVICE FOR THE CONVERSION OF OCEANIC ENERGY IN ROTATION KINETIC ENERGY ABLE TO PRODUCE MECHANICAL ENERGY FROM THE WAVES, WIND AND MARITIME CURRENTS. IN THE PROPOSED CONCEPT, THE HYBRID DEVICE FOR CONVERSION OF OCEANIC ENERGY IS ABLE TO WORK WITH ANY TIDE LEVEL, WAVE AMPLITUDE AND WIND SPEED AND MARITIME CURRENT. THE HYBRID DEVICE FOR THE CONVERSION OF OCEANIC ENERGY TO KINETIC ENERGY UNDERSTANDS A WIND TURBINE (3), A CHAIN TURBINE (4) AND A SYSTEM FOR THE USE OF WAVES ENERGY (2). EACH HYBRID DEVICE FOR CONVERSION OF OCEANIC ENERGY MAY WORK SIMULTANEOUSLY WITH THE THREE SOURCES OF OCEANIC ENERGY OR WITH ANY COMBINATION OF ONE OR TWO SOURCES, MECHANICALLY ADDITIONAL.

Description

DESCRIÇÃODESCRIPTION

DISPOSITIVO HÍBRIDO PARA CONVERSÃO DE ENERGIA OCEÂNICAHYBRID DEVICE FOR CONVERSION OF OCEANIC ENERGY

Área técnica da invençãoTechnical area of the invention

A dinâmica do universo, em conjunto com a incidência solar sobre a superfície terrestre induz alterações contínuas nas águas do planeta Terra.The dynamics of the universe, together with the solar incidence on the Earth's surface, induces continuous changes in the waters of the planet Earth.

Verifica-se um movimento contínuo das águas do mar devido á ação do campo gravítico terrestre e do vento na superfície do mar. Assim, o ambiente marítimo tem um grande potencial energético devido á presença de vento, ondas e correntes marítimas.There is a continuous movement of the sea waters due to the action of the terrestrial gravitational field and the wind on the sea surface. Thus, the maritime environment has great energy potential due to the presence of wind, waves and sea currents.

No mundo atual, altamente competitivo e submetido á globalização dos mercados, a energia é um vetor importante e estratégico de desenvolvimento.In today's highly competitive world and subject to the globalization of markets, energy is an important and strategic development vector.

consumo de energia primária atual é já de cerca de 12 GTep/ano (Tep - Tonelada equivalente de petróleo) sendo que os combustíveis fósseis representam 70% deste total; o carvão e o petróleo representam 26% cada, o gás natural 18% e as fontes de energia não fósseis 30%. As fontes de energia não fósseis dividem-se quase em partes iguais, entre as energias renováveis e a energia nuclear.Current primary energy consumption is already around 12 GTep / year (Tep - Ton equivalent of oil), with fossil fuels representing 70% of this total; coal and oil represent 26% each, natural gas 18% and non-fossil energy sources 30%. Non-fossil energy sources are divided almost equally between renewable energy and nuclear energy.

A disponibilidade e independência energética são fatores considerados fundamentais no desenvolvimento económico dos vários países. As alterações climáticas e a escassez destes recursos impõem novos modelos energéticos assentes em energias limpas e renováveis.Energy availability and independence are considered to be fundamental factors in the economic development of the various countries. Climate change and the scarcity of these resources impose new energy models based on clean and renewable energies.

Se por um lado é essencial mudar o padrão de consumo energético, também a mudança da matriz de consumo de energia primária está entre os maiores desafios que o mundo terá de enfrentar se quiserIf on the one hand it is essential to change the pattern of energy consumption, also changing the primary energy consumption matrix is among the biggest challenges that the world will have to face if it wants to

1/21 reduzir as emissões de gases que causam o efeito estufa e contribuem para o aquecimento global, procurando assim minimizar os efeitos deste e de outros problemas resultantes da utilização dos combustíveis fosseis.1/21 reduce emissions of gases that cause the greenhouse effect and contribute to global warming, thus seeking to minimize the effects of this and other problems resulting from the use of fossil fuels.

aumento quase exponencial da população mundial, e dos seus padrões de consumo, implicará uma crescente procura de energias renováveis, que poderá ser extraída dos oceanos.an almost exponential increase in the world population, and in its consumption patterns, will imply an increasing demand for renewable energy, which can be extracted from the oceans.

Estima-se que, até 2030, as energias renováveis offshore registem um aumento de 22%.It is estimated that by 2030, offshore renewable energy will increase by 22%.

Para além da energia eólica e das correntes marítimas, a energia das ondas destaca-se pela sua elevada densidade energética.In addition to wind energy and sea currents, wave energy stands out for its high energy density.

De acordo com diversos estudos realizados no passado, constata-se que as ondas, particularmente as oceânicas, apresentam uma grande densidade energética, não só devido à sua amplitude, mas também devido ao valor da densidade da água.According to several studies carried out in the past, it appears that the waves, particularly oceanic ones, present a great energy density, not only due to their amplitude, but also due to the value of the water density.

Este recurso é algo intermitente, pelo que é importante maximizar o seu aproveitamento.This feature is somewhat intermittent, so it is important to maximize its use.

Considerando que ainda não existem soluções já estabelecidas para os sistemas de aproveitamento de energia das ondas, facto que se pode constatar observando a variedade de soluções que se tentaram implementar, existe ainda bastante por desenvolver nesta área de investigação e desenvolvimento.Considering that there are still no solutions already established for systems for harnessing wave energy, a fact that can be seen by observing the variety of solutions that have been tried to implement, there is still a lot to be developed in this area of research and development.

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Estado da TécnicaState of the art

Revisão bibliográficaLiterature review

Existem diversos sistemas desenvolvidos e patenteados ao longo dos anos que convertem a energia oceânica em energia elétrica.There are several systems developed and patented over the years that convert ocean energy into electrical energy.

Energia eólica offshoreOffshore wind energy

Conforme comprovam diversos estudos realizados no passado, o vento offshore é geralmente mais forte e constante (em termos de intensidade e direção). Isto é extremamente interessante porque existe o potencial de extrair maiores quantidades de energia, quando comparado com os parques eólicos instalados em terra. No entanto, existem algumas dificuldades difíceis de ultrapassar, nomeadamente o ambiente marítimo, que solicita os sistemas de aproveitamento deste tipo de energia com cargas intensas e variáveis e a forte corrosão associada a este ambiente, à qual o mesmo deve resistir.As several studies carried out in the past show, the offshore wind is generally stronger and more constant (in terms of intensity and direction). This is extremely interesting because there is the potential to extract greater amounts of energy when compared to onshore wind farms. However, there are some difficulties that are difficult to overcome, namely the maritime environment, which requires systems to use this type of energy with intense and variable loads and the strong corrosion associated with this environment, which it must resist.

Além disso, existem ainda problemas relacionados com o seu posicionamento (ancorado ao fundo do mar, flutuante, etc.). Estes são apenas dois exemplos dos problemas que a instalação de uma turbina em ambiente marítimo tem de enfrentar.In addition, there are still problems related to its positioning (anchored to the seabed, floating, etc.). These are just two examples of the problems that installing a turbine in a marine environment has to face.

Ainda assim, as turbinas eólicas instaladas nos oceanos estão entre as maiores de todas. A título de exemplo, a Vestas®, tem uma turbina eólica, modelo V-164-8.0 MW, para ser instalado em ambiente marítimo. Esta é uma turbina com uma potência de 8 MW de potência e com um diâmetro de 164m.Still, wind turbines installed in the oceans are among the largest of all. As an example, Vestas® has a wind turbine, model V-164-8.0 MW, to be installed in a marine environment. This is a turbine with a power of 8 MW of power and with a diameter of 164m.

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Á semelhança das turbinas eólicas instaladas em terra, existem também parques eólicos instalados no oceano. 0 maior deles é o London Array, com uma capacidade instalada de 630 MW.Like wind turbines installed on land, there are also wind farms installed in the ocean. The biggest one is the London Array, with an installed capacity of 630 MW.

O maior parque eólico offshore em construção atualmente é o Global Tech I, no Mar do Norte.The largest offshore wind farm under construction today is Global Tech I, in the North Sea.

Energia das ondasWave energy

Em termos de sistemas de aproveitamento da energia das ondas, existem poucos dispositivos num estágio de exploração comercial. A maioria dos sistemas de aproveitamento deste tipo de energia estão num estado avançado de I&D (Investigação e Desenvolvimento), protótipo ou num estágio pré-comercial.In terms of systems for harnessing wave energy, there are few devices in a commercial exploration stage. Most systems for the use of this type of energy are in an advanced state of R&D (Research and Development), prototype or in a pre-commercial stage.

Alguns dos sistemas mais avançados e representativos deste tipo são descritos em seguida.Some of the most advanced and representative systems of this type are described below.

O sistema PowerBuoy, instalado na costa do Oceano Pacífico dos Estados Unidos, é baseado numa boia, ancorada ao fundo do mar, que, através de um sistema hidráulico, aciona um gerador elétrico.The PowerBuoy system, installed on the Pacific Ocean coast of the United States, is based on a buoy, anchored to the seabed, which, through a hydraulic system, drives an electric generator.

O sistema Pelamis Wave Energy Converter, testado na Aguçadoura, Portugal, consiste em vários cilindros articulados que, através da passagem das ondas, acionam um conjunto de cilindros hidráulicos. A conceção das articulações, sujeitas a grandes esforços, revelouse problemática, tendo conduzido a falhas constantes e persistentes.The Pelamis Wave Energy Converter system, tested in Aguçadoura, Portugal, consists of several articulated cylinders that, through the passage of waves, activate a set of hydraulic cylinders. The design of the joints, subject to great efforts, proved to be problematic, leading to constant and persistent failures.

O sistema Wave Dragon, utilizado na Dinamarca, utiliza turbinas hidroelétricas para a produção de energia elétrica. Este sistema faz convergir a onda numa rampa que seguidamente atua uma turbina. O rendimento do sistema é baixo e a dimensão do sistema pode interferir com a navegação. Tem também vários elementos móveis facilmente danificáveis em caso de tempestade.The Wave Dragon system, used in Denmark, uses hydroelectric turbines to produce electricity. This system makes the wave converge on a ramp that then acts as a turbine. The system's performance is low and the size of the system can interfere with navigation. It also has several movable elements easily damaged in the event of a storm.

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Sistema Oyster Wave Energy Converter, instalado nas costas escocesas, é um conversor de energia das ondas oscilante, que aciona bombas hidráulicas que fazem mover uma turbina. A solução hidráulica introduz perdas importantes no sistema e gera problemas de desgaste nos vedantes.Oyster Wave Energy Converter system, installed on the Scottish coasts, is an oscillating wave energy converter that drives hydraulic pumps that move a turbine. The hydraulic solution introduces significant losses in the system and generates wear problems in the seals.

Sistema WaveRoller, instalado em Peniche, Portugal, aproveita as correntes submarinas de vaivém junto à costa e à rebentação, acionando elementos planos que, por sua vez, transmitem movimento a cilindros hidráulicos. A proximidade da costa e do fundo do mar potência problemas nas articulações e vedações hidráulicas, devido às areias e detritos.WaveRoller system, installed in Peniche, Portugal, takes advantage of the submarine reciprocating currents along the coast and the surf, activating flat elements that, in turn, transmit movement to hydraulic cylinders. The proximity of the coast and the seabed may have problems with hydraulic joints and seals due to sand and debris.

Energia das correntes marítimasSea current energy

As turbinas de correntes marítimas baseiam-se no mesmo princípio de funcionamento que as turbinas eólicas: a força de sustentação. A principal caracteristica desta fonte de energia é a sua grande densidade energética, quando comparada com o vento. Tal verificase devido à maior densidade da água, o que significa que se turbinas de dimensões semelhantes foram sujeitas a um escoamento de água e de vento, à mesma velocidade, a energia teoricamente disponível para a turbina de correntes marítimas é substancialmente superior.Sea current turbines are based on the same principle of operation as wind turbines: the lift force. The main characteristic of this energy source is its high energy density, when compared to the wind. This is due to the higher density of the water, which means that if turbines of similar dimensions were subjected to a flow of water and wind, at the same speed, the theoretically available energy for the sea current turbine is substantially higher.

Ainda assim, a velocidade média das correntes marítimas é bastante baixa (normalmente entre 1 e 3 nós) e, portanto, a quantidade de energia disponível não é muito elevada.Still, the average speed of sea currents is quite low (usually between 1 and 3 knots) and therefore the amount of energy available is not very high.

Além disso, se as correntes marítimas forem muito intensas, é necessária uma construção mais robusta das turbinas, o que aumenta os custos associados às mesmas.In addition, if the sea currents are very intense, a more robust construction of the turbines is necessary, which increases the costs associated with them.

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Ainda assim, mesmo com todas estes problemas, existem atualmente alguns dispositivos em funcionamento para a produção de energia elétrica a partir das correntes marítimas, nomeadamente das marés, quando se verificam as velocidades de correntes marítimas mais elevadas.Even so, even with all these problems, there are currently some devices in operation for the production of electrical energy from sea currents, namely tides, when the speeds of higher sea currents are verified.

Exemplos deste tipo de turbinas são o dispositivo Scotrenewables SR2000, com 2 turbinas de 1 MW cada e a turbina DCNS-OpenHydro, com uma capacidade instalada superior a 500 KW. Com estes e outros exemplos deste tipo de turbinas, existe a vontade de os associar de forma semelhante à forma como é feita a associação de turbinas eólicas em parques eólicos.Examples of this type of turbine are the Scotrenewables SR2000 device, with 2 turbines of 1 MW each and the DCNS-OpenHydro turbine, with an installed capacity of more than 500 KW. With these and other examples of this type of turbines, there is a desire to associate them in a similar way to the way in which wind turbines are associated with wind farms.

PatentesPatents

A patente US2016333858 (Al), System And Method for Generating Electricity Using Grid of Wind and Water Energy Capture Devices, descreve um sistema de grelha ou estrutura de posicionamento relativo de várias unidades de conversão de energia, de modo a evitar colisões. A combinação da energia gerada é feita eletricamente.US2016333858 (Al), System And Method for Generating Electricity Using Grid of Wind and Water Energy Capture Devices, describes a grid system or relative positioning structure of several energy conversion units, in order to avoid collisions. The combination of the generated energy is done electrically.

A patente US2015266549 (Al), Oscillating Piston-Type Wave Power Generation Method and System, descreve uma invenção que capta a energia das ondas. Neste dispositivo, a boia move-se de acordo com a passagem das ondas para fazer movimentar um pistão que pressuriza um fluído hidráulico que induz rotação a um motor hidráulico, que, por sua vez, está acoplado a um gerador elétrico.US2015266549 (Al), Oscillating Piston-Type Wave Power Generation Method and System, describes an invention that captures wave energy. In this device, the float moves according to the passage of the waves to move a piston that pressurizes a hydraulic fluid that induces rotation to a hydraulic motor, which, in turn, is coupled to an electric generator.

Na patente US9115688 (Bl), Wind Resistance Wave Generator, é descrito um sistema que contem apenas uma turbina, que é movimentada pela ação conjunta da passagem das correntes marítimas,In patent US9115688 (Bl), Wind Resistance Wave Generator, a system is described that contains only one turbine, which is moved by the joint action of the passage of sea currents,

6/21 vento e ondas. A flutuabilidade do sistema é conseguida através de pneus cheios com espuma flutuante.6/21 wind and waves. The buoyancy of the system is achieved through tires filled with floating foam.

A patente W02015086033 (Al), Hybrid Electricity Generators Using Wind Energy and Wave Energy, regista um dispositivo de captação de energia eólica, das correntes marítimas e das ondas. A energia das ondas é aproveitada de uma das 3 formas concebidas:The patent W02015086033 (Al), Hybrid Electricity Generators Using Wind Energy and Wave Energy, registers a device for capturing wind energy, sea currents and waves. Wave energy is harnessed in one of three ways:

a. Por um sistema de molas de torção e com um mecanismo de roda livre que, com o movimento de oscilação de uma boia, colocam a mola sobre tensão, o que provoca a rotação de um veio. Com a instalação de um mecanismo de roda livre, o movimento alternado de tração e compressão das molas gera um movimento de rotação de um veio sempre no mesmo sentido;The. Through a system of torsion springs and with a free wheel mechanism that, with the oscillating movement of a buoy, put the spring under tension, which causes the rotation of a shaft. With the installation of a free-wheel mechanism, the alternating movement of traction and compression of the springs generates a rotation movement of a shaft always in the same direction;

b. Pela pressurização de um fluido hidráulico.B. By pressurizing a hydraulic fluid.

c. Por um mecanismo de roldanas. Com esta solução, é aproveitado o facto de o sistema ter de ser ancorado, para fazer passar o cabo de ancoragem por uma roldana colocada numa boia. Assim, o movimento de oscilação provocado pela passagem das ondas obriga a boia a movimentar-se da mesma forma, o que faz movimentar a roldana. Com um mecanismo de roda livre, o movimento de rotação alternado da roldana pode ser convertido num movimento de rotação com um só sentido.ç. By a pulley mechanism. With this solution, the fact that the system has to be anchored is used to make the anchor cable pass through a pulley placed in a buoy. Thus, the oscillation movement caused by the passage of the waves forces the buoy to move in the same way, which makes the pulley move. With a free-wheel mechanism, the alternate rotation movement of the pulley can be converted into a one-direction rotation movement.

A patente GB2515577 (A), Hybrid Electricity Generators Using Wind Energy and Wave Energy, descreve um sistema que apenas capta a energia das correntes marítimas e do vento.GB2515577 (A), Hybrid Electricity Generators Using Wind Energy and Wave Energy, describes a system that only captures the energy of sea currents and wind.

A patente WO2014196921 (Al), A Water Based Modular Power Plant, descreve um sistema em que a energia é captada para produzir hidrogénio sendo que apenas indiretamente produz energia elétrica.WO2014196921 (Al), A Water Based Modular Power Plant, describes a system in which the energy is captured to produce hydrogen and only indirectly produces electricity.

7/217/21

Ά patente US2014246792 (Al), Power Transfer and Generation Using Pressurize Fluids, descreve uma turbina (eólica ou de correntes marítimas) utilizada para bombear um fluido sob pressão, armazenado num reservatório, utilizado para movimentar um gerador elétrico.201 patent US2014246792 (Al), Power Transfer and Generation Using Pressurize Fluids, describes a turbine (wind or sea current) used to pump a fluid under pressure, stored in a reservoir, used to drive an electric generator.

A patente W02014056049 (Al), Device Using Multiple Renewable Energy Sources, descreve um sistema ancorado no fundo do mar que utiliza a energia cinética das ondas para bombear água para um depósito, que posteriormente aciona uma turbina.The patent W02014056049 (Al), Device Using Multiple Renewable Energy Sources, describes a system anchored on the seabed that uses the kinetic energy of the waves to pump water into a tank, which subsequently drives a turbine.

Na patente US2014091576 (Al), Offshore Combined Power Generation System, a energia eólica e das correntes marítimas é combinada eletricamente, numa estrutura não flutuante, ancorada no fundo do mar.In patent US2014091576 (Al), Offshore Combined Power Generation System, wind and offshore currents are combined electrically, in a non-floating structure, anchored to the seabed.

Na patente US2013028729, Power Generation Systems and Methods, o princípio de funcionamento é baseado em hidráulica. Além disso, é um sistema desenhado para apenas captar energia das correntes marítimas e do vento através de um fluído pressurizado.In the patent US2013028729, Power Generation Systems and Methods, the working principle is based on hydraulics. In addition, it is a system designed to only capture energy from sea currents and wind through a pressurized fluid.

Na patente WO2012076851 (Al), Wave Energy Converter, a energia das ondas é captada através de um ou vários geradores elétricos lineares.In WO2012076851 (Al), Wave Energy Converter, wave energy is captured through one or more linear electric generators.

Na patente US2011215650 (Al), Offshore Energy Harvesting, Storage and Power Generation System, a energia das ondas é captada através de um sistema que inclui uma câmara interna com uma turbina hidroelétrica.In the patent US2011215650 (Al), Offshore Energy Harvesting, Storage and Power Generation System, the wave energy is captured through a system that includes an internal chamber with a hydroelectric turbine.

Na patente WO2011039536 (Al), Floating Power Plant Comprising Water Turbine and Wind Turbine, a turbina de correntes marítimas é movimentada pelas marés. Além disso, não capta a energia das ondas.In WO2011039536 (Al), Floating Power Plant Comprising Water Turbine and Wind Turbine, the sea current turbine is driven by the tides. Furthermore, it does not capture wave energy.

A patente W02010080043 (A2), Energy System, descreve formas de otimização na combinação de diferentes tipos de energia. No casoThe patent W02010080043 (A2), Energy System, describes ways of optimizing the combination of different types of energy. In case

8/21 da energia das ondas, o sistema descreve dispositivos com canais de receção das ondas.8/21 of wave energy, the system describes devices with wave reception channels.

Na patente W02009005383 (Al), Joint System for Conversion of Eolic, Solar, Sea Waves And maritime Currents Energies, é descrito um dispositivo, que, apesar de captar energia das ondas, do vento e das correntes marítimas, não utiliza uma solução de um gerador único, optando por dedicar um gerador para aproveitar individualmente cada uma destas fontes de energia.In patent W02009005383 (Al), Joint System for Conversion of Eolic, Solar, Sea Waves And maritime Currents Energies, a device is described, which, despite capturing energy from waves, wind and sea currents, does not use a one-way solution. single generator, choosing to dedicate a generator to individually use each of these energy sources.

Na patente US2008101865 (Al), Hydrodynamic Drive Train For Energy Converters That Use Ocean Currents, é descrito um sistema em que apenas a energia das correntes marítimas é convertida em energia elétrica, através de uma solução hidráulica.In the patent US2008101865 (Al), Hydrodynamic Drive Train For Energy Converters That Use Ocean Currents, a system is described in which only the energy of sea currents is converted into electrical energy, through a hydraulic solution.

A patente W02006010783 (Al), Wind, Wave And Current Power Stations With Different Foundations Solutions And Methods How To Manufacture, Transport, Install And Operate These Power Stations, descreve sistemas não flutuantes e refere-se essencialmente às fundações dos dispositivos de captação de energia do vento, correntes marítimas e ondas;The patent W02006010783 (Al), Wind, Wave And Current Power Stations With Different Foundations Solutions And Methods How To Manufacture, Transport, Install And Operate These Power Stations, describes non-floating systems and essentially refers to the foundations of energy capture devices wind, sea currents and waves;

Na patente US20030145587 (Al), Wind And Wave Energy Plant, é descrito um sistema que capta a energia das ondas e do vento. 0 movimento de oscilação de uma boia é utilizado para fazer movimentar um pistão, fazendo a bombagem de água do mar até um reservatório. A partir desse reservatório, a água faz movimentar uma turbina. Este princípio de funcionamento é o mesmo que faz movimentar as turbinas instaladas em barragens hidroelétricas.US20030145587 (Al), Wind And Wave Energy Plant, describes a system that captures wave and wind energy. The oscillating movement of a buoy is used to make a piston move, pumping sea water into a reservoir. From that reservoir, the water moves a turbine. This principle of operation is the same that makes the turbines installed in hydroelectric dams move.

Na patente US20130118176 (Al), Regenerative Offshore Energy Plant, é descrito um sistema que capta a energia do vento e das ondas. Para aproveitar a energia das ondas é aproveitado o movimentoIn the patent US20130118176 (Al), Regenerative Offshore Energy Plant, a system is described that captures energy from wind and waves. To take advantage of wave energy, movement

9/21 orbital das partículas de água de uma onda para fazer movimentar um rotor.9/21 orbital water particles of a wave to move a rotor.

Sumário da invençãoSummary of the invention

A presente invenção consiste num dispositivo de conversão de energia oceânica, constituído por seis componentes principais, a estrutura principal (1), que suporta todos os elementos do dispositivo, um sistema de aproveitamento da energia das ondas (2), uma turbina eólica (3), uma turbina de correntes marítimas (4), um conjunto de engrenagens (19) e um sistema de amarração (5).The present invention consists of an ocean energy conversion device, consisting of six main components, the main structure (1), which supports all elements of the device, a system for harnessing wave energy (2), a wind turbine (3 ), a marine turbine (4), a set of gears (19) and a mooring system (5).

Esta invenção é uma solução para a captação de energia do vento, das ondas e das correntes marítimas, capaz de converter a energia destas três fontes de energia renovável em energia mecânica.This invention is a solution to capture energy from wind, waves and sea currents, capable of converting the energy of these three renewable energy sources into mechanical energy.

Como individualmente estas três fontes de energia apresentam uma grande variabilidade ao longo do tempo, ao combiná-las, pretendese que a geração de energia seja feita a um ritmo mais uniforme e intenso.As these three energy sources individually show great variability over time, when combining them, it is intended that the generation of energy is done at a more uniform and intense pace.

Para dotar o dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica desta caracteristica, esta invenção permite combinar de forma mecanicamente aditiva diversos sistemas de conversão de energia, capazes de gerar energia a partir do vento, das ondas e das correntes marítimas. Esta configuração traduz-se numa produção de energia a um ritmo mais elevado e constante.In order to provide the hybrid ocean energy conversion device with this characteristic, this invention allows combining in a mechanically additive manner several energy conversion systems, capable of generating energy from wind, waves and sea currents. This configuration translates into energy production at a higher and more constant pace.

Como o dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica é flutuante, está operacional com qualquer altura de maré e altura de onda, o que é uma vantagem comparativamente com outrosAs the hybrid ocean energy conversion device is buoyant, it is operational with any tide height and wave height, which is an advantage compared to others

10/21 dispositivos que estão diretamente ancorados ao fundo do mar. Além disso, esta solução é mais barata, o que permite que o dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica possa ser instalado numa maior variedade de locais, mesmo com águas de maior profundidade.10/21 devices that are directly anchored to the seabed. In addition, this solution is cheaper, which allows the hybrid ocean energy conversion device to be installed in a greater variety of locations, even with deeper water.

Os sistemas offshore de grandes dimensões são difíceis de serem rebocados para terra. Assim sendo, têm de estar preparados para condições oceânicas extremas (tempestades), o que se traduz num incremento dos seus custos de produção e manutenção. Ainda assim, nos dias de hoje, sistemas deste tipo falham em condições climatéricas imprevisíveis e excecionalmente extremas.Large offshore systems are difficult to tow to shore. Therefore, they must be prepared for extreme oceanic conditions (storms), which translates into an increase in their production and maintenance costs. Yet today, systems of this type fail in unpredictable and exceptionally extreme weather conditions.

dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica foi projetado para que possa ser facilmente rebocado para terra ou carregado num navio especial. Com esta característica, é possível garantir a sua integridade e manter baixos os custos de fabrico e manutenção.hybrid ocean energy conversion device has been designed so that it can be easily towed ashore or loaded onto a special vessel. With this feature, it is possible to guarantee its integrity and keep manufacturing and maintenance costs low.

dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica é constituído por três sistemas de aproveitamento de energia oceânica:hybrid ocean energy conversion device consists of three systems for harnessing ocean energy:

• No topo do dispositivo está colocada uma turbina eólica (3), capaz de extrair energia cinética do vento e de a converter em energia cinética de rotação.• At the top of the device is placed a wind turbine (3), capable of extracting kinetic energy from the wind and converting it into kinetic energy of rotation.

• No topo inferior do dispositivo, está montada uma turbina de correntes marítimas (4), capaz de converter a energia cinética que as correntes marítimas possuem em energia cinética de rotação.• At the bottom of the device, a sea current turbine (4) is installed, capable of converting the kinetic energy that sea currents have into kinetic energy of rotation.

• Situado entre as duas turbinas apresentadas acima, ao nível médio da água do mar, ocorre a conversão da variação da energia potencial de uma boia externa (12) que oscila verticalmente• Located between the two turbines presented above, at the average level of the sea water, the conversion of the variation of the potential energy of an external buoy (12) that oscillates vertically occurs

11/21 em função da passagem das cristãs e das cavas das ondas, em energia cinética de rotação.11/21 as a function of the passage of the Christians and the wave pits, in kinetic energy of rotation.

Estes três sistemas de aproveitamento de energia oceânica, descritos acima, estão acoplados ao mesmo veio vertical (9), para garantir que a produção de energia é feita o mais uniformemente possível. A velocidade de rotação de cada um dos sistemas pode ser diferente, recorrendo para tal a acoplamentos mecânicos com sistemas de rodas livres (23).These three systems for harnessing ocean energy, described above, are coupled to the same vertical shaft (9), to ensure that energy production is done as uniformly as possible. The rotation speed of each of the systems can be different, using mechanical couplings with free wheel systems (23).

dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica está preparado para trabalhar em três grandes tipos de ambientes marítimos: alto mar (offshore) (I), perto da costa (II) ou na costa (III). Os componentes principais do sistema são semelhantes em qualquer uma das situações apresentadas.hybrid ocean energy conversion device is prepared to work in three major types of marine environments: offshore (I), near the coast (II) or on the coast (III). The main components of the system are similar in any of the situations presented.

Num estágio de exploração comercial, o dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica é montado em rede, com outros dispositivos semelhantes, formando um parque de energia oceânica.In a commercial exploration stage, the hybrid ocean energy conversion device is networked, with other similar devices, forming an ocean energy park.

Breve descrição dos desenhosBrief description of the drawings

A Fig. 1 é uma representação esquemática dos componentes principais do dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica.Fig. 1 is a schematic representation of the main components of the hybrid ocean energy conversion device.

A Fig. 2 é uma representação esquemática dos componentes que constituem a estrutura principal (1) do dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica.Fig. 2 is a schematic representation of the components that make up the main structure (1) of the hybrid ocean energy conversion device.

A Fig. 3 mostra as forças que geram o momento de equilíbrio vertical, responsável por manter o dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica numa posição de equilíbrio vertical.Fig. 3 shows the forces that generate the vertical equilibrium moment, responsible for keeping the hybrid ocean energy conversion device in a vertical equilibrium position.

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A Fig. 4 é uma vista isométrica do dispositivo híbrido de conversão de energia das ondas.Fig. 4 is an isometric view of the hybrid wave energy conversion device.

A Fig. 5 é uma vista em corte do sistema de aproveitamento da energia das ondas (2) .Fig. 5 is a sectional view of the wave energy utilization system (2).

A Fig. 6 é uma vista detalhada do conjunto de engrenagens (19) responsável pela conversão do movimento vertical da boia interna (13) num movimento de rotação do veio vertical (9).Fig. 6 is a detailed view of the gear set (19) responsible for converting the vertical movement of the inner float (13) into a rotation movement of the vertical shaft (9).

A Fig. 7 é uma vista do conjunto de engrenagens (19), de um ângulo diferente.Fig. 7 is a view of the gear assembly (19), from a different angle.

A Fig. 8 é uma vista esquemática do sistema de roda livre (23).Fig. 8 is a schematic view of the freewheel system (23).

A Fig. 9 é uma representação esquemática do dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica quando é instalado em alto mar (offshore)(I), perto da costa (II) ou na costa (III).Fig. 9 is a schematic representation of the hybrid ocean energy conversion device when installed on the high seas (offshore) (I), close to the coast (II) or on the coast (III).

A Fig. 10 representa o efeito das marés na distância ao fundo do mar (25) do dispositivo híbrido de conversão de energia das ondas.Fig. 10 represents the effect of the tides on the distance to the seabed (25) of the hybrid wave energy conversion device.

A Fig. 11 representa o dispositivo híbrido de conversão de energia das ondas, montado em rede, numa repetição matricial de dispositivos.Fig. 11 represents the hybrid wave energy conversion device, networked, in a matrix repetition of devices.

Descrição da pormenorizada do inventoDetailed description of the invention

Tal como se pode constatar na revisão bibliográfica, existem diversos mecanismos de conversão de energia oceânica (ondas, vento e correntes marítimas).As can be seen in the literature review, there are several mechanisms for converting ocean energy (waves, wind and sea currents).

De seguida, é apresentada uma solução alternativa para a conversão da energia das ondas, dos ventos e das correntes marítimas, atravésThe following is an alternative solution for converting wave, wind and sea current energy through

13/21 de um dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica, capaz de captar a energia das ondas, do vento e das correntes marítimas e de converter essa mesma energia em energia cinética de rotação.13/21 of a hybrid ocean energy conversion device, capable of capturing the energy of waves, wind and sea currents and converting that energy into kinetic energy of rotation.

Existem seis componentes principais que constituem o dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica (Fig. 1) .There are six main components that make up the hybrid ocean energy conversion device (Fig. 1).

1. A estrutura principal (1), que suporta todos os elementos do dispositivo e é responsável por conferir estabilidade mecânica ao sistema;1. The main structure (1), which supports all elements of the device and is responsible for providing mechanical stability to the system;

2. Um sistema de aproveitamento da energia das ondas (2), capaz de converter o movimento oscilante vertical das ondas em movimento rotativo;2. A system for harnessing wave energy (2), capable of converting the vertical oscillating movement of the waves into rotary movement;

3. Uma turbina eólica (3), que absorve a energia do vento;3. A wind turbine (3), which absorbs energy from the wind;

4. Uma turbina de correntes marítimas (4), que tem um movimento de rotação devido à ação das correntes marítimas sobre a mesma;4. A sea current turbine (4), which has a rotational movement due to the action of sea currents on it;

5. Um conjunto de engrenagens (19), que permite que o veio vertical (9), que liga todos os diferentes sistemas de captação de energia, possa rodar sempre à máxima velocidade possível;5. A set of gears (19), which allows the vertical shaft (9), which connects all the different energy capture systems, to always rotate at the maximum possible speed;

6. Um sistema de amarração (5), que mantém o dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica na sua posição.6. A mooring system (5), which holds the hybrid ocean energy conversion device in place.

Estrutura principal (1)Main structure (1)

Na Fig. 2 estão representados os principais componentes da estrutura principal (1) . Esta estrutura principal (1) é composta por uma torre (6), uma boia submersa (7) e um balastro (8). A torre (6) suporta o sistema de aproveitamento da energia das ondas (2), a turbina eólica (3), a turbina de correntes marítimas (4), a boia submersa (7) e o balastro (8). Esta configuração é uma sólida baseFig. 2 shows the main components of the main structure (1). This main structure (1) consists of a tower (6), a submerged buoy (7) and a ballast (8). The tower (6) supports the wave energy utilization system (2), the wind turbine (3), the sea current turbine (4), the submerged buoy (7) and the ballast (8). This configuration is a solid foundation

14/21 estrutural para montar os diversos sistemas que compõe dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica.14/21 structural to assemble the various systems that make up a hybrid ocean energy conversion device.

Na Fig. 3 estão representadas as principais forças aplicadas na estrutura principal (1) do dispositivo híbrido de conversão da energia oceânica. A boia submersa (7) tem um grande volume oco que gera uma força de impulsão (A) , de acordo com o princípio de Arquimedes, empurrando o sistema para cima. Por baixo da boia submersa (7) está montado um balastro (8), que gera uma força de gravidade vertical (C) aplicada no seu centro de gravidade. A corrente de amarração está montada na parte inferior do balastro (8) e aplica uma força (B) , no ponto de amarração, resultante da massa do sistema de amarração (5) , das ondas e das correntes marítimas.Fig. 3 shows the main forces applied to the main structure (1) of the hybrid ocean energy conversion device. The submerged buoy (7) has a large hollow volume that generates a thrust force (A), according to the Archimedes principle, pushing the system upwards. Below the submerged buoy (7) is mounted a ballast (8), which generates a vertical gravity force (C) applied to its center of gravity. The mooring chain is mounted at the bottom of the ballast (8) and applies a force (B) at the mooring point, resulting from the mass of the mooring system (5), the waves and the sea currents.

Uma vez que estas forças têm diferentes pontos de aplicação e diferentes intensidades e direções, é gerado um momento de equilíbrio vertical (D) , sempre que o sistema se desvia da sua posição de equilíbrio vertical, devido à ação das várias solicitações mecânicas. Este momento tem magnitude, orientação (no sentido direto ou indireto) e direção variável, de acordo com as forças existentes, mas atua sempre no sentido de conduzir o dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica a uma posição de equilíbrio vertical.Since these forces have different points of application and different intensities and directions, a moment of vertical equilibrium (D) is generated whenever the system deviates from its vertical equilibrium position, due to the action of the various mechanical stresses. This moment has magnitude, orientation (in the direct or indirect direction) and variable direction, according to the existing forces, but it always acts in the direction of driving the hybrid ocean energy conversion device to a vertical equilibrium position.

A Fig. 4 representa o dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica com o sistema de aproveitamento de energia das ondas (2), a turbina eólica (3) e a turbina de correntes marítima (4) montados nas suas respetivas posições na estrutura principal (1).Fig. 4 represents the hybrid ocean energy conversion device with the wave energy recovery system (2), the wind turbine (3) and the sea current turbine (4) mounted in their respective positions in the main structure ( 1).

15/2115/21

Turbina eólica (3)Wind turbine (3)

A turbina eólica (3), que está posicionada no topo do dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica, está ligada ao veio vertical (9), (Fig. 4), posicionado no interior da torre (6). A ação do vento nas pás da turbina eólica (10) provoca a rotação da turbina eólica (3) e consequentemente, a rotação do veio vertical (9). Uma vez que a turbina eólica (3) é uma turbina eólica de eixo vertical, irá rodar, independentemente da direção do vento. Além disso, devido à forma aerodinâmica da pá da turbina eólica (10) e ao seu posicionamento num padrão circular com a mesma orientação, a turbina eólica (3) irá rodar sempre na mesma direção, independentemente da direção de incidência do vento.The wind turbine (3), which is positioned on top of the hybrid ocean energy conversion device, is connected to the vertical shaft (9), (Fig. 4), positioned inside the tower (6). The action of the wind on the blades of the wind turbine (10) causes the rotation of the wind turbine (3) and, consequently, the rotation of the vertical shaft (9). Since the wind turbine (3) is a vertical axis wind turbine, it will rotate, regardless of the wind direction. In addition, due to the aerodynamic shape of the wind turbine blade (10) and its position in a circular pattern with the same orientation, the wind turbine (3) will always rotate in the same direction, regardless of the direction of incidence of the wind.

Turbina de correntes marítimas (4)Sea current turbine (4)

Na parte inferior do dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica está montada uma turbina de correntes marítimas (4) . A turbina de correntes marítimas (4) é uma turbina de eixo vertical.At the bottom of the hybrid ocean energy conversion device is a sea current turbine (4). The sea current turbine (4) is a vertical axis turbine.

A ação da corrente marítima na superfície da pá da turbina de correntes marítimas (11) irá provocar a rotação da turbina de correntes marítimas (4), sempre na mesma direção, independentemente da direção de incidência das correntes marítimas, porque estão montadas num padrão circular com a mesma orientação. A turbina de correntes marítimas (4) está também acoplada ao veio vertical (9).The action of the sea current on the surface of the sea current turbine blade (11) will cause the rotation of the sea current turbine (4), always in the same direction, regardless of the direction of incidence of the sea currents, because they are mounted in a circular pattern. with the same orientation. The sea current turbine (4) is also coupled to the vertical shaft (9).

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Sistema de aproveitamento da energia das ondas (2)System for harnessing wave energy (2)

Na Fig. 4 está representado o sistema de aproveitamento da energia das ondas (2), montado na estrutura principal (1).Fig. 4 shows the wave energy utilization system (2), mounted on the main structure (1).

Na Fig. 5 estão representados os diferentes componentes que compõe o sistema de aproveitamento da energia das ondas (2). Este sistema de aproveitamento da energia das ondas (2), que contem a boia externa (12) e a boia interna (13), converte o movimento vertical oscilante das ondas em movimento de rotação de um veio vertical (9) . A passagem das cristãs e das cavas das ondas pela boia externa (12) tende a retirá-la da posição de equilíbrio vertical, movimento de rotação que é permitido, mas que não é transmitido á boia interna (13) . Este grau de liberdade do sistema de aproveitamento da energia das ondas é conseguido por uma ligação elástica (14), componente em borracha que une a boia externa (12) à boia interna (13). Com a passagem das ondas, a boia externa (12) acompanha este movimento oscilante. No entanto, a boia interna (13), que está montada dentro da boia externa (12), apenas tem um movimento vertical linear, porque está montada concentricamente com a torre (6). Com esta montagem, apenas o movimento vertical da boia externa (12) é transmitido á boia interna (13) . Este movimento vertical da boia interna (13) é transformado num movimento rotativo através de um conjunto de engrenagens (19) e das cremalheiras (15), explicado em detalhe abaixo.Fig. 5 shows the different components that make up the system for harnessing wave energy (2). This system of harnessing the energy of the waves (2), which contains the outer buoy (12) and the inner buoy (13), converts the oscillating vertical movement of the waves into the rotation of a vertical shaft (9). The passage of the Christians and the wave pits through the external buoy (12) tends to remove it from the position of vertical balance, a rotation movement that is allowed, but that is not transmitted to the internal buoy (13). This degree of freedom of the wave energy utilization system is achieved by an elastic connection (14), a rubber component that joins the external float (12) to the internal float (13). With the passage of the waves, the external buoy (12) follows this oscillating movement. However, the inner buoy (13), which is mounted inside the outer buoy (12), only has a linear vertical movement, because it is mounted concentrically with the tower (6). With this assembly, only the vertical movement of the outer float (12) is transmitted to the inner float (13). This vertical movement of the inner float (13) is transformed into a rotary movement through a set of gears (19) and racks (15), explained in detail below.

Na Fig. 6, que é uma vista em detalhe do conjunto de engrenagens (19), indicado na Fig. 5, é possível compreender como é feita a conversão do movimento vertical oscilante que as ondas provocam na boia externa (12) que, por sua vez, transmite apenas um movimento vertical linear à boia interna (13) concentricamente montada com a torre (6) que converte este movimento vertical linear num movimento de rotação do veio vertical (9).In Fig. 6, which is a detailed view of the gear set (19), shown in Fig. 5, it is possible to understand how the conversion of the oscillating vertical movement that the waves cause in the external buoy (12) is carried out. in turn, it transmits only a linear vertical movement to the inner buoy (13) concentrically mounted with the tower (6) which converts this linear vertical movement into a rotation movement of the vertical shaft (9).

17/2117/21

Na boia interna (13) está montado um par de cremalheiras (15), que, com o seu movimento vertical, provoca a rotação dos pinhões (17).A pair of racks (15) is mounted on the inner float (13), which, with its vertical movement, causes the pinions to rotate (17).

A Fig. 7 é uma representação do sistema de aproveitamento da energia das ondas de um ponto de vista diferente do da Fig. 6, onde é possível ver a posição de montagem do sistema de roda livre (23) nas engrenagens (19).Fig. 7 is a representation of the system of harnessing wave energy from a different point of view than that of Fig. 6, where it is possible to see the mounting position of the freewheel system (23) on the gears (19).

Através dos veios (18) este movimento dos pinhões (17) é transmitido às engrenagens (19) . Com uma determinada relação de transmissão, é feita uma multiplicação de velocidade, transmitida a uma roda dentada (24) que está acoplada à roda dentada cónica (20). O movimento desta roda dentada cónica (20) é transmitido ao veio vertical (9) através de um pinhão cónico (21).Through the shafts (18) this movement of the pinions (17) is transmitted to the gears (19). With a given gear ratio, a multiplication of speed is made, transmitted to a gear wheel (24) which is coupled to the conical gear wheel (20). The movement of this conical sprocket (20) is transmitted to the vertical shaft (9) through a conical pinion (21).

Todas as engrenagens, veios, rolamentos e demais elementos mecânicos são montados nos suportes (22) , rigidamente fixos na torre (6).All gears, shafts, bearings and other mechanical elements are mounted on the supports (22), rigidly fixed to the tower (6).

Para garantir que o veio vertical (9) rode sempre no mesmo sentido, é instalado um sistema de roda livre (23), em cada uma das engrenagens (19). Com esta montagem, o movimento é alternadamente transmitido pelas engrenagens (19), mas provoca sempre o movimento de rotação do veio vertical (9) no mesmo sentido. Deste modo, o sistema de roda livre (23) atua como uma embraiagem, uma vez que controla a cadeia de transmissão de movimento.To ensure that the vertical shaft (9) always rotates in the same direction, a free wheel system (23) is installed on each of the gears (19). With this assembly, the movement is alternately transmitted by the gears (19), but always causes the vertical shaft (9) to rotate in the same direction. In this way, the freewheel system (23) acts as a clutch, since it controls the movement transmission chain.

Este sistema de roda livre (23), representado na Fig. 8, pode, em alternativa, ser montado nos pinhões (17) . A opção pela montagem nas engrenagens (19) foi feita devido às suas maiores dimensões, pelo que existe um maior espaço para a sua montagem.This freewheel system (23), shown in Fig. 8, can, alternatively, be mounted on the pinions (17). The option for mounting on the gears (19) was made due to its larger dimensions, so there is more space for its assembly.

18/21 sistema de roda livre (23) tem a caracteristica, por definição, de engrenar apenas num dos sentidos de rotação e desengrenar sempre no sentido oposto.18/21 freewheel system (23) has the characteristic, by definition, to engage only in one direction of rotation and always disengage in the opposite direction.

No movimento ascendente da boia externa (12) uma das rodas livres engrena, estando a outra desengrenada. No movimento descendente este engrenamento inverte-se.In the upward movement of the external float (12) one of the free wheels engages, the other being disengaged. In the downward movement this gear is reversed.

Com este sistema de rodas livres (23) consegue-se transmitir movimento de rotação sempre no mesmo sentido ao veio vertical (9), quer na fase ascendente da onda, quer na sua fase descendente.With this system of free wheels (23) it is possible to transmit rotation movement always in the same direction to the vertical shaft (9), either in the upward phase of the wave or in its downward phase.

Sistema de roda livre (23)Freewheel system (23)

Devido às sempre variáveis condições marítimas, a velocidade de rotação da turbina eólica (3), da turbina de correntes marítimas (4) e do pinhão cónico (21) é, na maior parte do tempo, distinta.Due to the ever changing marine conditions, the rotation speed of the wind turbine (3), the sea current turbine (4) and the conical pinion (21) is, most of the time, different.

acoplamento da turbina eólica (3) ao veio vertical (9) é feito através de um sistema de roda livre, idêntico ao descrito no acoplamento entre o veio (18) e a engrenagem (19).Coupling of the wind turbine (3) to the vertical shaft (9) is done through a free wheel system, identical to that described in the coupling between the shaft (18) and the gear (19).

Do mesmo modo, o acoplamento da turbina de correntes marítimas (4) ao veio vertical (9) é feito através de um sistema de roda livre, idêntico ao descrito no acoplamento entre o veio (18) e a engrenagem (19) .Likewise, the coupling of the marine turbine (4) to the vertical shaft (9) is done through a free wheel system, identical to that described in the coupling between the shaft (18) and the gear (19).

Assim sendo, o sistema de roda livre (23) desenvolvido, montado no sistema de aproveitamento das ondas (2), montado na ligação entre o veio vertical (9) e a turbina eólica (3) e montado na ligação entre o veio vertical (9) e a turbina de correntes marítimas (4),Therefore, the freewheel system (23) developed, mounted on the wave harnessing system (2), mounted on the connection between the vertical shaft (9) and the wind turbine (3) and mounted on the connection between the vertical shaft ( 9) and the sea current turbine (4),

19/21 permite que a turbina eólica (3), a turbina de correntes marítimas (4) e o pinhão cónico (21) tenham velocidades de rotação distintas. Além disso, caso a velocidade de rotação de um dos 3 sistemas de aproveitamento de energia seja inferior à dos outros, o sistema de roda livre (23) permite que esse sistema de aproveitamento de energia mais lento não interfira com a velocidade de rotação dos outros. Com esta solução mecânica de rodas dentadas e sistemas de roda livre (23), que atuam como embraiagens, é garantido sempre que o veio vertical (9) roda sempre à máxima velocidade de rotação possível.19/21 allows the wind turbine (3), the sea current turbine (4) and the conical pinion (21) to have different speeds of rotation. In addition, if the rotation speed of one of the 3 energy recovery systems is lower than that of the others, the free wheel system (23) allows that slower energy recovery system does not interfere with the rotation speed of the others . With this mechanical solution of sprockets and freewheel systems (23), which act as clutches, it is guaranteed that the vertical shaft (9) always rotates at the maximum possible rotation speed.

Como foi referido, os sistemas de roda livre (23) estão instalados no eixo da turbina eólica (3), no eixo da turbina de correntes marítimas (4), nas engrenagens (19) e na roda dentada cónica (20), o que permite que cada um rode sempre à máxima velocidade de rotação possível, sendo a energia captada aditiva mecanicamente e recolhida no veio vertical (9) .As mentioned, freewheel systems (23) are installed on the axis of the wind turbine (3), on the axis of the marine turbine (4), on the gears (19) and on the bevel gear (20), which allows each one to always rotate at the maximum possible rotation speed, with the energy captured being mechanically additive and collected in the vertical shaft (9).

No caso do sistema de aproveitamento da energia das ondas (2), o sistema de roda livre (23) instalado nas engrenagens (19) poderia ter sido montado nos pinhões (17) . A opção pela montagem nas engrenagens (19) deveu-se ao facto de serem maiores e, portanto, terem maior espaço para acomodar este sistema de roda livre (23).In the case of the wave energy utilization system (2), the freewheel system (23) installed on the gears (19) could have been mounted on the pinions (17). The option for mounting on the gears (19) was due to the fact that they are larger and, therefore, have more space to accommodate this free wheel system (23).

Sistema de amarração (3)Mooring system (3)

Na Fig. 9 está representado o sistema de amarração do dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica, quando montado em alto mar (offshore) (I), perto da costa (II) ou na costa (III) . Este dispositivo é fixo ao fundo do mar (25), através de pelo menos uma corrente de amarração (26). Uma âncora (27) é instalada no fundo do mar (25). Este sistema de amarração é simples e, portanto, temFig. 9 shows the mooring system of the hybrid ocean energy conversion device, when mounted on the high seas (offshore) (I), close to the shore (II) or on the shore (III). This device is fixed to the seabed (25), through at least one mooring chain (26). An anchor (27) is installed on the seabed (25). This mooring system is simple and therefore has

20/21 um baixo custo de instalação e manutenção, o que permite o funcionamento do dispositivo em qualquer altura de maré.20/21 a low cost of installation and maintenance, which allows the device to function at any time of tide.

No caso do dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica ser instalado em terra (28), a montagem é rigidamente instalada num pontão ou numa outra estrutura semelhante recorrendo a uma estrutura de suporte (29).In case the hybrid ocean energy conversion device is installed on land (28), the assembly is rigidly installed on a pontoon or other similar structure using a support structure (29).

A ancoragem do dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica (Fig. 10) está concebida para uma situação de maré baixa (E), maré alta (F) ou em qualquer outra altura intermédia de maré. A corrente de amarração (26) tem um comprimento superior a 5 vezes a profundidade em maré alta para garantir uma ancoragem efetiva.The anchoring of the hybrid ocean energy conversion device (Fig. 10) is designed for low tide (E), high tide (F) or any other intermediate tide. The mooring chain (26) is longer than 5 times the depth at high tide to ensure effective anchoring.

O dispositivo híbrido de conversão de energia oceânica, montado em rede numa repetição matricial de dispositivos híbridos de conversão de energia oceânica (30), forma um parque de energia oceânica (Fig. 11) .The hybrid ocean energy conversion device, networked in a matrix repetition of hybrid ocean energy conversion devices (30), forms an ocean energy park (Fig. 11).

Claims (9)

REIVINDICAÇÕES 1 - Dispositivo híbrido para conversão de energia oceânica em energia cinética de rotação caracterizado por compreender:1 - Hybrid device for converting ocean energy into kinetic energy of rotation characterized by comprising: um sistema de aproveitamento da energia das ondas (2), uma turbina eólica (3), uma turbina de correntes marítimas (4) e uma estrutura principal (1) que compreende:a system for harnessing wave energy (2), a wind turbine (3), a sea current turbine (4) and a main structure (1) comprising: uma boia submersa (7) e um balastro (8) para o equilíbrio vertical do dispositivo;a submerged buoy (7) and a ballast (8) for the vertical balance of the device; uma torre (6) com um veio vertical interior (9) para acoplar os referidos sistema e turbinas, em que o sistema de aproveitamento da energia das ondas (2) está acoplado entre as referidas turbinas e compreende:a tower (6) with an interior vertical shaft (9) for coupling said system and turbines, in which the wave energy utilization system (2) is coupled between said turbines and comprises: um conjunto de engrenagens (16), um par de cremalheiras (15), uma boia externa (12) e uma boia interna (13) montada dentro da boia externa (12) concentricamente posicionadas com o veio vertical interior (9) para transformar o movimento vertical da boia interna (13) em energia cinética de rotação nas engrenagens (16) pelo movimento das cremalheiras (15) alojados no interior da referida boia interna (13), em que a boia externa (12) e a boia interna (13) estão acopladas através de uma ligação elástica (14) para não transmitir movimento de rotação da boia externa (12) para a boia interna (13), para converter o movimento vertical oscilante das ondas, o movimento de rotação da turbina eólica (3) e o movimento de rotação da turbina de correntes (4) num movimento de rotação do veio vertical(9).a set of gears (16), a pair of racks (15), an outer buoy (12) and an inner buoy (13) mounted inside the outer buoy (12) concentrically positioned with the inner vertical shaft (9) to transform the vertical movement of the inner buoy (13) in kinetic energy of rotation in the gears (16) by the movement of the racks (15) housed inside said inner buoy (13), in which the outer buoy (12) and the inner buoy (13 ) are coupled through an elastic connection (14) to not transmit rotation movement from the external float (12) to the internal float (13), to convert the oscillating vertical movement of the waves, the rotation movement of the wind turbine (3) and the rotating movement of the chain turbine (4) in a rotating movement of the vertical shaft (9). 2 - Dispositivo híbrido para conversão de energia oceânica em energia cinética de rotação, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por o conjunto de engrenagens (16) compreender:2 - Hybrid device for converting ocean energy into kinetic energy of rotation, according to the previous claim, characterized in that the set of gears (16) comprises: um par de cremalheiras (15), uma pluralidade de pinhões (17) aptos para serem montados de forma alinhada com as referidas cremalheiras (15), uma pluralidade de veios (18) para transmitir movimento dos pinhões (17), uma pluralidade de engrenagens (19), uma roda dentada cónica (20), um pinhão cónico (21) para transmitir movimento ao veio interno vertical (9), uma roda dentada (24) e um sistema de roda livre (23).a pair of racks (15), a plurality of pinions (17) able to be mounted in line with said racks (15), a plurality of shafts (18) to transmit movement of the pinions (17), a plurality of gears (19), a conical sprocket (20), a conical pinion (21) for transmitting movement to the vertical inner shaft (9), a sprocket (24) and a freewheel system (23). 3 - Dispositivo híbrido para conversão de energia oceânica em energia cinética de rotação, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por compreender o sistema de roda livre (23) em cada engrenagem (19), que compreende uma pluralidade de rolamentos dentados para acionar engrenagens para que o movimento alternadamente transmitido pelas engrenagens (19) provoque o movimento de rotação do veio vertical (9) no mesmo sentido.3 - Hybrid device for converting ocean energy into kinetic energy of rotation, according to the previous claim, characterized by comprising the free wheel system (23) in each gear (19), which comprises a plurality of toothed bearings to drive gears so that the movement alternately transmitted by the gears (19) causes the vertical shaft (9) to rotate in the same direction. 4 - Dispositivo híbrido para conversão de energia oceânica em energia cinética de rotação, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a ligação elástica (14) ser em borracha para acoplar a boia externa (12) e a boia interna (13).4 - Hybrid device for converting ocean energy into kinetic energy of rotation, according to the previous claims, characterized in that the elastic connection (14) is made of rubber to couple the outer buoy (12) and the inner buoy (13). 5 - Dispositivo híbrido para conversão de energia oceânica em energia cinética de rotação, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a boia interna (13) alojar, no seu interior, o conjunto de engrenagens (16).5 - Hybrid device for converting ocean energy into kinetic energy of rotation, according to the preceding claims, characterized in that the inner float (13) houses, inside, the gear set (16). 6 - Dispositivo híbrido para conversão de energia oceânica em energia cinética de rotação, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por compreender um sistema de amarração (3) para ancoragem em alto mar (I) ou para ancoragem de costa (II,III) .6 - Hybrid device for converting ocean energy into kinetic energy of rotation, according to the previous claims, characterized by comprising a mooring system (3) for anchoring at sea (I) or for anchoring the coast (II, III) . 7 - Dispositivo híbrido para conversão de energia oceânica em energia cinética de rotação, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o sistema de amarração (3) compreender uma âncora (27) e uma corrente de amarração (26), para situações de maré baixa (E), maré alta (F) ou qualquer maré.7 - Hybrid device for converting ocean energy into kinetic energy of rotation, according to the previous claims, characterized in that the mooring system (3) comprises an anchor (27) and a mooring chain (26), for tidal situations low (E), high tide (F) or any tide. 8 - Dispositivo híbrido para conversão de energia oceânica em energia cinética de rotação, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a turbina eólica (3) ser uma turbina eólica com eixo vertical e compreender uma pá da turbina eólica (10) apta para rodar com um padrão circular com a mesma orientação da referida turbina eólica (3).8 - Hybrid device for converting ocean energy into kinetic energy of rotation, according to the previous claims, characterized in that the wind turbine (3) is a wind turbine with a vertical axis and comprises a wind turbine blade (10) capable of rotating with a circular pattern with the same orientation as the aforementioned wind turbine (3). 9 - Parque de conversão de energia oceânica que compreende uma pluralidade de dispositivos híbridos para conversão de energia oceânica em energia cinética de rotação descritos nas reivindicações anteriores, caracterizado por funcionar montado em rede, numa repetição matricial de dispositivos ou suas combinações.9 - Ocean energy conversion park comprising a plurality of hybrid devices for converting ocean energy into kinetic energy of rotation described in the preceding claims, characterized by operating networked, in a matrix repetition of devices or their combinations.
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