PT1687527E - Sistema de produção de energia eléctrica com a utilização das ondas do mar - Google Patents

Description

M M IMiSSlJt elIctsica çqm a ws&x mâ mms do m

Este invento está relacionado com um sistema de produção de energia eléctrica com a utilização das ondas do mar.

FUNDAMENTOS DO INVENTO São presentemente do nosso conhecimento vários sistemas para a obtenção de energia eléctrica a partir das ondas do mar, baseados em corpos flutuantes que incluem elementos flexíveis para os fixar ao fundo do mar. Estes sistemas têm a desvantagem de incluírem dispositivos complexos, em que os mecanismos geradores da energia estão em contacto directo com a água do mar e estão consequentemente sujeitos a elevados níveis de corrosão. Esses sistemas têm a desvantagem adicional de não se adaptarem a quaisquer tipos de fundos do mar e por conseguinte não pode ser produzidos em massa. Todos estes factores tornam os custos de instalação e manutenção muito mais elevados, prejudicando seriamente a obtenção de lucros de tais sistemas tendo por base a produção de energia conseguida. 0 requerimento de patente internacional WO 02/48544 Al refere-se a um sistema para gerar energia eléctrica a partir das ondas do mar que resolve as desvantagens anteriormente mencionadas. O referido sistema inclui pelo menos um corpo flutuante, lastro, uma corrente ou cabo de ligação entre o referido lastro e o referido corpo flutuante e um dispositivo no interior do referido corpo flutuante para converter o movimento do corpo flutuante em energia pneumática ou hidráulica, juntamente com meios para transmitir a energia para terra ou para uma estrutura fixa. O dispositivo para converter o movimento do corpo flutuante ao qual a patente acima mencionada se refere inclui um sistema de tracção que tem como seu elemento principal um tambor no qual se enrola a corrente ou cabo de ligação ao corpo flutuante. Este sistema de tracção tem a função de converter, a força e o movimento linear vertical da bóia através do cabo, no movimento rotativo do tambor com um determinado momento rotativo. O dispositivo de conversão inclui igualmente um dispositivo de recuperação para fazer o tambor rodar no sentido inverso quando o corpo flutuante desce com a onda, e também para manter em permanência a tensão adequada da corrente ou cabo.

Consequentemente, no sistema descrito, quando o corpo flutuante ascende pela sua flutuação debaixo do efeito da chegada da onda, o cabo ou corrente desenrola-se do tambor. O tambor roda num direcção com um determinado momento de rotação ou binário do veio do tambor propriamente dito, e isto é transmitido para o sistema de conversão da energia para a produção de energia pneumática, eléctrica ou hidráulica. Quando o corpo flutuante desce com a onda debaixo do efeito da força da gravidade, i o dispositivo de recuperação que tem a tarefa de fazer o tambor rodar no sentido contrário e consequentemente recuperar ou cabo ou corrente de volta à posição inicial. O sistema descrito na patente acima mencionada tem a vantagem de ser simples e resolver igualmente o problema dos diferentes níveis das marés, de modo a que o sistema possa ser produzido em massa. Efectivamente, o comprimento do cabo do dispositivo não necessita de variar em função das marés, uma vez que o dispositivo de recuperação permite sempre a recuperação da corrente ou cabo desenrolado durante a ascensão da onda, de tal modo que o comprimento do cabo enrolado ou recuperado numa determinada zona do mar depende da diferença entre a maré baixa e a maré alta em vez da previsão da altura das ondas nessa zona.

Uma outra vantagem do sistema descrito na patente internacional WO 02/48544 consiste em resolver o problema da corrosão devido à acção directa da água do mar, dado que revela um dispositivo para converter o movimento do corpo flutuante em energia, este dispositivo está montado no interior do corpo flutuante acima da linha de flutuação do referido corpo. O sistema revelado no requerimento de patente internacional WO 02/48544 no entanto este apresenta um número de desvantagens, que são enumeradas a baixo:

Continua a ser um sistema complexo, dado que é necessário fabricar um tambor de grandes dimensões, montado no interior do corpo flutuante, que enrola o cabo ou corrente que liga o referido corpo flutuante ao lastro. * ô cabo ou corrente que liga o corpo flutuante ao lastro é submetido a tensões elevadas que reduzem a sua vida útil, pois para além das forças de tracção e flexão, o referido cabo ou corrente é igualmente submetido à força de torção gerada pela acção das correntes marinhas e outros agentes exteriores, devido à rotação da totalidade do corpo flutuante à volta de um eixo vertical imaginário.

Na eventualidade do corpo flutuante ter de ser reparado, o ponto de ancoragem ao fundo do mar é inevitavelmente perdido, uma vez que o facto de não existir nenhuma bóia intermédia significa que o cabo de ligação do corpo flutuante está fixado directamente ao lastro no fundo do mar. *0 design do corpo flutuante é complexo devido ao facto de este incluir dois elementos com funções diferentes; um flutuador na parte inferior e um receptáculo montado no referido flutuador para receber os componentes do dispositivo conversor de energia. * 0 corpo flutuante não é estável e pode virar-se facilmente dado que os componentes do dispositivo conversor de energia estão acima da linha de flutuação de tal modo que o centro de gravidade do corpo flutuante está igualmente acima do centro de flutuação. »& manutenção periódica da superfície exterior do corpo flutuante tem de ser retirada a fim de se proceder à remoção das incrustações marinhas. A patente US 2002/0131824 AI descreve uma plataforma flutuante para obter corrente eléctrica a partir das ondas do mar. A referida plataforma flutuante está fixada ao fundo do mar, equipada com um desenrolador em que um cabo de ancoragem é enrolado por uma mola de recuperação, eles permitem transformar a energia cinética das ondas an electricidade através da ligação do eixo do desenrolador a geradores eléctricos, geradores eléctricos a circuitos rectificadores, e circuitos rectificadores a acumuladores. 0 objectivo deste invento é resolver as desvantagens mencionadas, através do desenvolvimento de um sistema que tenha que tenha as vantagens descritas abaixo.

De acordo com um primeiro aspecto, o sistema deste invento para gerar energia eléctrica a partir das ondas do mar inclui pelo menos um corpo flutuante, um lastro, uma corrente ou cabo do lastro, pelo menos um cabo ou corrente de ligação entre a referida corrente ou cabo do lastro e o referido corpo flutuante, meios para converter o movimento do referido corpo flutuante em energia mecânica pelo menos um dispositivo de recuperação situado no interior do referido corpo flutuante que permite a recuperação do referido cabo ou corrente para a sua posição inicial durante a descida da onda, pelo menos um dispositivo para converter a referida energia mecânica noutra energia para além da energia mecânica, situado no interior do referido corpo flutuante, meios para transmitir a referida energia para terra firme ou para uma estrutura fixa, e caracteriza-se em que o referido corpo flutuante está montado numa estrutura e que esta inclui pelo menos um veio horizontal integrado nas extremidades na referida estrutura; nos referidos meios para converter o movimento do referido corpo flutuante em energia mecânica está incluído um invólucro à volta do qual é enrolado o cabo ou corrente de ligação, com o referido invólucro montado de uma forma rotativa em relação ao referido veio horizontal de tal modo que rode sob a acção do enrolamento do referido cabo ou corrente.

Graças a estas caracteristicas, o sistema deste invento tem as vantagens descritas a seguir: * Q invólucro móvel do corpo flutuante actua como um tambor do sistema onde se enrola a corrente ou cabo de ligação, de tal modo que não é necessário instalar um tambor de grandes dimensões no interior do corpo flutuante. * O design do corpo flutuante é muito simples uma vez que consiste de um único elemento que tem duas funções; uma de actuar como um flutuador facultando a força de flutuação para produzir energia e a outra de actuar como receptáculo para receber os componentes do dispositivo de conversão da energia mecânica, deixando os referidos componentes isolados da acção directa da água do mar. 0 corpo flutuante é estável de tal modo que é desnecessária a utilização de contrapesos. Realmente, o facto de o mesmo elemento do corpo flutuante executar as funções de flutuador e receptáculo para instalar os componentes do dispositivo, significa que o centro de flutuação permanece acima do centro de gravidade de tal modo que é improvável que o referido corpo flutuante se vire.

Existe um cabo especifico para lastrar o corpo, que é independente do cabo de ligação que se enrola no corpo flutuante. 0 referido cabo de lastro uma vez que não tem de se enrolar e desenrolar pode ser sobredimensionado ou concebido de modo a que a força de torção a que é submetido não reduz a sua vida útil.

De acordo com a configuração escolhida para o invento, o dispositivo para converter a referida energia mecânica inclui um gerador eléctrico e meios para transmitir a referida energia mecânica ao referido gerador.

Preferencialmente, os referidos meios de transmissão da energia mecânica ao referido gerador incluem uma roda de coroa ligada de modo a fazer parte do invólucro móvel, um pinhão que engrena na referida roda de coroa e um multiplicador ligado ao referido pinhão.

Graças a estas caracteristicas, com o sistema deste invento a energia mecânica que se obtém do movimento do invólucro móvel do corpo flutuante é convertida directamente em energia eléctrica.

Preferencialmente, a energia eléctrica obtida é processada por intermédio da tecnologia da energia electrónica para assegurar a transmissão continua de energia eléctrica. 0 fluxo introduzido na rede eléctrica será consequentemente tão constante e tão estável quanto possível.

De acordo com a configuração escolhida do invento, o sistema inclui pelo menos dois corpos flutuantes montados na referida estrutura e pelo menos dois veios horizontais paralelos integrados pelas extremidades na referida estrutura com os cabos ou correntes dos referidos corpos flutuantes enrolados na direcção oposta nos invólucros móveis dos corpos flutuantes, de tal modo que eles rodam em direcções opostas entre si devido à acção dos referidos cabos ou correntes. A presença de dois corpos flutuantes montados numa única estrutura garante de modo muito simples e eficaz que o sistema de geração de energia deste invento é fisicamente estável, uma condição essencial para obter a força de recuperação do dispositivo de recuperação e a força de reacção dos meios para transformar a energia mecânica em energia eléctrica (gerador eléctrico).

Preferencialmente, o dispositivo de recuperação inclui uma mola helicoidal, estando a referida mola ligada através de uma das suas extremidades ao veio horizontal integrado na estrutura e pela outra extremidade ligada ao invólucro móvel do referido corpo flutuante. A referida mola helicoidal constitui uma solução mecânica simples que permite que a energia seja acumulada durante a ascensão do corpo flutuante, na forma de energia elástica potencial. A referida energia é libertada quando o corpo flutuante desce com a onda fazendo rodar o corpo flutuante na direcção oposta e deste modo viabilizando a recuperação da corrente ou cabo de ligação.

Preferencialmente, a estrutura na qual está montado pelo menos um corpo flutuante inclui pelo menos um perfil paralelo ao referido veio horizontal e meios para remover as incrustações marinhas na face exterior do referido invólucro móvel ligado ao referido perfil e à referida estrutura.

De forma vantajosa, os referidos meios para limpar as incrustações marinhas consistem de raspadores.

Graças a estas caracteristicas, o sistema deste invento autolimpa-se "in situ" de modo a que se torna desnecessário proceder à manutenção periódica da superfície exterior do corpo ou corpos flutuantes para remover as incrustações marinhas.

De acordo com o invento, o referido sistema inclui pelo menos uma bóia intermédia ligada à referida corrente ou cabo do lastro. Graças à referida bóia o sistema tem um ponto de ancoragem intermédio que tem duas vantagens. Por um lado permite que a ancoragem seja mantida a uma profundidade razoável, permitindo a remoção do corpo flutuante e, se necessário, a sua substituição por outro corpo semelhante, sem perder o ponto de ancoragem. E pelo outro lado, a flutuação da bóia intermédia descarrega o peso da corrente ou cabo do lastro para o corpo flutuante, o que, dependendo da profundidade do leito do fundo do mar não deve ser ignorado.

De acordo com a configuração escolhida para o invento, o referido sistema inclui um conjunto de módulos sendo cada um formado por pelo menos um corpo flutuante e, de forma vantajosa, cada módulo é formado por pelo menos o referido corpo flutuante e pelo menos a referida bóia intermédia ligada à referida corrente ou cabo do lastro.

Graças à concepção modular, o sistema adapta-se com simplicidade e facilidade ao tipo de ondulação da zona geográfica. Por conseguinte e de modo a tirar partido das ondas de menor amplitude e menores comprimentos de onda, o sistema seria equipado com uns poucos módulos, enquanto que para tirar partido de ondas de grandes dimensões o sistema será equipado com um maior número de módulos.

Preferencialmente, a estrutura do sistema inclui meios para guiar o referido cabo ou corrente de ligação o que significa concretizar a ligação optimizada entre a corrente ou cabo de ligação do corpo flutuante e a corrente do lastro, ou da bóia intermédia, se aplicável.

111#: DESÇRIÇlO MWI

Para um melhor entendimento de tudo aquilo que foi exposto foram incluídos alguns desenhos que demonstram de forma esquemática e apenas em termos de exemplo não restritivo, o caso prático de uma configuração.

Nos referidos desenhos,

Figura 1 consiste numa vista em perspectiva de uma configuração do sistema do invento que inclui um módulo com dois corpos flutuantes e uma bóia intermédia.

Figura 2 consiste numa vista em pormenor da vista em perspectiva da Figura 1, apresentando o dispositivo de recuperação situado no interior dos referidos corpos flutuantes,

Figura 3 consiste numa vista em perspectiva do interior de um corpo flutuante, apresentando um pormenor do dispositivo para converter a energia mecânica em energia eléctríca.

Figura 4 consiste numa vista em perspectiva de uma configuração escolhida do sistema do invento gue inclui dois módulos, cada um deles composto por dois corpos flutuantes e uma bóia intermédia.

Figura 5 consiste numa vista em perspectiva de uma configuração escolhida do sistema do invento gue inclui 16 módulos, cada um deles composto por dois corpos flutuantes e uma bóia intermédia.

Biistiçio m mm scsiimâ A Figura 1 apresenta uma vista em perspectiva de uma configuração escolhida do sistema do invento gue inclui um módulo 17 com dois corpos flutuantes 1, um lastro 2, uma corrente do lastro 3, um cabo 4 enrolado à volta de cada um dos corpos flutuantes 1 e uma estrutura 5 onde os referidos corpos flutuantes 1 estão montados. A estrutura 5 inclui meios para guiar 6 os cabos 4 até uma bóia intermédia 7. A referida bóia intermédia 7 está submergida a uma profundidade de aproximadamente 20 metros e está ancorada pela corrente 3 ao lastro 2 gue repousa no leito do fundo do mar. A bóia intermédia 7 faculta uma ancoragem 8 intermédia gue tem a vantagem de permitir gue o ponto de ancoragem do corpo ou dos corpos flutuantes do sistema seja mantido a uma profundidade razoável.

[0033] Como demonstra a Figura 1, de cada corpo flutuante 1 desce um cabo vertical 4 que passa através dos meios de guia 6 até à bóia intermédia 7. Graças aos referidos meios de guia 6 e ao modo em que os referidos cabos 4 estão fixados I bóia intermédia 7, as perdas de energia devido à fricção são evitadas o mais possível, A Figura 2 apresenta o interior de um dos dois corpos flutuantes 1 da Figura 1, onde um veio estático horizontal 9 integrado nas suas extremidades à estrutura 5 pode ser visto. 0 referido veio estático 9 constitui o eixo em relação ao qual o invólucro móvel 10 de cada um dos corpos flutuantes 1 roda, devido à acção do cabo enrolado 4.

Como pode ser observado na Figura 2, o dispositivo de recuperação do sistema é uma mola helicoidal 11 cuja extremidade interior está fixada ao veio estático 9 e a extremidade exterior está fixada à face interior do invólucro 10. A referida mola 11 é montada com uma pré-carga determinada de modo a assegurar a tensão na corrente 3 do lastro 2 e do cabo 4 de ligação, tendo ainda a função de recuperar o referido cabo 4 de cada um dos corpos flutuantes 1 quando a unidade no seu todo desce com o movimento das ondas A estrutura 5 do sistema apresentado inclui toda à volta da sua periferia interior uns raspadores, não apresentados, que tirando partido do movimento rotativo do invólucro móvel 10. dos corpos flutuantes 1 limpa as incrustações marinhas da superfície exterior dos referidos corpos flutuantes 1. A Figura 3 é uma vista em perspectiva do interior de um corpo flutuante 1, apresentando um pormenor do dispositivo para converter a energia mecânica noutra forma de energia para além da mecânica, sendo neste caso energia eléctrica. A referida figura apresenta uma roda de coroa 12 com cremalheira interior que está integrada na superfície interior do invólucro 10 do corpo flutuante 1, um pinhão 13 engrena na roda de coroa 12, um multiplicador 14 ligado ao pinhão 13 e finalmente a um gerador 15 que produz energia eléctrica. Tanto o multiplicador 14 como o gerador 15 estão colocados numa plataforma 16 integrada no veio estático 9 . O multiplicador 14 tem a função de adaptar a velocidade transmitida ao veio de modo a que o gerador 15 trabalhe debaixo de condições optimizadas, tendo capacidade para variar o seu rácio de transmissão caso tal seja necessário.

As figuras 4 e 5 apresentam duas vistas em perspectiva de duas configurações escolhidas do sistema do invento que incluem dois e dezasseis módulos 17, respectivamente. A primeira das duas configurações está especialmente optimizada para zonas geográficas para ondas com pequena amplitude e de pequeno comprimento de onda, enquanto que a segunda configuração está especialmente vocacionada para ondas com grandes amplitudes e grandes comprimentos de onda.

Segue-se uma descrição de como funciona o sistema.

Numa situação de mar calmo, o sistema mantem-se em equilíbrio. O cabo 4 está enrolado no invólucro móvel 10 do corpo flutuante e mantém-se sob tensão pelo efeito da mola helicoidal 11.

Quando o nível da água sobe pelo efeito da chegada de uma onda o corpo flutuante 1 recebe o impulso da onda e inicia o seu percurso ascendente. O cabo 4 desenrola-se provocando que o invólucro móvel 10 do corpo flutuante rode em relação ao veio estático 9 integrado na estrutura 5. 0 movimento rotativo do invólucro 10 é transmitido ao gerador eléctrico 15 instalado no interior do corpo flutuante 1, através da roda de coroa 12 e do pinhão 13 que está engrenado na referida roda de coroa com o multiplicador 14 que está acoplado ao referido pinhão.

Assim, nas configurações escolhidas do sistema apresentadas nas Figuras de 1 a 5, o movimento do corpo flutuante 1 é convertido em energia mecânica que movimenta o invólucro 10, e este último em energia eléctrica produzida pelo gerador 15. A energia eléctrica obtida com o gerador 15 de um dos vários corpos flutuantes Θ então processada por meio da tecnologia da energia electrónica para assegurar a transmissão contínua de energia eléctrica.

Apesar de não terem sido apresentadas, existem outras configurações do sistema do invento onde a energia mecânica que movimenta o invólucro 10 pode ser convertida em qualquer outro tipo de energia, tal como a energia pneumática por intermédio de um compressor acoplado à transmissão, ou tal como a energia hidráulica através de um bomba acoplada a transmissão.

Quando o nível da água baixa devido à descida da onda, o cabo 4 enrola-se sob o efeito da mola helicoidal 11, provocando que o invólucro 10 do corpo flutuante 1 rode na direcção oposta à direcção em que estava antes a rodar durante o desenrolamento. A energia utilizada pela mola 11 para recuperar o cabo 4 é aquela que foi acumulada durante a ascensão da onda na forma de energia elástica potencial.

Nas configurações apresentadas nas Figuras de 1 a 5, cada módulo consiste de dois corpos flutuantes cujos invólucros 10 rodam, um na direcção oposta à direcção de rotação do outro, de tal modo que o sistema permanece estável. O sistema deste invento tem a vantagem de tornar possível obter energia de um modo simples e eficaz cuja vantagem se traduz numa importante redução dos custos de instalação e de manutenção do sistema.

Lisboa, 16 de Julho de 2007

Claims (11)

1. Um sistema de produção de energia através da utilização das ondas do mar, que inclui pelo menos um corpo flutuante íl) , um lastro (2) , uma corrente ou cabo do lastro (3) , pelo menos um cabo ou corrente de ligação (4) entre a referida corrente ou cabo do lastro (3) e o referido corpo flutuante (!}f meios para a conversão do movimento do referido corpo flutuante (1) em energia mecânica, pelo menos um dispositivo de recuperação, situado no interior do referido corpo flutuante (1) que permite a recuperação do referido cabo ou corrente (4) para a sua posição inicial durante a descida da onda, pelo menos um dispositivo para converter a referida energia noutra forma de energia para além da energia mecânica, situado no interior do corpo flutuante (1), e meios para transmitir a referida energia até à terra firme ou até uma estrutura fixa, onde o referido corpo flutuante (1) está montado numa estrutura (5) que inclui pelo menos um veio horizontal (9) integrado pelas extremidades na referida estrutura (5) e onde os referidos meios para converter o movimento do referido corpo flutuante (1) em energia mecânica incluem um invólucro móvel (10) à volta do qual é enrolado o cabo ou corrente de ligação (4) estando o referido invólucro (10) montado de um modo rotativo em relação ao referido veio horizontal (9) de tal modo que este rode sob a acção do referido cabo ou corrente enrolado (4).

2. Sistema de geração de energia de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por pelo menos um dispositivo para converter a energia mecânica, inclui um gerador eléctrico (15) e meios para transmitir a referida energia ao referido gerador (15) .

3. Sistema de geração de energia de acordo com a Reivindicação 2 caracterizado por os referidos meios para transmitir a referida energia mecânica ao referido gerador (15) inclui uma roda de coroa com cremalheira interior (12) montada de modo a formar parte do invólucro móvel (10), um pinhão (13) que engrena na referida roda de coroa (12) e um multiplicador (14) acoplado ao referido pinhão (13).

4. Sistema de geração de energia de acordo com a Reivindicação 1 caracterizado por incluir pelo menos dois corpos flutuantes (1) montados na referida estrutura (5) e pelo menos dois veios horizontais paralelos (9) integrados pelas suas extremidades na referida estrutura (5), com os cabos ou correntes (4) dos referidos corpos flutuantes enrolados em direcção oposta nos invólucros móveis (10) dos corpos flutuantes (1) de tal modo que rodem em direcções opostas entre si devido à acção dos referidos cabos ou correntes (4) enrolados.

5. Sistema de geração de energia de acordo com a Reivindicação 1 caracterizado por o referido dispositivo de recuperação incluir uma mola helicoidal (11) , a referida mola (11) está fixada por uma das suas extremidades ao veio horizontal (9) integrado na estrutura (5) e pela outra extremidade está fixada ao invólucro móvel (10) do referido corpo flutuante (1).

6. Sistema de geração de energia de acordo com a Reivindicação 1 caracterizado por a referida estrutura (5) incluir pelo menos um perfil paralelo a pelo menos um veio horizontal (9) jã referido e meios para a limpeza das incrustações marinhas na face exterior do referido invólucro móvel (10) fixado ao referido perfil e à referida estrutura (5) .

7. Sistema de geração de energia de acordo com a Reivindicação 6 caracterizado por os referidos meios para a limpeza das incrustações serem raspadores.

8. Sistema de geração de energia de acordo com a Reivindicação 1 caracterizado por incluir pelo menos uma bóia intermédia (7) fixada à referida corrente ou cabo (3) do lastro

9. Sistema de geração de energia de acordo com a Reivindicação 1 caracterizado por incluir um conjunto de módulos (17), cada um deles composto por pelo menos um corpo flutuante (1)

10. Sistema de geração de energia de acordo com a Reivindicações 8 e 9 caracterizado por cada módulo (17) ser composto por pelo menos um corpo flutuante (1) e por pelo menos uma bóia intermédia (7) já referida fixada à referida corrente ou cabo (3) do lastro.

11. Sistema de geração de energia de acordo com a Reivindicações 1 ou 6 caracterizado por a referida estrutura (5) incluir meios para guiar o referido cabo ou corrente(4) de ligação. Lisboa, 1¾ de Julho de 2007