PT2167811E - Central de energia das ondas - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "CENTRAL DE ENERGIA DAS ONDAS"

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a uma central de energia das ondas do tipo intencionado para posicionamento em águas abertas, onde o movimento das ondas actua na central de energia das ondas para obter movimento, sendo que a central consiste em, pelo menos, dois corpos flutuantes que estão interligados por meio de uma dobradiça, em que os, pelo menos dois, corpos flutuantes estão livres para se movimentarem em relação às ondas na água e ao longo de uma linha de articulação entre os dois corpos flutuantes, sendo o movimento transformado em energia pelos meios adequados, por exemplo energia rotacional mecânica ou energia eléctrica.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA É comummente conhecida a utilização da energia das ondas para a produção de energia eléctrica ou para outra forma de energia, por exemplo a energia mecânica, que é utilizada para o funcionamento de bombas, de centrais de osmose inversa, centrais de dessalinização ou outros fins. 2

Através destas centrais de energia das ondas o que se tenta é utilizar a energia renovável que é inerente ao movimento dos mares. Isto é interessante, dado que esta energia é renovável e não poluente. Ao longo dos anos, muitos e diferentes tipos de centrais para utilização da energia das ondas têm vindo a ser desenvolvidos. Muitas destas centrais tiveram o triste fim de serem destruídas devido a intempéries em que a força das águas excedeu o nível regular inúmeras vezes. Outras centrais têm vindo a sofrer várias fragilidades mecânicas que, nomeadamente, se têm ressaltado no que respeita à durabilidade. Em centrais de energia das ondas em águas marítimas, é requerida, em geral, uma incrível resistência contra corrosão e gasto, e muitas centrais não têm conseguido fazer face às condições adversas. 0 que muitas das centrais da técnica anterior têm em comum é o facto de existirem alguns corpos flutuantes que se encontram mecanicamente ligados a uma espécie de "central eléctrica" que poderá converter o movimento das ondas numa energia rotacional preferencialmente mecânica ou em outras formas de energia cinética. Da US 4.464.578 é conhecida uma central para utilização de energia das ondas, onde três corpos flutuantes estão ligados por braços que se encontram fixados de forma móvel nos corpos flutuantes, em que, entre cada corpo flutuante e o braço, se encontra disposto um mecanismo pelo qual a energia pode ser absorvida ou recebida. Esta energia provém do movimento de balanço que ocorre entre os próprios corpos flutuantes e os braços. 0 resultado é que entre cada corpo flutuante e o 3 braço se encontra um ponto pivô com uma espécie de suporte rotativo, e existe uma "central eléctrica" em cada um desses pontos móveis. Esse tipo de central é bastante complexo do ponto de vista mecânico, dado que nela existem muitas partes móveis, e a central requer, por conseguinte, assistência com relativa frequência.

Uma construção semelhante é conhecida da US1.408.094. Nesta construção são facultadas duas plataformas com pontões e estas estão interligadas por uma estrutura de dobradiça. Em cada plataforma estão facultados um ou mais mastros, dispostos substancialmente na perpendicular relativamente à superfície das plataformas. A partir das extremidades superiores dos mastros, está disposto um elemento de ligação que efectua a ligação a um elemento de báscula na outra plataforma. 0 elemento de báscula está ligado a uma bomba de água que, por sua vez, e por meio de um tubo, bombeia a água para o interior de um reservatório disposto num ponto mais elevado, preferencialmente disposto em terra. Quando é necessária energia, a água é levada desde o reservatório através de uma turbina que se encontra em terra. A instalação é, por conseguinte, adequada para utilização junto à costa e em águas mais protegidas, dado que os mastros e o tubo limitam drasticamente a distância relativamente à costa e a estabilidade e adequação das instalações, para que possa ser implementada num ambiente muito rigoroso e que se encontre numa localização bastante afastada da costa. A acção das ondas junto das costas não é, além disso, desejável para gerar energia das ondas, dado que as ondas, devido à baixa profundidade da água, tendem a 4 ser muito curtas e relativamente altas, levando a que a superfície do mar pareça muito agitada, enquanto que, mais longe da costa, as ondas são mais compridas e menos acentuadas, levando a que o impacto nas instalações de energia das ondas seja mais constante, regular e menos danoso para as construções.

Uma central correspondente é conhecida da WO 00/08334, sendo que vários corpos flutuantes estão dispostos de forma giratória entre si, levando a que as ondas ou vagas provenientes de diferentes direcções possam actuar sobre os corpos flutuantes e a energia dos movimentos possa ser, deste modo, recolhida. Esta concepção é relativamente complicada, contém várias partes de desgaste e prevê-se que, deste modo, requeira uma manutenção dispendiosa. A JP 56113058 divulga uma instalação em que dois corpos flutuantes se encontram dispostos de forma mutuamente giratória, e em que um eixo preso num dos corpos giratórios, numa das extremidades do mesmo e ligado a um volante que se encontra montado no outro corpo flutuante, é levado a movimentar-se pelo movimento dos corpos flutuantes, levando a que seja, assim, gerada energia rotacional. A concepção dos corpos flutuantes implica uma distribuição uniforme da massa e, por conseguinte, do consumo de material. Isto origina uma construção relativamente pesada que se torna também de fabrico relativamente dispendioso. A transmissão de energia por meio do eixo e do volante requer muitas peças móveis, sendo 5 5 volantes são relativamente marítimo que é extremamente é, assim, uma concepção dispendiosa, com uma enorme que, nomeadamente, os vulneráveis no ambiente agressivo. 0 resultado relativamente pesada e necessidade de manutenção. É propósito da invenção apresentar uma solução para uma central de energia das ondas, em que existem poucas peças móveis, em que a posição da central pode ser continuamente regulada e em que o movimento das ondas é convertido em energia cineticamente utilizável.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Tal como foi mencionado na introdução, a invenção refere-se a uma central de energia das ondas com pelo menos dois corpos flutuantes, em que cada corpo flutuante é constituído por, pelo menos, dois pontões, preferencialmente pontões cilíndricos com um comprimento superior ao diâmetro, em que os pontões estão ligados de forma rígida por elementos rígidos, e em que pelo menos um mecanismo de absorção de energia está disposto entre dois corpos flutuantes interligados por dobradiça. Neste tipo de central obtém-se a vantagem de o número de partes móveis ser minimizado e de a central de acordo com a invenção se tornar, deste modo, passível de uma assistência simples e rápida. Além disso, obtém-se a vantagem de, mesmo em ondas mais pequenas, aos corpos flutuantes mais afastados do 6 mecanismo que absorve energia, ser facultado um movimento substancial com uma força substancial, uma vez que a central pode ser concebida com um braço de alavanca relativamente longo, desde o pontão que se encontra mais afastado até à dobradiça entre os dois corpos flutuantes ligados, no qual a energia é absorvida e transformada.

Uma variante preferencial de uma central de energia das ondas de acordo com a invenção é com um mecanismo de absorção de energia que consiste num sistema hidráulico em que um ou mais actuadores hidráulicos estão dispostos de modo a que o movimento da onda dos corpos flutuantes provoque uma compressão ou extensão do actuador ou actuadores hidráulicos, sendo que os actuadores se encontram dispostos acima do nível da água e, preferencialmente, numa estrutura rígida que está fixada aos corpos flutuantes. Por conseguinte, obtém-se um acesso fácil à central e, nomeadamente, ao mecanismo de absorção de energia. Este mecanismo pode consistir, tipicamente, num ou em vários actuadores hidráulicos que se encontram ligados a uma rede de ligações hidráulicas que conduzem petróleo desde e até ao actuador e ao motor hidráulico que é utilizado para operar outros equipamentos mecânicos.

Numa variante específica da invenção, o dito sistema hidráulico inclui um motor hidráulico que está ligado a um gerador eléctrico, uma central de osmose inversa, uma central de dessalinização ou outro mecanismo. Com esta 7 variante torna-se possível, por conseguinte, utilizar a energia apenas para o processo pretendido.

Uma central de energia das ondas de acordo com a invenção pode, de forma vantajosa, mover-se de forma livre ancorada ao fundo do mar e independente das marés. Neste tipo de ancoragem, a central de energia das ondas pode ser disposta livremente na corrente e nas ondas com o ângulo correto em relação às ondas. Uma ancoragem típica é efectuada com uma fixação ao fundo do mar, tipicamente a um objecto pesado como, por exemplo, um bloco de ancoragem, onde o cabo é, possivelmente, suportado por uma boia ajustada ao cabo abaixo do nível da água. A partir desta boia, o cabo vai até à central de energia das ondas na qual se encontra preso. Numa solução deste tipo, a bóia no cabo irá puxar a central para a respectiva posição depois de passar uma onda, e a posição da central de energia das ondas irá, assim, estar sempre optimizada.

Numa variante da invenção especialmente preferencial, a central de energia das ondas é facultada com, pelo menos, um elemento de controlo, preferencialmente um hélice de guinada, em que o elemento de controlo é controlado e regulado através da entrada a partir de um calibrador de direção das ondas. Com este tipo de dispositivo, torna-se possível manter a central de energia das ondas numa posição perfeita relativamente à dimensão e à direcção das ondas. Os elementos de controlo podem, tal como o mencionado, ser um hélice de guinada que pode ser alimentado com energia eléctrica a partir de uma instalação separada ou pode ser alimentado a partir da central principal da central de energia das ondas.

Numa realização preferencial, os dois corpos flutuantes na central de energia das ondas, de acordo com a invenção, encontram-se ligados por uma dobradiça que consiste num polímero, preferencialmente poliuretano com proteção contra os raios UV, de uma forma que permite que os dois corpos flutuantes se movam num ângulo entre 0o e 50° para cada um dos lados relativamente à horizontal. Ao utilizar uma dobradiça em polímero, obtém-se a grande vantagem de não haver quaisquer partes móveis de degradação rápida em ambientes adversos. Ao realizar a dobradiça como uma ou várias tiras flexíveis que se encontram presas a cada um dos dois corpos flutuantes, é conseguida uma solução económica, simples, robusta e, ainda, isenta de manutenção. Mais ainda, a dobradiça em polímero atua como uma espécie de absorvente de impacto que mantém os dois corpos flutuantes a uma distância segura. Desta forma, é assegurado que possíveis rajadas resultantes da ação de ondas de grandes dimensões não exercem um impacto muito forte sobre a central de energia das ondas. O elevado ângulo de movimento da dobradiça permite que os corpos flutuantes possam acompanhar facilmente os movimentos das ondas, independentemente de se tratar de ondas de pequenas ou de grandes dimensões.

No caso de ondas de grandes dimensões e fortes, a central de energia das ondas, de acordo com a invenção, poderá ser adaptada para que se mova livremente sem que 9 absorva o mesmo volume de energia que no respectivo funcionamento normal ou, em alternativa, não absorvendo qualquer energia. Isto é uma vantagem, dado que a resistência que se encontra no sistema para absorver energia poderá encontrar-se demasiado inerte para que a central de energia das ondas possa ela própria continuar a absorver os movimentos. Desta forma, poderá ser vantajoso desengatar ou reduzir a potência da central de energia das ondas quando existem intempéries, situação em que poderão ocorrer impactos extremos. Este tipo de redução de potência poderá ocorrer com base em medições efectuadas com equipamentos que detectam, por exemplo, a força do vento, a altura das ondas e/ou a frequência das ondas, aliviando, desta forma e no contexto destas medições, o sistema hidráulico.

Uma central de energia das ondas de acordo com a invenção poderá, de forma vantajosa, consistir em corpos flutuantes formados por pontões, em que os pontões consistem num material composto, incluindo betão, preferencialmente, betão reforçado com aço ou fibra, plástico reforçado com fibra de vidro, fibra de carbono ou plástico reforçado com aramida, ou outros tipos de material composto. Utilizando estes materiais compostos, poderão ser obtidos pontões fortes, em que a flutuação dos pontões/corpos flutuantes está equilibrada, de modo a que fiquem dispostos de forma optimizada sobre a superfície da água. Para uma central de energia das ondas de acordo com a invenção, é particularmente preferencial a utilização de pontões em betão reforçado com aço ou outro reforço 10 adequado. Este tipo de pontões são de fabrico económico e apresentam, ao mesmo tempo, o peso necessário para uma disposição imediata na água, no respetivo nível correto.

Entre os dois pontões que constituem um corpo flutuante para uma central de energia das ondas, de acordo com a invenção, existem elementos rígidos que consistem num ou mais dos seguintes grupos de materiais: metais, compostos de fibras, plásticos. Ao utilizar conexões rígidas entre os pontões, assegura-se uma conceção simples e robusta, sem partes móveis com necessidade de assistência e de manutenção.

Numa realização preferencial de uma central de energia das ondas de acordo com a invenção, cada um dos dois corpos flutuantes consiste em dois pontões interligados por elementos rígidos, e a dobradiça entre os dois corpos flutuantes encontra-se montada entre dois pontões adjacentes. Desta forma, obtém-se um funcionamento mais vantajoso da central de energia das ondas, podendo, então, a central ser posicionada de forma vantajosa na água, relativamente à direcção das ondas, a qual irá ficar, aproximadamente, na perpendicular relativamente à direcção longitudinal dos pontões. Também se consegue uma articulação menos sobrecarregada, dado que a linha da articulação poderá ser colocada exactamente no nível em que se encontram os dois corpos flutuantes em movimento relativamente um ao outro, normalmente, na linha da água.

BREVE DESCRIÇÃO DAS IMAGENS 11 A invenção é descrita mais detalhadamente com referência às respectivas imagens, em que: A figura 1 mostra uma central de energia das ondas ancorada. A figura 2 mostra várias situações de movimento de uma central de energia das ondas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Da figura 1 consta uma central de energia das ondas 1 que, através de um cabo 2, é ancorada a um bloco de ancoragem 3 no fundo do mar 4. 0 cabo 2 é transportado por uma grande bóia 5, a partir da qual o cabo 2 se estende até à central de energia das ondas 1. Uma bóia pequena adicional 6 encontra-se ajustada no cabo 2, entre a bóia grande 5 e a central de energia das ondas 1. Na variante apresentada, o cabo 2 encontra-se preso a um dos pontões que se encontram mais afastados 7. No lado inferior do outro pontão que se encontra mais afastado 7, encontra-se montada uma hélice de guinada 8, para ser utilizada para o posicionamento da central de energia das ondas 1 relativamente à direcção das ondas. Entre os dois pontões que se encontram no lado mais próximo 9, encontra-se uma dobradiça 10, não mostrada, disposta na linha de água 11 e ligando os dois corpos flutuantes que consistem em dois 12 pontões 7 e 9, interligados por elementos rígidos 12. Os elementos rígidos podem consistir em vários materiais adequados, mas consistem, preferencialmente, num material composto reforçado com fibra, tal como um poliéster reforçado com fibra de vidro ou um epóxi reforçado com fibra de carbono, ou semelhante. A dobradiça 10 consiste num polímero com protecção contra raios UV e é flexível de modo a que os dois corpos flutuantes 7, 9, em cada lado da dobradiça 10, possam acompanhar o movimento das ondas. Em qualquer um dos corpos flutuantes 7, 9 encontra-se ainda montada uma estrutura de reforço 13, na qual se encontra, por sua vez, localizado o próprio mecanismo de absorção de energia 14 para absorver o movimento das ondas.

Da figura 2 consta uma central de energia das ondas 1, de forma esquemática, com pontões 7, 9 cilíndricos, em que os pontões são dimensionados de forma a que metade dos pontões 7, 9 fique acima e abaixo da linha de água 11, respectivamente. Nesta figura, o mecanismo de absorção de energia 14 é mostrado como um cilindro hidráulico que, pelo movimento das ondas nos pontões 7, 9, é accionado para a compressão, figuras 2A e 2C, e extensão, figura 2B, respectivamente, enquanto na figura 2D se encontra numa posição intermédia. 13

REFERENCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de referências citadas pelo requerente é apenas para a conveniência do leitor. A mesma não faz parte do documento de Patente Europeia. Embora tenha sido tomado muito cuidado na compilação das referências, não se poderão excluir erros e omissões e o EPO nega qualquer responsabilidade neste sentido.

Documentos de Patente citados na descrição • US 4464578 A [0003] · WO 0008334 A [0005] • US 1408094 A [0004] · JP 56113058 B [0006]

Claims (9)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Uma central de energia das ondas do tipo intencionado para posicionamento em águas abertas, em que o movimento das ondas na água atua sobre a central de energia das ondas para que esta se mova, em que a central consiste em pelo menos dois corpos flutuantes (7, 9, 12) que se encontram interligados por uma dobradiça (10), em que os, pelo menos dois, corpos flutuantes estão livres de se movimentarem relativamente às ondas na água, sendo o movimento transformado em energia através de meios adequados, e em que cada um dos corpos flutuantes consiste em pelo menos dois pontões (7, 9), em que os pontões se encontram ligados de forma rígida por elementos rígidos (12), e pelo menos um mecanismo de absorção de energia (14) se encontra disposto entre dois corpos flutuantes articulados ao longo de uma linha de articulação entre os dois corpos flutuantes, em que o mecanismo de absorção de energia é um sistema hidráulico onde se encontram dispostos um ou vários actuadores hidráulicos (14) de modo a que o movimento dos corpos flutuantes de acordo com as ondas origine uma compressão ou extensão do actuador ou actuadores hidráulico (s), sendo que os actuadores se encontram dispostos acima do nível da água e numa estrutura rígida (13) que, por sua vez, se encontra fixada aos corpos flutuantes e caracterizada pelo facto de os pelo menos dois corpos flutuantes estarem ligados por uma dobradiça (10) que consiste num polímero, e de o polímero apresentar o formato de uma ou várias tiras flexíveis, presas em cada um dos dois corpos flutuantes, de forma a que os dois corpos 2 flutuantes fiquem móveis num ângulo que pode ir dos 0o aos 50° para cada lado, relativamente à horizontal.

2. Central de energia das ondas de acordo com qualquer ponto da reivindicação 1, caracterizada pelo facto de o sistema hidráulico incluir um motor hidráulico que se encontra ligado a um gerador eléctrico, uma central de osmose inversa, uma central de dessalinização ou outro mecanismo.

3. Central de energia das ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-2, caracterizada pelo facto de a central de energia das ondas estar ancorada, com liberdade de movimentos, ao leito do mar e de forma independente dos movimentos da maré.

4. Central de energia das ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-3, caracterizada pelo facto de a central de energia das ondas estar provida de pelo menos um elemento de controlo, preferencialmente uma hélice de guinada, em que o elemento de controlo é, por sua vez, controlado e regulado por meio da entrada a partir de um calibrador de direcção das ondas.

5. Central de energia das ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, caracterizada pelo facto de um corpo flutuante consistir em pontões, em que os pontões consistem num material composto, incluindo betão, preferencialmente, betão reforçado com aço ou fibra, plástico reforçado com fibra de vidro, plástico reforçado 3 com fibra de carbono ou aramida, ou outros tipos de material composto.

6. Central de energia das ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-5, caracterizada pelo facto de os elementos rígidos entre os pontões consistirem em um ou mais dos seguintes grupos de materiais: metais, compostos de fibra, plásticos.

7. Central de energia das ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-6, caracterizada pelo facto de cada um dos corpos flutuantes consistir em dois pontões interligados por elementos rígidos, e em que a dobradiça entre dois corpos flutuantes se encontra montada entre dois pontões adjacentes.

8. Central de energia das ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-7, caracterizada pelo facto de a dobradiça consistir num polímero poliuretano com protecção contra raios UV.

9. Central de energia das ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8, caracterizada pelo facto de os pontões serem cilíndricos, com um comprimento superior ao diâmetro.