RO131574B1 - Instalaţie plutitoare de producere a energiei electrice din multiple surse regenerabile - Google Patents

Description

Invenția se referă la o instalație plutitoare de producere a energiei electrice din multiple surse regenerabile.

Se cunoaște o instalație de producere a energiei electrice, conform documentului WO 2014/056049 A1, care cuprinde niște plăci segmentare la bază și un turn de susținere pe care sunt amplasate niște instalații de captare și utilizare a energiei valurilor, ce sunt prevăzute cu regulator al forței ascensionale pe principiul flotabilității, care introduce un control al forței ascensionale în procesul de pompare, având rolul de a permite stocarea energiei cinetice a valurilor sub formă de energie potențială. Instalația cuprinde o turbină eoliană cu ax vertical și două rotoare care se rotesc în jurul unui cilindru, ce are rol de a preveni pătrunderea fluxului de aer în interior, un dispozitiv de urmărire a soarelui și niște colectoare solare.

Utilizarea surselor de energie regenerabilă reprezintă singura soluție de reducere a efectului de seră, cauzat de arderea combustibililor fosili pentru obținerea energiei. În acest sens, este necesar să fie dezvoltate tehnologii de captare și înmagazinare a energiei produse de mișcarea apei și a aerului, a energiei solare și a celorlalte forme de energii regenerabile. Pe cursurile apelor curgătoare se manifestă în principal trei categorii de energii regenerabile, care pot fi convertite în energie electrică: energia curentului de apă, energia eoliană și energia solară.

Energia curenților de apă reprezintă o sursă regenerabilă și inepuizabilă de energie, având mai multe avantaje: are caracter nepoluant, nu prezintă dificultăți în exploatare, este înmagazinată în rețeaua de ape curgătoare, care este semnificativă ca întindere pe suprafața Pământului.

Energia eoliană, situată pe locul doi din punct de vedere al randamentului de producere al curentului electric, după energia produsă în hidrocentrale, reprezintă o sursă importantă de energie regenerabilă, însă centralele eoliene ocupă spații importante de teren și au impact atât asupra peisajului, cât și asupra ecosistemelor. În albiile apelor curgătoare, energia eoliană este potențată de intensitatea curenților de aer, care se manifestă într-un regim favorabil, ca durată și intensitate.

Energia solară este o sursă intermitentă de energie datorită alternanțelor zi-noapte, iar utilizarea eficientă a acesteia necesită dezvoltarea unor sisteme adecvate de înmagazinare, capabile să stocheze eficient această energie. În apele curgătoare, energia solară este amplificată semnificativ de fenomenele de reflexie a luminii.

Toate aceste particularități ale surselor regenerabile de energie sunt argumente care demonstrează necesitatea dezvoltării invenției, care valorifică cu randament maxim energiile curate, oferite de mediul înconjurător, diminuând astfel efectele negative induse de emisiile de gaze cu efect de seră din atmosferă, ca urmare a utilizării energiei produse prin metode convenționale.

Deoarece valorificarea separată a celor trei surse de energie regenerabilă presupune amenajarea unor suprafețe considerabile, care au un impact semnificativ asupra mediului acvatic, producerea energiei regenerabile prin sistemul integrat, cu dezvoltare pe verticală, elimină acest neajuns important. Totodată, valorificarea concomitentă a celor trei potențiale surse de energie regenerabilă în sistemul integrat are, în raport cu instalațiile clasice, cea mai mare eficiență pe unitatea de suprafață.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în utilizarea mai multor surse de energie regenerabilă pentru obținerea energiei electrice.

Instalația plutitoare de producere a energiei electrice din multiple surse regenerabile, conform invenției, rezolvă problema tehnică menționată prin aceea că modulul aerian de formă cilindrică este prevăzut cu niște fante verticale de concentrare a curentului de aer, înclinate spre pereții interiori ai modulului, deschiderea fantelor fiind reglată printr-un sistem 1 de deflectoare prevăzute cu niște celule fotovoltaice, care dirijează curenții de aer spre palele din interiorul cilindrului și care sunt fixate cu ajutorul unui sistem mobil, iar modulul 3 parțial submers care este situat pe un ax orizontal este prevăzut la interior cu niște pale și cu niște fante, la intersecția dintre axul vertical și axul orizontal fiind dispus un cuplaj de 5 multiplicare și de transmitere a vitezei de rotație care permite ca mișcarea axului orizontal să fie transmisă la axul vertical. 7

Instalația plutitoare de producere a energiei electrice din multiple surse regenerabile, conform invenției, prezintă următoarele avantaje: 9

- nu poluează mediul înconjurător;

- este ușor de produs și de întreținut; 11

- produce o cantitate mare de energie.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1...8, 13 care reprezintă:

- fig. 1, vedere de ansamblu a instalației plutitoare de producere a energiei electrice; 15

- fig. 2, detaliu asupra deflectoarelor în cadrul instalației;

- fig. 3, secțiune după un plan A-A din cadrul fig. 2;17

- fig. 4, secțiune după un plan B-B din cadrul fig. 2;

- fig. 5, secțiune după un plan C-C din cadrul fig. 2;19

- fig. 6, detaliu a) pale drepte; b) zbaturi;

- fig. 7, detaliu ax central, a) pale drepte, b) zbaturi;21

- fig. 8, platformă plutitoare a) vedere de sus; b) vedere de jos; c) vedere din față;

d) vedere plan lateral.23

Instalația plutitoare de producere a energiei electrice din multiple surse regenerabile, conform invenției, este alcătuită dintr-un modul aerian 1 de formă cilindrică care captează25 atât energia curenților de aer, cât și energia solară, prevăzut cu niște pale 6 și cu un panou solar 10 la partea superioară, situat pe un ax vertical central 3, prevăzut la partea superioară27 cu niște rulmenți axiali 18, iar la partea inferioară, cu niște rulmenți de presiune 19 și cu un multiplicator de turație cu roți dințate 20, dintr-un modul cilindric parțial submers 2 care 29 captează energia hidraulică a apelor curgătoare, și dintr-o platformă plutitoare 14 prevăzută cu niște flotoare (24). Modulul aerian 1 captează atât energia curenților de aer, cât și energia 31 solară (fig.1,2,3 și 4). Acest modul 1 este de formă cilindrică, având diametrul de 2,50 m și înălțimea de 5,00 m. Pe axul central vertical 3 de φ = 0,1 m se află, în partea superioară, 33 o casetă cu rulmenți axiali 18, iar în partea inferioară, caseta cu rulmenți de presiune 19 și multiplicatorul de turație cu roți dințate 20. Pe axul central 3 se găsesc opt rânduri de pale 35 6 de formă trapezoidală, având latura de la vârf de 0,50 m, latura rigidizată pe ax de 0,25 m și lungimea de 1,15 m (fig. 6a și 7a). Palele 6, dispuse pe ax una în prelungirea celeilalte, 37 sunt așezate pe verticală alternativ, în planuri perpendiculare, fiind atașate de ax 3 printr-un sistem de prindere 21. Pe generatoarele cilindrului sunt prevăzute niște fante 7 verticale de 39 concentrare a curentului de aer, care sunt înclinate înspre pereții interiori ai cilindrului (fig.

și 4). Deschiderea fantelor 7 este de 0,10 m, înălțimea de 4,50 m, iar numărul fantelor de 41 pe toată circumferința este de șaisprezece. Zonele pline dintre fante au o lățime de circa 0,30 m, o lungime de 5,00 m și sunt în număr de șaisprezece. Deschiderea fantelor 7 este 43 reglabilă printr-un sistem de deflectoare 8, care se prind de cilindru printr-un sistem mobil 22, care dirijează curenții de aer spre palele din interiorul cilindrului. Rolul ansamblului 45 fante-deflectoare este acela de a amplifica viteza cu care pătrunde masa de aer în modul, astfel încât și la viteze mici ale maselor de aer să se obțină randamente mari de conversie 47 în energie regenerabilă. Deflectoarele 8 au înălțimea aproximativ egală cu cea a cilindrului și o lățime de 0,25...0,30 m. Acestea au și rolul de suport pentru celulele fotovoltaice 9. 49

Totodată, pentru captarea energiei solare, modulul aerian este prevăzut, în partea superioară a cilindrului, cu un panou solar de formă conică 10 cu diametrul bazei egal cu cel al cilindrului (fig. 1, 2 și 3). Forma acestuia asigură captarea energiei solare, pe toată durata unei zile, de la răsărit până la apus, eliminând necesitatea implementării unor mecanisme de modificare a poziției panoului în funcție de radiația luminoasă.

Modulul parțial submers 2 captează energia hidraulică și este de formă cilindrică, având diametrul de 2,50 m și lungimea de 5,00 m (fig. 1,2, 3 și 5). Modulul parțial submers este prins solidar de modulul aerian și este submersat pe circa jumătate din circumferință, astfel încât axul său orizontal 4 să rămână deasupra apei. La limitele axului central orizontal 4 de φ = 0,10 m se află câte o casetă cu rulmenți axiali 18, similară cu cea din modelul aerian. Intersecția axului modulului aerian 3 cu axul modulului parțial submers 4 este prevăzută cu un cuplaj de multiplicare și de transmitere a vitezei de rotație 5 care permite ca mișcarea axului orizontal al modulului parțial submers să fie transmisă axului vertical al modulului aerian. Cele două module pot funcționa astfel simultan sau alternativ. Partea submersă a modulului 2, ansamblul constituit din modulul aerian 1 și partea din modulul parțial submers care este deasupra apei sunt delimitate de o platformă plutitoare 14, pe care vor fi amplasate spațiul tehnologic 15, spațiul pentru cercetare 16 etc. Pe axul orizontal 4 al modulului sunt prevăzute șaisprezece zbaturi 11, câte opt de o parte și de alta a sistemului de cuplaj. Acestea sunt de formă dreptunghiulară, fiecare având lungimea de 2,20 m și lățimea de 1,00 m (fig. 5, 6b și 7b). Zbaturile 11 sunt atașate de axul orizontal printr-un sistem de prindere 23, formând între ele un unghi de 45°. Pe generatoarea cilindrului sunt prevăzute câte trei fante orizontale în zona imersată, la intrarea curentului de apă în modul, și trei fante la ieșire, iar în zona neimersată, deasupra axului central orizontal, sunt prevăzute simetric două fante 12. Deschiderea fantelor este de 0,13 m, lungimea de 4,50 m, iar numărul total de fante este de opt. Totodată, modulul parțial submers este prevăzut cu două cămine de vizitare și intervenție 13, fiecare având dimensiunile 1,00 x 1,50 m. Instalația funcționează modular concomitent, caz în care se obține o mișcare continuă, cu o turație constantă, indiferent de forța vântului (mișcarea în cazul unor vânturi puternice este frânată de zbaturile care sunt submerse) sau separat, prin întreruperea axului central printr-un dispozitiv de cuplare-decuplare în cazul unor condiții deosebite de exploatare (furtuni care generează o viteză mare a vântului sau o energie mare a curenților de apă în cazul viiturilor).

Platforma plutitoare 14 este prevăzută cu niște flotoare 24 care-i asigură flotabilitatea sau starea de plutire. Acestea sunt fixate de platformă prin intermediul unui cadru metalic 25 (fig. 1 și 8). Pentru buna funcționare a instalației, pe direcția de curgere a apei, între flotoare, platforma 14 este prevăzută cu un grilaj de protecție 26, pentru oprirea corpurilor străine, care pot obtura modulul parțial submers. Ansamblul de producere a energiei electrice este fixat de platforma plutitoare printr-un sistem de prindere 27 montat în zona aeriană a modului parțial submers și printr-un sistem de ancorare 28 ce susține modulul aerian. Aparatura de transformare/înmagazinare energie electrică este amplasată în spațiul tehnologic 15 prevăzut pe platformă. Platforma plutitoare 14 mai este prevăzută cu sisteme de ancoraj 17 și cu dispozitive care permit tractarea sa, astfel încât complexul de producere a energiei verzi în ape curgătoare poate fi fix sau mobil. De asemenea, pe platforma plutitoare mai sunt prevăzute spații pentru desfășurarea activităților de cercetare 16. Instalația poate fi realizată și la alte dimensiuni, în funcție de puterea energetică necesară și de caracteristicile cursului de apă curgătoare în care este amplasată.

Aparatură de transformare/înmagazinare energie electrică:

- multiplicator de turație cu roți dințate - are rolul de a asigura o turație care să satisfacă necesitățile generatorul de curent electric;

- cuplaj de multiplicare și transmitere a vitezei de rotație - permite ca mișcarea axului 1 orizontal să fie transmisă axului vertical;

- arbore de turație ridicată - are rolul de a transmite mișcarea de la multiplicatorul de 3 turație la generatorul electric;

- dispozitiv de frânare - este un element de siguranță și se montează pe arborele de 5 turație ridicată, între multiplicatorul de turație și generatorul electric;

- generator electric - are rolul de a transforma energia mecanică în energie electrică;7

- sistem de răcire al generatorului electric - asigură răcirea generatorului electric în timpul funcționării acestuia;9

- sistem de control (controler) - este calculatorul principal care controlează buna funcționare a tuturor componentelor;11

- aparatură de măsură și control - aparate pentru măsurarea direcției și vitezei vântului, a parametrilor hidraulici ai apei, a temperaturii etc.;13

- echipamente de semnalizare.

Claims (2)

1 Revendicare

3 Instalație de producere a energiei electrice din multiple surse regenerabile, alcătuită dintr-un modul aerian (1) de formă cilindrică care captează atât energia curenților de aer, cât 5 și energia solară, prevăzut cu niște pale (6) și cu un panou solar (10) la partea superioară, situat pe un ax vertical central (3) prevăzut la partea superioară cu niște rulmenți axiali (18), 7 iar la partea inferioară, cu niște rulmenți de presiune (19) și cu un multiplicator de turație cu roți dințate (20), dintr-un modul cilindric parțial submers (2) care captează energia hidraulică 9 a apelor curgătoare și dintr-o platformă plutitoare (14) prevăzută cu niște flotoare (24), caracterizată prin aceea că modulul aerian (1) de formă cilindrică este prevăzut cu niște 11 fante verticale (7) de concentrare a curentului de aer, înclinate spre pereții interiori ai modulului (1), deschiderea fantelor (7) fiind reglată printr-un sistem de deflectoare (8) 13 prevăzute cu niște celule fotovoltaice (9), care dirijează curenții de aer spre palele (6) din interiorul cilindrului și care sunt fixate cu ajutorul unui sistem mobil (22), iar modulul parțial 15 submers (2) care este situat pe un ax orizontal (4) este prevăzut la interior cu niște pale (11) și cu niște fante (12), la intersecția dintre axul vertical (3) și axul orizontal (4) fiind dispus un 17 cuplaj de multiplicare și de transmitere a vitezei de rotație (5) care permite ca mișcarea axului orizontal (4) să fie transmisă la axul vertical (3).