RO134451B1 - Sistem de captare a energiei valurilor şi transformarea acesteia în energie electrică - Google Patents

Description

Orice persoană are dreptul să formuleze în scris și motivat, ia OSIM, o cerere de revocare a brevetului de invenție, în termen de 6 luni de la publicarea mențiunii hotărârii de acordare a acesteia

RO 134451 Β1

Prezenta invenție se referă la un sistem plutitor de captare a energiei valurilor și de transformare a acesteia în energie electrică.

Se cunosc mai multe sisteme pentru transformarea energiei valurilor în energie electrică. Majoritatea acestor sisteme întâmpină problema raportului nesatisfăcător cost investiție - beneficii. Acest raport nesatisfăcător determină ca aceste sisteme să nu aibă succes comercial. Pe lângă inconvenientul legat de eficiență, multe dintre aceste sisteme au și inconvenientul unui impact negativ asupra mediului marin, ca urmare a faptului că o parte din componente se montează sub apă. Prezenta invenție își propune să rezolve aceste inconveniente.

Este cunoscută o platformă marină care transformă energia valurilor în energie electrică conform brevetului RO 119417 B1. Platforma marină are în componența sa o carcasă alcătuită din două jumătăți concave, ce formează o incintă în interiorul căreia se află niște mecanisme cuplate la un ax cu mișcare du-te-vino, cu posibilitatea revenirii la poziția inițială prin intermediul unui arc conic, iar în partea inferioară a axului, o parâmă de oțel face legătura dintre platformă și un suport fix scufundat, datorită balansului fiind acționat un generator electric. Un dezavantaj al sistemului mai sus menționat este legat de randamentul redus.

Se cunoaște din documentul US 2010/0283249 A1 un sistem de conversie a energiei valurilor mării în energie mecanică. Sistemul se referă la o centrală electrică plutitoare care cuprinde o platformă, pe care se află un rezervor de apă, sub acesta aflându-se niște rotoare. în timp ce platforma execută o mișcare înainte-înapoi, sub acțiunea valurilor mării, iar rotoarele furnizează prin rotația lor energia necesară acționării unor roți dințate. Cuplul mare și viteza de rotație mică a roților dințate este transformată, de niște multiplicatoare de turație, într-o viteză de rotație ridicată, care este necesară pentru acționarea unor generatoare pentru producerea energiei electrice. Niște roți motrice (nu sunt ilustrate) sunt prevăzute pentru a menține viteza unui axului principal între acțiunea valurilor. Centrala electrică este ancorată aproape de mal printr-un cablu de ancorare, iar energia electrică obținută prin centrala electrică este adusă la mal printr-un cablu electric submarin.

Din documentul CN 110195682 A se cunoaște un echipament de generare a energiei electrice, plutitor cu ax vertical care folosește energia provenită de la valurile mării. într-un exemplu de realizare echipamentul cuprinde un corp, care are prevăzut un dispozitiv de preluare a energiei provenită de la valuri și un dispozitiv de generare a energiei electrice. Dispozitivul de preluare a energiei provenită de la valuri cuprinde un rotor, care este legat pe verticală la dispozitivul de generare a energiei electrice. Echipamentul are prevăzut pe corp un canal de curgere deschis prin care intră apa mării și acționează rotorul, astfel încât dispozitivul să genereze energie electrică. Rotorul este constituit dintr-un ax central, un corp rotativ, niște pale și o placă de fixare a palelor.

Se mai cunoaște din documentul WO 2018196885 A1 un dispozitiv de generare a energiei electrice care are la baza mișcarea valurilor mării. Dispozitivul cuprinde un corp plutitor în formă de semilună. într-un exemplu de realizare, dispozitivul este prevăzut în centrul corpului cu un mecanism de generare a energiei electrice, care cuprinde o carcasă închisă, o tijă oscilantă, care împreună cu o grindă transversală formează o cruce, astfel încât la partea de îmbinare dintre acestea să oscileze în jurul unui ax central. în partea inferioară tija oscilantă este prevăzută cu o greutate sferică, iar în partea superioară este prevăzută cu o roată sub forma unui arc de cerc. Partea superioară a mecanismului de generare a energiei electrice, carcasa și două roți dințate sunt cuplate cu roata sub formă de arc de cerc. Axul roților dințate este cuplat astfel încât să acționeze un generator și un rotor cu elice. într-o variantă de realizare a dispozitivului de generare a energiei electrice bazat pe mișcarea valurilor mării cuprinde o bază care plutește pe apă și un corp plutitor prins de bază

RO 134451 Β1 printr-o balama și care are capabilitatea de a oscila de-a lungul balamalei atunci când se află 1 sub acțiunea valurilor. Un cablu de ancorare este legat de baza plutitoare și o fixează printr-o ancoră la malul mării sau în adâncul mării. 3

Problema tehnică obiectivă pe care își propune să o rezolve invenția constă în asigurarea unui rotor de diferite forme, în vederea utilizării lui în cadrul unui sistem de captare 5 a energiei valurilor și transformare a acesteia în energie electrică.

Sistemul conform invenției captează si transformă energia valurilor în energie 7 mecanică, aceasta din urma fiind transformată în energie electrică.

Sistemul presupune îmbinarea eficientă și eficace a 4 componente principale:9

- rotor;

- multiplicator de turație;11

- generator electric;

- platformă plutitoare.13

Sistemul de captare a energiei valurilor și transformarea acesteia în energie electrică este constituit dintr-un rotor amplasat în plan orizontal pe o platformă plutitoare prin 15 intermediul unui ax central, un multiplicator de turație atașat de rotor printr-un arbore principal și care acționează un generator electric printr-un arbore secundar, de asemenea 17 sistemul mai cuprinde niște ancore pentru fixarea de fundul mării, iar rotorul are forma unui disc cu circumferința dințată, care are o jumătate goală, se rotește în jurul axului central și 19 acționează multiplicatorul de turație cu roți dințate, atașat la circumferința dințată a rotorului. Platforma este amplasată în sens opus direcției valurilor. Mișcarea platformei plutitoare, ca 21 urmare a acțiunii valurilor, determină rotorul să se învârtă, ca urmare a faptului că centrul de greutate al acestuia nu coincide cu centrul cercului. 23

Sistemul de captare a energiei valurilor și transformarea acesteia în energie electrică constituit dintr-un rotor amplasat în plan orizontal pe o platformă plutitoare prin intermediul 25 unui ax central, un multiplicator de turație atașat de rotor printr-un arbore principal și care acționează un generator electric printr-un arbore secundar, de asemenea sistemul mai 27 cuprinde niște ancore pentru fixarea de fundul mării, iar rotorul are forma unei jumătăți de disc și este prins la centru de o roată dințată, ambele elemente se rotesc în jurul axului 29 central, situat în centrul cercului pe care discul l-ar constitui dacă ar fi fost întreg, iar roata dințată acționează multiplicatorul de turație, care la rândul lui acționează generatorul electric. 31 Roata dințată are raza mult mai mică decât raza jumătății de disc ce constituie rotorul.

Avantajele sistemului conform invenției sunt următoarele:33

- sistemul produce energie verde;

- sistemul permite producerea de dispozitive la scară industrială;35

- sistemul are un impact redus asupra mediului marin în comparație cu sistemele deja existente;37

- părțile componentele se fabrică deja la scară industrială cu costuri mici;

- materialele folosite se găsesc din abundenta la costuri mici;39

- sistemul are puține componente și este simplu în raport cu alte sisteme de captare a energiei valurilor;41

- în cazul altor sisteme, o parte din părțile componente se află sub apa și necesită amplasarea de structuri submarine, ceea ce ridică atât costul investiției inițiale cât și costul 43 de mentenanță;

- sistemul permite construcția de dispozitive ce pot fi amplasate cu costuri mici și pot 45 fi mutate cu ușurință prin tractare;

- sistemul permite construcția de dispozitive ce pot fi amplasate în apropierea 47 țărmului deoarece nu necesită neapărat valuri mari;

RO 134451 Β1

- sistemul permite amplasarea de dispozitive printre turbinele eoliene Off-Shore, ceea ce permite ca o parte din costurile de mentenanță să fie comune;

- dispozitivele se pot detașa ușor de cablurile de fixare și pot fi tractate cu ușurință la țărm pentru reparații.

Se prezintă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 ...3, și care reprezintă:

- fig. 1, reprezintă o vedere de ansamblu a sistemului conform invenției, cu multiplicator de turație cu roți dințate atașat la circumferința dințată a rotorului;

- fig. 2, reprezintă o soluție alternativă a sistemului conform invenției, cu amplasarea multiplicatorului de turație la o roată dințată;

- fig. 3, reprezintă o variantă de realizare a soluției prezentată în fig. 1, unde sistemul este prevăzut cu două rotoare legate la două generatoare.

în continuare vor fi descrise două soluții alternative de realizare a sistemului conform invenției.

Sistemul de captare a energiei valurilor și transformarea acesteia în energie electrică este alcătuit dintr-un rotor 1, confecționat din metal, amplasat pe o platformă 4 plutitoare sau în interiorul acesteia în plan orizontal, planul rotorului fiind paralel cu planul orizontal, prin intermediul unui ax 6 central. Platforma 4 este amplasată în sens opus direcției valurilor. Rotorul este de forma unui disc dințat la circumferință, având o jumătate plină și una goală. Rotorul se învârte în jurul axului 6 central, ax ce are și rol de susținere.

Ca urmare a acțiunii valurilor, platforma 4 plutitoare urcă și coboară pe val sau doar intră în balans, ceea ce determină rotorul 1 să se rotească, urmare a faptului că centrul de greutate al acestuia nu coincide cu centrul cercului. Rotorul are o jumătate plină și una goală și se va poziționa cu jumătatea goală în jos în momentul în care se înclină în raport cu planul orizontal.

Rotorul stă nemișcat doar în situația în care planul geometric al cercului format de rotor este paralel cu planul orizontal. Acest lucru se va întâmpla doar în situația în care nu sunt valuri.

Mișcarea rotorului 1 acționează prin printr-un arbore 7 principal, un multiplicator 2 de turație cu roți dințate, atașat la circumferința dințată a rotorului 1. Multiplicatorul 2 de turație acționează un generator 3 electric printr-un arbore 8 secundar. în felul acesta, energia valurilor este captată și transformată în energie electrică.

Un cablu electric asigură transportul la țărm a energiei electrice generate, către stația de distribuție în rețea sau direct către acumulatori electrici.

Sistemul se fixează de fundul mării cu niște cabluri și niște ancore 5, asemănător fixării unei geamanduri, astfel încât să permită urcarea și coborârea pe val (balansarea) platformei. Cablurile de fixare sunt detașabile de dispozitiv, fapt ce permite tractarea dispozitivului.

în majoritatea cazurilor, rotorul nu va face o turație completă, el mișcându-se atât în sensul acelor de ceasornic cât și invers ca urmare a acțiunii valurilor. Problema turației mari necesare generatorului electric este rezolvată de multiplicatorul de turație, care transformă cuplul mare și turația mică, generate de rotor în turație mare și cuplu mic.

Rotorul poate fi confecționat din metal, cum ar fi fierul sau oțelul.

într-o variantă de realizare se poate adăuga plumb pe jumătatea goală pentru a crește masa rotorului și astfel pentru a crește, implicit energia mecanică produsă.

Rotorul are masa mare și dezvoltă cuplu mare (în funcție și de diametru) ca urmare a acțiunii valurilor, însă turația este mică. Multiplicatorul 2 de turație asigură turația necesară generatorului 2 electric.

RO 134451 Β1

Dacă se construiesc dispozitive mari, ceea ce implică faptul că și rotorul va avea o 1 circumferință mare, sistemul va funcționa fără a mai fi nevoie de multiplicator de turație.

Platforma 4 plutitoare poate fi confecționată din orice material din care se confecțio- 3 nează o barcă sau o barjă.

Este important ca întregul sistem să fie etanș. Cu excepția rotorului, celelalte 5 componente ale sistemului conform invenției sunt amplasate în interiorul platformei. Rotorul poate fi etanșat cu o carcasă de plastic sau orice alt material care slujește acestui scop. 7

Platforma 4 plutitoare se poate amplasa în larg, mai aproape sau mai departe de țărm, în funcție de intensitatea și mărimea valurilor dar și în funcție de dimensiunile ei. 9 într-o soluție alternativă, sistemul este alcătuit dintr-un rotor 1, confecționat din metal, amplasat pe o platformă 4 plutitoare, în plan orizontal, prin intermediul unui ax 6 central. Plat- 11 forma 4 este amplasată în sens opus direcției valurilor. Rotorul este de forma unei jumătăți de disc de metal care se învârte în jurul unui ax central care este situat în centrul cercului pe 13 care discul l-ar fi constituit dacă ar fi fost întreg. Rotorul 1 are atașat la centru o roată 9 dințată care se învârte odată cu rotorul în jurul axului central. Roata 9 dințată are raza mult 15 mai mică decât raza jumătății de disc ce constituie rotorul. Multiplicatorul 2 de turație este atașat la roata 9 dințată prin intermediul unui arbore 7 principal. întrucât multiplicatorul 2 de 17 turație nu mai este atașat la circumferința rotorului, așa cum era poziționat în prima soluție de realizare, nu mai este nevoie de un disc dințat la circumferință având o jumătate plină și 19 una goală, ci doar de o jumătate de disc care nu este dințată la circumferință.

Aceasta soluție mărește forța ce acționează multiplicatorul de turație, micșorând în 21 schimb distanța pe care acționează forța, în mod proporțional, lucrul mecanic efectuat rămânând același. Forța este invers proporțională cu raza roții 9 dințate. 23

Și în această soluție alternativă de realizare, sistemul se fixează de fundul mării cu ancore 5 asemănător fixării unei geamanduri, astfel încât să permită urcarea și coborârea 25 pe val (balansarea) platformei.

Ca urmare a acțiunii valurilor platforma 4 plutitoare urcă și coboară pe val sau doar 27 intră în balans, ceea ce determină rotorul 1 să se rotească, urmare a faptului că centrul de greutate al acestuia nu coincide cu centrul cercului. Rotorul, fiind o jumătate de disc, se va 29 roti în momentul în care se înclină în raport cu planul orizontal.

în fig.3 este prezentată o variantă de realizare a sistemul conform primei soluții având 31 în componență două rotoare 1a, 1b, dințate pe circumferință, amplasate în plan orizontal pe o platformă plutitoare prin intermediul unui ax central. Rotorul are o jumătate plină și una 33 goală. Rotorul se rotește în jurul unui ax central, ax ce are rol și de susținere. La axul fiecărui rotor este amplasat câte un multiplicator 2a, 2b de turație. Fiecare multiplicator de turație 35 acționează câte un generator 3a, 3b electric.

în toate variantele de realizare mai sus menționate rotorul poate acționa, prin inter- 37 mediul multiplicatorului de turație, mai multe generatoare electrice, nu doar unul. De asemenea pe platforma pot fi amplasate mai multe rotoare, nu doar unul. 39 în toate variantele de realizare mai sus menționate se pot adăuga următoarele componente:41

- un sistem de frânare a rotorului în cazul în care valurile sunt prea mari, similar cu sistemele de frânare folosite pe turbinele eoliene;43

- radiatoare de răcire atât pentru multiplicator cât și pentru generator, similare cu radiatoarele de răcire folosite pe turbinele eoliene.45

RO 134451 Β1

Cantitatea de energie generată depinde în general de următorii factori:

- mărimea valurilor;

- frecvența valurilor;

- masa rotorului;

- diametrul rotorului.

în funcție de volumul de apă dislocat de platforma plutitoare, rotorul poate avea o masă mai mare sau mai mică. Pentru a crește masa rotorului și implicit energia captată se poate adăuga plumb pe jumătatea plină a acestuia.

Forma platformei plutitoare poate diferi în funcție de mărimea valurilor, intensitatea valurilor sau dacă valurile vin dintr-o singură direcție sau nu. Se poate opta, spre exemplu, 11 pentru o platformă plutitoare în forma asemănătoare unei jumătăți de sferă pentru situația în care dispozitivul este amplasat în larg iar valurile vin din toate direcțiile.

Claims (7)

1. Sistem de captare a energiei valurilor și transformarea acesteia în energie electrică 3 constituit dintr-un rotor (1) amplasat în plan orizontal pe o platformă (4) plutitoare prin intermediul unui ax (6) central, un multiplicator (2) de turație atașat de rotor (1) printr-un 5 arbore (7) principal și care acționează un generator (3) electric printr-un arbore (8) secundar, de asemenea sistemul mai cuprinde niște ancore (5) pentru fixarea de fundul mării, 7 caracterizat prin aceea că rotorul (1) are forma unui disc cu circumferința dințată, care are o jumătate goală, se rotește în jurul axului (6) central și acționează multiplicatorul (2) de 9 turație cu roți dințate, atașat pe circumferința dințată a rotorului.

2. Sistem de captare a energiei valurilor și transformarea acesteia în energie electrică 11 constituit dintr-un rotor (1) amplasat în plan orizontal pe o platformă (4) plutitoare prin intermediul unui ax (6) central, un multiplicator (2) de turație atașat de rotor (1) printr-un 13 arbore (7) principal și care acționează un generator (3) electric printr-un arbore (8) secundar, de asemenea sistemul mai cuprinde niște ancore (5) pentru fixarea de fundul mării, 15 caracterizat prin aceea că rotorul (1) are forma unei jumătăți de disc și este prins la centru de o roată (9) dințată, ambele elemente se rotesc în jurul axului (6) central, iar roata (9) 17 dințată acționează multiplicatorul (2) de turație, care la rândul lui acționează generatorul (3) electric. 19

3. Sistem de captare a energiei valurilor și transformarea acesteia în energie electrică conform revendicărilor 1, 2, caracterizat prin aceea că rotorul (1) acționează cel puțin un 21 multiplicator (2) de turație și cel puțin un generator (3) electric.

4. Sistem de captare a energiei valurilor și transformarea acesteia în energie electrică 23 conform revendicărilor 1, 2, caracterizat prin aceea că platforma (4) plutitoare susține cel puțin un rotor (1). 25

5. Sistem de captare a energiei valurilor și transformarea acesteia în energie electrică conform revendicărilor 1, 2, caracterizat prin aceea că sistemul funcționează și fără 27 multiplicatorul (2) de turație.

6. Sistem de captare a energiei valurilor și transformarea acesteia în energie electrică 29 conform revendicărilor 1, 2, caracterizat prin aceea că sistemul este prevăzut cu un mecanism de frânare a rotorului. 31

7. Sistem de captare a energiei valurilor și transformarea acesteia în energie electrică conform revendicărilor 1,2, caracterizat prin aceea că sistemul este prevăzut cu radiatoare 33 de răcire atât pentru multiplicatorul (2) de turație, cât și pentru generatorul (3) electric.