WO2012050466A1 - Sistema de produção de energía útil a partir das ondas do mar - Google Patents

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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to a useful energy production system from the movement of sea waves.
  • the present invention has as characteristics di erenciadoras other devices and systems of the prior art, their shape and position in relation to the thickness of the energy - layer available (power layer is meant w existing thickness at a water depth of which corresponds to disturbances caused by waves, approximately half the length the articulated arm assembly with its respective action and control, all dynamic sealing points to operate out of water, the possibility of steering in the direction of wave progression, and the ability to vary the density These are all features that contribute decisively to the reliability, durability and cost effectiveness of the system.
  • FIG. 1 represents a longitudinal section with the system in position relative to the crest of the wave.
  • FIG. 2 represents a longitudinal section with the system in the position relative to the wavehole.
  • Figure 3 is a longitudinal section through the system at an intermediate point where the elliptical movement of the receiver is shown schematically.
  • Figure 4 is a plan view showing the possibility of 360 ° rotation of the system to suit its positioning according to the direction of wave progression.
  • Figure 5 is a longitudinal section with the system in safety and / or maintenance position, elevated above the wave propagation means.
  • Figure 8 is a perspective view of a multi-plant deployment scheme to form a wave park.
  • Figure 9 represents in perspective an example of deployment in conjunction with a wind unit forming a hybrid system.
  • the present invention concerns a system for producing useful energy from sea waves.
  • the system consists of a body that we call a 1 wave receiver, with a cylindrical shape and conveniently flattened at the lower end (duckbill), being introduced into the wave propagation medium (semi-submerged).
  • the amount corresponding to the introduction into the energy layer (submerged part) is dependent on its thickness and the velocity variation of the water particles.
  • the diameter of the cylindrical part and the flattened shape at the bottom (duckbill) have hydrodynamic adaptation characteristics related to the wave statistics in place and the power to be removed allowing a better ratio in their capture and control.
  • the receiver 1 is connected by a set of articulated arms (a) to a rotating head 4 which rotates about a fixed point of a frame 2 also having the function of directing the receiver 1 in the direction of wave progression.
  • This set (a) is formed by arms (a1) and (a2).
  • the arm sizing (a2) as well as the positioning and function of the hydraulic cylinders 5 allow a better adaptation to the physical phenomena related to the disturbance caused by the waves (wavelength, pressure, temperature, height, velocity, particle movement, among others). others) .
  • the arm (al), as well as the hydraulic cylinders 6, have as their main functions the correct positioning of the receiver 1, and can also change the dimension corresponding to the insertion of the receiver 1 in the energy layer (submerged part) in relation to the sea state in perspective.
  • the receiver 1 Due to the passage of sea waves the receiver 1 describes a tendentially elliptical movement observed in longitudinal section. In this movement described are considered the existence of three fundamental zones, which we call the upper production zone, lower production zone and interval or transition zone.
  • the energy extraction takes place in the production zones through the movement transmitted to the hydraulic linear pump 3.
  • the transition zone represents a degree of freedom, which allows the most suitable positioning for the extraction.
  • the transition zone is controlled by the hydraulic cylinder 5, which is automatically controlled against the state of the sea.
  • the PTO system is made up of hydraulic linear pumps 3 (cylinders) which, in response to the movement caused by the receiver assembly, pump high pressure oil to an accumulator. This in turn allows a constant passage of hydraulic fluid to an engine that will cause movement in a generator for the production of useful energy.
  • the PTO system may be of another type, for example a linear generator system or a system using other hydraulic fluids. It may depend on the type of useful energy you wish to obtain.
  • the system is highly versatile and can be installed anywhere on the ocean, ie lineshore, nearshore or offshore with their structural adaptation, and can be built exclusively for this purpose or applied to another existing for another purpose.
  • a conventional auxiliary system for the internal combustion of energy production is provided to operate the safety, control and maintenance system in case of need. Its possible application consists in the passage of the set of hydraulic cylinders that normally function as energy producers to actuating elements, and also having the ability to completely remove the receiver 1 from the wave propagation medium.
  • the control system also provides for the possibility of varying the density of the receiver 1 in relation to the state of the sea through the use of ballast tanks 7 incorporated therein.

Abstract

O presente invento diz respeito a um sistema de produção de energia útil a partir das ondas do mar. O sistema é constituído por um corpo receptor de ondas (1), com um formato cilíndrico e achatado (bico de pato) na ponta inferior, sendo este introduzido no meio de propagação das ondas (semi-submerso). O receptor (1) está ligado por um conjunto de braços (a) articulados a uma cabeça rotativa (4), a qual gira em torno de um ponto fixo de uma estrutura (2) tendo também a função de direccionar o receptor (1) face ao sentido de progressão das ondas. O conjunto (a) é formado pelos braços (a1) e (a2). Devido à passagem das ondas do mar o receptor (1) descreve um movimento tendencialmente elíptico observado em corte longitudinal efectuando-se extração energética através do movimento transmitido a uma bomba linear hidráulica 3. O sistema de tomada de potência (PTO) é formado pelas bombas lineares hidráulicas 3, as quais face ao movimento provocado pelo conjunto receptor bombeiam óleo a alta pressão para um acumulador. Este por sua vez permite urna passagem constante do fluido hidráulico para um motor que provocará movimento num gerador para a produção de energia útil.

Description

DESCRIÇÃO
"SISTEMA DE PRODUÇÃO DE ENERGIA ÚTIL A PARTIR DAS ONDAS DO
MAR"
Âmbito do invento
O presente invento diz respeito a um sistema de produção de energia útil a partir da movimentação das ondas do mar.
Técnica anterior
Actualmente, em virtude da questão petrolífera e das preocupações ambientais em que as sociedades estão cada vez mais empenhadas, é maior ã recorrência ã energias renováveis, nomeadamente à energia do mar e particularmente à energia gerada pelas ondas do mar. São muitos os documentos sobre o aproveitamento de energia das ondas do mar. Não são contudo do conhecimento do requerente dispositivos que encerrem um conjunto de características, que considera fundamentais para a afirmação integral da tecnologia.
Sumário do invento
0 presente invento apresenta como características di erenciadoras dos outros dispositivos e sistemas da técnica anterior, a sua forma e posicionamento face à espessura da camada energética disponível (por camada energética entenda-se wa espessura existente na lâmina de água que corresponde à perturbação provocada pelas ondas, aproximadamente metade do comprimento da onda"), o conjunto de braços articulados com a sua respectiva acção e controlo, todos os pontos passíveis de vedação dinâmica funcionarem fora de água, a possibilidade do direccionamento face ao sentido de progressão das ondas, além da capacidade de variação da massa volúmica do receptor. São todas características que contribuem decisivamente para a fiabilidade, durabilidade e rentabilidade do sistema.
Breve descrição dos desenhos
A descrição que se segue baseia-se nos desenhos anexos que, sem qualquer carácter limitativo, ilustram modelos de realização preferidos do invento:
- A figura 1 representa um corte longitudinal com o sistema na posição relativa à crista da onda.
- A figura 2 representa um corte longitudinal com o sistema na posição relativa à cava da onda.
- A figura 3 representa um corte longitudinal com o sistema num ponto intermédio em que é representado esquematicamente o movimento elíptico do receptor. A figura 4 representa uma vista em planta representando a possibilidade de rotação do sistema em 360° de modo a adequar o seu posicionamento conforme o sentido de progressão das ondas.
- A figura 5 representa um corte longitudinal com o sistema em posição de segurança e/ou de manutenção, elevado acima do meio de propagação das ondas.
- A figura 6 representa a localização dos tanques de lastro no receptor.
- A figura 7 representa em perspectiva o sistema requerido .
- A figura 8 representa em perspectiva um esquema de implantação com várias unidades de produção, de modo a formar um parque de ondas .
- A figura 9 representa em perspectiva um exemplo de implantação em conjunto com uma unidade eólica formando um sistema híbrido.
Descrição detalhada do invento
O presente invento diz respeito a um sistema de produção de energia útil a partir das ondas do mar. O sistema é constituído por um corpo que denominamos como receptor de ondas 1, com um formato cilíndrico e convenientemente achatado na ponta inferior (bico de pato) , sendo este introduzido no meio de propagação das ondas (semi -submerso) . A cota correspondente à introdução na camada energética (parte submersa) é dependente da espessura desta e da variação de velocidades das partículas de água. O diâmetro da parte cilíndrica e a forma achatada na parte inferior (bico de pato) , possuem características de adaptação hidrodinâmicas relacionadas com a estatística das ondas no local e em função da potência que se pretende retirar permitindo um melhor rácio na sua captação e controlo .
O receptor 1 está ligado por um conjunto de braços articulados (a) a uma cabeça rotativa 4, a qual gira em torno de um ponto fixo de uma estrutura 2 tendo também a função de direccionar o receptor 1 face ao sentido de progressão das ondas. Este conjunto (a) é formado pelos braços (al) e (a2) . O dimensionamento do braço (a2) , assim como o posicionamento e função dos cilindros hidráulicos 5 permitem uma melhor adaptação aos fenómenos físicos relacionados com a perturbação provocada pelas ondas (comprimento de onda, pressão, temperatura, altura, velocidade, movimentação das partículas, entre outros) . O braço (al) , assim como os cilindros hidráulicos 6, têm como funções principais o posicionamento mais correcto do receptor 1, podendo também alterar a cota correspondente à inserção do receptor 1 na camada energética (parte submersa) face ao estado do mar numa perspectiva do melhor rácio energético (variação de marés, altura de onda, entre outros) . Também a salvaguarda do sistema quando as condições locais excedem os parâmetros previamente previstos para o regular funcionamento do mesmo (banda ou intervalo de funcionamento) . Este conjunto de braços (a) e as respectivas articulações (jogos mecânicos) encontram-se fora do alcance previsível da água, no entanto todos eles estão devidamente protegidos. Nos jogos axiais serão utilizadas mangas flexíveis envolventes e nos jogos radiais serão utilizados vedantes adequados, precavendo o excesso de humidades como o spray da água.
Devido à passagem das ondas do mar o receptor 1 descreve um movimento tendencialmente elíptico observado em corte longitudinal . Neste movimento descrito são consideradas a existência de três zonas fundamentais, as quais chamamos de zona de produção superior, zona de produção' inferior e intervalo ou zona de transição. A extracção energética efectua-se nas zonas de produção através do movimento transmitido à bomba linear hidráulica 3. A zona de transição representa um grau de liberdade, o qual permite o posicionamento mais adequado para a extracção. A zona de transição é controlada através do cilindro hidráulico 5, o qual é comandado automaticamente face ao estado do mar.
O sistema PTO é formado pelas bombas lineares hidráulicas 3 (cilindros) , as quais face ao movimento provocado pelo conjunto receptor bombeiam óleo a alta pressão para um acumulador. Este por sua vez permite uma passagem constante do fluído hidráulico para um motor que provocará movimento num gerador para a produção de energia útil . O sistema PTO pode ser de outro tipo, por exemplo um sistema gerador linear ou um sistema que utilize outros fluidos hidráulicos. Podendo depender do tipo de energia útil que se pretenda obter.
O sistema ê altamente versátil, podendo ser instalado em qualquer ponto do oceano ou seja, lineshore, nearshore ou offshore com a respectiva adaptação estrutural, podendo ser exclusivamente construída para este fim ou aplicado em outra já existente para outro efeito.
É previsto um sistema auxiliar convencional de combustão interna de produção energética para que em casos de necessidade opere o sistema de segurança, controlo e manutenção. A sua eventual aplicação consiste ná passagem do conjunto de cilindros hidráulicos que normalmente funcionam como produtores energéticos a elementos actuadores, tendo ainda a capacidade de poder retirar completamente o receptor 1 do meio de propagação das ondas.
O sistema de controlo prevê também a possibilidade de variação da massa volúmica do receptor 1 face ao estado do mar através da utilização de tanques de lastro 7 incorporados no interior do mesmo.
A operacionalidade do sistema será feita por auto controlo e/ou controlo remoto para o cumprimento dos patamares predefinidos na regularidade de fornecimento energético, de modo a optimizar a produção energética e salvaguardar a sua integridade estrutural . Existe ainda a mais-vaiia obtida pela simplicidade do sistema, quer a nível dos materiais e formas utilizadas, quer nos processos, métodos e procedimentos de fabrico e montagem a partir da utilização de normas já conhecidas noutras aplicações metalomecânicas marítimas. Resultando numa replicação de carácter industrializado de principio modular, em que se poderá formar parques de ondas com várias unidades independentes e em que a paragem de uma unidade não implica com as restantes. De igual importância é a possibilidade de poder ser acoplado com outras tecnologias marítimas criando formas híbridas, como seja a energia eólica, plataformas petrolíferas, aquacultura, estações de monitorização, estudos biológicos do meio marinho, entre outras.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Sistema de produção de energia útil a partir do movimento das ondas do mar caracterizado por ser constituído por um corpo receptor de ondas (1) , ligado a um conjunto de braços (a) articulados a uma cabeça rotativa (4) que gira em torno de um ponto fixo de uma estrutura (2) , corpo esse que apresenta uma configuração cilíndrica e achatado em forma de bico de pato na ponta inferior e é introduzido no meio de propagação das ondas de modo semi- submerso, sendo a cota correspondente à introdução na camada energética dependente da espessura desta e da variação de velocidades das partículas de água, e que, devido à passagem das ondas do mar, descreve um movimento tendencialmente elíptico observado em corte longitudinal, sendo nesse movimento consideradas a existência de três zonas fundamentais, zona de produção superior, zona de produção inferior e intervalo ou zona de transição, efectuando-se a extracção energética nas zonas de produção através do movimento transmitido a uma bomba linear hidráulica 3.
2. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por a zona de transição representar um grau de liberdade permite o posicionamento mais adequado para a extracção, sendo a referida zona de transição controlada através de um cilindro hidráulico 5, o qual é comandado automaticamente face ao estado do mar.
3. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o diâmetro da parte cilíndrica e a forma achatada na parte inferior possuírem características de adaptação hidrodinâmicas , relacionadas com a estatística das ondas no local, e em função da potência que se pretende retirar, permitindo um melhor rácio na sua captação e controlo.
4. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o conjunto de braços articulados (a) ligados à cabeça rotativa 4 terem a função de direccionar o receptor 1 face ao sentido de progressão das ondas .
5. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o referido conjunto de braços articulados (a) ser formado pelos braços (al) e (a2) sendo que, o dimensionamento do braço (a2) , assim como o posicionamento e função de cilindros hidráulicos 5 aos quais os referidos braços estão ligados, permitem uma melhor adaptação aos fenómenos físicos relacionados com a perturbação provocada pelas ondas, e o braço (al) , assim como os cilindros hidráulicos 6 aos quais os referidos braços estão ligados, têm como funções principais o posicionamento do receptor 1 de modo a que melhor capte a energia da onda, podendo também alterar a cota correspondente à inserção do receptor 1 na camada energética face ao estado do mar numa perspectiva do melhor rácio energético.
6. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 4 e 5, caracterizado por o referido conjunto (a) constituir a salvaguarda do sistema quando as condições locais excedem os parâmetros se segurança previstos para o regular funcionamento do mesmo em função da banda ou intervalo de funcionamento.
7. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 4 a 6, caracterizado por o referido conjunto de braços (a) e as respectivas articulações e jogos mecânicos se encontrarem fora do alcance previsível da água .
8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de tomada de potência PTO ser formado por bombas lineares hidráulicas 3, as quais face ao movimento provocado pelo conjunto receptor (1) bombeiam óleo a alta pressão para um acumulador e este por sua vez permite uma passagem constante do fluído hidráulico para um motor hidráulico radial que provocará movimento num gerador para a produção de energia eléctrica .
9. Sistema de produção de energia de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o sistema PTO poder ser de gerador linear, ou utilizar outros fluidos hidráulicos mediante o tipo de energia útil que se pretenda obter .
10. Sistema de produção de energia de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por ser ainda constituído por um sistema auxiliar convencional de combustão interna de produção energética para que em casos de necessidade operar o sistema de segurança, controlo e manutenção, consistindo a aplicação na passagem do conjunto de cilindros hidráulicos que normalmente funcionam como produtores energéticos a elementos actuadores, tendo ainda a capacidade de poder retirar completamente o receptor 1 do meio de propagação das ondas.
10. Sistema de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de controlo prever também a possibilidade de variação da massa volúmica do receptor 1 face ao estado do mar através da utilização de tanques de lastro 7 incorporados no interior do mesmo.
11. Sistema de produção de energia de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por as articulações e jogos mecânicos fora de água estarem devidamente protegidos, sendo nos jogos axiais utilizadas mangas flexíveis envolventes e nos jogos radiais utilizados vedantes adequados, precavendo o excesso de humidades como a pulverização da água.
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