WO2017049376A1

WO2017049376A1 - Turbina eólica offshore, veículo marítimo para sua sustentação e um processo para sua fabricação e instalação

Info

Publication number: WO2017049376A1
Application number: PCT/BR2016/050236
Authority: WO
Inventors: Marcelo Monteiro DE BARROS
Original assignee: DANTAS, Rodrigo Perazzo Azevedo
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2017-03-30
Also published as: BR102015024614A2

Abstract

A presente invenção descreve uma turbina eólica offshore, isto é, uma turbina eólica parcialmente submersa no mar, onde as condições de atuação do vento são mais agressivas e, portanto, a quantidade de energia elétrica gerada é significantemente maior. A presente invenção também discorre sobre um veículo marítimo para transporte, sustentação e fabricação dessa turbina, e um processo de instalação da referida turbina na posição correta em alto mar, o que envolve içá-la cuidadosamente. A presente invenção se situa nos campo das engenharias e das tecnologias de geração de energia renovável.

Description

Relatório Descritivo de Patente de Invenção

TURBINA EÓLICA OFFSHORE, VEÍCULO MARÍTIMO PARA SUA SUSTENTAÇÃO

E UM PROCESSO PARA SUA FABRICAÇÃO E INSTALAÇÃO

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção descreve uma turbina eólica offshore, um veículo marítimo para transporte e sustentação dessa turbina, e um processo de fabricação e instalação da dita turbina em alto mar. A presente invenção se situa nos campo das tecnologias de energia renovável.

Antecedentes da Invenção

[0002] A obtenção de energia a partir do vento tem se tornado cada vez mais comum devido à crescente necessidade de cessar o consumo de recursos naturais finitos do planeta, para tanto desenvolvendo tecnologias que permitam usufruir das fontes de energia renovável, como, por exemplo, da solar e da eólica. Desse modo, as turbinas eólicas têm sido objeto de estudo por empresas dos setores de tecnologia e energia renovável no Brasil e ao redor do mundo. Essas instituições procuram novos meios de aperfeiçoar os processos de geração de energia elétrica a partir do aproveitamento do fluxo natural de ar em determinadas áreas. Apesar do grande potencial eólico apresentado por outras regiões, a maior parte dos campos eólicos existentes ainda se concentra na Europa e na América do Norte.

[0003] Uma turbina eólica possui um aerogerador, que nada mais é do que um dispositivo presente no interior da carcaça do topo da turbina, denominada Nacelle. A torre eólica que sustenta a Nacelle possui aproximadamente 100 metros, assim como o diâmetro do rotor (entendido como componente que compreende as pás eólicas), podendo variar de acordo com a capacidade de geração da turbina. Além do aerogerador, a Nacelle contém outros dispositivos essenciais ao funcionamento da turbina, como o redutor e o refrigerador. Basicamente, o aerogerador agrega o rotor e um motor elétrico de indução trifásico operando como gerador, e sua função é realizar a transformação de energia eólica em energia elétrica, lembrando que a energia eólica aqui referida trata de energia mecânica armazenada no rotor da turbina.

[0004] Quanto mais vento incidir sobre a turbina eólica, maior será a intensidade de rotação do rotor e, finalmente, maior será a quantidade de eletricidade gerada. Porém, é importante ressaltar que o comprimento e a área de contanto das pás com o meio não seguem uma relação linear, de modo que um enorme aumento na área de contato das pás com o meio pode ocorrer em função de um pequeno aumento do comprimento das mesmas. Sendo assim, torna-se interessante a utilização de pás eólicas compridas para turbinas localizadas em regiões de reduzido potencial eólico.

[0005] Outra opção seria posicionar as turbinas eólicas em regiões de alto potencial eólico, como no mar {offshore). Para isso, alguns mecanismos da turbina eólica devem ser adaptados para submersão, e um veículo marítimo deve ser viabilizado para transporte dos componentes da turbina ou até mesmo para fabricação e instalação dela. Dispositivos da turbina como aqueles contidos na Nacelle são elétricos ou eletrônicos e não devem submergir.

[0006] Dentre as técnicas de instalação de turbinas eólicas offshore já existentes, a WindFlip merece citação. Nessa técnica, a turbina é transportada horizontalmente num barco que controla seu volume interior de água. Quando o barco estiver localizado nas coordenadas corretas, ele permite a entrada de água em seu interior para submergir verticalmente, com cautela, e depositar a turbina eólica já na posição adequada. Porém, os mecanismos das turbinas eólicas offshore utilizadas hoje em dia são incapazes de se adequar plenamente às condições marítimas de submersão, e ainda carecem de uma estrutura diferenciada que facilite seu transporte, sua fabricação e sua instalação em alto mar.

[0007] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade, aplicação industrial e atividade inventiva frente ao estado da técnica. Sumário da Invenção

[0008] Dessa forma, a presente invenção tem por objetivo resolver os problemas constantes no estado da técnica a partir de: uma turbina eólica offshore com base flutuante e com o aerogerador, além dos demais dispositivos normalmente dispostos no interior da Nacelle (redutor e etc), contidos na torre de sustentação; um veículo marítimo que facilite o transporte dos componentes da torre na posição horizontal; um processo de fabricação/montagem da turbina sobre o dito veículo marítimo, na posição horizontal; e, por fim, um método de instalação cauteloso, envolvendo içamento e ancoragem, da turbina em alto mar, na posição vertical adequada.

[0009] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta uma turbina eólica offshore dotada de:

a. base flutuante;

b. conjunto de pás eólicas girantes;

c. torre eólica de sustentação associando a base flutuante e o conjunto de pás flutuante; e

d. conjunto redutor e gerador,

sendo que a turbina eólica compreende o conjunto redutor/gerador disposto no interior da torre eólica de sustentação.

[0010] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta um veículo marítimo para sustentação de uma turbina eólica em meio offshore compreendendo meios de ancoragem com o leito do mar.

[0011] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta um processo de fabricação e instalação de uma turbina eólica compreendendo as etapas de:

a. associar componentes da turbina, montando a turbina na posição horizontal;

b. içar a turbina até a posição vertical em relação ao solo.

[0012] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e pelas empresas com interesses no segmento, e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.

Breve Descrição das Figuras

[0013] As seguintes figuras são apresentadas com o intuito de melhor definir e esclarecer o conteúdo do presente pedido de patente:

[0014] A Figura 1 mostra um exemplo de turbina eólica offshore, de acordo com a presente invenção, na qual apenas a base flutuante se encontra submersa e toda estrutura está ancorada ao fundo do mar.

[0015] A Figura 2 mostra um exemplo de veículo marítimo, podendo ser um estaleiro, realizando o transporte de uma torre eólica offshore como a da Figura 1 , para em seguida içá-la e instalá-la no local de operação.

Descrição Detalhada da Invenção

[0016] As descrições que seguem são apresentadas a título de exemplo e não limitativas ao escopo da invenção e farão compreender de forma mais clara o objeto do presente pedido de patente.

[0017] A configuração da turbina eólica offshore é semelhante à das turbinas eólicas convencionais, ou seja, inclui uma torre eólica que conecta a base ao topo da turbina, onde se encontra o rotor (componente que compreende as pás eólicas), e possui equipamentos relacionados à geração de eletricidade. Então, as diferenças entre as duas configurações consistem basicamente no fato de que a base da turbina offshore é flutuante, podendo consistir de uma boia, por exemplo. Além disso, o conjunto de equipamentos relacionado à geração de energia está disposto no interior da torre, porém obrigatoriamente acima do nível do mar.

[0018] Dessa forma, a presente invenção apresenta uma turbina eólica do tipo offshore compreendendo: base flutuante, conjunto de pás eólicas girantes; torre eólica de sustentação associando a base flutuante e o conjunto de pás flutuante; e conjunto redutor e gerador. A turbina eólica da presente invenção é confeccionada de foram convencional, onde as pás são instaladas no topo da torre de sustentação, adaptadas para realizar o movimento girante conforme a intensidade do vento que recebe.

[0019] Em uma concretização preferencial, a base flutuante é composta de material com densidade suficiente para permitir que a mesma flutue na superfície da água, seja em oceanos, rios, lagos, etc. Esta base permite fixar a estrutura da turbina eólica de modo com que a mesma opere conforme o desejado.

[0020] Ademais, o conjunto redutor/gerador é disposto no interior da torre eólica de sustentação, não sendo necessária uma plataforma adicional flutuante para a disposição destes elementos. Em uma concretização preferencial, o conjunto redutor/gerador é disposto acima do nível do mar.

[0021] De acordo com a presente invenção, é favorável a instalação de turbinas eólicas em regiões offshore, próximas ao leito do mar, uma vez que as condições mais presentes do vento no local propiciam um melhor aproveitamento do sistema para a geração de eletricidade. Conforme pode ser visto na Figura 1 , a base flutuante da turbina está ancorada ao fundo do mar, de modo que a turbina permanece onde foi incialmente instalada, sem se mover em função das correntes marítimas ou até mesmo devido à influência do vento. Ademais, a base flutuante também impede que a seção da torre de sustentação, onde se encontram os dispositivos elétricos/eletrônicos (gerador, redutor e etc), esteja submersa.

[0022] Em um segundo objeto da presente invenção, é apresentando um veículo marítimo para sustentação da turbina eólica definida anteriormente, podendo ser um estaleiro, por exemplo, que transporta os componentes da turbina do litoral até o ponto de operação da máquina enquanto ela é fabricada/montada no plano horizontal. O veículo deve possuir um mecanismo capaz de içar a turbina cuidadosamente, após ela ter sido montada e, preferencialmente, até a posição adequada para operação (vertical), para fora do veículo até o local exato onde ela deve ser depositada para iniciar sua operação.

[0023] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta um processo de fabricação e instalação da turbina eólica compreendendo as seguintes etapas: associação dos componentes da turbina, de forma que a mesma seja montada em posição horizontal; içamento da turbina até uma posição vertical em relação ao solo. Este processo é realizado no nível do mar, conforme pode ser visto na Figura 2.

[0024] Em uma concretização, a etapa de associação dos componentes da turbina na posição vertical, compreende a associação de todos os elementos necessários para o funcionamento da turbina, dentre eles: base flutuante; conjunto de pás eólicas girantes; torre eólica de sustentação associando a base flutuante e o conjunto de pás flutuante; e conjunto redutor/gerador dispostos no interior da torre. Em uma concretização preferencial, a associação dos componentes ocorre em um estaleiro próximo ao leito do mar, e realizam a montagem da turbina offshore.

[0025] Em uma concretização, a etapa de içamento da turbina, é realizada no momento e no local da instalação da turbina, ou seja, a turbina é içada quando for definido o local onde a mesma irá entrar em operação.

[0026] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas.

Claims

Reivindicações TURBINA EÓLICA OFFSHORE, VEÍCULO MARÍTIMO PARA SUA SUSTENTAÇÃO E UM PROCESSO PARA SUA FABRICAÇÃO E INSTALAÇÃO

1 . Turbina eólica offshore dotada de:

a. base flutuante;

b. conjunto de pás eólicas girantes;

d. conjunto redutor e gerador,

sendo a turbina eólica caracterizada pelo fato de compreender o conjunto redutor e gerador disposto no interior da torre eólica de sustentação.

2. Turbina eólica offshore, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato do conjunto redutor e gerador ser disposto acima do nível do mar.

3. Veículo marítimo para sustentação de uma turbina eólica em meio offshore caracterizado pelo fato de compreender meios de ancoragem com o leito do mar.

4. Processo de fabricação e instalação de uma turbina eólica caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:

a. associar componentes da turbina, montando a turbina na posição horizontal;

b. içar a turbina até a posição vertical em relação ao solo.

5. Processo de fabricação e instalação de uma turbina eólica, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de a etapa de associação de componentes da turbina compreender a associação de todos os componentes necessários para operação da turbina.

6. Processo de fabricação e instalação de uma turbina eólica, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de a etapa de içamento da turbina até a posição vertical em relação ao solo se dar no momento e local de instalação da turbina.

7. Processo de fabricação e instalação de turbina eólica, de acordo com a reivindicação 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato da etapa de associação de componentes da turbina ocorrer em um estaleiro próximo ao leito do mar, para instalação de turbinas offshore.

8. Processo de fabricação e instalação de turbina eólica, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato da turbina ser conforme definida das reivindicações 1 a 2.