ITRC980008A1 - Impianto a "pozzo" per lo sfruttamento dell'energia delle onde delmare. - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo: Impianto a “pozzo” per lo sfruttamento dell’energia delle onde di mare, a

1. Descrizione

L’impianto consiste in un cassone chiuso sul quale si innesta un condotto verticale (pozzo) con una sezione contratta al centro. L’imboccatura superiore (esterna) del pozzo si trova poco al di sotto della superficie del mare. L’imboccatura inferiore (interna) si trova poco sopra la base del cassone. Il cassone è appoggiato sul fondo del mare. La parte superiore del cassone viene riempita d’aria. La quantità d’aria nel cassone è regolata da terra: essa viene aumentata mediante pompaggio con un compressore, o diminuita mediante apertura di uno sfiato.

L’acqua contenuta nel cassone ha un periodo proprio di oscillazione che è tanto maggiore quanto maggiore è l’altezza x del polmone d’aria (v. figura). La predetta altezza x deve essere regolata in modo che il periodo proprio di oscillazione risulti circa uguale al periodo delle onde. La regolazione può essere effettuata da terra operando su una saracinesca immediatamente a valle del compressore e su uno sfiato immediatamente a valle della saracinesca. Allo scopo, basta confrontare il periodo Te di oscillazione delle fluttuazioni di pressione prodotte dalle onde sul rimboccatura superiore (esterna) del condotto, con il periodo Ti di oscillazione delle fluttuazioni di pressione dell’aria all’interno del cassone. Se Ti risulta minore di Te bisogna immettere aria (cioè occorre aumentare l’altezza x del polmone d’aria), viceversa se 7} risulta maggiore di Te .

Se Te è circa uguale a 7) , cioè se il periodo delle onde è circa uguale al periodo delle fluttuazioni di pressione nel polmone d’aria, le onde riescono ad eccitare l’impianto in risonanza, e, come conseguenza, si producono delle grandi fluttuazioni di pressione all’interno del cassone, e delle forti velocità dell’acqua all’interno del pozzo. Precisamente, quando la cresta di un’onda transita sopra il cassone l’acqua entra dall’imboccatura superiore (esterna) del pozzo e risale nel cassone comprimendo il polmone d’aria con conseguente incremento della pressione all’interno del cassone. Viceversa, quando un cavo d’onda transita sopra il cassone, l’acqua fuoriesce dall’impianto provocando l’espansione del polmone e la riduzione della pressione all’interno del cassone. L’ampiezza delle fluttuazioni del carico di pressione risulta pressoché uniforme su tutta la superficie interna del cassone, e arriva a superare di quasi un’ordine di grandezza l’ampiezza stessa delle onde sulla superficie del mare! Lo sfruttamento dell’energia idraulica può essere effettuato a mezzo di turbine tipo Wells azionate dalle forti correnti che si instaurano nella sezione contratta del pozzo.

2. Esempio

La figura mostra un prototipo progettato per il mar Ligure. Tale impianto è in grado di assorbire circa il 50% dell’energia ondosa che complessivamente, ogni anno, transita sopra rimpianto stesso. Tale energia per il mar Ligure, si concentra praticamente tutta sulla fascia di altezze significative (Hs) delle onde comprese tra 0.5m e 5.5m (più del 95% dell’energia ondosa che si abbate sulle coste liguri è dovuta ad onde entro tale fascia di altezze).

Indicativamente, per onde generate dal vento (wind waves) con Hs di 2.5m, l’altezza x ottimale del polmone d’aria è di 2.2m e, con tale altezza del polmone, le velocità dell’acqua nei condotti verticali arrivano a superare i 3.5m/s con portate di 90m /s. Infine le onde del carico di pressione entro il cassone (in assenza di turbine) avrebbero un’altezza di ben 7÷7.5 volte maggiore dell’altezza delle stesse onde sulla superficie del mare.

3. Innovazioni

3.1 Caratteristiche impianti finora proposti

Gli impianti OWC per lo sfruttamento dell’energia ondosa sono di tipo fisso o galleggiante, ed hanno le seguenti caratteristiche generali :

(a) condoto con due aperture di collegamento con l’ambiente esterno;

(b) turbine azionate da correnti d’aria, a loro volta suscitate dal moto ondoso; (c) impianto parte al di sopra della superficie del mare.

Gli impianti “point absorbers” sono formati da un cilindro galleggiante libero di scorrere verticalmente, e da un pistone fisso. L’impianto sfruta la risonanza tra periodo di oscillazione del cilindro galleggiante e periodo dell’onda.

3.2 Novità dell'impianto a “pozzo"

L’impianto per cui si chiede il brevetto si differenzia sostanzialmente sia dagli OWC sia dai point absorbers, in quanto

(a) è fìsso;

(b) è contenuto tutto al si sotto della superficie del mare;

(c) ha una singola apertura di collegamento con l' ambiente esterno;

(d) sfrutta la risonanza tra periodo proprio di oscillazione di una massa d’acqua libera di muoversi entro un cassone e periodo dell'onda;

(e) le sue turbine sono azionate da correnti d’acqua.

3.3 Vantaggi della nuova soluzione

Le novità producono i seguenti vantaggi.

(i) Si può assorbire una percentuale veramente molto alta dell’energia ondosa, grazie al fatto che le onde generate dal vento riescono ad eccitare rimpianto in risonanza spontaneamente e in modo molto rapido. A tale conclusione si è giunti, analizzando l’azione prodotta sull’impianto dai caratteristici gruppi tridimensionali di onde che si formano nel corso delle mareggiate (Boccotti, Ocean Engineering, 24, 3, 265-300, 1997).

(ii) La regolazione è estremamente semplice. Come detto, basta confrontare su un monitor (in tempo reale) la fluttuazione di pressione registrata dal trasduttore interno (i) con la fluttuazione di pressione registrata dal trasduttore esterno (e) (v. figura), ed operare conseguentemente su due saracinesche, quella di mandata dell’aria e quella di sfiato. La regolazione va effettuata per ogni stato di mare (fase di una mareggiata), cioè ogni 15÷ 20 minuti. In questo, l’impianto ha un vantaggio decisivo sui point absorbers i quali richiedono una regolazione continua (onda per onda) della fase di oscillazione del cilindro galleggiante.

(iii) La realizzazione dell’impianto è particolarmente agevole. La struttura può essere realizzata in cemento armato con la stessa tecnica di prefabbricazione, rimorchio in sito e affondamento ormai largamente affinata per le dighe portuali.

rimorchio in sito e affondamento ormai largamente affinata per le dighe portuali.

(iv) La manutenzione è molto agevole in quanto la struttura può essere resa galleggiante riempendo completamente d’aria i due vani interni ai lati del pozzo.

(v) La struttura è stabile anche sotto l’azione di mareggiate di eccezionale intensità, infatti essendo tutta al di sotto della superficie del mare essa viene sollecitata in modo relativamente modesto dalle mareggiate. Naturalmente, in presenza di mareggiate eccezionalmente forti si dovrà evacuare tutta l’aria aumentando così il peso della struttura e, con esso, la stabilità globale. Per il prototipo di figura, tale operazione di disattivazione dell’impianto è consigliabile per mareggiate con altezza significativa delle onde maggiore di 6m. La perdita in termini di sfruttamento dell’energia, dovuta a tali disattivazioni, è peraltro trascurabile. Basti pensare che le mareggiate con altezza significativa maggiore di 6m concorrono per meno del 2% all’energia ondosa che complessivamente transita sul predetto impianto.

Claims (5)

1. Rivendicazion ì 1 Impianto per la produzione di energia formato da cassone chiuso sotto la superficie del mare, su cui si innesta un condotto con un’apertura in mare e l’altra all 'interno del cassone.
2. 2 Polmone d’aria contenuto entro la parte superiore del cassone sopra l’imboccatura interna del condotto, collegato ad impianto di pompaggio atto ad introdurre od evacuare aria nel o dal polmone.
3. 3 Misuratori di pressione all’esterno ed all’interno del cassone, per regolazione quantità ottimale aria nel polmone.
4. 4 Regolazione dell’aria da effettuarsi con cadenza temporale minore o uguale alla durata di uno stato di mare (“stato di mare” = fase di mareggiata con caratteristiche sensibilmente stazionarie).
5. 5 Possibilità di produrre onde del carico di pressione all’interno del cassone più alte di un’ordine di grandezza rispetto alle stesse onde sulla superficie del mare.