ITRM20090429A1 - Sistema d'impianto per la produzione d'energia elettrica dai venti di alta quota autoallineante - Google Patents

Description

“Sistema d’impianto, per la produzione di energia elettrica dai venti di alta quota, auto allineante”

La presente invenzione riguarda un sistema per la costruzione d’impianti, per la produzione di energia elettrica dai venti di alta quota.

Più specificatamente si tratta di un sistema per costruire centrali eoliche ad alto rendimento, tramite un impianto che trasforma l’energia dei venti di alta quota, in movimento rotazionale, di un particolare rotore generatore di corrente, formato da un treno di carrelli, che scorrono su di una monorotaia, questi carrelli sono collegati tra loro con giunti elastici in modo da formare un anello ruotante che produce energia elettrica; il treno è trainato da una serie di unità di traino di alta quota, costituiti da un pallone aerostatico di forma aerodinamica quanto più possibile per non opporre resistenza al vento, coadiuvato da un’ala sostentatrice in grado di portare in quota, una manica a vento richiudibile a paracadute, tramite una serie di funi, e verricelli elettrici; il tutto portato a quote di 500 a 1000 metri.

Su questo rotore messo in rotazione dalle unità di traino, possono essere applicati due metodi diversi per produrre energia elettrica; il primo con un sistema diretto, basatp sulla tecnologia dei generatori lineari, o dei treni (MAGLEV), per produrre energia elettrica.

Questo particolare treno viaggia su di una monorotaia sopraelevata a forma di anello chiuso su di cui, scorrono i carrelli con profilo a U rovesciata che avvolgono la monorotaia; questi sono muniti di ruote, e del sistema elettromagnetico, e sono collegati l’uno all’altro con dei giunti elastici, in modo da formare un anello scorrevole sopra tutta la circonferenza della monorotaia.

Su questi carrelli sono montati dei bracci oscillanti a "biella”, in grado di ruotare su di un asse solidamente ancorato al carrello, e su questi bracci, sono ancorati le carrucole per le funi delle unità aerostatiche di traino, e gli argani di richiamo di questi.

Sul carrello a sua volta vi è montato un dispositivo elettronico di controllo a mezzo sensori, della posizione del braccio biella, questi secondo la sua posizione rispetto al senso di marcia del carrello, comanderanno l'apertura o la chiusura della manica a vento, secondo se questa deve trainare, o essere trainata, tramite un cavo elettrico accoppiato ad una delle funi di traino.

Il secondo sistema indiretto, destinato a impianti minori, o sperimentali, si basa sul trasferimento della forza motrice del rotore, a uno o più generatori, con qualsiasi mezzo meccanico attualmente in uso; il treno di carrelli rimane lo stesso, ma senza il sistema elettromagnetico; ad esempio dei generatori di corrente montati sui carrelli, mossi dalle ruote, potranno fornire energia elettrica alla centrale, tramite mezzi a collettori.

I sistemi attuali di sfruttamento del vento per la produzione di energia elettrica, sono le torri eoliche, ma queste hanno un impatto ambientale notevole, con un costo elevato dell’impianto, per un basso rendimento produttivo; dal fatto che i venti senza turbolenze, costanti e veloci, si trovano tra i 500 e 1000 metri dal livello del suolo, il sistema oggetto del presente trovato, permette di sfruttare i venti di alta quota, con un minimo di impatto ambientale, dato che a quelle quote, le unità di traino sono poco visibili, e per quanto riguarda l’anello monorotaia essendo costruito su pilastri ed avendo dimensioni di più kilometri di diametro occupa sostanzialmente lo spazio dei pilastri, e della centrale elettrica propria; lasciando la vita comune, ed il paesaggio inalterato, con il vantaggio cosi di poter istallare parecchie decine di unità di traino.

La scelta di una manica a vento, piuttosto che un qualsiasi altro tipo di vela, è dettata dal fatto che: 1 ° la manica a vento è costituita da un tubo di tessuto super resistente, fissato su tutto il perimetro ad un anello sostentatore, facilitando cosi la sua costruzione, 2° che quando la manica a vento deve essere chiusa un sistema a funi tira, e raduna il lato libero della manica in un solo punto, per formare una specie di paracadute, rendendo sicura la chiusura, e l’apertura, visto che il vento, sta già scorrendo dentro, ed infine che quando l’unità di traino è passiva, la manica a vento aperta non oppone resistenza, ed allinea perfettamente l’unità di traino, con la direzione del vento, mentre qualsiasi altro tipo di vela, nel momento in cui viene rilasciata, tenderebbe a sventolare, rendendo meno fluida la corsa all’indietro dell’unità di traino, togliendo energia all’impianto.

Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema, per costruire centrali elettriche ad alto rendimento, da fonti rinnovabili, con il vantaggio, di poter sfruttare tutta l’energia raccolta dalla manica a vento, dal fatto che questa sarà sostenuta in quota assieme alle funi ed il meccanismo di apertura e chiusura, dal pallone aerostatico, aiutato dall’ala portante, senza perdere energia per questo; inoltre la combinazione di un pallone aerostatico, coadiuvato da un'ala, consente di poter utilizzare, palloni di dimensioni inferiori a quanto necessario per arrivare in quota, con forme quanto più aerodinamiche possibile, eliminando cosi parecchia resistenza al vento quando l'unità è passiva, allo scopo di eliminare perdite di potenza dell’impianto, dovuto al maggior impatto del vento, sulle unità trainati in controvento.

Inoltre, la soluzione del braccio biella con i due sensori, consentirebbe di costruire impianti di facile gestione, poiché è la posizione del braccio, rispetto alla monorotaia che gestisce l’apertura o la chiusura della manica a vento, rendendo il sistema autogestito dalla direzione del vento stesso.

Altre caratteristiche scopi e vantaggi della presente invenzione, diverranno chiari dalla descrizione dettagliata che segue, in una sua forma di realizzazione attualmente preferita, riportata a titolo illustrativo e non limitativo, ed in base alle figure dei disegni allegati in cui:

La figura 1 mostra, un disegno dell’insieme dell’impianto

La figura 2 mostra, una sezione dell’anello monorotaia, e di un carrello con il braccio biella in posizione trasversale,

La figura 3 mostra in A, una unità di traino con la manica a vento chiusa, e in B, una unità di traino con la manica a vento aperta

La figura 4 mostra, i particolari in sezione, del sistema di chiusura, e apertura della manica a vento, in A vediamo la manica aperta, in B la manica chiusa, in C e D vediamo, i particolari ingranditi, del sistema di tiraggio delle funi.

La figura 5 mostra, due viste prospettiche, delle maniche a vento.

La figura 6 mostra, un esempio di un impianto senza il sistema elettromagnetico. Con riferimento ai disegni da 1 a 4, ed in particolare alla figura 1 , vediamo un insieme dell’impianto dove 1, 2, e 3, sono delle unità aerostatiche di traino con la manica a vento chiusa, che stanno trainando i carrelli 7, tramite le funi 13, collegati ai bracci oscillanti 9, poi in 4, 5, e 6, le unità di traino con la manica a vento aperta trainati in controvento, e vediamo poi in 8 l’anello monorotaia su pilastri.

Noteremo che le funi 13, sono collegati sull’unità di traino, in due punti in diagonale sul braccio, e sul telaio 22 fig.3, in modo da formare un sistema a pantografo con lo scopo di mantenere le unità di traino sempre in orizzontale.

E’ da notare che nel sistema avremo sempre un certo numero di unità di traino attraccati in modo equidistanti a dei carrelli, e dove sulla metà della circonferenza dell’anello le unità saranno trainanti e sull’altra metà saranno trainati.

Con riferimento alla figura 2, vediamo i particolari in sezione del carrello 7, la monorotaia 8, il braccio biella 9, sul perno 16, e sul braccio 9, l’argano di richiamo 18, e le funi 13, in 17 e 17b vediamo due sensori azionati a turno dal braccio 9, che comandano l'apertura o la chiusura delle maniche a vento, passando per la centralina 20; in 14 vediamo due ruote antisollevamento che corrono su rotaie, e in 25 una ruota che corre sulla trave monorotaia 8, l’albero della ruota 25, è collegato ad un generatore 26, che alimenta il complesso di elettromagneti induttori 27, fissati ai carrelli 7, e questo per un certo numero di carrelli, secondo la potenza dell’impianto, mentre gli elettromagneti 28, montati su tutto il perimetro della monorotaia, e sottoposti al campo magnetico in movimento generano corrente elettrica da utilizzare.

Con riferimento alla figura 3 vediamo, in A una unità aerostatica di traino con in 20, la manica a vento chiusa a forma di paracadute, mantenuta in quota dal pallone aerostatico 19, e dall’ala di sostentamento 30, in 21 due verricelli elettrici che tirano le funi 40, 41 e 41 b, per la chiusura della manica a vento, in 22 la struttura metallica che sostiene il tutto; e in 23, un elemento tubolare centrale, sul quale sono montati delle carrucole 24, e tutto il meccanismo di chiusura della manica a vento. In B vediamo la stessa unità aerostatica di traino con la manica a vento 20 aperta; non è raffigurato il servomeccanismo che gestisce l'incidenza dell'ala in quanto, questo sarebbe inutile e limitativo d ambito dell' invenzione.

Con riferimento alla figura 4 vediamo il meccanismo a funi di apertura e chiusura della manica a vento, dove in A con 31 , vediamo il tessuto della manica a vento, montato sul supporto metallico 32, poi vediamo delle funi 33 e 33b, disposti ad intervalli regolari su tutto il perimetro della manica, che si prolungano a raggio, fino all’elemento cilindrico 37 (meglio in C), su quale sono fissati, l’elemento 37 scorre all’interno dell’elemento tubolare 23, disposto al centro della manica a vento, noteremo le carrucole 38, disposti a corona che guidano le funi 33, all'interno dell’elemento tubolare 35; poi vediamo un elemento ad anello scorrevole 42, al quale sono fìssati delle funi 34, che passano sotto una seconda corona di carrucole 39, l’altra estremità delle funi 34 è fissata come vediamo in A, tra le 33 e 33b sulla còrda di rinforzo 36, della manica 31, e questi disposti a raggio per tutto il perìmetro; sull’elemento scorrevole 42, sono fìssati due funi 41 e 41 b, che vanno a finire ad uno dei verricelli 21 fìg. 3 A, mentre al centro dell’elemento 37 è fissata una fune 40, che va a finire all’atro verricello 21 , fìg. 3 A.

Quando azioneremo i verricelli 21, faremo scorrere all’indietro i due elementi 37 e 42, che tireranno tutte le funi 34 e 33 di tutto il perimetro, radunando tutto il bordo della manica attorno alla corona di carrucole 38, mentre le eccedenze di tessuto con la corda di rinforzo, verranno piegati a V stretta tirati dalle funi 34, che avranno una corsa maggiore, ed una partenza anticipata del tiraggio rispetto alle funi 33; avremo cosi una chiusura a paracadute della manica a vento come possiamo vedere in D fìg. 4, e B fìg.5; il sistema è dotato di sensori di fine corsa, e di posizioni intermedie di chiusura, con controllo elettronico.

Con riferimento alla figura 5, vediamo in A la manica a vento aperta con le funi 33, disposti a raggio che si prolungano su tutta la manica a vento 31 , sulla quale sono trattenuti, tramite manichette cucite non visibili, mentre il capo della fune è fissato all'anello metallico 32; vediamo poi che tra due funi 33, sono fìssati alla corda di rinforzo 36, le funi 34 disposti a raggio su tutto il perimetro, queste piegheranno a V l’eccedenza di corda 36, e di tessuto 31, come detto prima quando le funi 33 saranno tirati; in B vediamo la forma a paracadute, che assume la manica a vento quando è chiusa, e i tiranti 33, fissati all’anello metallico 32.

Con riferimento alla figura 6 vediamo una variante dello stesso sistema in una versione senza il dispositivo elettromagnetico, destinato ad impianti di piccola o media produzione, dove vediamo la ruota 25 del carrello, che aziona un alternatore 10, tramite il suo alberal i, l'energia elettrica viene trasmessa in centrale tramite i collettori perimetrale 12, questa soluzione è data solo a titolo di esempio non limitativo in quanto può<->essere usato qualsiasi dispositivo meccanico attualmente in uso per trasferire la forza motrice dei carrelli, ad uno o più generatori; le specifiche altre modalità sono innumerevoli, e la loro menzione specifica sarebbe inutile e limitativa, dell’ambito dell’invenzióne.

Con riferimento alle figure da 1 a 5, verrà ora illustrato il funzionamento del sistema secondo la presente invenzione.

In posizione di manutenzione, gli argani elettrici 8, montatati sui bracci biella 9, trattengono le unità di traino in prossimità dei bracci, rilasciando le funi 13, le unità da 1 a 6, con le maniche a vento chiuse saliranno fino a stabilizzarsi all’incirca mezza quota, trattenuti dal peso delle funi, e della minore densità deN'aria, a questo punto, interverrà il sistema elettronico 29, che aumenta la portanza dell’ala 30, fino a farle salire alla quota prestabilita controllata da un altimetro a bordo, l'impianto sarà pronto per cominciare la produzione.

In figura 1 , vediamo le unità di traino 1 , 2, e 3, in fase di traino con la manica a vento chiusa, attraccati ai bracci biella 9; la forza motrice di queste unità, viene trasmessa così tramite le funi 13, ai carrelli 7, che si mettono in

movimento, e sono disposti su tutto il percorso della monorotaia 8, in modo da formare un unico anello ruotante.

I carrelli 7 fig. 2 sono dotati di ruote guida antisollevamento 14, e di appoggio 25, l’albero della ruota 25, è collegato tramite una scatola ad ingranaggi ad un generatore di corrente 26, che produce corrente agli elettromagneti induttori 27, e 27b, fissati ai carrelli 7; lungo tutto il perimetro della monorotaia 8, sono disposti degli elettromagneti indotti 28 e 28b, che sotto l’influenza dei campi magnetici generati dagli elettromagneti induttori 27, e 27b in movimento, producono corrente elettrica da utilizzare.

Gli elettromagneti induttori 27, che sono alimentati dalla corrente elettrica generata dai generatori 26, mossi dalle ruote 25, sono sottoposti ad una intensità di corrente direttamente proporzionale alla velocità di rotazione delle ruote, e pertanto, dell’anello di carrelli 7, si capisce cosi che il sistema diventa autoregolante in quanto, quando aumenta la velocità del vento e pertanto dell’anello aumenta l’induzione che tende a frenare il complesso; chiaramente il tutto sotto la gestione del circuito elettronico 29, che gestisce anche la chiusura parziale o totale delle maniche a vento corrispondente al carrello.

Questo sistema di alimentazione dei pacchi induttori 27, e dato a titolo di esempio non limitativo, e può essere sostituito da qualsiasi altro mezzo di alimentazione esterno, a mezzo collettori, e gestito con mezzi elettronici.

Sopra al carrello in prossimità del perno 16 del braccio biella 9, sono posizionati due sensori 17, e 17b, che controllano la posizione del braccio 9, essendo questo tirato dalle unità di traino è continuamente allineato con questa, e di conseguenza con la direzione del vento; ad un certo punto della sua corsa, il carrello si troverà in prossimità del punto “Punto Morto esterno”, (vedi carrello dell’unità 3 in fig. 1) con il braccio 9, in posizione trasversale esterno rispetto all’anello della monorotaia 8, il sensore 17, sarà azionato dal braccio, ed invierà tramite il circuito elettronico 20, e un cavo elettrico accoppiato ad una una delle funi, il segnale di apertura della manica a vento 20 fig. 3; i verricelli 21, allenteranno le funi 40 , 41 e 41 b, che mantengono chiusa la manica a vento 20, ed il vento potrà passare liberamente, mentre l’unità diventa passiva, e viene trainata fino all’altra estremità dell’anello monorotaia; nella sua corsa all’indietro, l’ala sarà investita da un flusso d’aria maggiore, e pertanto farà salire l’unità di qualche diecina di metri, secondo l’incidenza dell’ala, e la lunghezza della corsa; quando ricomincerà la sua fase di traino, ricomincerà a scendere, essendo trattenuta dalle funi fissati ai carrelli a terra; eseguendo così un ciclo continuo di sale, e scende, facendo sì, che tutte le unità di traino si troveranno sempre a quote diverse, lasciando le maniche a vento che si trovano davanti sempre investiti in pieno dal vènto.

Contemporaneamente al lato opposto dell’anello 8 fig. 1 , il carrello dell’unità 6, si troverà in prossimità del punto PM interno con il braccio 9, in posizione trasversale interno rispetto all’anello monorotaia ed azionerà il sensore 17b, che comanderà la chiusura della manica a vento, i verricelli 21, fig. 3 riavvolgeranno le funi, chiudendo la manica a vento, e l'unità aerostatica 6 diventerà trainante.

Si capisce cosi, che avendo una monorotaia di forma circolare i punti PM esterno, e PM interno, ruoteranno sempre con la direzione del vento auto allineando il sistema, cosi rimpianto non necessiterà di apparati per il rilevamento della direzione del vento, e della gestione dell'impianto; e la potenzialità di questo, dipenderà solo dal diametro dell'anello monorotaia, dal numero di unità di traino installati, e dal diametro della manica a vento; rendendo possibile con il sistema oggetto del presente trovato, la costruzione di centrali eoliche ad alto rendimento, di facile gestione, con costi di costruzione relativamente bassi, e con basso impatto ambientale.

Su ogni carrello sarà predisposto un circuito di alimentazione elettrica per gli argani e per tutte le utenze necessarie al buon funzionamento del sistema, e sulle unita di traino sarà possibile installare dei dispositivi di segnalazione de impianto, con mezzi visivi, ed elettronici, secondo le regolamentazioni vigenti dei caso.

Sarebbe anche possibile sfruttare la superfìcie allungata del pallone aerostatico, per della pubblicità notturna con un sistema d’illuminazione a led, aumentando così la segnalazione dell’impianto.

La presente invenzione è stata descritta con riferimento ad una sua forma di realizzazione attualmente preferita, ma si comprenderà che in pratica, potranno essere apportate varianti e modifiche, senza uscire dall’ambito di protezione della presente privata industriale.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1 Sistema d'impianto per la produzione di energia elettrica dai venti di alta quota, caratterizzato dal fatto che comprende: Un particolare treno monorotaia generatore di corrente, composto da una serie di carrelli collegati elasticamente tra loro; trainati da una serie di unità in quota, muniti di manica a vento richiudibili, mezzi di chiusura delle maniche a vento, mezzi di comando dell’apertura e della chiusura delle maniche a vento, mezzi aerostatici di sollevamento, mezzi ad ala coadiuvanti al sostentamento in quota, mezzi elettromeccanici di attuazione, del segnale di apertura e chiusura delle maniche a vento; inoltre, mezzi di produzione di energia elettrica tramite elettromagnetici induttori fissati ai carrelli, mezzi di eccitazione degli elettromagneti induttori, e mezzi elettromagnetici indotti, per la produzione dell'energia elettrica.
2. 2 Sistema d’impianto per la produzione dj energia elettrica dai venti di alta quota, secondo una o più delle rivendicazioni 1e 2, caratterizzato dal fatto che il treno di carrelli collegati tra loro elasticamente, formano un anello chiuso, che ruota su tutto il perimetro di una monorotaia ad anello, di forma circolare.
3. 3. Sistema d’impianto per la produzione di energia elettrica dai venti di alta quota, secondo una o più delle rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che sul carrello al quale sarà attraccata una unità di traino, vi è montato solidalmente, un perno sul quale ruota un braccio con funzione di biella, munito di carrucole, ed argano di richiamo delle unità; e che questo braccio interagisce con dei sensori, che comandano l’apertura, e la chiusura, della manica a vento, dell'unità a questo attraccata.
4. 4 Sistema d’impianto per la produzione di energia elettrica dai venti di alta quota, secondo, una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, le unità di traino sono attraccati ai bracci biella, con due funi, le quali sono fissati sia sul braccio, che sul telaio dell’unità, in due punti in diagonale; in modo da formare un sistema a pantografo, per mantenere l’unità sempre in orizzontale.
5. 5 Sistema d’impianto per la produzione di energia elettrica dai venti di alta quota secondo, una o più rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che, i carrelli che corrono sulla monorotaia, producono energia elettrica direttamente, con mezzi elettromagnetici del tipo generatori lineari, o indirettamente, prelevando con mezzi meccanici, la forza motrice dei carrelli, per inviarla ad uno o più generatori elettrici.
6. 6 Sistema d’impianto per la produzione di energia elettrica dai venti di alta quota, secondo, una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, i pacchi di elettromagneti induttori, possono essere alimentati direttamente da generatori di corrente azionati dall’albero delle ruote dei carrelli, o indirettamente da fonti esterni, tramite mezzi collettori.
7. 7 Sistema d'impianto per la produzione di energia elettrica dai venti di alta quota secondo, una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, le unità di traino sono costituiti da un pallone aerostatico di forma aerodinamica, accoppiato ad un’ala di sostentamento ad incidenza regolabile da terra, e da una o più maniche a vento, richiudibili a paracadute, tramite un meccanismo di funi e verricelli, o altro apparato servoassistito.
8. 8 Sistema d’impianto per la produzione di energia elettrica dai venti di alta quota secondo, una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, la manica a vento e dotata di un sistema di chiusura della parte libera, tramite un sistema a funi tirate, disposti a raggio per tutta la circonferenza della manica, secondo la descrizione, e che quando la manica a vento è chiusa, assume la forma di un paracadute.
9. 9 Sistema d’impianto per la produzione di energia elettrica dai venti di alta quota secondo, una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, le unità di traino sono mantenuti in quota da un pallone aerostatico coadiuvato da un ala sostentatrice, e questa può essere di forma diritta o a delta, rìgida o in tessuto su telaio, del tipo deltaplano dotata di servomeccanismo di variazione della portanza.
10. 10 Sistema d’impianto per la produzione di energia elettrica dai venti di alta quota secondo, una o più, delle precedenti rivendicazioni, e sostanzialmente come precedentemente descritto, ed illustrato in riferimento alle figure dei disegni allegati.