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ITUB20152884A1 - BARRIER FOR THE EXPLOITATION OF IMPACT ENERGY OF THE MARINE WAVES - Google Patents

BARRIER FOR THE EXPLOITATION OF IMPACT ENERGY OF THE MARINE WAVES Download PDF

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Publication number
ITUB20152884A1
ITUB20152884A1 ITUB2015A002884A ITUB20152884A ITUB20152884A1 IT UB20152884 A1 ITUB20152884 A1 IT UB20152884A1 IT UB2015A002884 A ITUB2015A002884 A IT UB2015A002884A IT UB20152884 A ITUB20152884 A IT UB20152884A IT UB20152884 A1 ITUB20152884 A1 IT UB20152884A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
piezoelectric
ceramic
electricity
barrier
elements
Prior art date
Application number
ITUB2015A002884A
Other languages
Italian (it)
Inventor
Carmine Fioravante
Original Assignee
Artingegneria Srl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Artingegneria Srl filed Critical Artingegneria Srl
Priority to ITUB2015A002884A priority Critical patent/ITUB20152884A1/en
Publication of ITUB20152884A1 publication Critical patent/ITUB20152884A1/en

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Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02BHYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B3/00Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
    • E02B3/04Structures or apparatus for, or methods of, protecting banks, coasts, or harbours
    • E02B3/06Moles; Piers; Quays; Quay walls; Groynes; Breakwaters ; Wave dissipating walls; Quay equipment
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02BHYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B9/00Water-power plants; Layout, construction or equipment, methods of, or apparatus for, making same
    • E02B9/08Tide or wave power plants
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Structural Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
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Description

BARRIERA PER LO SFRUTTAMENTO DELL'ENERGIA D'URTO DELLE ONDE MARINE BARRIER FOR THE EXPLOITATION OF THE SHOCK ENERGY OF THE SEA WAVES

DESCRIZIONE: DESCRIPTION:

CAMPO DELLA TECNICA A CUI L'INVENZIONE FA RIFERIMENTO FIELD OF THE TECHNIQUE TO WHICH THE INVENTION REFERS

Il Campo della tecnica a cui 1'invenzione fa riferimento è la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile: in particolare lo sfruttamento dell'onda generata dal volume d'acqua delle onde marine (quantità di moto della massa fluida marina) tramite l'utilizzo della tecnologia piezoelettrica. The field of the technique to which the invention refers is the production of electricity from renewable sources: in particular the exploitation of the wave generated by the volume of water of the sea waves (momentum of the marine fluid mass) through the use of piezoelectric technology.

STATO DELLA TECNICA PREESISTENTE STATE OF THE PRE-EXISTING TECHNIQUE

FONTE SOURCE

La fonte scelta per l'applicazione della tecnologìa è il moto ondoso, ed in particolare l'energia dell'onda in prossimità della costa (urto). The source chosen for the application of the technology is the wave motion, and in particular the wave energy near the coast (shock).

Il moto ondoso è una fonte dotata di enorme energia ed è presente in abbondanza su tutto il pianeta. Wave motion is a source of enormous energy and is present in abundance all over the planet.

L'energia prodotta dall'urto dell'onda è stata studiata da più di un istituto di ingegneria sia a livello teorico che pratico: questo agevola lo studio di producibilità. The energy produced by the shock of the wave has been studied by more than one engineering institute both on a theoretical and practical level: this facilitates the study of producibility.

Oltre a ciò si segnala l'esistenza di cartografie tecniche in cui sono evidenziate le caratteristiche del moto ondoso, in rapporto alla durata delle manifestazioni in diverse parti del territorio mondiale; per tale ragione esiste già un pre-screening sulla possibile producibilità zona per zona. In addition to this, it is worth mentioning the existence of technical cartographies in which the characteristics of the wave motion are highlighted, in relation to the duration of the events in different parts of the world; for this reason there is already a pre-screening on the possible producibility area by area.

Tali cartografie potrebbero essere un ottimo punto di partenza per la scelta del sito di installazione così come tutt'oggi accade con le cartografie anemologiche, atte ad individuare punti di installazione di siti eolici, e all'atlante solare riguardo gli impianti fotovoltaici. These maps could be an excellent starting point for the choice of the installation site as it still happens today with anemological maps, designed to identify installation points of wind farms, and the solar atlas regarding photovoltaic systems.

TECNOLOGIA TECHNOLOGY

La soluzione tecnologica che si andrà ad adottare è già disponibile sul mercato: sfrutta la conoscenza sui materiali piezoelettrici utilizzati in ambito ingegneristico per diverse applicazioni che, fino ad ora, esulano dal campo di produzione di energia elettrica se non per alcune particolari applicazioni di tipo non industriale. Il materiale piezoelettrico ha la caratteristica di generare una quantità di energia elettrica se deformato (elasticamente) o sollecitato meccanicamente. Le proprietà piezoelettriche sono dovute alla struttura cristallina di alcuni materiali come il quarzo, la tomalina, il titanato di bario o il PZT. The technological solution that will be adopted is already available on the market: it exploits the knowledge on piezoelectric materials used in the engineering field for various applications which, until now, are outside the field of electricity production except for some particular non-specific applications. industrial. The piezoelectric material has the characteristic of generating an amount of electrical energy if deformed (elastically) or mechanically stressed. The piezoelectric properties are due to the crystalline structure of some materials such as quartz, tomaline, barium titanate or PZT.

A fronte di una piccolissima deformazione questi materiali sono in grado di produrre una certa quantità di energia elettrica che, attraverso il collegamento in serie di più "celle piezoelettriche" ed in ragione dell'<->estensione elevata della superficie interessata dalla spinta di un'onda, sarà sicuramente in grado di generare valori interessanti di energia elettrica pulsante. Faced with a very small deformation, these materials are able to produce a certain amount of electrical energy which, through the series connection of several "piezoelectric cells" and due to the <-> high extension of the surface affected by the thrust of a wave, will certainly be able to generate interesting values of pulsating electricity.

Nel dettaglio gli attuatori in ceramica PZT sono elementi solidi di titanato di piombo (PbTi03), e di zirconato di piombo (PbZrOj), modificato con additivi, come il Grafene. Oltre ad essere fortemente piezoelettrico, il PZT è duro, resistente, chimicamente inerte e completamente non influenzato da ambienti umidi. Prima della polarizzazione i dipoli nel materiale ferroelettrico sono orientati in maniera disordinata. Il processo di polarizzazione consiste nell'applicazione di un campo elettrico attraverso la ceramica, di solito ad elevate temperature, causando il riallineamento dei dipoli. Dopo la rimozione del campo elettrico vi è una polarizzazione rimanente nella ceramica che è responsabile delle sue proprietà piezoelettriche. Il materiale ceramico risultante è ora anisotropo e può essere riportato alle sue condizioni isotrope aumentando la sua temperatura oltre il punto di Curie o dopo una eccessiva sollecitazione meccanica. La maggior parte delle proprietà del piezoelettrico cambiano gradualmente (tendenzialmente in maniera logaritmica) col tempo. Più tempo passa dopo la polarizzazione più il materiale è stabile. Esporre la ceramica ad uno o più combinazioni delle seguenti condizioni può accelerare il processo di invecchiamento: In detail, PZT ceramic actuators are solid elements of lead titanate (PbTi03), and lead zirconate (PbZrOj), modified with additives, such as Graphene. In addition to being strongly piezoelectric, PZT is tough, tough, chemically inert and completely unaffected by humid environments. Before polarization the dipoles in the ferroelectric material are oriented in a disordered manner. The polarization process involves applying an electric field through the ceramic, usually at elevated temperatures, causing the dipoles to realign. After the removal of the electric field there is a remaining polarization in the ceramic which is responsible for its piezoelectric properties. The resulting ceramic material is now anisotropic and can be returned to its isotropic condition by increasing its temperature beyond the Curie point or after excessive mechanical stress. Most of the properties of the piezoelectric change gradually (tendentially in a logarithmic way) over time. The more time passes after polarization, the more stable the material is. Exposing the ceramic to one or more combinations of the following conditions can accelerate the aging process:

-Elevata sollecitazione meccanica -High mechanical stress

-Forte campo elettrico de-polarizzante -Strong de-polarizing electric field

-Alte temperature vicino al punto Curie -High temperatures near the Curie point

Grazie alla polarizzazione la ceramica piezoelettrica si carica elettricamente quando è soggetta a sollecitazioni di tipo meccanico . Thanks to polarization, piezoelectric ceramic is electrically charged when subjected to mechanical stresses.

Tali materiali potranno essere migliorati anche grazie al Grafene, materiale di ultima generazione. These materials can also be improved thanks to Graphene, the latest generation material.

Gli attuatori piezoelettrici, funzionano sia sotto sollecitazioni statiche che dinamiche. Il loro asse di funzionamento è quello verticale, di compressione. Particolare attenzione viene posta nell'ideazione della configurazione dell'elemento captante del movimento; la barriera fronte onda e gli strati che racchiudono gli attuatori avranno rigidezze differenti al fine di evitare sforzi concentrati sulla ceramica PZT. Piezoelectric actuators work under both static and dynamic stresses. Their axis of operation is the vertical, compression axis. Particular attention is paid to the conception of the configuration of the capturing element of the movement; the wave front barrier and the layers that enclose the actuators will have different stiffnesses in order to avoid concentrated efforts on the PZT ceramic.

PROBLEMA TECNICO E SOLUZIONE PROPOSTA TECHNICAL PROBLEM AND PROPOSED SOLUTION

IDEA PROGETTUALE DESIGN IDEA

L'idea, è quella di creare delle grosse superfici fronte onda che, oltre a fungere da salvaguardia e protezione per le coste come frangiflutti, integrino la superficie piezoelettrica atta alla produzione dì energia elettrica. The idea is to create large wave-facing surfaces which, in addition to acting as a safeguard and protection for the coasts such as breakwaters, integrate the piezoelectric surface suitable for the production of electricity.

Si consideri che la superficie piezoelettrica potrà essere assimilata ad una lastra di materiale piezoelettrico che verrà integrata con alcuni accorgimenti ingegnerìstici ai materiali costituenti la barriera frangiflutto; questo permetterà la totale integrazione della parte di produzione energia elettrica con le opere civili di mitigazione della corrosione costiera, già esistenti o da realizzarsi {come previsto peraltro dalla recente normativa nazionale sulla risistemazione delle coste italiane). L'energia elettrica cosi ricavata dovrà essere successivamente trattata da un'apparecchiatura (inverter, trasformatori, condensatori, reattanze, etc..) per l'utilizzo e l'accumulo da parte di soggetti pubblici o privati; tale necessità deriva dagli standard tecnici imposti dalla rete elettrica di ricezione. Consider that the piezoelectric surface can be assimilated to a plate of piezoelectric material which will be integrated with some engineering devices to the materials constituting the breakwater barrier; this will allow the total integration of the part of electricity production with the civil works for the mitigation of coastal corrosion, already existing or to be carried out (as foreseen by the recent national legislation on the reorganization of the Italian coasts). The electricity thus obtained will have to be subsequently treated by equipment (inverters, transformers, capacitors, reactors, etc.) for use and accumulation by public or private entities; this need derives from the technical standards imposed by the receiving electricity network.

OBIETTIVI DEL PROGETTO OBJECTIVES OF THE PROJECT

La base di studio è fondata su pochi obiettivi fondamentali per la bontà dell'idea: The study base is based on a few fundamental objectives for the goodness of the idea:

- utilizzo di una fonte rinnovabile presente su tutto il territorio mondiale; - use of a renewable source present throughout the world;

- utilizzo di una fonte rinnovabile dotata di grande potenza; - use of a renewable source with great power;

- utilizzo di una nuova tecnologia di sfruttamento della fonte rinnovabile; - use of a new technology for exploiting the renewable source;

- utilizzo di una tecnologia semplice, pulita e ad impatto ambientale pressoché nullo; - use of a simple, clean technology with almost zero environmental impact;

- utilizzo di una tecnologia affidabile, duratura e con bassi costi di realizzazione; - use of a reliable, long-lasting technology with low production costs;

- utilizzo di una tecnologia che possa integrarsi con lo sviluppo di nuove strutture atte alla preservazione del territorio e alla difesa spendale; - use of a technology that can be integrated with the development of new structures for the preservation of the territory and the defense of spending;

- utilizzo di una tecnologia dotata di intrinseco sviluppo futuro per il raggiungimento di ulteriori sviluppi di efficienza e salvaguardia ambientale. - use of a technology with intrinsic future development to achieve further developments in efficiency and environmental protection.

Ad oggi, le diverse fonti 'pulite' sono state già analizzate generando la nascita di diversi metodi di sfruttamento delle stesse, col raggiungimento di una buona maturità tecnologica. To date, the various 'clean' sources have already been analyzed, generating the birth of different methods of exploiting them, with the achievement of a good technological maturity.

L'aspetto innovativo della seguente proposta è l'utilizzo di una tecnologia consolidata in altri campi di applicazione, e l'adozione di quest'ultima per lo sfruttamento della fonte e la conseguente produzione di energia. The innovative aspect of the following proposal is the use of a technology consolidated in other fields of application, and the adoption of the latter for the exploitation of the source and the consequent production of energy.

La tecnologia valutata è in continuo sviluppo, soprattutto per l'innovazione dei materiali che la caratterizzano, e che permetteranno potenzialmente una maggiore efficacia non solo dal punto di vista tecnico, ma anche una maggiore economicità dal punto di vista commerciale. The technology evaluated is in continuous development, especially due to the innovation of the materials that characterize it, and which will potentially allow greater effectiveness not only from a technical point of view, but also greater cost-effectiveness from a commercial point of view.

Operando nel modo descritto sarà possibile sfruttare una risorsa dotata di molta energia attraverso sistemi estremamente semplici, molto efficienti (il materiale piezoelettrico ha un'altissima efficienza nella trasformazione elettro-meccanica) ed a bassissima manutenzione. By operating in the manner described, it will be possible to exploit a resource with a lot of energy through extremely simple, very efficient systems (the piezoelectric material has a very high efficiency in the electro-mechanical transformation) and very low maintenance.

Ad oggi la limitazione nell'applicazione del materiale piezoelettrico riguarda sostanzialmente il costo del materiale stesso; tale problematica potrebbe essere mitigata sia dall'elevata commercializzazione del sistema descritto, che quindi genererebbe un abbattimento del costo del materiale, sia dalia semplicità di installazione della struttura. To date, the limitation in the application of the piezoelectric material substantially concerns the cost of the material itself; this problem could be mitigated both by the high commercialization of the system described, which would therefore generate a reduction in the cost of the material, and by the simplicity of installation of the structure.

DISEGNI DRAWINGS

• TAVOLA 01: Inquadramento pianimetrico e assonometrico dell’opera oggetto di brevetto - Nella tavola 01 viene proposta una configurazione pianimetrica tipo del posizionamento dei pennelli oggetto di brevetto sia in posizione spondale che in corrispondenza delle opere frangiflutti. Viene altresì indicato il metodo di funzionamento piezoelettrico per la produzione di energia elettrica a partire dalla sollecitazione meccanica. • TABLE 01: Planimetric and axonometric classification of the patented work - Table 01 proposes a typical planimetric configuration of the positioning of the patented brushes both in the bank position and in correspondence with the breakwater works. The piezoelectric method of operation for the production of electrical energy starting from mechanical stress is also indicated.

3' da specificare che le due soluzioni vengono qui rappresentate combinate ma il funzionamento delle stesse è indipendente e possono essere installate anche singolarmente . 3 'it should be specified that the two solutions are shown here combined but their operation is independent and can also be installed individually.

• TAVOLA 02: Masterplan e sezione dell'opera oggetto di brevetto in un tratto costiero tipo - Nella tavola 02 vengono rappresentate le due configurazioni, spondale e frangiflutti per lo sfruttamento dell'energia d'urto del moto ondoso e viene illustrata la metodologia di stoccaggio e collegamento in rete dell'energia prodotta. • TABLE 02: Masterplan and section of the patented work in a typical coastal stretch - Table 02 shows the two configurations, bank and breakwater for the exploitation of the impact energy of wave motion and illustrates the storage methodology and grid connection of the energy produced.

• TAVOLA 03: Particolari del funzionamento ed esploso assonometrico dell'opera oggetto di brevetto - Nella tavola 03 viene rappresentata la morfologia e la tecnologia della barriera, coi dettagli della sua stratigrafia come da rivendicazioni, e il suo funzionamento dinamico, • TABLE 03: Details of the operation and axonometric exploded view of the patented work - Table 03 shows the morphology and technology of the barrier, with the details of its stratigraphy as per the claims, and its dynamic operation,

• TAVOLA 04: Particolari del collegamento in rete degli attuatorì piezoelettrici - Nella tavola 04 si descrive un possibile schema elettrico di collegamento in rete degli attuatori piezoelettrici. • TABLE 04: Details of the network connection of the piezoelectric actuators - Table 04 describes a possible wiring diagram for the network connection of the piezoelectric actuators.

• TAVOLA 05: Diagramma di flusso: energia prodotta ed utilizzatori - Nella tavola 05 si descrive il diagramma di flusso della metodologia di funzionamento dei pannelli piezoelettrici {generatori ed utilizzatori). • TABLE 05: Flow chart: energy produced and users - Table 05 describes the flow chart of the operating methodology of the piezoelectric panels (generators and users).

MODO DI ATTUAZIONE DELL'INVENZIONE METHOD OF IMPLEMENTING THE INVENTION

La barriera è posta in corrispondenza delle opere, esistenti o di nuova costruzione, di difesa spendale e protezione dall'erosione costiera e in corrispondenza di barriere frangiflutti. Essa è costituita da uno strato di materiale rigido posizionato fronte onda, uno strato intermedio di gomma o materiale elastico, uno strato intermedio su cui vengono posizionati gli attuatori piezoelettrici di tipo piano o ’a piatto' e uno strato elastico, il tutto applicato ad un supporto rigido, esistente o prodotto ad hoc. Lo strato superiore, per un design più accattivante, può essere provvisto di uno o più fori dove sono allocati diodi emettitori di luce collegati attraverso cavi elettrici con gli elementi piezoceramici, avendo cura di mantenere gli strati sottostanti ben isolati, per evitare l'infiltrazione di acqua marina . The barrier is placed in correspondence with existing or new construction works for coastal defense and protection from coastal erosion and in correspondence with breakwater barriers. It consists of a layer of rigid material positioned in front of the wave, an intermediate layer of rubber or elastic material, an intermediate layer on which the flat or 'flat' piezoelectric actuators are positioned and an elastic layer, all applied to a rigid support, existing or ad hoc product. The upper layer, for a more attractive design, can be provided with one or more holes where light emitting diodes are allocated connected through electric cables with the piezoceramic elements, taking care to keep the underlying layers well insulated, to avoid the infiltration of sea water.

Gli elementi piezoelettrici secondo la rivendicazione 2 sono piatti quadrati della dimensione di 165 mm x 165 min e dello spessore compreso tra 25 e 35 mm, rifiniti con elettrodi depositati con tecnica sottovuoto all'intradosso e all'estradosso, collegati a cavi per il trasporto dell'energia prodotta dalla deformazione meccanica. The piezoelectric elements according to claim 2 are square plates having a dimension of 165 mm x 165 min and a thickness between 25 and 35 mm, finished with electrodes deposited with vacuum technique on the intrados and extrados, connected to cables for transporting the energy produced by mechanical deformation.

I materiali degli elementi costituenti il sandwich di supporto agli attuatori possiedono diverse caratteristiche meccaniche e quindi diversi gradi di deformabilità che permettono una corretta propagazione dell'energia meccanica e distribuzione uniforme delle forze su ogni singolo piatto piezoelettrico. Nel dettaglio lo strato superiore a contatto con l'acqua ha una rigidità elevata per assorbire l'impatto delle onde e distribuirlo con la sua vibrazione ed oscillazione in maniera uniforme sugli strati sottostanti. The materials of the elements making up the sandwich supporting the actuators have different mechanical characteristics and therefore different degrees of deformability that allow a correct propagation of mechanical energy and uniform distribution of forces on each individual piezoelectric plate. In detail, the upper layer in contact with water has a high rigidity to absorb the impact of the waves and distribute it with its vibration and oscillation evenly on the underlying layers.

Questi ultimi in cui sono racchiusi i piatti di ceramica PZT sono caratterizzati da una maggiore elasticità (es. resina poliuretanica elastica) per permettere la deformazione degli elementi piezoceramici sufficiente a creare energìa elastica e produrre l'impulso e la loro attivazione, minimizzando rotture, lacerazioni, abrasioni, scheggiature, fessurazioni e The latter in which the PZT ceramic plates are enclosed are characterized by greater elasticity (e.g. elastic polyurethane resin) to allow the deformation of the piezoceramic elements sufficient to create elastic energy and produce the impulse and their activation, minimizing cracks, tears , abrasions, chips, cracks e

dal supporto, sotto azioni unidirezionali o concentrati degli elementi . from the support, under one-way or concentrated actions of the elements.

La barriera ha caratteristiche di modularità, da adeguarsi e replicarsi in diverse condizioni e situazioni pianimetriche costiere (frangiflutti, protezione dei porti, protezione delle spiagge, muraglioni di contenimento alla spinta delle onde etc.). Questo permetterà la totale integrazione della parte di produzione energia elettrica con le opere civili di mitigazione della corrosione costiera, già esistenti o da realizzarsi (come previsto dalla recente normativa nazionale sulla risistemazione delle coste italiane). The barrier has characteristics of modularity, to be adapted and replicated in different coastal conditions and planimetric situations (breakwaters, protection of ports, protection of beaches, containment walls to the thrust of the waves, etc.). This will allow the total integration of the electricity production part with the civil works for the mitigation of coastal corrosion, already existing or to be carried out (as required by the recent national legislation on the reorganization of the Italian coasts).

La posa in opera deve avvenire nell'assoluto rispetto della protezione contro gli agenti igrotermici, in quanto tali fattori possono danneggiare gli attuatori piezoceramici. The installation must take place in full compliance with the protection against hygrothermal agents, as these factors can damage the piezoceramic actuators.

La corrente elettrica viene trasportata sotto il fondo marino tramite cavi e può essere stoccata in batterie o essere direttamente utilizzata. L'energia elettrica così ricavata dovrà essere successivamente trattata da un'apparecchiatura (inverter, trasformatori, condensatori, reattanze, etc..) al fine del suo utilizzo e accumulo da parte di soggetti pubblici o privati; tale necessità deriva dagli standard tecnici imposti dalla rete elettrica dì ricezione. Electricity is carried under the seabed by cables and can be stored in batteries or be used directly. The electricity thus obtained will have to be subsequently treated by equipment (inverters, transformers, capacitors, reactors, etc.) for its use and accumulation by public or private entities; this need derives from the technical standards imposed by the receiving electricity network.

UTILIZZO IN AMBITO INDUSTRIALE. USE IN INDUSTRIAL SECTOR.

RISULTATI ATTESI E LEAD USERS EXPECTED RESULTS AND LEAD USERS

Grazie all'estensione su tutto il territorio mondiale di fronti costieri, 1'applicazione è potenzialmente vasta ed esportabile non solo a livello europeo ma anche a livello mondiale. Thanks to the extension of coastal borders throughout the world, the application is potentially vast and exportable not only at European level but also at world level.

La barriera potrà essere in grado di fornire energia per diversi usi, come ad esempio l'illuminazione urbana e costiera (15), l'alimentazione di macchine elettriche (16) e delle (nuove sul mercato) barche elettriche (17) e così via. The barrier may be able to supply energy for various uses, such as urban and coastal lighting (15), powering electric cars (16) and (new on the market) electric boats (17) and so on. .

I risultati attesi riguardano l'alta commerciabilità del sistema di produzione rimarcando quanto già accaduto per la produzione di energia elettrica da parte di sistemi quali il fotovoltaico, l'eolico, l'idroelettrico e la geotermia. The expected results concern the high marketability of the production system, noting what has already happened for the production of electricity by systems such as photovoltaic, wind, hydroelectric and geothermal.

Tale previsione trova conforto nel quadro normativo nazionale, europeo e mondiale che allo stato attuale prevede un'incentivazione per la produzione di energia elettrica da fonte marina molto più elevata rispetto alle altre tipologie già citate. Inoltre esiste già un quadro di programmazione, di sostenibilità e preservazione ambientale a livello europeo, che prevede la risistemazione e la protezione dei litorali. This forecast is supported by the national, European and global regulatory framework which currently provides for a much higher incentive for the production of electricity from marine sources than the other types already mentioned. Furthermore, there is already a framework for planning, sustainability and environmental preservation at European level, which provides for the rehabilitation and protection of the coasts.

Per quanto sopra è facilmente prevedibile come l'applicazione proposta possa fornire interessanti ritorni ambientali ed economici. From the above, it is easy to foresee how the proposed application can provide interesting environmental and economic returns.

Claims (9)

BARRIERA PER LO SFRUTTAMENTO DELL'ENERGIA D'URTO DELLE OHDE MARINE RIVENDICAZIONI : 1. Realizzazione dì opere a barriera atte alla difesa spondale {!) e protezione dall'erosione costiera, barriere frangiflutto (2), per lo sfruttamento dell'onda d'urto generata dal volume d'acqua delle onde marine (quantità di moto della massa fluida marina) per la produzione dì energia elettrica da fonte rinnovabile, tramite l'utilizzo della tecnologia piezoelettrica. BARRIER FOR THE EXPLOITATION OF THE IMPACT ENERGY OF MARINE OHDE CLAIMS: 1. Construction of barrier works suitable for bank defense {!) And protection from coastal erosion, breakwater barriers (2), for the exploitation of the shock wave generated by the volume of water of sea waves (momentum of the marine fluid mass) for the production of electricity from renewable sources, through the use of piezoelectric technology. 2. Strato esterno della Barriera secondo la rivendicazione 1 costituito da uno strato di materiale rigido (4) posizionato fronte onda . La sua rigidezza è elevata per assorbire 1'impatto delle onde e distribuirlo con la sua vibrazione e oscillazione in maniera uniformeme sugli strati sottostanti. Lo strato superiore può essere provvisto di uno o più fori dove possono essere allocati diodi emettitori di luce (LEO) (11), per un design più accattivante, collegati attraverso cavi elettrici con gli elementi piezoceramici, avendo cura di mantenere gli strati sottostanti ben isolati, per evitare l'infiltrazione di acqua marina. 2. Outer layer of the Barrier according to claim 1 consisting of a layer of rigid material (4) positioned in front of the wave. Its stiffness is high to absorb the impact of the waves and distribute it with its vibration and oscillation evenly on the underlying layers. The upper layer can be provided with one or more holes where light emitting diodes (LEO) (11) can be allocated, for a more attractive design, connected through electrical cables with the piezoceramic elements, taking care to keep the underlying layers well insulated , to avoid the infiltration of sea water. 3. Gli strati (5) e (6), posizionati sul retro dell'elemento (4), secondo la rivendicazione 2, in cui sono racchiusi i piatti di ceramica ΡΞΤ, sono caratterizzati da una maggiore elasticità (es. resina poliuretanica elastica) per permettere una deformazione degli elementi piezoceramici sufficiente a creare energia elastica e produrre l'impulso e la loro attivazione, minimizzando rotture, lacerazioni, abrasioni, scheggiature, fessurazioni e distacchi dal supporto, sotto azioni unidirezionali o concentrate degli elementi. 3. The layers (5) and (6), positioned on the rear of the element (4), according to claim 2, in which the ceramic plates ΡΞΤ are enclosed, are characterized by greater elasticity (eg elastic polyurethane resin) to allow a deformation of the piezoceramic elements sufficient to create elastic energy and produce the impulse and their activation, minimizing breakages, tears, abrasions, chipping, cracks and detachments from the support, under unidirectional or concentrated actions of the elements. 4. Foglio intermedio su cui sono posizionati gli attuatori piezoelettrici (7), posizionati tra gli strati (5) e (6), secondo la rivendicazione 3. Gli attuatori sono piatti quadrati della dimensione di 165 ram x 165 mm e dello spessore compreso tra 25 e 35 mm, rifiniti con elettrodi {11) depositati con tecnica sottovuoto all'intradosso e all'estradosso . I piatti in ceramica PZT sono elementi solidi di titanato di piombo (PbTi<3⁄4), e di zìrconato di piombo (PbZr03), modificato con additivi, come il Grafene. Oltre ad essere fortemente piezoelettrico, PZT è duro, resistente, chimicamente inerte e completamente non influenzato da ambienti umidi. Prima della polarizzazione i dipoli nel materiale ferroelettrico sono orientati in maniera disordinata. Il processo di polarizzazione {12) consiste nell'applicazione di un campo elettrico attraverso la ceramica, di solito ad elevate temperature, causando il riallineamento dei dipoli. Dopo la rimozione del campo elettrico vi è una polarizzazione rimanente nella ceramica che è responsabile delle sue proprietà piezoelettriche. Il materiale ceramico risultante è ora anisotropo e può essere riportato alle sue condizioni isotrope aumentando la sua temperatura oltre il punto di Curie o dopo una eccessiva sollecitazione meccanica. La maggior parte delle proprietà del piezoelettrico cambiano gradualmente (tendenzialmente in maniera logaritmica) col tempo. Più tempo passa dopo la polarizzazione più il materiale è stabile. Esporre la ceramica ad uno o più combinazioni delle seguenti condizioni può accelerare il processo di invecchiamento: -Elevata sollecitazione meccanica -Forte campo elettrico de-polarizzante -Alte temperature vicino al punto Curie Grazie alla polarizzazione la ceramica piezoelettrica sì carica elettricamente quando è soggetta a sollecitazioni di tipo meccanico (13). Tali materiali potranno essere migliorati anche grazie al Grafene, materiale di ultima generazione. Gli attuatori piezoelettrici funzionano sia sotto sollecitazioni statiche che dinamiche. Il loro asse di funzionamento è quella verticale, di compressione (14). Particolare attenzione viene posta per evitare sforzi concentrati sulla ceramica PZT. Gli elementi dì supporto al PZT possiedono diverse caratteristiche meccaniche e quindi diversi gradi di deformabilità che permettono una corretta propagazione dell'energia meccanica e distribuzione uniforme delle forze su ogni singolo piatto piezoelettrico. Gli attuatori P2T sono collegati a cavi {9} per il trasporto dell'energia prodotta dalla deformazione meccanica, secondo la rivendicazione 7. 4. Intermediate sheet on which the piezoelectric actuators (7) are positioned, positioned between the layers (5) and (6), according to claim 3. The actuators are square plates with a dimension of 165 ram x 165 mm and a thickness between 25 and 35 mm, finished with electrodes {11) deposited with the vacuum technique on the intrados and extrados. PZT ceramic plates are solid elements of lead titanate (PbTi <3⁄4), and lead zirconate (PbZr03), modified with additives, such as Graphene. In addition to being strongly piezoelectric, PZT is tough, tough, chemically inert and completely unaffected by humid environments. Before polarization the dipoles in the ferroelectric material are oriented in a disordered manner. The polarization process {12) consists of applying an electric field through the ceramic, usually at elevated temperatures, causing the dipoles to realign. After the removal of the electric field there is a remaining polarization in the ceramic which is responsible for its piezoelectric properties. The resulting ceramic material is now anisotropic and can be returned to its isotropic condition by increasing its temperature beyond the Curie point or after excessive mechanical stress. Most of the properties of the piezoelectric change gradually (tendentially in a logarithmic way) over time. The more time passes after polarization, the more stable the material is. Exposing the ceramic to one or more combinations of the following conditions can accelerate the aging process: -High mechanical stress -Strong de-polarizing electric field -High temperatures near the Curie point Thanks to polarization, piezoelectric ceramic is electrically charged when subjected to mechanical stresses (13). These materials can also be improved thanks to Graphene, the latest generation material. Piezoelectric actuators operate under both static and dynamic stresses. Their axis of operation is the vertical one, of compression (14). Particular attention is paid to avoid concentrated efforts on PZT ceramic. The PZT support elements have different mechanical characteristics and therefore different degrees of deformability that allow correct propagation of mechanical energy and uniform distribution of forces on each individual piezoelectric plate. The P2T actuators are connected to cables {9} for transporting the energy produced by the mechanical deformation, according to claim 7. 5. Supporto finale (8) di materiale rigido (es. cemento armato} sul quale sono posizionati gli elementi secondo le rivendicazioni da 2 a 4. 5. Final support (8) of rigid material (eg reinforced concrete} on which the elements according to claims 2 to 4 are positioned. 6. Barriera secondo la rivendicazione 1 avente caratteristiche di modularità, da adeguarsi e replicarsi in diverse condizioni e situazioni pianimetriche costiere (frangiflutti (2), banchine portuali (1), protezione dei porti, protezione delle spiagge, muraglioni di contenimento alla spinta delle onde etc .). Questo permetterà la totale integrazione della parte di produzione energia elettrica con le opere civili di mitigazione della corrosione costiera, già esistenti o da realizzarsi (come previsto dalla recente normativa nazionale sulla risistemazione delle coste italiane}. La posa in opera deve avvenire nell'assoluto rispetto della protezione contro le infiltrazioni dell'acqua marina e contro gli eccessivi sbalzi termici, in quanto tali fattori possono danneggiare gli attuatori piezoceraraici. 6. Barrier according to claim 1 having modularity characteristics, to be adapted and replicated in different coastal conditions and planimetric situations (breakwaters (2), port docks (1), protection of ports, protection of beaches, containment walls to the thrust of the waves etc.). This will allow the total integration of the electricity production part with the civil works for the mitigation of coastal corrosion, already existing or to be carried out (as required by the recent national legislation on the reorganization of the Italian coasts}. The installation must take place in full compliance with the protection against sea water infiltration and against excessive temperature changes, as these factors can damage the piezoceraric actuators. 7. La corrente elettrica viene trasportata sotto il fondo marino tramite cavi isolati (9} e può essere stoccata in batterie o essere direttamente utilizzata. 7. Electricity is carried under the seabed by insulated cables (9} and can be stored in batteries or be used directly. 8. Gli elementi piezoelettrici descritti secondo le rivendicazioni da 3 a 5 sono collegati elettricamente alla linea di costa per 1'eventuale stoccaggio di energia in batterie posizionate in locali tecnici (3) appositamente predisposti o per l'utilizzo immediato a soddisfacimento delle necessità del caso {es, alimentazione arredo urbano-lampioni (15), colonnine di ricarica per macchine elettriche {16), barche elettriche (17) etc.J. L'energia elettrica ricavata deve essere successivamente trattata da un'apparecchiatura (inverter, trasformatori, condensatori, reattanze, etc..} al fine del suo utilizzo e accumulo da parte di soggetti pubblici o privati; tale necessità deriva dagli standard tecnici imposti dalla rete elettrica di ricezione. 8. The piezoelectric elements described according to claims 3 to 5 are electrically connected to the coast line for the eventual storage of energy in batteries positioned in specially prepared technical rooms (3) or for immediate use to meet the needs of the case. {eg, power supply for street furniture-lamp posts (15), charging stations for electric cars {16), electric boats (17) etc. J. The electricity obtained must be subsequently treated by equipment (inverters, transformers, capacitors, reactors, etc ..} for the purpose of its use and accumulation by public or private subjects; this need derives from the technical standards imposed by the network receiving power. 9. Grazie all'estensione su tutto il territorio Nazionale e Mondiale di fronti costieri, l'applicazione è potenzialmente vasta ed esportabile non solo a livello Nazionale o Europeo ma anche a livello mondiale. I risultati attesi riguardano l'alta commerciabilità del sistema di produzione rimarcando quanto già accaduto per la produzione di energia elettrica da parte di sistemi quali il fotovoltaico, l'eolico, l'idroelettrico e la geotermia. Tale previsione trova supporto nel quadro normativo nazionale, europeo e mondiale che allo stato attuale prevede un'incentivazione per la produzione di energia elettrica da fonte marina molto più elevata rispetto alle altre tipologie già citate. Inoltre esiste già un quadro di programmazione, di sostenibilità e preservazione ambientale a livello europeo, che prevede la risistemazione e la protezione dei litorali. Per quanto sopra è facilmente prevedibile come l'applicazione proposta possa fornire interessanti ritorni ambientali ed economici.9. Thanks to the extension of coastal borders throughout the national and world territory, the application is potentially vast and exportable not only at a national or European level but also at a world level. The expected results concern the high marketability of the production system, noting what has already happened for the production of electricity by systems such as photovoltaic, wind, hydroelectric and geothermal. This forecast is supported by the national, European and global regulatory framework which currently provides for a much higher incentive for the production of electricity from marine sources than the other types already mentioned. Furthermore, there is already a framework for planning, sustainability and environmental preservation at European level, which provides for the rehabilitation and protection of the coasts. From the above, it is easy to foresee how the proposed application can provide interesting environmental and economic returns.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4498805A (en) * 1983-11-29 1985-02-12 Weir Frederick E Breakwater module and means for protecting a shoreline therewith
US20110215580A1 (en) * 2010-03-10 2011-09-08 Weixing Lu System for converting ocean wave energy to electric power

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