專利名稱：波浪能產生系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種波浪能產生系統。
背景技術：
已知有若干種類型的用于從波浪產生電能的波浪能產生系統。存在著與這些系統 有關的許多技術挑戰。首先，它們應當位于在一年的很長時期內存在大量波浪的水中以增 加能量產生。然而，該構造不僅必須在平均波浪高度下工作，該構造還必須忍受源自在冬季 暴風雪等等中出現的最大波浪高度的力。已經存在著已被這些暴風雪進行破壞的波浪能產 生系統的若干個例子。本發明的目的在于提供一種強固且可靠的波浪能產生系統。此外，該目的在于當 必需的情況下，提供盡可能多的可移動部件位于海平面之上用以對零件和部件進行維護和
替換、等等。
發明內容
本發明涉及一種用于從波浪產生電能的波浪能產生系統，包括一種基底結構和一 種浮動結構，其中，當受到波浪的影響時，浮動結構可以相對于基底結構進行移動，其中基底結構包括一種基本豎直的柱；浮動結構包括一種具有中心開口的殼，其中，浮動結構設置為基本圍繞著豎直的 柱；浮動結構借助于主要液壓缸裝置而可移動地連接到柱，其中，主要液壓缸裝置是 以液壓方式連接到能量轉換裝置的，用于將由波浪運動導致的流體流動中的水力能或液壓 能轉換成電能；次要液壓缸裝置設置在介于柱與殼之間的中心開口內以保持殼與柱之間的距離。在本發明的一個方面中，基底結構錨固到海床。在本發明的一個方面中，基底結構包括一種基本平坦的圓柱主體，其中，柱從主體 向上突起。在本發明的一個方面中，基底結構包括一種縱向通道，用于使電纜電連接到能量 轉換裝置。在本發明的一個方面中，浮動結構包括一種下部隔室，在下部隔室內設置有雙向 泵，用于將海水泵送入下部隔室、或從下部隔室泵送出，從而用以對浮動結構加壓載。在本發明的一個方面中，主要液壓缸裝置借助于設置在柱的頂端中的一種連接裝 置而連接到基底結構。在本發明的一個方面中，借助于豎直液壓缸裝置，連接裝置可以相對于柱的頂端 進行豎直移動。在本發明的一個方面中，能量轉換裝置包括蓄液器或蓄液器(hydraulic accumulator)裝置，用于累積液壓流體；發電機裝置，用于從流動的液壓流體產生電能；和電路，所述電路電連接到發電機裝置，在發電機裝置中電能轉換成適于傳送給一種分布系 統或負載的合適電壓/電流水平。在本發明的一個方面中，電路連接到一種電纜。在本發明的一個方面中，蓄液器裝置以液壓方式連接到主要液壓缸裝置、次要液 壓缸裝置和/或豎直液壓缸裝置。在本發明的一個方面中，能量轉換裝置設置在浮動結構的上部隔室和/或中部隔室內。在本發明的一個方面中，系統還包括一種控制系統，用于根據天氣條件、安全要求 等等來控制系統的操作。在本發明的一個方面中，控制系統控制主要著液壓缸裝置、次要液壓缸裝置和/ 或豎直液壓缸裝置中的背壓或反壓力以防止它們達到它們的最大收縮和/或膨脹位置。
在本發明的一個方面中，殼基本是圓柱形的。
將在下文中參照附圖詳細描述根據本發明的實施例，其中圖1示出了波浪能產生系統的實施例；圖2示出了圖1中的系統的截面圖；圖3到圖5示出了圖1和圖2中的浮動結構相對于基底結構的不同位置。
具體實施例方式波浪能產生系統1的實施例包括基底結構2和浮動結構3，其中，浮動結構3可以 相對于基底結構2進行移動，這將在下文進行詳細描述。波浪能產生系統1被安置成浮動在海中，其中，在圖1中示出了在正常操作條件下 的水平面4。基底結構2在水中具有較小但正向的浮力。例如，基底結構2借助于錨固裝 置(未示出)被錨固到海床，由此基底結構2的豎直移動受限于一定負載的上限。錨固裝 置將會允許實現基底結構的一些豎直移動以避免在極端天氣條件的情況下系統受到損壞。基底結構2包括一種基本平坦的圓柱形主體21和柱22，其中，柱22從平坦的圓 柱形主體21向上突起。柱22包括一種中心縱向通道23，其中，該中心縱向通道23從柱22 的頂部向下穿過圓柱形主體21，從而使得電纜5可以設置在柱內。電纜5將由系統1產生 的電能傳送給能量分布系統，然后傳送給負載。圓柱形主體21通過一種絲線系統、一種鏈 條系統、一種繩索系統或鉸接桿系統或者它們的組合而錨固或連接到海床，并且將會借助 于一種樁系統、吸錨、錨或配重塊系統或者它們的組合而固定到海床，以避免海床與波浪能 系統之間的固定距離。這在極端天氣的情況下是需要的，用以避免系統受到損害。在柱22的頂端內設置了一種基本圓柱形的開口 24。連接裝置40設置在圓柱形開 口 M內，用于將基底結構2連接到浮動結構3。連接裝置40的豎直截面基本是T形的，具有一種圓柱形頭部41和一種圓柱活塞 元件42，其中，該圓柱活塞元件42從頭部41向下突起。活塞元件42適于在豎直方向上在 開口 M內向上和向下移動。如圖2所示，連接裝置40的豎直移動受到豎直液壓缸裝置43 控制和/或約束，其中，該豎直液壓缸裝置43設置在柱22的上端與頭部41的下端之間。豎直液壓缸裝置43能夠用來關于潮汐、波浪高度等等而調整浮動結構3，然而，在正常操作期 間它們不會移動。 連接裝置40借助于主要液壓缸裝置44而連接著基底結構2和浮動結構3，這將在 以后進行詳細描述。浮動結構3包括一種基本中空的圓柱形殼31，該中空圓柱形殼31具有中心開口 32，在該中心開口 32內設置了基基底結構2的柱22。殼31包括若干個室(即下部隔室 33、中部隔室34和上部隔室35)。主要液壓缸裝置44的第一端以旋轉方式緊固到殼31的上端，而主要液壓缸裝置 44的第二端以旋轉方式緊固到連接裝置40，如圖2所示。應該注意主要液壓缸裝置44的 第二端不會阻礙連接裝置40的豎直移動。此外，次要液壓缸裝置45被設置在殼31的中心開口 32內作為距離元件。應該注 意次要液壓缸裝置45的第一端固定到殼31的中心開口 32，而次要液壓缸裝置45的第二 端可以沿柱22的外表面進行滑動。例如，次要液壓缸裝置45的第二端能夠包括一種滑動 元件或輥子元件以減小朝著柱22的摩擦。如圖2所示，次要液壓缸裝置45的第二端包括 一種旋轉滑動輪46，其中，當浮動結構3相對于基底結構2進行移動時，該旋轉滑動輪46在 柱22的表面上進行旋轉。還示出了介于次要液壓缸裝置45與中心開口 32的表面之間的 角度基本是90°。應該注意次要汽缸裝置45對浮動結構與基底結構之間的相對水平移動提供一 定靈活性。在正常操作期間，這些汽缸裝置45將是剛硬的從而使得沒有移動發生。于是， 次要裝置45可由其它類型的固定長度的距離元件加以替換。然而，在極端天氣的情況下， 由次要汽缸裝置45提供的靈活性可以防止系統受到損害。現在將進一步描述殼31。下部隔室33是這樣一種隔室當必需時，可以對下部隔 室33填充入水以關于潮汐、波浪高度、波浪周期等等來調整浮動結構3。如圖2所示，下部 隔室33包括雙向泵70，用于經由一種上部開口 71和一種下部開口 72將水泵送入下部隔室 33或者從下部隔室33泵送出。上部開口 71位于殼31的外側周緣上、并且位于距殼31的 底部的距離近似為殼31高度的3/4處。下部開口 72位于殼31的下側。中部隔室34和上部隔室35包括能量轉換裝置73的不同元件。能量轉換裝置73 將液壓能(即源自流動液壓流體的能量)轉換成電能。能量轉換裝置73包括一種蓄液器裝置74，其中，該蓄液器裝置74借助于管子/管 道等等(未示出)以液壓方式連接到主要和次要液壓缸裝置44和45。另外，豎直液壓缸裝 置43能夠以液壓的方式連接到蓄液器裝置74。當液壓缸裝置44和45由于浮動結構3與 基底結構2之間的相對移動而收縮或膨脹時，液壓流體流入或流出蓄液器裝置74。蓄液器 裝置74連接到發電機裝置75，從而使得由所述相對移動引起的液壓流導致發電機裝置74 從液壓流產生電能。發電機裝置74電連接到電路76，在電路76中電功率轉換成合適電壓 /電流水平用以經由電纜5傳遞給上述的能量分布系統。蓄液器裝置74、發電機裝置75和電路76被認為是本領域技術人員熟悉的元件， 并且在本文中將不會進行詳細描述。產生的液壓能例如能夠轉換成電壓水平例如為380到 440V的50/60HZ AC電壓，然而，這能夠基于不同參數(附近波浪能產生系統的大小和數目、 與負載相距的距離、分布網絡的類型和參數、等等)而隨應用發生變動。
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此外，設置有一種控制系統，用于控制波浪能產生系統1的操作。控制系統包括 感測裝置，用以測量例如波浪的高度、長度和頻率、天氣條件、等等；壓力感測裝置，用以監 視液壓系統的壓力；以及泵送裝置，用于將液壓流體泵送入或泵送出液壓缸裝置并且用以 控制它們中的反壓力以限制它們移動的自由度，即用以控制它們的“剛硬度”。圖3示出了相對于基底結構2位于最低位置的浮動結構3。如所示，主要液壓缸裝 置44定向為具有角度amin。例如，角度α min相對于水平線能夠下降到-60°。圖4示出了相對于基底結構2位于最上位置的浮動結構3。如所示，主要液壓缸裝 置44定向為具有角度amax。例如，角度α _相對于水平線能夠上升至60°。因此，當分別在圖3和圖4所示的位置之間推壓所述浮動結構3時，在主要汽缸裝 置44與蓄液器裝置74之間對液壓流體進行推壓。于是，發電機裝置75產生電能。為了避免受到損害的風險，不應允許將液壓缸裝置、且尤其是主要液壓缸裝置44 移至它們的最大(延伸)或最小(收縮)位置。這個任務由控制系統執行，該控制系統借 助于蓄液器裝置74來控制汽缸裝置中的反壓力。控制系統能夠提供當波浪向上推動主要液壓缸裝置44時與當向下移動(由于重 力)時相比，主要液壓缸裝置44更加剛硬。現在參照圖5，圖5示出了連接裝置40相對于柱22的豎直移動。在本發明的一個 方面中，液壓缸裝置43用于調整浮動結構3相對于海平面的高度，以優化浮動結構3相對 于潮汐變化的位置。這里，借助于控制系統例如周期性地(例如，每30分鐘、每2個小時、 等等)基于所測量的平均海平面、潮汐表等等來調整連接裝置40的高度。在本發明的另一個方面中，連接裝置40根據波浪在由豎直液壓缸裝置43設置的 它的邊界內進行移動。這里，豎直液壓缸裝置43也有助于能量產生。如上所述，控制系統控制著波浪能產生系統1。控制系統的一個重要任務在于通過 對波浪能量吸收的優化來優化系統1的能量產生。這能夠通過調整浮動結構的移動的自由 度(即，限制液壓缸裝置的極值)或者將海水泵送入或泵送出下部隔室執行這個任務。如 已知的是，浮動結構以固有或諧振頻率上下移動將會是最佳的，因此控制系統將會被優化 以實現這種執行。因此，控制系統將活躍地尋找能夠從海況條件提取最多能量的重量(浮力)和角 度的配置。控制系統包括用來檢測天氣條件(例如，風、波浪頻率、波浪周期、等等)的傳感 器。控制系統的另一個重要任務在于關于可能損害結構的惡劣天氣來保護所述系統1。通 過將下部隔室填入海水，且從而使得浮動結構和基底結構部分地或完全地浸入海水中，能 夠執行這個任務。此外，當需要進行維護時，還可能會在遠程處停止該系統以避免豎直移動。例如， 可以從下部隔室泵送出流體，并且浮動結構3將會浮起，于是易于利用來進行維護。替代實施例在替代實施例中，基底結構2固定到海床。這在淺水中是特別令人關注的。在另一 個替代實施例中，基底結構借助于絲線或鏈條、吸錨、樁系統或配重塊系統而錨固到海床。在替代實施例中，次要汽缸裝置45可以形成為若干排的汽缸，其中，這些汽缸排 在豎直方向上進行間隔開地安裝。或者，次要汽缸裝置45可以固定到柱22、而同時輥子可 以沿開口 32的內表面進行滑動。
根據本發明，提供了一種強固且可靠的波浪能產生系統，它能夠防止液壓缸到達 它們的最大收縮和/或膨脹位置，從而減小對系統造成損害的風險。此外，當必需時，基本 所有可移動部件位于、或者能夠被提升超過海平面從而用來觸及所述部件而進行維護、替換。上述詳細描述特別地被提供用于示出和描述本發明的優選實施例。然而，該描述 絕非將本發明限制于特定實施例。
權利要求
1.一種用于從波浪產生電能的波浪能產生系統，包括基底結構(2)和浮動結構(3)，其 中，當受到波浪的影響時浮動結構可相對于基底結構進行移動，其中基底結構(2)包括基本豎直的柱02)；浮動結構(3)包括具有中心開口(32)的殼(31)，其中，浮動結構(3)設置為基本圍繞 著豎直的柱02)；浮動結構(3)借助于主要液壓缸裝置G4)可移動地連接到柱(22)，其中，主要液壓缸 裝置G4)以液壓方式連接到能量轉換裝置(7 用于將由波浪運動導致的流體流動中的液 壓能轉換成電能；次要液壓缸裝置G5)設置在柱02)與殼(31)之間的中心開口(32)內以維持殼(31) 與柱02)之間的距離。
2.根據權利要求1的系統，其中，基底結構錨固到海床。
3.根據權利要求2的系統，其中，基底結構包括基本平坦的圓柱形主體(21)，其中，柱 (22)從主體向上突起。
4.根據權利要求3的系統，其中，基底結構包括縱向通道(23)，用于使電纜(5)電連接 到能量轉換裝置(73)。
5.根據權利要求1的系統，其中，浮動結構(3)包括下部隔室(33)，在下部隔室(33) 內設置有雙向泵(70)，用于將海水泵送入或泵送出下部隔室以穩定浮動結構(3)。
6.根據權利要求1的系統，其中，主要液壓缸裝置G4)借助于設置在柱02)的頂端中 的連接裝置GO)而連接到基底結構(2)。
7.根據權利要求6的系統，其中，借助于豎直液壓缸裝置(43)，連接裝置00)可相對 于柱0 的頂端進行豎直移動。
8.根據權利要求1的系統，其中，能量轉換裝置(73)包括蓄液器裝置(74)，用于累積 液壓流體；發電機裝置(75)，用于從流動液壓流體產生電能；和電路(76)，所述電路電連接 到發電機裝置(75)，其中，電能轉換成適于傳遞給分布系統或負載的合適電壓/電流水平。
9.根據權利要求8的系統，其中，電路(76)連接到電纜(5)。
10.根據權利要求8的系統，其中，蓄液器裝置(74)以液壓方式連接到主要液壓缸裝置 (44)、次要液壓缸裝置0 和/或豎直液壓缸裝置G3)。
11.根據權利要求8的系統，其中，能量轉換裝置(73)設置在浮動結構(3)的上部隔室 和/或中部隔室內。
12.根據權利要求1的系統，還包括控制系統，用于根據天氣條件、安全要求等等來控 制所述系統(1)的操作。
13.根據權利要求12的系統，其中，控制系統控制主要液壓缸裝置(44)、次要液壓缸裝 置G5)和/或豎直液壓缸裝置G3)中的反壓力以防止它們達到它們的最大收縮和/或膨 脹位置。
14.根據權利要求1的系統，其中，殼(31)基本是圓柱形的。
全文摘要
本發明涉及一種從波浪產生電能的波浪能產生系統。該系統包括基底結構(2)和浮動結構(3)，其中，當受到波浪的影響時浮動結構可以相對于基底結構進行移動。基底結構(2)包括基本豎直柱(22)。浮動結構(3)包括具有中心開口(32)的殼(31)，其中，浮動結構(3)設置為基本圍繞豎直柱(22)。浮動結構(3)通過主要液壓缸裝置(44)可移動連接到柱(22)，其中，主要液壓缸裝置(44)以液壓方式連接到能量轉換裝置(73)以將由波浪運動導致的流體流動中的液壓能轉換成電能。次要液壓缸裝置(45)設置在柱(22)與殼(31)之間的中心開口(32)內以保持殼(31)與柱(22)之間的距離。
文檔編號F03B13/18GK102124211SQ200980128776
公開日2011年7月13日 申請日期2009年5月13日 優先權日2008年5月22日
發明者漢斯·克努森, 約翰·F·安德烈森 申請人:漢斯·克努森, 約翰·F·安德烈森