NL1027350C2 - Waterkrachtsysteem, werkwijze voor het omzetten van energie uit stromend water, gebruik van waterkrachtsysteem. - Google Patents

Description

«

Korte aanduiding: Waterkrachtsysteem, werkwijze voor het omzetten van energie uit stromend water, gebruik van waterkrachtsysteem.

De uitvinding heeft betrekking op een waterkrachtsysteem, en op een werkwijze voor het omzetten van energie uit stromend water naar 5 een andere energievorm.

Een waterkrachtsysteem en een werkwijze voor het omzetten van energie uit stromend water naar een andere energievorm zijn bekend uit de praktijk. Hierbij wordt stromend water van een rivier tegen een dam opgestuwd. Vervolgens wordt het water naar een turbine met 10 elektriciteitsgenerator geleid, waar het elektriciteit opwekt.

Nadelig bij het bekende systeem en de bekende werkwijze, is dat deze minder geschikt zijn voor rivieren waar maar een klein verval beschikbaar is. Om bij een dergelijk klein verval voldoende vermogen op te wekken, moet een relatief grote hoeveelheid water door de 15 turbine geleid worden en moet de betreffende turbine overeenkomstig groot uitgevoerd worden. Dit is duur in verhouding tot de hoeveelheid op te wekken energie. Hierdoor blijkt het genereren van elektriciteit uit waterkracht bij een laag verval niet rendabel.

Het doel van de onderhavige uitvinding is een waterkrachtsysteem 20 te verschaffen, en een werkwijze voor het omzetten van energie uit stromend water, waarbij deze nadelen ten minste gedeeltelijk worden ondervangen, of om althans een bruikbaar alternatief te verschaffen.

In het bijzonder heeft de uitvinding als doel, een waterkrachtsysteem en een werkwijze voor het omzetten van energie uit stromend 25 water te verschaffen, die rendabel ingezet kunnen worden bij rivieren met een laag verval.

Volgens de uitvinding wordt dit doel bereikt door een waterkrachtsysteem, volgens conclusie 1, en door een werkwijze voor het omzetten van energie uit stromend water, volgens conclusie 23,.

30 Voordelige voorkeursuitvoeringsvormen zijn vastgelegd in de on- derconclusies.

Het waterkrachtsysteem volgens de uitvinding omvat ten minste één golfopwekker, een golfversterker, en een golfenergieomzetter. De ten minste ene golfopwekker omvat een waterdoorvoer en is ingericht ' 1 027350 - 2 -w om ten minste een deel van de potentiële en/of kinetische energie van stromend water om te zetten in oppervlaktegolven met golfenergie. De golfversterker is ingericht om ten minste in een golfwingebied met behulp van de golfenergie de amplitude van de oppervlaktegolven in 5 een deel van het water te vergroten. De golfenergieomzetter is voorzien in het golfwingebied en omvat een aandrijfbaar conversie-element voor het converteren van ten minste een deel van de energie in de versterkte oppervlaktegolven naar een andere energievorm.

Door het vergroten van de amplitude van de oppervlaktegolven, 10 ontstaat er in deze golven een hogere.potentiële energie en druk, dan in het oorspronkelijke stromende water. Dit geeft als eerste . voordeel, dat het rendement van een golfenergieomzetter, zoals bijvoorbeeld een turbine waaraan een elektriciteitsgenerator is gekoppeld, hoger zal zijn.

15 Een tweede voordeel is dat een deel van het water langs de golfenergieomzetter weg kan stromen, zodat deze maar geschikt hoeft te zijn voor kleinere hoeveelheden water, dan in een water- krachtsysteem zonder toepassing van de uitvinding. Hierdoor kan met een kleinere en dus goedkopere golfenergieomzetter worden volstaan.

20 In een voordelige uitvoeringsvorm omvat de golfversterker een cirkelboogvormig gestel, waaraan de ten minste ene golfopwekker is voorzien. In geval van een enkele golfopwekker, kan dit een langgerekte golfopwekker zijn die zich langs althans een gedeelte van het cirkelboogvormige gestel uitstrekt. In een variant kunnen 25 meerdere golfopwekkers zijn voorzien, die over het cirkelboogvormige gestel zijn verdeeld en synchroon oppervlaktegolven opwekken. Voordelig aan deze uitvoeringsvorm, is dat de golfversterker direct aan de bron, bij het opwekken van de oppervlaktegolven, ervoor zorgt dat een cirkelboogvormig golfpatroon ontstaat dat als lopende golf 30 naar het golfwingebied convergeert. Dankzij de vorm van dit opgewekte golfpatroon, zijn in principe geen verdere maatregelen nodig, zodat dit een eenvoudige manier is voor het versterken van de oppervlaktegolven.

In een uitvoeringsvorm is de waterdoorvoer voorzien van een 35 doorvoerstuurinrichting voor het wisselend doorlaten van een waterstroom. Onder het wisselend doorlaten wordt bijvoorbeeld zowel het wisselen van de hoeveelheid water, als van de uitstroomrichting ver- 1027350 - 3 - staan. Dergelijke wisselingen zijn een betrouwbare manier om een golfpatroon op te wekken.

In een variant, omvat de golfopwekker een profieldeel, dat in of nabij de waterdoorvoer is voorzien. In de waterdoorvoer kan een ver-5 hoogde stroomsnelheid van het water gerealiseerd worden. Door hierin een profieldeel te plaatsen, ontstaan verstoringen in het water die tot oppervlaktegolven leiden. Dit verschijnsel staat ook wel bekend als wervelafschudding. Deze manier van golfopwekking is eenvoudig, omdat het weinig onderdelen behoeft en in principe ook geen bewegende 10 onderdelen, of actieve aansturing.

De werkwijze voor het omzetten van energie uit stromend water naar een andere energievorm, omvat volgens de uitvinding de volgende stappen: het genereren van oppervlaktegolven met behulp van de kinetische 15 en/of potentiële energie van het stromende water, door het sturen van het stromende water, het met behulp van de golfenergie in de gegenereerde oppervlaktegolven vergroten van de amplitude van een deel van de gegenereerde oppervlaktegolven, en 20 het omzetten van de golfenergie in de oppervlaktegolven met de vergrote amplitude naar een andere vorm van energie.

Dankzij de werkwijze volgens de uitvinding bereikt een deel van het stromende water een hoger energieniveau, ten koste van het resterende deel water, welk hogere energieniveau rendabel omgezet kan wor-25 den naar bijvoorbeeld mechanische of elektrische energie.

In een uitvoeringsvorm wordt de amplitude van de gegenereerde oppervlaktegolven vergroot, door de gegenereerde oppervlaktegolven te laten convergeren. Voor deze manier van golfversterken zijn relatief weinig, of slechts beperkte infrastructurele maatregelen nodig, zodat 30 dit een relatief goedkope manier is.

In een variant wordt de amplitude van de gegenereerde oppervlaktegolven vergroot, door een staande golf op te wekken. Door de staande golf telkens in zijn eigenfrequentie aan te stoten, ontstaat een golf met voldoende potentiële energie en druk om 35 rendabel energie om te kunnen zetten. Een dergelijke staande golf is goed op te wekken in een beperkte, af te grenzen ruimte, waardoor het proces zelf, en het hieraan koppelen van het energie omzetten, goed te controleren is.

1 027350 - 4 -

De uitvinding heeft verder betrekking op het gebruik van een waterkrachtsysteem, volgens conclusie 33.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening, waarin: 5 fig. 1 een waterkrachtsysteem volgens de uitvinding in bovenaan zicht toont; fig. 2 een doorsnede langs de lijn II-II in fig. 1 toont; figs. 3 t/m 7 verschillende debietdoseereenheden tonen; figs 8 en 9 een debietdoseereenheid in de vorm van een 10 expandeerbare dam toont; fig. 10 golf opwekking door middel van een spleet in een dam toont; fig. 11 golfopwekking door middel van een profieldeel toont; figs. 12 en 13 een overloopdam tonen, voor het opwekken van gol- 15 ven; figs. 14 t/m 17 golfopwekking door middel van een omgekeerd sifon tonen; figs. 18 en 19 een omgekeerd sifon met actieve sturing tonen; fig. 20 golfversterking door het opwekken van convergerende gol-20 ven toont; fig. 21 golfversterking door het laten convergeren van golven door refractie toont; fig. 22 golfversterking door het laten convergeren van golven met behulp van diffractie toont; 25 figs. 23 en 24 een golfkamer tonen voor het opwekken van een staande golf; figs. 25 en 26 een alternatieve golfkamer voor het opwekken van een staande golf tonen; fig. 27 een golfenergieomzetter toont, voorzien van een over-30 stroombak; fig. 28 een golfenergieomzetter toont voorzien van een luchtkamer en turbine; fig. 29 een golfenergieomzetter in de vorm van een golfboei toont; 35 fig. 30 een golfenergieomzetter in de vorm van een turbine op een waterbodem toont; fig. 31 een vrije turbine op een waterbodem toont; en fig. 32 een turbine in een behuizing onder een waterbodem toont.

1 027350 - 5 -

In fig. 1 is een waterkrachtsysteem volgens de uitvinding in zijn geheel aangeduid met het verwijzingscijfer 1. Dit waterkrachtsysteem 1 is voorzien in een rivier 2 die wordt begrensd door een (stroomafwaarts gezien) linkeroever 3 en rechteroever 4. In de rivier 5 2 is een cirkelboogvormig gestel voorzien, in de vorm van een dam 5.

De dam 5 is voorzien van meerdere golfopwekkers 6, bijvoorbeeld in de vorm van een omgekeerd sifon zoals schematisch aangeduid in fig. 2 en meer in detail besproken in relatie tot figs. 14-17. De dam 5 is voorzien op een bodem 7 van de rivier 2. Het waterniveau 8 10 stroomopwaarts van het waterkrachtsysteem 1 is hoger dan het waterniveau 9 stroomafwaarts van het waterkrachtsysteem 1.

Het waterkrachtsysteem 1 is verder voorzien van een golfenergieomzetter 10 (zie ook fig. 27). De golfenergieomzetter 10 omvat een overstroombak 11, een aandrijfbaar conversie-element in de 15 vorm van een watergedreven turbine 12. De watergedreven turbine 12 is voorzien in een watertoevoer 13, die verbonden is met een uitstroomopening onder in de overstroombak 11. Vanaf de watergedreven turbine 12 leidt een waterafvoer 14 naar het benedenstroomse deel van de rivier 2. De golfenergieomzetter 10 is verder voorzien van een 20 hellingdeel 15. Het waterkrachtsysteem 1 kan verder zijn voorzien van een eerste en een tweede zijwand 18, 19.

De dam 5 en de golfenergieomzetter 10 begrenzen, in dit voorbeeld tezamen met de eerste en de tweede zijwand 18, 19, een convergerende golfkamer 20. De overstroombak 11 kan daarbij beschouwd 25 worden als een waterafvoer van de golfkamer 20.

In gebruik zal water van de rivier 2 opgestuwd worden door de dam 5. De stuwhoogte, dat wil zeggen het verschil tussen het eerste waterniveau 8 en het tweede waterniveau 9, is relatief gering, bijvoorbeeld ongeveer 1 meter. De golfopwekkers 6 in de dam 5, wekken 30 lopende oppervlaktegolven 22 op, op een wijze zoals in relatie tot de navolgende figuren zal worden toegelicht. Doordat de golfopwekkers 6 de golven 22 synchroon langs de cirkelboogvormige dam 5 opwekken, ontstaat een cirkelboogvormig golfpatroon dat zich in de richting van de pijlen 25 convergerend voortplant. Naarmate de golven 22 35 convergeren, zal de golfhoogte van golven 22 toenemen. Aldus fungeert de golfkamer 20, dankzij de cirkelvorm van de dam 5, als golfversterker.

1027350 - 6 -

De optionele zijwanden 18 en 19 voorkomen hierbij het weglekken van golfenergie. Deze zijwanden 18 en 19 zijn echter niet noodzakelijk, aangezien de golfversterking primair een gevolg is van het cirkelboogvormig opwekken van de golven 22. In uitvoeringsvormen 5 zonder zijwanden, kunnen de linker- en rechteroever 3, 4 de golfkamer 20 begrenzen.

De golven 22 convergeren naar een golfwingebied 30, dat in of nabij het denkbeeldige middelpunt ligt van de cirkelboogvormige dam 5. In het golfwingebied 30 bevindt zich de golfenergieomzetter 10. 10 Bij het naderen van de golfenergieomzetter 10, lopen de golven 22 tegen de helling 15 op, waarbij kinetische energie wordt omgezet in potentiële energie en de toppen van de golven 22 de overstroombak 11 inlopen. Het niveau van de overstroombak 11 is hoger dan het oorspronkelijke niveau 8 van de rivier 2, zodat het water in de 15 overstroombak 11 een relatief grotere potentiële energie bezit dan op het waterniveau 8 voor het waterkrachtsysteem 1. Deze potentiële energie wordt via de watertoevoer 13, de watergedreven turbine 12, en de waterafvoer 14 omgezet in mechanische energie, die daarna in elektrische energie kan worden omgezet.

20 Als golfopwekker 6 zijn vele varianten mogelijk, die zowel als afzonderlijke golfopwekkers langs een gestel verspreid over de breedte van de rivier 2 kunnen zijn voorzien, of in de vorm van een langgerekte golfopwekker, die zich over in hoofdzaak de gehele lengte van een gestel, dat wil zeggen in hoofdzaak de gehele breedte van de 25 rivier 2, is voorzien.

De fig. 3-9 tonen golfopwekkers met actief stuurbare doorvoerstuurinrichtingen, die een debietdoseereenheid omvatten.

Fig. 3 toont een golfopwekker 110 die een debietdoseereenheid in de vorm van een klep, in het bijzonder van een verticaal beweegbare . 30 schuif 111, omvat. De verticale schuif 111 is verplaatsbaar voorzien in een verticale geleiding 112. Door de verticale schuif 111 omhoog te bewegen wordt een waterdoorvoer, in de vorm van een doorstroomopening 113, gevormd, waardoorheen een hoeveelheid water kan uittreden die een watergolf 114 opwekt. Door vervolgens de ver-35 ticale schuif 111 te sluiten, ontstaat benedenstrooms van de schuif 111 een golfdal, terwijl bovenstrooms van de verticale schuif 111 het water wordt opgestuwd.

1 02 73 50 - 7 -

Fig. 4 toont een golfopwekker 120 die een debietdoseereenheid in de vorm van een klep, in het bijzonder van een horizontaal scharnierbaar schot 121, omvat. Het schot 121 is langs een bovenrand scharnierbaar verbonden met een gestel 122. In een eerste, verticale, 5 gesloten positie stuwt het schot 121 het rivierwater op. Door het wegscharnieren van het schot 121, wordt een hoeveelheid water doorgelaten, waardoor een golfberg 124 ontstaat. Door vervolgens het schot 121 weer te sluiten ontstaat een op de golfberg volgend golfdal 125.

10 Fig. 5 toont een golfopwekker 130, die een debietdoseereenheid in de vorm van een klep, in het bijzonder een horizontaal scharnierbaar schot 131 omvat. Een gestel strekt zich uit over de breedte van de rivier 2 in de vorm van een onderwaterdam 132. Het schot 131 is door middel van een scharnierende verbinding verbonden met de on-15 derwaterdam 132. Door het laten scharnieren van een gesloten naar een open positie, en omgekeerd, ontstaan golven 134, 135.

Fig. 6 toont een golfopwekker 140 die een debietdoseereenheid in de vorm van een klep, in het bijzonder een scharnierbare klep 141, omvat, die verbonden is met een niet getoond gestel. De golfopwekker 20 140 omvat verder een onderwaterdam 142 waarop een in hoofdzaak L- vormig stuwdeel 143 is voorzien. Een tweede in hoofdzaak L-vormig stuwdeel 144 vormt samen met het eerste L-vormige stuwdeel 143 een opening 145 die zich in hoofdzaak horizontaal uitstrekt en afsluitbaar is door de scharnierbare klep 141. Door het openen, 25 respectievelijk sluiten van de klep 141 worden golfbergen 146 en golfdalen 147 gevormd.

Fig. 7 toont een golfopwekker 150 met een debietdoseereenheid in de vorm van een klep, in het bijzonder een scharnierbare klep 151.

Het scharnier 152 van de klep 151 strekt zich in hoofdzaak in 30 horizontale richting uit, evenwijdig aan een onderwaterdam 153. Het scharnier 152 is op niet getoonde wijze verbonden met bijvoorbeeld de oevers 3,4 van de rivier 2, en/of de onderwaterdam 153. Op vergelijkbare wijze als bij de figuren 3-6, wordt een waterdoorvoer 154 afwisselend geopend en gesloten, waardoor een golfberg 155 en golfdal 35 156 gevormd worden.

Fig. 8 toont een golfopwekker 160 die een debietdoseereenheid in de vorm van een expandeerbare dam 161 omvat. In een althans gedeeltelijk leeg gelaten toestand van de expandeerbare dam 161, zoals 1027350 ------1 - 8 - getoond in Fig. 9, wordt er een waterdoorvoer 162 gevormd boven de expandeerbare dam 161. In deze toestand stroomt er rivierwater door de doorvoer 162, waarbij stroomafwaarts van de dam 161 een golfberg 164 wordt gevormd. Door de expandeerbare dam 161 althans gedeeltelijk 5 te laten expanderen, tot een geëxpandeerde toestand zoals getoond in Fig. 8 waarbij de expandeerbare dam 161 zich tot boven het waterniveau uitstrekt, wordt de waterdoorvoer 162 gesloten en ontstaat er stroomafwaarts van de expandeerbare dam 161 een golfdal 165.

10 Fig. 10 toont een golfopwekker 170 die een dam 171 omvat, waarin een spieetvormige opening 172 is voorzien. De waterstroom die uit de spieetvormige opening 172 treedt, genereert in samenwerking met het vrije wateroppervlak stroomafwaarts van de dam 171 golven 174.

Fig. 11 toont eveneens een golfopwekker 180, die werkt op basis 15 op basis van wervelafschudding. Een onderwaterdam 181 begrenst aan zijn bovenzijde een waterdoorvoer 182. In deze waterdoorvoer 182 is een profieldeel 183 voorzien. Achter dit profieldeel 183 vindt wervelafschudding plaats, waardoor golven 184 worden gevormd. Het getoonde profieldeel 183 is vast voorzien. In een alternatieve vorm 20 kan het profieldeel 183 oscilleren, of trillen, voor het bevorderen van de wervelafschudding.

Fig. 12 toont een golfopwekker 190 met een overloopdam 191. De overloopdam 191 begrenst aan zijn bovenzijde een waterdoorvoer 192.

De overloopdam 191 heeft een stuwzijde 193 en een lage zijde 194. De 25 overloopdam 191 heeft een actief stuurbare uitstroomrichtingstuur-eenheid die een damdoorvoer 195 omvat.

In Fig. 13 wordt een situatie getoond waarin lucht wordt toegevoerd door de damdoorvoer 195 naar de lage zijde van de overloopdam 191, of waarin geen luchtdoorvoer plaatsvindt. Ten gevolge van de 30 aanvoer van lucht en/of een scherpe rand 197 die zich langs de bovenkant van de overloopdam 191 uitstrekt, laat de waterstroom die door de waterdoorvoer 192 stroomt los bij de rand 197. Tussen de lage zijde van de overloopdam 191 en het water is een luchtzak 198 aanwezig.

35 In de situatie van Fig. 12 wordt de lucht in de luchtzak 198 weggezogen via de damdoorvoer 195. Ten gevolge van het optreden van Coandakrachten zal het overstromende water nu tegen de lage zijde 194 van de overstroomdam 191 aanliggen. Op deze wijze wordt de 1027350 ί _ -_______ _ - ----—- 1 - 9 - uitstroomrichting gestuurd en door de beschreven stappen in de tijd te herhalen, ontstaan golven 199.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een golfopwekker 200 wordt getoond in Fig. 14 t/m 17. De golfopwekker 200 omvat een water-5 doorvoer 201 die de vorm van een omgekeerd sifon heeft en boven op een gestel, hier een dam 202, is voorzien. Een instroomopening 203 bevindt zich aan de stuwzijde van de dam 202, terwijl een uitstroomopening 204 zich aan de lage zijde bevindt. De waterdoorvoer 201 begrenst een doorstroomruimte 205. Een hooggelegen gedeelte 206 10 van de doorstroomruimte 205 bevindt zich boven de instroomopening 203 en de uitstroomopening 204.

De waterdoorvoer 201 vormt een autonoom functionerende doorvoerstuurinrichting 207, die als volgt werkt. In de situatie zoals getoond in Fig. 14 bevindt zich lucht in het hooggelegen 15 gedeelte 206. Hierdoor voert de waterdoorvoer 201 slechts een relatieve kleine hoeveelheid water door. De aanwezige lucht wordt echter meegevoerd door het stromende water zodat de waterdoorvoer 201 uiteindelijk geheel gevuld zal zijn met water. Op dat moment neemt de doorvoercapaciteit van de waterdoorvoer 201 sterk toe, waardoor een 20 grote hoeveelheid water doorstroomt die stroomafwaarts van de uitstroomopening 204 een golfberg 208 vormt.

Door de grote waterdoorvoer zakt het waterniveau aan de hoge zijde, dat wil zeggen ter plaatse van de instroomopening 203, zoals getoond in Fig. 16. Op het moment dat het waterniveau lokaal zo sterk 25 zakt dat het onder de bovenkant 209 van de instroomopening 203 komt, komt er wederom lucht in de waterdoorvoer 201 waardoor, zoals duidelijk wordt uit Fig. 17, de waterdoorvoer tijdelijk zelfs geheel stopt. Vervolgens stijgt het waterniveau lokaal weer aan de bovenzijde van de dam 202 en ontstaat wederom de situatie van Fig.

30 14. In een niet getoond alternatief, treedt lucht toe via een gasdoorvoeropening, in de vorm van een luchtkanaal en/of luchtpoort, die boven de bovenkant 209 van de instroomopening 203 is voorzien.

Fig. 18 en Fig. 19 tonen een golfopwekker 210. De golfopwekker 210 omvat, evenals die van de figs. 14 t/m 17, een waterdoorvoer 211 35 in de vorm van een omgekeerd sifon. De waterdoorvoer 211 is voorzien op een gestel in de vorm van een dam 212 en heeft een instroomopening 213 en een uitstroomopening 214. Waar de waterdoorvoer 201 in de vorige figuren een autonoom functionerende doorvoerstuurinrichting 1027350 * - 10 - vormde, is de waterdoorvoer 211 actief stuurbaar. In een hooggelegen gedeelte 215 van de waterdoorvoer 211, is een gasdoorvoeropening 216 voorzien. De gasdoorvoer naar de gasdoorvoeropening 216 is open- en sluitbaar door middel van een gasklep 217. Bij gesloten 5 gasdoorvoerklep 217 (Fig. 18) heeft de waterdoorvoer 211 een maximale doorstroomcapaciteit. Door de gasklep 217 te openen, treedt lucht toe in het hooggelegen gedeelte 215 en stopt de waterdoorvoer, of wordt althans minder (Fig. 19).

De golfopwekkers zoals beschreven in relatie tot Figuren 3 t/m 10 19, zijn voorzien op, of geïntegreerd met, een gestel, bijvoorbeeld een dam, dat zich over de breedte van de rivier 2 uitstrekt. Dit gestel kan cirkelboogvörmig zijn, zoals getoond in Fig. 1. Indien in dat geval de betreffende golfopwekker een golfopwekker is die zich over in hoofdzaak de hele lengte van het gestel uitstrekt, of indien 15 meerdere golfopwekkers zijn voorzien die synchroon werken, bijvoorbeeld dankzij een fasestuurinrichting, zal een convergerend, cirkelboogvormig golfpatroon ontstaan, zoals beschreven in relatie tot Fig. 1.

Alternatieve golfversterkers, die evenals die van Fig. 1 werken 20 op basis van het laten convergeren van de opgewekte golven, worden getoond in figs. 20 t/m 22.

Fig. 20 toont een waterkrachtsysteem 301, voorzien in een rivier 302, met oevers 303 en 304. Een recht, langgerekt gestel in de vorm van een rechte dam 305 strekt zich uit van de linkeroever 303 naar de 25 rechteroever 304. Op de dam 305 zijn meerdere golfopwekkers 306 voorzien. Een golfversterker omvat een golfkamer 320, die begrensd wordt door de rechte dam 305, de oevers 303 en 304, en een niet getoonde golfenergieomzetter. De golfversterker omvat verder een (niet getoonde) fasestuurinrichting, die verbonden is met de meerdere 30 golfopwekkers, voor het afstemmen van de fases van het door de golfopwekkers 306 veroorzaakte golven 322. Een dergelijke fasestuurinrichting kan zowel elektrisch, elektronisch, mechanisch, hydraulisch, of op andere wijze de fases van de golfversterkers afstemmen.

35 Dankzij een faseverschuiving bij het opwekken van de golven 322, ontstaat een cirkelboogvormig, convergerend, golfpatroon, waarbij de golven 322 naar een golfwingebied 330 convergeren, alwaar de (niet getoonde) golfenergieomzetter is voorzien.

1027350 - 11 -

Fig. 21 toont een uitvoeringsvorm van een waterkrachtsysteem 401 volgens de uitvinding, voorzien in een rivier 402 die begrensd wordt door oevers 403 en 404. In de rivier is een gestel 405 met een golf-opwekker voorzien. Dit kan een van de golfopwekkers zijn, die in re-5 latie tot de voorgaande figuren is beschreven. In de rivier is een brekingselement 407 en een golfenergieomzetter 410 voorzien. Het bre-kingselement 407 is ingericht voor het veranderen van een voortplantingsrichting van golven. Het bevindt zich in gebruik in hoofdzaak onder water en maakt deel uit van een golfversterker. De 10 golfversterker omvat verder een golfkamer 420, die begrensd wordt door het gestel 405, de oevers 403 en 404, en de golfenergieomzetter 410.

De golfopwekker 405 wekt golven 422 op die zich in eerste instantie in hoofdzaak in dezelfde richting voortplanten als de 15 stromingsrichting van de rivier 402. De golven 422 die het brekingselement 407 bereiken, worden door middel van refractie gebroken tot een convergerend golfpatroon 423. Dankzij de convergentie neemt de golfhoogte toe in de richting van de golfenergieomzetter 410, die voorzien is in een golfwingebied 430.

20 Fig. 22 toont een uitvoeringsvorm van een waterkrachtsysteem 501 volgens de uitvinding, voorzien in een rivier 502 die begrensd wordt door oevers 503 en 504. In de rivier is een gestel 505 met een golfopwekker voorzien. Dit kan een van de golfopwekkers zijn, die in relatie tot de voorgaande figuren is beschreven. In de rivier zijn 25 meerdere brekingselementen 507 en een golfenergieomzetter 510 voorzien. Een golfversterker omvat de brekingselementen 507, en een golfkamer 520, die begrensd wordt door het gestel 505, de oevers 503 en 504, en de golfenergieomzetter 510.

De brekingselementen 507 strekken zich vanaf de bodem van de 30 rivier uit tot boven het wateroppervlak. De brekingselementen 507 strekken zich in hoofdzaak langs een denkbeeldige lijn uit, die parallel aan het gestel 505, ofwel loodrecht op de stromingsrichting van de rivier 502 loopt. Tussen de brekingselementen 507 zijn openingen voorzien, die zodanig op de golflengte van de opgewekte 35 golven zijn afgestemd, dat golfdiffractie optreedt.

De golfopwekker 505 wekt golven 522 op die zich in eerste instantie in hoofdzaak in dezelfde richting voortplanten als de stromingsrichting van de rivier 502. Ten gevolge van golfdiffractie 1027350 - 12 - door de brekingselementen 507, convergeren de golven 522 tot een convergerend patroon 523 dat naar de golfenergieomzetter 510 in een golfwingebied 530 loopt.

Figs. 23 en 24 tonen een waterkrachtsysteem 601 die is voorzien 5 in een rivier 602 die ter plaatse een verval kent van waterniveau 603 aan de hoge zijde van het waterkrachtsysteem 601 naar waterniveau 604 aan de lage zijde. Het waterkrachtsysteem 601 omvat een golfopwekker, in de vorm van een debietdoseereenheid, hier een klep 610. Het waterkrachtsysteem 601 omvat verder een golfkamer 611, die onderdeel uit-10 maakt van de golfversterker. De golfkamer 611 is in hoofdzaak rechthoekig en omvat in hoofdzaak loodrechte wanden. De klep 610 is zodanig aanstuurbaar, dat in de golfkamer 611 een staande golf 612 kan ontstaan, die door het telkens gedoseerd toelaten van een hoeveelheid rivierwater in zijn eigen frequentie wordt aangestoten.

15 Een top 613 van de staande golf 612 wordt telkens opgevangen in een overstroombak 614, die onderdeel uitmaakt van een golfenergieomzetter 615. Onder aan de overstroombak 614 is een watertoevoer 616 voorzien die de overstroombak 614 verbindt met een aandrijfbaar conversie-element in de vorm van een watergedreven 20 turbine 617. Vanuit de watergedreven turbine 617 leidt een waterafvoer naar de lage zijde van de rivier 602. Een tweede klep 620 verbindt de golfkamer 611 met de lage zijde van de rivier 602. Deze i klep 620 wordt geopend om laag energetisch water uit de golfkamer 611 af te voeren naar de lage zijde van de rivier (zie fig. 24).

25 Met behulp van de klep 610 wordt in de golfkamer 611 een staand golfpatroon opgewekt waarbij de kinetische energie van de rivier 602 omgezet wordt in kinetische en potentiële energie van de staande golf 612. Hierbij wordt in een golfwingebied 630 telkens water met relatief veel potentiële energie van de golftop 613 afgenomen om te 30 worden benut in de golfenergieomzetter 617. Water met weinig potentiële en kinetische energie wordt afgevoerd via de klep 620.

Figuren 25 en 26 tonen een alternatief waterkrachtsysteem 701, dat is voorzien in een rivier 702. Het waterkrachtsysteem omvat een golfopwekker in de vorm van een debietdoseereenheid, die hier een 35 klep 710 omvat. Het waterkrachtsysteem 701 omvat verder een golfversterker, in de vorm van een golfkamer 711. Aan de lage zijde van het waterkrachtsysteem 711 is een watergedreven turbine 717 voorzien. De watergedreven turbine bevindt zich onder water in de 1027350 * - 13 - golfkamer, ter plaatse van een golfwingebied 730. Het golfwingebied 730 is hierbij een van de gebieden waar de staande golf 712 een in hoofdzaak maximale amplitude bereikt. De golfenergieomzetter omvat verder niet getoonde regelmiddelen, die ervoor zorgen dat de 5 watergedreven turbine 717 alleen gevoed wordt vanuit de golfkamer 711 op het moment dat er in het golfwingebied 730 voldoende overdruk is ten opzichte van de lage zijde van de rivier 702. Op het moment dat daar slechts een geringe overdruk is, stroomt er relatief laag energetisch water door, of langs, de watergedreven turbine 717 om 10 afgevoerd te worden naar lagere zijde van de rivier 702. Indien de golfhoogte in het golfwingebied 730 lager is dan het waterniveau 704 aan de lage zijde van de rivier 702, stroomt er geen water, of althans minder water dan dat er uitstroomt, in of uit de golfkamer 711 (fig. 25).

15 Fig. 27 toont in detail de golfenergieomzetter 10, zoals eerder beschreven in relatie tot fig. 2. Figs. 28-32 tonen alternatieve golfomzetters.

Fig. 28 toont een golfenergieomzetter 810, die een luchtkamer 811 ter plaatse van een golfwingebied 812 omvat. De luchtkamer 811 20 omvat een zijwand 815 die zich in gebruik tot onder het laagste niveau van de opgewekte golven in het golfwingebied 812 uitstrekt en een golfdoorvoeropening 816 vormt. De zijwand 815 van de luchtkamer 811 sluit aan op een cilindrische wand 817. De luchtkamer 811 is verder voorzien van een luchtdoorvoeropening 818 die naar een 25 lucht turbine 819 leidt. De lucht turbine 819 staat aan zijn van de luchtkamer 811 afgewende zijde in open verbinding met de buitenlucht. Aldus staat de luchtkamer 811 op twee plaatsen in verbinding met de omgeving: aan zijn onderzijde via de golfdoorvoeropening 816 met de golven in het golfwingebied 812, en via luchtturbine 819 met de 30 buitenlucht.

De afwisselende golfbergen en golfdalen in het golfwingebied 812 verkleinen, respectievelijk vergroten de ruimte in de luchtkamer 811 die door lucht kan worden ingenomen. Hierdoor wordt er lucht door de luchtdoorvoeropening 811 uit, respectievelijk in de luchtkamer 811 35 gebracht. Doordat deze lucht alleen via de turbine 819 kan uit-, respectievelijk intreden, wordt de turbine 819 aangedreven en kan aan de turbine mechanische en/of elektrische energie worden onttrokken. In dit uitvoeringsvoorbeeld vormt de luchtturbine 819 aldus een 1 027350 « - 14 - aandrijfbaar conversie-element, dat niet rechtstreeks, doch indirect door de golven wordt aangedreven.

Fig. 29 toont een golfenergieomzetter 830, die een aandrijfbaar conversie-element, in de vorm van een drijver, of golfboei 831, 5 omvat. De golfboei 831 is via een aandrijfelement 832 verbonden met een generator 833 die bijvoorbeeld in een waterdichte behuizing 834 op de bodem van een golfwingebied 835 is voorzien.

Fig. 30 toont een golfenergieomzetter 840. De golfenergieomzetter 840 omvat een aandrijfbaar conversie-element, in de vorm van 10 een watergedreven turbine 841. De watergedreven turbine 841 is voorzien in een waterdoorgang 842 die een luchtkamer 843 verbindt met het water in een golfwingebied 844. De golfenergieomzetter 840 benut in hoofdzaak de drukwisselingen die onder in de golven in het golfwingebied 844 optreden. Door deze drukvariatie wordt de lucht in 15 de luchtkamer 843 in meer, respectievelijk mindere mate samengedrukt.

Dit gebeurt door het toe- en uittreden van water door de waterdoorvoer 842, waarbij de watergedreven turbine 841 wordt aangedreven.

Fig. 31 toont een golfenergieomzetter 850 die onder water in een 20 golfwingebied 851 is voorzien. De golfenergieomzetter 850 omvat een vrij opgestelde watergedreven turbine 852 die mechanisch in verbinding staat met een generator 853. De watergedreven turbine 852 wordt aangedreven door de verticale stromingscomponent die optreedt in de versterkte golven in een golfwingebied 854.

25 Fig. 32 toont een golfenergieomzetter 860 die is voorzien in een golfwingebied 861. In of nabij een bodemdeel 862 van de rivier ter plaatse van het golfwingebied 861 is een golfwaterdoorvoer 863 voorzien die in verbinding staat met een aandrijfbaar conversie-element, in de vorm van een watergedreven turbine 864. De j 30 watergedreven turbine 864 staat via een leiding 865 in verbinding met een gebied van de rivier, buiten het golfwingebied 861, waar geen, of althans relatief lage golven aanwezig zijn.

Ter plaatse van het golfwingebied 861 zullen nabij het bodemdeel 862 afwisselend hoge en lage waterdrukken optreden. Deze afwisselende 35 waterdrukken vormen wisselende drukverschillen met de waterdruk buiten het golfwingebied 861. Deze wisselende drukverschillen vertalen zich in een waterstroom door de leidingen 863 en 865, die de watergedreven turbine 864 aandrijft.

1027350 ♦ - 15 -

~~ I

De hierboven beschreven golfenergieomzetters zijn ook op zich nieuw en voordelig voor het converteren van energie in een staand golfsysteem.

Naast de getoonde uitvoeringsvorm zijn vele varianten mogelijk.

5 Zo kunnen alternatieve golfopwekkers worden voorzien, bijvoorbeeld een golfopwekker in de vorm van een klep die benedenstrooms in een golfkamer voorzien is en die periodiek openbaar en sluitbaar is voor het opwekken van een staande golf in de betreffende golfkamer.

Een gestel, waarop een of meerdere golfopwekkers zijn voorzien, 10 kan geïntegreerd zijn met een dam of stuw die de rivier ter plaatse opstuwt, zoals getoond in de figuren. Alternatief kunnen het gestel en de dam of stuw ook van elkaar worden gescheiden.

Een doorvoerstuurinrichting die een uitstroomrichtingsstuureen-heid omvat, kan ook de uitstroomrichting in de breedterichting van 15 een rivier variëren, waar het getoonde voorbeeld de uitstroomrichting in de lengterichting van de rivier varieert.

Een waterdoorvoer die onderdeel uitmaakt van een golfopwekker, kan zowel een gesloten doorvoer zijn, als een doorvoer die gedeeltelijk open is naar de omgeving, met name naar de lucht, zoals 20 reeds blijkt uit de getoonde voorbeelden met een overloopdam, en met een onderwaterdam.

Een golfenergie-omzetter kan ook andere elementen omvatten, dan de getoonde turbines, golfboei, en generatoren. Zo is ook een rechtstreekse opwekking van elektriciteit met het stromende water 25 mogelijk.

In de golfenergie-omzetters met een luchtkamer, kan met voordeel resonantie optreden door de lucht en de waterkolom in een eigenfrequentie aan te slaan.

Aldus verschaft de uitvinding een waterkrachtsysteem en een 30 werkwijze voor het omzetten van energie uit stromend water, dat effectief en efficiënt toegepast kan worden in rivieren waarin slechts een relatief laag verval optreedt. De uitvinding bereikt dit door het opwekken van golven, het' versterken van de opgewekte golven, en het onttrekken van energie uit de versterkte golven. Dit concept kan op 35 een groot aantal manieren worden ingevuld.

1027350

Claims (33)

1. Waterkrachtsysteem, omvattende ten minste één golfopwekker (6), een golfversterker (20), en een golfenergieomzetter (10), waarbij 5 de ten minste ene golfopwekker (6) een waterdoorvoer (201) omvat en ingericht is om ten minste een deel van de potentiële en/of kinetische energie van stromend water om te zetten in oppervlaktegolven (22) met golfenergie, de golfversterker (20) ingericht is om ten minste in een 10 golfwingebied (30) met behulp van de golfenergie de amplitude van de oppervlaktegolven (22) in een deel van het water te vergroten, en de golfenergieomzetter (10) voorzien is in het golfwingebied (30) en een aandrijfbaar conversie-element (12) omvat voor het converteren van ten minste een deel van de energie in de versterkte 15 oppervlaktegolven (22) naar een andere energievorm.

2. Waterkrachtsysteem volgens conclusie 1, waarbij de golfversterker (20) een cirkelboogvormig gestel (5) omvat, waaraan de ten minste ene golfopwekker (6) is voorzien. 20

3. Waterkrachtsysteem volgens conclusie 1, of 2, waarbij de waterdoorvoer (201) voorzien is van een doorvoerstuurinrichting (207) voor het wisselend doorlaten van een waterstroom.

4. Waterkrachtsysteem volgens conclusie 3, waarbij de doorvoerstuur inrichting (207) autonoom is.

5. Waterkrachtsysteem volgens conclusie 3, waarbij de doorvoerstuurinrichting (111) actief stuurbaar is. 30

6. Waterkrachtsysteem volgens één der conclusies 3-5, waarbij de doorvoerstuurinrichting een debietdoseereenheid (111) omvat.

7. Waterkrachtsysteem volgens één der conclusies 3-6, waarbij de 35 doorvoerstuurinrichting een uitstroomrichtingstuureenheid (195) omvat. 1 027350 - 17 -

8. Waterkrachtsysteem volgens conclusie 7, waarbij de waterdoorvoer (192) een overloopdam (191) omvat met een stuwzijde (193) en een lage zijde (194), en de uitstroomrichtingstuureenheid een damdoorvoer (195) omvat, die uitmondt in de lage zijde (194) van de overloopdam 5 (191), voor het toe- en/of afvoeren van een gas.

9. Waterkrachtsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de waterdoorvoer (201) een doorstroomruimte (205) begrenst, voorzien van een instroomopening (203) en een uitstroomopening (204), waarbij 10 de doorstroomruimte (205) een hooggelegen gedeelte (206) omvat, dat in gebruik in zijn geheel hoger ligt dan de in- en uitstroomopeningen (203, 204).

10. Waterkrachtsysteem volgens conclusie 9, waarbij de waterdoorvoer 15 een gasdoorvoeropening (216) omvat, voor het toe- en/of afvoeren van een gas.

11. Waterkrachtsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de golfopwekker (180) een profieldeel (183) omvat, dat in of 20 nabij de waterdoorvoer (182) is voorzien.

12. Waterkrachtsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij meerdere golfopwekkers (306) zijn voorzien en de golfversterker (305) een fasestuurinrichting omvat, die verbonden is met de meerdere 25 golfopwekkers (306), voor het afstemmen van de fases van de door de golfopwekkers (306) veroorzaakte oppervlaktegolven.

13. Waterkrachtsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de golfversterker een golfkamer (20) omvat, waar de waterdoorvoer 30 (201) van de ten minste ene golfopwekker (6, 200) in uitmondt, en die verder voorzien is van een waterafvoer (11) .

14. Waterkrachtsysteem volgens conclusie 13, waarbij de golfkamer (611) in hoofdzaak rechthoekig is, voor het in samenwerking met de 35 ten minste ene golfopwekker vormen van een staand golfpatroon (612). 1027350 m - 18 -

15. Waterkrachtsysteem volgens conclusie 13, waarbij de golfkamer (20) twee zijwanden (18, 19) omvat, die convergerend zijn van de waterdoorvoer naar de waterafvoer (11).

16. Waterkrachtsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waar bij de golfversterker ten minste een brekingselement (407) voor het veranderen van een voortplantingsrichting van de oppervlaktegolven (423) omvat.

17. Waterkrachtsysteem volgens conclusie 16, waarbij het ten minste ene brekingselement (407) zich in gebruik in hoofdzaak onder water bevindt voor refractie van de door de golfopwekker (306) gegenereerde oppervlaktegolven.

18. Waterkrachtsysteem volgens conclusie 16, waarbij meerdere bre- kingselementen (507) zijn voorzien, die zich in gebruik tot boven het wateroppervlak uitstrekken en zich in hoofdzaak naast elkaar bevinden voor het vormen van zodanige golfdoorlaatopeningen, dat golfdiffrac-tie op kan treden. 20

19. Waterkrachtsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het aandrijfbare conversie-element een turbine (12) is en de golfenergieomzetter (10) een overstroombak (11) en een watertoevoer (13) omvat, welke overstroombak bestemd is voor het opvangen van de 25 toppen van de versterkte oppervlaktegolven in het golfwingebied (30) en welke watertoevoer (13) de overstroombak (11) verbindt met de turbine (12) .

20. Waterkrachtsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waar-30 bij het aandrijfbare conversie-element een turbine (852) is, die onder water, in het golfwingebied (851), is voorzien.

21. Waterkrachtsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het aandrijfbare conversie-element een drijver (831) is, die zich 35 in hoofdzaak aan het wateroppervlak in het golfwingebied (835) bevindt. 1 027350 4 - 19 - «

22. Waterkrachtsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het aandrijfbare conversie-element een turbine (841) is en de golfenergieomzetter (840) verder een luchtkamer (843) omvat, die in verbinding staat met het golfwingebied (844). 5

23. Werkwijze voor het omzetten van energie uit stromend water naar een andere energievorm, omvattende de stappen: het genereren van oppervlaktegolven met behulp van de kinetische en/of potentiële energie van het stromende water, door het sturen van 10 het stromende water, het met behulp van de golfenergie in de gegenereerde oppervlaktegolven vergroten van de amplitude van een deel van de gegenereerde oppervlaktegolven, en het omzetten van de golfenergie in de oppervlaktegolven met de 15 vergrote amplitude naar een andere vorm van energie.

24. Werkwijze volgens conclusie 23, waarbij het sturen van het stromende water het in de tijd variëren van het debiet omvat.

25. Werkwijze volgens conclusie 23, of 24, waarbij het sturen van het stromende water het in de tijd variëren van een uitstroomrichting van het stromende water omvat.

26. Werkwijze volgens één der conclusies 23-25, waarbij het sturen 25 van het stromende water het afschudden van wervels omvat.

27. Werkwijze volgens één der conclusies 23-26, waarbij de stap van het vergroten van de amplitude van de oppervlaktegolven het laten convergeren van de gegenereerde oppervlaktegolven omvat. 30

28. Werkwijze volgens conclusie 27, waarbij het convergeren geschiedt door in de stap van het genereren van oppervlaktegolven deze oppervlaktegolven in een cirkelboogvormig patroon te genereren.

29. Werkwijze volgens één der conclusies 23-28, waarbij de stap van het vergroten van de amplitude van de oppervlaktegolven het creëren van een staande golf omvat. 1027350 - 20 - £

30. Werkwijze volgens één der conclusies 23-29, waarbij in de stap van het omzetten van de golfenergie, de potentiële energie in de oppervlaktegolven met de vergrote amplitude wordt benut.

31. Werkwijze volgens één van de conclusies 23-30, waarbij in de stap van het omzetten van de golfenergie, de kinetische energie in de oppervlaktegolven met de vergrote amplitude wordt benut.

32. Werkwijze volgens één van de conclusies 23-31, waarbij in de 10 stap van het omzetten van de golfenergie, de druk in de oppervlaktegolven met de vergrote amplitude wordt benut.

33. Gebruik van een waterkrachtsysteem (1) volgens één der conclusies 1-22, in een rivier (2). i i 1027350