NO312377B1 - Anordning ved bölgekraftverk - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører et bølgekraftverk hvor det er anordnet reservoar i flere nivå som vannet fra bølgene strømmer inn i. Vannet strømmer videre gjennom lavtrykksturbiner innrettet typisk for produksjon av elektrisk energi.

Havbølger oppstår ved omdannelse av en del av vindenergien over havområder. Bølgeenergien beregnet per flateareal er vesentlig større enn sol- og vindenergien på samme areal. Utnyttelse av bølgeenergi fra havet utgjør derfor en nesten uuttømmelig fornybar energikilde, og er den eneste rene energikilde som potensielt kan erstatte dagens forbruk av fossile brensel.

Med utgangspunkt i de ovenfornevnte forhold, har det under de siste titalls år vært foreslått løsninger for å utnytte bøl-gekraft. Det har også blitt bygget storskala og fullskala bølgekraftverk i mange utførelsesformer, uten at noen av pro-sjektene har gitt det ønskede resultat.

Bølgekraftverk basert på kilerenneprinsippet fremstår som et enkelt og driftsikkert anlegg. Forenklet kan systemet for-klares ved at de innkommende bølger blir presset innover mellom to kileformede sidekanter, hvorved bølgenes maksimale høyde øker. Ved kilens smaleste endeparti er det på et nivå over havflaten anordnet et oppsamlingsbasseng. Bølgetopper som overstiger dette nivå, strømmer over bassengkanten og fyller bassenget. Vannets fallhøyde mellom oppsamlingsbasseng og havnivå blir utnyttet på tradisjonelt vis ved hjelp av en lavtrykksturbin.

Årsaken til at bølgekraftverk av denne art ikke anvendes i stor grad er blant annet at det i praksis oppnås en relativt liten virkningsgrad. En av årsakene til dette er at dersom det kommer inn en bølge som ikke når helt opp til bassengkanten, vil vannet i denne bølgen returnere tilbake i kilen hvor den eventuelt vil ødelegge en innoverstrømmende bølge som ville vært stor nok til å nå inn i bassenget. En annen årsak er at når det kommer en virkelig stor bølge som vesentlig overstiger bassenghøyden, så vil en del av energien i bølgen ikke bli utnyttet fordi vannet vil falle ned til den relativt lave forhåndsbestemte bassenghøyde. De to nevnte forhold bidrar til at bølgekraftverk bassert på kilerenneprinsippet har en virkningsgrad i størrelsesorden 15%.

US patent 4.263.516 omhandler et bølgekraftverk hvor bølgen, idet den strømmer oppover en flate, kan strømme gjennom åpninger i flaten, og hvor åpningene er anbrakt i ulik høyde.

Det har vist seg vanskelig å dimensjonere bølgekraftverk ifølge annen kjent teknikk slik at de har tilstrekkelig styrke til å motstå de krefter som oppstår i miljø av angjel-dende art.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

Et bølgekraftverk ifølge oppfinnelsen utnytter den kinetiske energi i en bølge ved å løfte den høyest mulig oppover et skråplan. Skråplanet er inndelt i segment ved hjelp av vertikale vegger, og forsynt med gjennomgående åpninger som kan lede bølgevannet ned i ett av flere over hverandre beliggende reservoar. Åpningene i skråplanbunnen er slik utformet med hensyn til retning og størrelse, at vann som strømmer oppover skråplanet strømmer over åpningene, mens vann som strømmer nedover skråplanet renner ned gjennom den nærmeste åpningen og ned i det korresponderende reservoar. Fra hvert reservoar strømmer vannet gjennom en nedenforliggende turbin og tilbake til havnivået.

Bølgekraftverket kan utformes slik at det eksempelvis passer for fast montering langs en strand, innebygget i et moloan-legg eller for fast/flytende plassering i åpent farvann.

I en hensiktsmessig utførelsesform for fast eller flytende plassering i åpen sjø, er kraftverket utformet som en relativt flat avkortet kjegle. Den koniske kjegleflate utgjør det ovenfor nevnte skråplan. Opp fra kjegleflaten rager et antall radialt utover fra kjegletoppen strålende vegger. Veggene kan strekke seg lenger ut enn til kjeglens ytterperiferi. To nærliggende vegger som grunnet kjeglens geometri har større av-stand ved kjeglens fot enn ved dens topp, utgjør sammen med den mellomliggende kjegleflate en kileformet renne. Hver kileformet rennes bunn er forsynt med et antall åpninger som kommuniserer med ett av bassengene som befinner seg for-trinnsvis på samme nivå i kjeglens innvendige rom. Nødvendige rørforbindelser, turbiner og annet maskineri kan være anbrakt i en senterdel som strekker seg fra kjeglens topp ned til havnivået.

Ved en slik utførelsesform vil minst en av bølgekraftverkets kilerenner være innrettet til å ta imot bølger som beveger seg mot kraftverket fra enhver retning.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser i perspektiv et flytende bølgekraftverk ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 viser et skjematisk vertikalsnitt av bølgekraftverket ifølge fig. 1 fra kraftverkets senterlinje radialt utover; Fig. 3 viser et skjematisk vertikalsnitt av bølgekraftverket ifølge fig. 2 i større målestokk i en utførelsesform hvor de gjennomgående åpninger er forsynt med spjeld; og Fig. 4 viser et skjematisk vertikalsnitt av bølgekraftverket ifølge fig. 3, men her er spjeldene lukket.

på tegningene betegner henvisningstallet 1 et bølgekraftverk hvor kraftverkets utvendige geometri i hovedsak utgjøres av en avkortet kjegle 2 som kan være flytende på havoverflaten 3 eller fast montert til havbunnen. Et styre/kontrollrom 4 kan

være anbrakt over kjeglens 2 topp og samtidig utgjøre til-komst og tak for et underliggende maskinrom 6. Kjeglens 2 nedre parti er forsynt med oppdriftstanker 9.

Flere radialt fra kjeglens 2 vertikale senterakse 10 utstrå-lende vertikale vegger 8 rager opp fra kjeglens 2 koniske flate 12. To nærliggende vegger 8' og 8" utgjør sammen med den mellomliggende konsektor/skråflate 12' en kileformet renne 14. Konsektoren/skråflaten 12' er i likhet med de andre konsektorer/skråflater forsynt med en gjennomgående åpning 16 lengst oppe, og flere nedenforliggende retningsbestemte åpninger 17. Hver av åpningene 16 og 17 kommuniserer med et av de innvendig i kjeglen over hverandre anbrakte reservoar 18, 18', 18" og 18'". I fig. 2 er det vist fire reservoarnivå. Antallet må tilpasses kraftverkets dimensjoner og de rådende bølgestørrelser og frekvenser. De retningsbestemte åpninger 17 vender mot bølgekraftverkets skråplans 12' høyeste endeparti og skråner i en foretrukket utførelsesform svakt innover.

Rørforbindelser 22, 22', 22" respektive 22'" forbinder hvert

av reservoarene 18, 18', 18", og 18'" til sine respektive lavtrykksturbiner 24, 24', 24", og 24'".

Når en bølge ruller inn mot bølgekraftverket 1, styres den

inn i en eller flere av kilerennene 14'. Vannet fra bølgen strømmer oppover konsektoren/skråflaten 12' til den når sitt høyeste nivå hvor en del av vannet strømmer gjennom åpningen 16 og ned i reservoaret 18. Når det resterende av bølgen beveger seg tilbake, strømmer vannet ned gjennom de mest nærliggende av åpningene 17 til sine korresponderende reservoar 18' til 18'".

Det alt vesentligste av bølgevannet som strømmer oppover i en kilerenne, strømmer inn i et av reservoarene 18 til 18'". Bare en ubetydelig mengde vann strømmer tilbake og forstyrrer andre innkommende bølger.

Vann fra reservoarene 18 til 18'" strømmer videre gjennom de respektive rørforbindelser 22 til 22'" til turbinene 24 til 24'".

I en alternativ utførelsesform, se fig. 3 og 4, er åpningene 17 forsynt med ett eller flere om hengsleakslinger 28 hengs-lende vippespjeld 26. Arealet av spjeldets 26 øvre parti 30 som befinner seg ovenfor hengsleakslingen 28, er mindre enn arealet av spjeldets 26 nedre parti 32 som befinner seg nedenfor hengsleakslingen 28. Spjeldene 26 er innrettet til å lukkes ved at den innoverstrømmende bølge trykker ned spjeldets 26 øvre parti 30. Når bølgen stopper, bevirker vann-trykket mot det større areal 32 at spjeldet dreier til åpen stilling.

Ifølge de fleste prinsipper som anvendes ved kjente bølge-kraftverk, må bølgevannet utnyttes i turbinen umiddelbart fordi det ikke er anordnet noe reservoar. Det er således nød-vendig å dimensjonere slike kraftverk for å gi en akseptabel virkningsgrad over et veldig stort kapasitets- og trykkom-råde, noe som medfører kompliserte løsninger og utilfreds-stillende total virkningsgrad. Ved bølgekraftverk ifølge oppfinnelsen kan turbinene være dimensjpnert for en fast fall-høyde hvor det ved hjelp av en relativt enkel turbin oppnås en høyere virkningsgrad.

Claims (6)

1. Anordning ved bølgekraftverk (1) av den art hvor bølgene strømmer oppover et skråplan (12) og hvor skråplanet (12) er forsynt med åpninger (17), karakterisert ved at åpningene (17) kommuniserer med minst to reservoar (18,18'") hvor reservoarene (18, 18"') er anbrakt i ulik høyde.

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at åpningene (17) er slik innrettet at vann som strømmer oppover skråplanet (12) i ubetydelig grad strøm-mer ned gjennom åpningene (17), mens vann som strømmer nedover skråplanet (12) i hovedsak strømmer ned gjennom åpningene (17).

3. Anordning i henhold til krav 2, karakterisert ved at de gjennomgående åpninger (17) er forsynt med lukkeanordninger (26) hvor mindre enn halvdelen av lukkeanordningens (26) areal (30) befinner seg ovenfor en hengsleaksling/akse (28) idet også mindre enn halvdelen av lukkeanordningens (26) masse befinner seg nedenfor en hengsleaksling/akse (28)

4. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at skråplanet (12) utgjør en kon-, kondel-, kjegle-eller kjegledellignende geometri.

5. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at reservoarene (18, 18'") befinner seg i bølgekraftverkets (1) innvendige rom.

6. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at reservoarene (18, 18'") kommuniserer med turbiner (24, 24'").