NO325916B1 - Sjokraftverk - Google Patents

Abstract

Et undervanns kraftverk (3) er innrettet for utnyttelse av kraft fra vannstrøm (2) i et hav (1), ved hjelp av en turbin (4) og generator (15). Kraftverket (3) anbringes s flytende undervanns i havet (1), en vertikal konveksjonsstrøm (2) detekteres med deteksjonsutstyr (6) på eller tilknyttet kraftverket (3), kraftverket (3) forflyttes til en posisjon ved konveksjonsstrømmen (2), turbinen (4) drives av konveksjonsstrømmen (2) slik at generatoren (5) genererer elektrisk energi, og energien lagres i et energilager (8) i eller ved kraftverket (3).

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et kraftverk av den type som angis i den innledende del av det vedføyde patentkrav 1, samt en fremgangsmåte for generering av kraft slik som angitt i den innledende del av det vedføyde patentkrav 11.

I den senere tid har man søkt etter nye måter å utvikle energi på fra de naturgitte energireservoarene. Ett av reservoarene er de store havmassene som opptar i seg anselige mengder bevegelsesenergi. De mest vanlig kjente typene kraftverk er såkalte bølgekraftverk, som hovedsakelig er innrettet for å konsentrere og oppsamle energi i form av overflatebølger generert av vind. En annen kjent type er såkalte strøm- eller tidevannskraftverk, som i realiteten er turbiner (lik vindmøller) anbrakt undervanns, det vil si festet til bunnen slik at turbinene drives av vannstrøm generert av tidevann eller andre effekter.

Foreliggende oppfinnelse angår et kraftverk som av type er beslektet med de sistnevnte strømningskraftverkene, men som utgjør en alternativ løsning og som utnytter energi som har basis i andre typer naturkrefter.

Det er således ifølge et første aspekt av oppfinnelsen tilveiebrakt et kraftverk som omfatter minst en turbin med tilhørende generator, hvor turbinen er innrettet for å drives av en vannstrøm i et hav, og kraftverket ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at det er anbrakt flytende undervanns og videre omfatter

a) utstyr for deteksjon av en konveksjonsstrøm,

b) utstyr for å bevirke forflytning til en plassering ved konveksjonsstrømmen, og

c) et energilager for lagring av generert energi.

Turbinen er fortrinnsvis innrettet hovedsakelig for utnyttelse av vertikale strømmer,

eller strømmer med en vesentlig vertikalkomponent, idet turbinaksen er stilt hovedsakelig vertikalt.

Turbinen er fortrinnsvis innrettet for utnyttelse av hovedsakelig vertikale strømmer drevet av minst en av parametrene tetthetsforskjeller, temperaturforskjeller, salinitetsforskjeller.

Kraftverket har i den foretrukne utførelsesform flyteutstyr i form av bøyer for regulering av flytenivå for kraftverket.

Utstyret for deteksjon av en konveksjonsstrøm kan omfatte et sonarsystem, og utstyret for å bevirke forflytning kan omfatte et propellersystem.

Kraftverket ifølge oppfinnelsen omfatter utstyr for opprettholdelse av flytedybde, i form av et regulerbart oppdriftssystem.

Kraftverkets energilager kan utgjøres av et system for generering av fritt hydrogen, samt en lagertank på overflaten for lagring av hydrogengass.

Turbinen kan videre ha tilknyttet en traktformet konsentrasjonsanordning for fokusering av strømmen mot turbinens tverrsnitt.

I et andre aspekt av oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for tilveiebringelse av utnyttbar kraft fra vannstrøm i et hav, ved hjelp av en turbin og generator, og fremgangsmåten kjennetegnes ved at - et kraftverk som omfatter nevnte turbin og generator, anbringes flytende undervanns i nevnte hav, - en konveksjonsstrøm detekteres med deteksjonsutstyr på eller tilknyttet kraftverket,

- kraftverket forflyttes til en posisjon ved konveksjonsstrømmen,

- turbinen drives av konveksjonsstrømmen slik at generatoren genererer elektrisk energi, og

- energien lagres i et energilager i eller ved kraftverket.

I det følgende skal oppfinnelsen belyses nærmere ved å ta i betraktning utførelseseksempler, og det vises da samtidig til de vedføyde tegningene, hvor

fig. 1 viser skjematisk hvordan konveksjonsstrømmer kan bevege seg i en vannmasse,

fig. 2 viser skjematisk hvordan et kraftverk ifølge oppfinnelsen kan være oppbygd, og

fig. 3 viser en spesiell utførelse av viktige elementer som inngår i et kraftverk ifølge oppfinnelsen.

I vannmasser, enten de er små eller store, vil det forekomme gradienter av forskjellige fysiske parametere. Det kan være temperaturgradienter, tetthetsforskjeller og salinitetsvariasjoner over større eller mindre avstander. Slike forskjeller eller gradienter vil sette opp strømninger som forsøker å utlikne forskjellene.

I fig. 1 vises en enkel og skjematisk fremstilling av hvordan en rekke konveksjonsstrømmer kan oppstå i en vannmasse, drevet av temperaturforskjell mellom øvre og nedre vannlag. Oppvarming nedenfra og avkjøling øverst vil sette i gang en rekke sirkulerende strømninger, med oppoverstrøm typisk i et område slik som a, og med nedoverstrøm i områder slik som b.

Hvis en ser for seg store vannmasser med typisk dybdedimensjon fra 50 til 1000 meter, vil selvfølgelig et strømningsbilde bli mer komplisert, blant annet på grunn av strømninger generert av andre, større effekter (solinnstråling, jordrotasjon, kystlinjer etc), men slike strømninger er som regel horisontale. I områder som ikke domineres av globale eller regionale strømninger, vil mer lokale konveksjonsstrømmer, av den generelle type som er illustrert i fig. 1, oppstå.

Tetthetsforskjeller, basert på temperatur, vil bevirke slik strøm, idet tettere vann, spesielt ved 4 °C, vil ha en tendens til å synke, mens mindre tett vann vil stige, og det vil således kunne oppstå liknende strømninger som vist i fig. 1.

Tettheten avhenger ikke bare av temperatur, men for eksempel også av saltholdighet. Også saltholdighet kan variere, og dette kan generere strømninger på liknende måte.

En ytterligere faktor er bunnforhold, det vil si spesielt der bunnen oppviser sterk stigning, for eksempel ved undervanns bergformasjoner. Også her vil strømninger av hovedsakelig vertikal type være å finne.

Foreliggende oppfinnelse går i enkelhet ut på å kjøre et kraftverk inn til et slikt strømningsområde som vist ved a eller b i fig. 1, og å utnytte strømningen til å drive et turbinsystem. Det dreier seg da om strømninger av vesentlig størrelse, på havdyp i et område som tidligere nevnt, 50-1000 meter eller mer. Når strømningen svekkes eller flytter seg, flytter kraftverket seg til nærmeste brukbare posisjon og fortsetter der.

I fig. 2 vises, på helt skjematisk og skissemessig form, hvilke elementer som er nødvendige i et kraftverk i henhold til oppfinnelsen, samt noen elementer av valgbar type. I et hav eller vannmasse 1 er en hovedsakelig nedadgående vannstrøm vist med henvisningstall 2. Et kraftverk 3 ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen er plassert slik at strømmen 2 eller en del av den passerer gjennom, og driver en turbin 4 med vertikal akse. Turbinen 4 driver en generator 5 som i det viste tilfellet er plassert noe utenfor strømmen 2. Elektrisk energi fra generatoren 5 overføres til et energilager 8 som kunne være for eksempel akkumulatorbatterier eller et svinghjulslager, men som er vist som et elektrolyseanlegg 8a for utspalting av hydrogengass som så lagres i en overflateplassert lagertank 8b.

Kraftverket må holdes i en viss flytedybde, nærmere bestemt der den aktuelle strømmen 2 er konsentrert, og for dette formål benyttes oppdriftslegemer 10 i form av bøyer. Idet man må ta i betraktning den reaksjonskraft som må ytes oppover for å forhindre at den nedadgående strømmen 2 skal "dra med seg" kraftverket, er det helt nødvendig med et reguleringssystem for oppdrift, og henvisningstall 11 viser anordninger for slik regulering av oppdrift. Ballastering og deballastering av bøyene 10 foregår således ved at anordningene 11, som omfatter pumper og trykktanker for luft eller annen ufarlig gass, sørger for å variere fyllingsforholdet mellom gass og sjøvann i bølgene 10. Styring av disse operasjonene foregår i et styringssenter 12, på grunnlag av innkomne måledata om aktuell dybde, dybdeforandring pr. tidsenhet, eventuelt målt kraftpåvirkning fra selve strømmen 2. Dybde og dybdeforandring kan måles med ikke viste sonaranordninger.

Dersom strømmen 2 avtar til under en kritisk verdi, enten fordi selve kraftverket 3 har tatt ut så mye energi at den svekkes, eller fordi den svekkes av andre grunner, er det aktuelt å flytte kraftverket 3 horisontalt (og eventuelt vertikalt) til en ny posisjon hvor en annen strømning kan utnyttes, da fortrinnsvis i rimelig nærhet til den første posisjonen. Et søkeutstyr 6 i form av en spesiell sonar (for eksempel Doppler-type) kan brukes for å finne interessante strømningsbevegelser i hovedsakelig vertikal retning. Styringssenteret 12 kommanderer så forflytning av kraftverket 3 i horisontal retning ved hjelp av for eksempel et propellersystem 7. Forflytningen foregår sakte og rolig, og når kraftverkets 3 turbin 4 kommer inn i den nye strømmen 2 foretas raskt ballastering/deballastering ved hjelp av anordningene 11 for å kompensere for påvirkninger fra den nye strømmen 2, i motsatte retninger avhengig av om strømningen går oppover eller nedover.

Under forflytningen taues en eventuell lagertank 8b med, hvilket betyr at en overføringskabel mellom hydrolyseanlegget 8a og lagerenheten 8b må ha nødvendig styrke for å tåle draget.

Konstruksjonen som vises i fig. 2, er som nevnt helt skjematisk. I virkeligheten vil en kompakt konstruksjon bli designet. For eksempel vil det være mulig å anbringe en elektrisk generator aksialt i forhold til turbinen, og propeller-anordninger, styringsenhet og sesnorer/målere kan selvfølgelig anbringes mer "integrert" enn det som fremgår av figuren.

I fig. 3 vises en litt spesiell utgave av et kraftverk ifølge oppfinnelsen, hvor det over selve turbinen, i figuren omtalt som en "Kaplan-turbin", er anordnet en trakt-liknende oppfangings- eller konsentrasjonsanordning 9 for å styre en nedadgående strømning bedre inn mot turbinen som ligger nederst. Det finnes åpninger nederst i trakten 9 for utstrømning av vannet.

I figuren antydes for øvrig at det er tetthetsforskjell (jfr. "vann +4 "Celsius") som driver strømningen. Det antydes videre at strømningen vil anta en rotasjonsbevegelse, eventuelt med tilskudd i slik bevegelse fra den såkalte Coriolis-effekten. For øvrig vises dette kraftverket med oppdriftsbøyen og med generator, men øvrige nødvendige elementer (jfr. fig. 2) er utelatt.

Med strømstyrings- og innfangingsanordningen 9 arrangert slik som i fig. 3, vil kraftverket bare være egnet til å kjøres med nedadrettet strømning. Men med et egnet mekanisk arrangement vil det være mulig å "vrenge" trakten 9 nedover, eller så kan det være mulig å vippe hele systemet av trakt 9, turbin 4 og generator 5 180° om en horisontal akse for å fungere i en oppad rettet strømning.

For øvrig ser oppfinneren en mulighet for også å utnytte en tilleggsenergi som blir meddelt en strømning fra jordrotasjonen, dvs. via Coriolis-effekten. Denne vil være mest merkbar for en horisontalt forløpende del av konveksjonsstrømmen. Kraftverket 3 må da kunne kjøres opp eller ned til en horisontal strømningsdel, og turbinen må kunne vippes til horisontal drift.

Claims (11)

1. Kraftverk som omfatter minst en turbin (4) med tilhørende generator (5), hvor turbinen (4) er innrettet for å drives av en vannstrøm (2) i et hav (1), karakterisert ved at kraftverket (3) er anbrakt flytende undervanns og videre omfatter a) utstyr (6) for deteksjon av en konveksjonsstrøm (2), b) utstyr (7) for å bevirke forflytning til en plassering ved konveksjonsstrømmen (2), og c) et energilager (8) for lagring av generert energi.

2. Kraftverk ifølge krav 1, karakterisert ved at turbinen (4) er innrettet hovedsakelig for utnyttelse av vertikale strømmer, eller strømmer med en vesentlig vertikalkomponent, idet turbinaksen er stilt hovedsakelig vertikalt.

3. Kraftverk ifølge krav 2, karakterisert ved at turbinen (4) er innrettet for utnyttelse av hovedsakelig vertikale strømmer drevet av minst en av parametrene tetthetsforskjeller, temperaturforskjeller, salinitetsforskjeller.

4. Kraftverk ifølge krav 1, karakterisert ved at det har flyteutstyr i form av bøyer (10) for regulering av flytenivå for kraftverket (3).

5. Kraftverk ifølge krav 1, karakterisert ved at utstyret for deteksjon av en konveksjonsstrøm omfatter et sonarsystem (6).

6. Kraftverk ifølge krav 1, karakterisert ved at utstyret for å bevirke forflytning omfatter et propellersystem (7).

7. Kraftverk ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter utstyr for opprettholdelse av flytedybde, i form av et regulerbart oppdriftssystem (11).

8. Kraftverk ifølge krav 1, karakterisert ved at energilageret (8) utgjøres av et system (8a) for generering av fritt hydrogen, samt en lagertank (8b) på overflaten for lagring av hydrogengass.

9. Kraftverk ifølge krav 3, karakterisert ved at turbinen (4) har tilknyttet en traktformet konsentrasjonsanordning (9) for fokusering av strømmen (2) mot turbinens tverrsnitt.

10. Kraftverk ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter utstyr (7) for å bevirke forflytning til en plassering ved en hovedsakelig horisontalt strømmende del av konveksjonsstrømmen (2), for utnyttelse av en jordrotasjonsbasert tilleggsenergi i strømmen, samt at turbinen (4) er omstillbar for drift i stilling med horisontal akse.

11. Fremgangsmåte for tilveiebringelse av utnyttbar kraft fra vannstrøm (2) i et hav (1), ved hjelp av en turbin (4) og generator (15), karakterisert ved at - et kraftverk (3) som omfatter nevnte turbin (4) og generator (5), anbringes flytende undervanns i nevnte hav (1), - en konveksjonsstrøm (2) detekteres med deteksjonsutstyr (6) på eller tilknyttet kraftverket (3), - kraftverket (3) forflyttes til en posisjon ved konveksjonsstrømmen (2), - turbinen (4) drives av konveksjonsstrømmen (2) slik at generatoren (5) genererer elektrisk energi, og - energien lagres i et energilager (8) i eller ved kraftverket (3).