NO326156B1

NO326156B1 - Anordning ved bolgekraftverk

Info

Publication number: NO326156B1
Application number: NO20063173A
Authority: NO
Inventors: Jorgen Hogmoe
Original assignee: Jorgen Hogmoe
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2008-10-13
Also published as: WO2008004893A1; CN101490409A; JP5268903B2; BRPI0713912A2; NO20063173L; AU2007270128A1; CN101490409B; US8358025B2; US20100026000A1; JP2009542957A; AU2007270128B2; CA2656765A1; EP2041428A4; EP2041428A1

Abstract

Anordning ved bølgekraftverk, der en rekke av innbyrdes forbundne flottører er anbringbare på eller delvis nedsenkbare i en vannmasse for der å bli utsatt for bølgebevegelse, og der det i tilknytning til de bevegelige leddene i rekken er anordnet minst en energigenererende innretning. Den energigenererende innretningen inngår som del av det enkelte ledd, idet leddet er utformet som et hengsel, der den første hengseldelen utgjøres av eller danner forbindelse med en stator i en elektrisk generator og den andre hengseldelen utgjøres av eller danner forbindelse med en rotor i den elektriske generatoren.. Hengslet har en leddaksel utformet som et oppdriftslegeme.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved bølgekraftverk, der en rekke av innbyrdes forbundne oppdriftslegemer er anbringbare på eller delvis nedsenkbare i en vannmasse for der å bli utsatt for bølgebevegelse, der det i tilknytning til de bevegelige leddene i rekken er anordnet minst én energi-genererende innretning som inngår som del av det enkelte ledd, idet leddet er utformet som hengsel med en første hengseldel som utgjøres av eller er forbundet med en stator i en elektrisk generator, med en andre hengseldel som utgjøres av eller er forbundet med en rotor i den elektriske generatoren, og med en leddaksel.

Til belysning av kjent teknikk kan det bl.a. vises til US 4210821 som beskriver en rekke av flottører der den innbyrdes bevegelse mellom disse omsettes til energi. Til ytterligere belysning av kjent teknikk nevnes: DE 4338103 som omhandler en bøye der bølgebevegelse bringer en magnet opp og ned langs en spole, GB 2402557 som omhandler en flottør som via en arm og et dreiepunkt samt fjæringsmiddel bevirker en magnet til å bevege seg inn i og ut av gapet på en stator som har elektriske spoler; og GB 2338839 som beskriver to løsninger, hvorav én med en hydrofoil med en bevegelig hale og en lineær generator i leddet. Til enda ytterligere belysning av kjent teknikk nevnes: GB 2091815 som omhandler oppdriftslegemer som er hengselforbundet ved hjelp av generatorhus og generatorens rotoraksel, DE 4310997 som omhandler en løs-ning der hvert ledd er utformet som en generator, og der det mellom leddene strekker seg forbindelseselementer som hver er utformet som oppdriftslegeme, samt US 1078323, US 4686377 og EP 0035346 som omhandler et bølgekraftverk basert på fluid-kompressorer eller fluidpumper som samvirker med leddene i en rekke av elementer som samlet, sammen med oppdriftslegemer, utgjør anordningen.

Bølgekraft har fordelen av å være fornybar energi med store potensialer i bølgeenergien, avhengig av utstyrsplassering og teknologi. Fordelen er at det er mulig å fremskaffe ved bølgekraft elektrisk energi, slik at det derved unngås C02 utslipp ved forbrenning av fossile avsetninger. Imidlertid har bølgekraft kun funnet anvendelse i begrenset omfang. Dette skyldes bl.a. ujevn produksjon av energi, kostbare og værutsatte installa-sjoner, ofte lange transportveier av energi fra installasjon til forbruker på land, og pro-blem med installasjon og montering til sjøs.

For å fa best mulig utnyttelse av bølgeenergien, er det viktig at det areal som beveges opp og ned blir størst mulig. Imidlertid er det også viktig at vekten av en slik konstruk-sjon blir minst mulig.

Mange av de kjente løsninger gjør bruk av deler som lett utsettes for slitasje og ikke minst er kompliserte å skifte ut. Mange av de deler som inngår i de kjente anordninger

bidrar reelt ikke til å omforme bølgeenergi. De tradisjonelle flottørløsninger har gjerne forankring i havbunnen og en strømgenerator som genererer strøm når deler i generatoren beveges innbyrdes ved flottørens opp- og nedbevegelse. Det er derfor en utfordring å bevirke at de krefter og dermed også den energi som overføres ned til havbunnen mest mulig kan unngås.

Videre er det vesentlig å sikre at et bølgekraftverk er i stand til å tåle ekstreme værfor-hold, med kraftig vind og store bølgehøyder. Selv om et bølgekraftverk vil kunne plas-seres nær et kystområde, må det også kunne fungere utenfor synlig kystområde.

Den foreliggende oppfinnelse tilsikter derfor å tilveiebringe en anordning som avhjelper en del av de åpenbare mangler eller ulemper ved de kjente løsninger, og følgelig tilsik-tes å muliggjøre en anordning der elektrisk kraft kan tilveiebringes direkte, der utsetting og innhenting av anordningen er enkel og rask, der anordningen er mulig å utforme mo-dulært, og der anordningen ved plassering om bord i en farkost under transport er rela-tivt lite plasskrevende.

Den innledningsvis nevnte anordning kjennetegnes, ifølge oppfinnelsen ved at det mellom leddene, og mellom hver ende i rekken og endenes nærmeste ledd strekker seg forbindelseselementer som er uten oppdrift eller med begrenset oppdrift, at hver ende i rekken er tilordnet minst ett oppdriftslegeme som enten er festet på enden eller har en nedhengende forbindelse til enden, og at oppdriftslegemer er tilordnet leddene og hvert ut-gjøres av minst én av følgende innretninger: nevnte leddaksel, del av leddakselen, oppdriftslegeme^) festet på eller ved hvert ledd, oppdriftslegeme festet ved eller til respektive endeområde av hvert ledd, og oppdriftslegeme(r) med nedhengende forbindelse til hvert ledd.

Ifølge én utførelsesform av anordningen er statoren og rotoren i hvert ledd begge bevegelige i forhold til leddakselen. Alternativt kan statoren eller rotoren være fast festet til leddakselen. Som ytterligere alternativ er det mulig å tenke seg at leddakselen er fast festet til den ene av hengseldelene.

Enda en ytterligere utførelsesform kan innebære at generatoren(e)s drivaksel er festet til leddakselen, og at generatoren(e)s hus er fast festet til den andre hengseldelen.

Når anordningen vurderes under ett er det tenkelig at hvert forbindelseselement er forsynt med eller forbundet med minst én generatordel valgt fra: stator i begge ender; rotor i begge ender; stator i én ende og rotor i den andre enden; og rotor eller stator i kun én ende.

Ifølge en annen utførelsesform av anordningen forestilles at hengselets leddaksel enten strekker seg gjennom senter av henholdsvis statoren og rotoren, eller utgjøres av generatorens drivaksel, eller forbinder hengeseldelene på slik måte at minst én ende av akselen er aksielt innrettet og forbundet med en generators drivaksel.

Selv om anordningen vil kunne anvendes generelt for strømproduksjon, er en særlig anvendelse knyttet til bruk som nødstrømsgenerator for et fartøy eller en farkost.

Ytterligere utførelsesformer av anordningen vil fremgå av de vedlagte, underordnete pa-tentkrav, samt av den nå etterfølgende beskrivelse under henvisning til de vedlagte teg-ninger.

Fig. 1 viser en første anvendelsesform av anordningen, ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 et riss ovenfra av anordningen vist på fig. 1.

Fig. 3 viser en andre anvendelsesform av anordningen, ifølge oppfinnelsen.

Fig. 4 viser en tredje utførelsesform av anordningen, ifølge oppfinnelsen.

Fig. 5 viser en fjerde utførelsesform av anordningen, ifølge oppfinnelsen.

Fig. 6 viser i sideriss et utsnitt av anordningen, ifølge oppfinnelsen, med leddaksel. Fig. 7 viser utsnittet VII på fig. 8 før sammenføring av rotor- og statordel på en generator.

Fig. 8 viser i riss ovenfra utsnitt av anordningen som vist på fig. 2.

Fig. 9 viser en modifikasjon av den løsning som er vist på fig. 2 og på fig. 6- 8.

Fig. 10 viser en ytterligere modifikasjon av anordningen som er vist på fig. 2, 6 - 8, samt 9. Fig. 11 viser blokkskjematisk oppkobling mellom generatorer som inngår i anordningen og en energiforbruker.

På fig. 1 - 5 er vist en anordning ved bølgekraftverk 1, der en rekke av innbyrdes forbundne flottører 2, 3,4, 5 , 6 er anbringbare på eller delvis nedsenkbare i en vannmasse 7 for der å bli utsatt for bølgebevegelse. Noen av flottørene er tilhørende eller danner del av bevegelige ledd 8, 9,10 i rekken. Slik som nærmere vist på fig. 7 - 9 er det i hvert av disse bevegelige ledd 8-10 anordnet en energigenererende innretning 11,12; 111-11 n, 121-12n, der n = 16 i det valgte eksempel. Delen 11 kan danne en stator, mens delen 12 kan danne en rotor.

Den skisserte generatoren ifølge fig 6 - 8 består som nevnt av en stator 11 og en rotor

12.1 utgangspunkt skal både statoren og rotoren være elektrisk isolert fra omgivelsene, slik at generatoren er slitesterk og bestandig mot vann. Det forestilles at statoren 11 består av et antall parallelle, ringformete legemer, der hvert legeme er oppdelt i et flertall av innbyrdes elektrisk atskilte segmenter som inneholder induksjonsspoler. Videre forestilles at rotoren 12 tilsvarende består av et antall av innbyrdes, parallelle ringformete legemer, der hvert legeme er utstyrt med segmenter av permanentmagnet-materiale, slik at når rotoren beveger seg i forhold til statoren, vil det oppsettes stadig endrende felt i statorens induksjonsspoler. Hver generators stator genererer en vekselstrøm, men strømmen fra de respektive generatorer vil nødvendigvis ikke være i fase.

Delene 11 og 12 har et gjennomgående hull som en leddaksel 13 kan strekke seg gjennom. Leddakselen er hensiktsmessig festet enten til statoren 11 eller til rotoren 12, slik at rotoren 12 dermed beveger seg i forhold til leddakselen 13 og statoren 11, eller at statoren 11 beveger seg i forhold til rotoren 12 og leddakselen 13. Imidlertid er det også mulig å forestille seg at leddakselen kun er avgrenset ved endene, og at ved leddets be-vegelser opp og ned er statoren og rotoren begge bevegelige om leddakselen. Leddakselen er i dette tilfellet hensiktsmessig utformet som et oppdriftslegeme, og dette legeme kan være hult, kan være rørformet med innvendige ribber (for eksempel laget ved eks-trudering), eller kan være rørformet og fylt med avstivende materiale, for eksempel et plastskum. I endel tilfeller kan det være ekstra behov for ytterligere oppdriftslegemer tilhørende hvert ledd og rekkens ender.

Den energigenererende innretningen 11,12 inngår som del av det enkelte ledd. Leddene 8 - 10 er utformet som et hengsel, der en første hengseldel utgjøres av statoren 11 i den elektrisk generatoren og den andre hengseldelen utgjøres av rotoren 12 i generatoren. I det viste eksempel vil hengselets leddaksel 13 strekke seg gjennom senter av henholdsvis statoren 11 og rotoren 12.

I et alternativ, som vist på fig. 9, er den første hengseldelen forbundet med en stator 14 i en elektrisk generator 15 og den andre hengseldelen utgjøres av eller er forbundet med en rotor 16 i den elektriske generatoren. Ved denne løsning er det mulig å tenke seg at hengslet har en leddaksel 16' som utgjøres av generatorens drivaksel. De enkelte generatorer som dannes på denne måte er betegnet med respektive henvisningstall 35'; 36'; 37'.

I det ytterligere alternativ som skissert på fig. 10 er forbindelsesledd 38; 39 innbyrdes bevegelig sammenhengslet via respektive hengseldeler 38', 39' og en felles dreieaksel 40.1 den viste utførelsen er dreieakselen 40 stivt festet til hengseldelene 38', mens hengseldel ene 39' er bevegelige i forhold til hengseldelene 38' og akselen 40. Akselen 40 kan være helt eller delvis hul, slik at den danner et oppdriftslegeme. Eventuelt kan den ha innvendige ribber eller være fylt med en avstivende, lett fyllmasse, for eksempel av skummet plastmateriale. Elektriske generatorer 41 og 43 har sirt generatorhus fast-gjort ved hjelp av beslag 39"; 39"' til forbindelsesleddet 39, mens generatorenes respektive drivaksler 41'; 43' er aksielt innrettet med og stivt festet til akselen 40. Oppdriftslegemer 42; 42' er tilveiebragt for de respektive generatorer 41; 43. Når bølgebeve-gelse bevirker leddets respektiv to hoveddeler 38, 39 til å forandre innbyrdes vinkel, vil dreieakslene 41'; 43' dreie seg i forhold til respektive generatorhus, hvorved genereres strøm fra generatoren.

Ettersom den strøm som genereres vil være en vekselstrøm, vil det følgelig være nød-vendig at strømmen fra de enkelte generatorer 35; 36; 37 eller 35'; 36'; 37' eller 42: 43 (flere generatorer dersom flere ledd i rekken) føres til en likeretterdel 44 som vist på fig. II og likerettes der. Som videre vist på fig. 9 er likeretterdelen 44 er hensiktsmessig an-brakt ved enden av anordningen, dvs. før den likerettede energi videreføres til en forbruker 45 (se fig. 11) enten direkte som likestrøm, eller via en vekselretter 46 som levering som vekselstrøm til forbrukeren.

Som vist på fig. 2 og 9 er de enkelte ledd i rekken forbundet ved hjelp av forbindelseselementer 17-20. Under normale omstendigheter har disse forbindelseselementer ingen eller liten naturlig oppdrift, idet det er ønskelig at oppdriften skal ligge ved selve heng-selleddene, samt i endeområdene av rekken, der det ikke er noen generator. Som nevnt kan selve leddakselen danne et effektivt oppdriftslegeme. Ved løsningen som er vist på fig. 1 og 2 er det tilsiktet at rekken i én ende 1' derav er innrettet til å kunne forankres med en havbunn/sjøbunn 21 via en line eller kjetting 22. Strømkabel 23 fra generator-ene kan enten følge linen 22 til sjøbunnen og derfra føres videre til brukerstedet, eller legges delvis flytende i sjøen frem til en brukerinstallasjon, for eksempel på land.

På fig. 3 er vist at rekken i én ende 1" derav er innrettet til å kunne forbindes med en geologisk formasjon 24. En slik formasjon 24 kan bestå av en formasjon som til enhver tid stikker opp over overflaten av vannmassen, uavhengig av tidevannsforskjeller eller en formasjon som uavhengig av tidevannsforskj eller er under vannmassens overflate. Strømkabelen 23' kan her for eksempel føres direkte til formasjonen 24.

Ved den anvendelse som er vist på fig. 4 er det tilsiktet å vise at anordningen vil kunne tjenes som en nødstrømskilde for et flytende fartøy/ farkost 25. Dette kan eventuelt være aktuelt dersom fartøyet har fått motorstans og den ombordværende strømgenerator dermed ikke lenger generer energi. I dette tilfellet kan anordningens rekke 1 i én ende 1"' være forbundet med fartøyet/ farkosten 25. I en hensiktsmessig utforming er anordningen 1 lett demonterbar i alle ledd ved å trekke ut leddakselen, eller at anordningen er lett sammenfoldbar ved leddene. Dermed vil anordningen være lett bortstubar ombord dersom dens bruk ikke er påkrevd.

Ved løsningene vist på fig. 1 - 4 er det tenkt at leddakslene i seg selv vil kunne danne oppdriftslegeme, men det er selvsagt mulig å tilføye ytterligere oppdriftslegemer ved leddene og ved rekkens ende.

Løsningen som er vist på fig. 5 ligner den som er vist på fig. 1, men det sees at det ved leddene og rekkens ender er plassert ekstra flytelegemer. Dette er en løsning som også er høyst aktuell for det utførelseseksempel som fremgår av fig. 10.

Ved løsningen vist på fig. 5 er tenkt at anordningen har en naturlig utilstrekkelig oppdrift og kan eventuelt være nedsenket noe under vannflaten og i hvert av leddene og i endene være opphengt i minst to flottører 26,27,28,29, 30. Under visse omstendigheter, særlig dersom båttrafikk ikke skal risikere å støte an mot anordningen, kan denne løsning være aktuell.

Selv om det ikke er en foretrukket utførelsesform, er det også mulig å forestille seg at flottører kan strekke seg mellom ledd i rekken og mellom et respektivt endeparti av rekken og nærmeste ledd. For å lette konstruksjonen kan flottørens ender være er utformet med generatordeler valgt fra: stator i begge ender; rotor i begge ender; og stator i én ende og rotor i den andre enden. Denne løsning kan være et alternativ til løsningen i forbindelse med fig. 9 som beskrevet ovenfor. Flottører kan i dette tilfellet strekke seg mellom nevnte ledd i rekken, samt ha egne flottører i enden av rekken, og flottørens ender kan være forbundet med generatoren valgt fra: generatorhus i begge ender; generatordrivaksel i begge ender; generatorhus i én ende og generatordrivaksel i den andre enden; og generatorhus eller generatordrivaksel i kun én ende.

Det vil imidlertid være mest foretrukket at de nevnte flottører er anbragt i, er anbragt ved eller er opphengt i nevnte ledd i rekken., slik at det mellom leddene og i tillegg mellom rekkens ender og nærmeste ledd strekker seg de nevnte forbindelseselementer 17 - 20, idet disse forbindelseselementer er uten oppdrift eller har begrenset oppdrift, og at hvert forbindelseselement er forsynt med generatordel valgt fra: stator i begge ender; rotor i begge ender; stator i én ende og rotor i den andre enden; og rotor eller stator i kun én ende.

Det vil med henvisning til fig. 1-9 forstås at hver av nevnte flottører kan utgjøres av minst én av følgende innretninger: nevnte leddaksel 13 utformet som oppdriftslegeme; oppdriftslegeme 27 - 29 festet på leddene 3-5; oppdriftslegeme 26, 30, festet til endene av nevnte forbindelseselement; oppdriftslegeme festet til hvert endeområde av leddet; og oppdriftslegeme (26 - 30) med nedhengende forbindelse til hvert ledd og anordningens ender, slik det er vist på fig. 5.

Ved utførelsen ifølge fig. 9 kan hver av nevnte flottører utgjøres av minst én av følg-ende innretninger: oppdriftslegeme festet på leddet; oppdriftslegeme festet til endene av nevnte forbindelseselement; oppdriftslegeme festet til respektive endeområde av hvert ledd og til anordningens ender; og oppdriftslegeme med nedhengende forbindelse til hvert ledd samt til anordningens ender.

På fig. 10 er det vist at generatorer er festet til hver ende av leddakselen med sin drivaksel, og at oppdriftslegemene der er festet til generatorhuset eller omgir dette.

Uansett areal som anordningen, ifølge oppfinnelsen, vil dekke, vil det være viktig at den utstyres med behørige markeringer 33, for eksempel valgt fra gruppen: radarreflektor; lysgiver; markeringsstolper; radiosender; og markeringsballong forankret ved minst én ende av rekken.

Det kan også i noen tilfeller være hensiktsmessig å utstyre anordningen med minst én kjøl 34, slik at den blir retningsstabil i forhold til opplagringsstedet.

Claims

1. Anordning ved bølgekraftverk (1), der en rekke av innbyrdes forbundne oppdriftslegemer (2 - 10; 13; 26 - 30; 40) er anbringbare på eller delvis nedsenkbare i en vannmasse (7) for der å bli utsatt for bølgebevegelse, der det i tilknytning til de bevegelige leddene (8 - 10) i rekken er anordnet minst én energi-genererende innretning som inngår som del av det enkelte ledd, idet leddet (8 - 10) er utformet som et hengsel med en første hengseldel som utgjøres av eller er forbundet med en stator (14) i en elektrisk generator (15; 35; 36; 37; 35'; 36'; 37'), med en andre hengseldel som utgjøres av eller er forbundet med en rotor (16) i den elektriske generatoren, og med en leddaksel (13; 16; 40), karakterisert ved at det mellom leddene (8 - 10), og mellom hver ende i rekken og endenes nærmeste ledd (8; 10) strekker seg forbindelseselementer (17 - 20; 38, 39) som er uten oppdrift eller med begrenset oppdrift, at hver ende i rekken er tilordnet minst ett oppdriftslegeme (2; 6; 26; 30) som enten er festet på enden eller har en nedhengende forbindelse til enden, og at oppdriftslegemer er tilordnet leddene og hvert utgjøres av minst én av følgende innretninger: nevnte leddaksel (13; 40), del av leddakselen (13; 40), oppdriftslegeme(r) (27; 28; 29; 42; 42') festet på eller ved hvert ledd (3; 4; 5), oppdriftslegeme (42,42') festet ved eller til respektive endeområde av hvert ledd (3 - 5), og oppdriftslegeme(r) (27; 28; 29) med nedhengende forbindelse til hvert ledd (8 - 10).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at statoren (14) og rotoren (16) i hvert ledd (3 - 5) begge er bevegelige i forhold til leddakselen (40).

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at statoren (14) eller rotoren (16) er fast festet til leddakselen (13; 16).

4. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at leddakselen (40) er fast festet til den ene av hengseldelene (38', 39').

5. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at generatoren(e)s (41; 43) drivaksel (41'; 43') er festet til leddakselen (40), og at generatoren(e)s (41; 43) hus er fast festet til den andre hengseldelen (39').

6. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at hvert forbindelseselement er forsynt med eller forbundet med minst én generatordel valgt fra: stator (14) i begge ender; rotor (16) i begge ender; stator (14) i én ende og rotor (16) i den andre enden; og rotor (16) eller stator (14) i kun én ende.

7. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert ved at hengselets leddaksel (13; 16'; 40) enten strekker seg gjennom senter av henholdsvis statoren (14) og rotoren (16), eller utgjøres av generatorens drivaksel, eller forbinder hengseldelene på slik måte at minst én ende av akselen (40) er aksielt innrettet og forbundet med en generators drivaksel (41'; 43').

8. Anvendelse av anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-7, til bruk som nødstrømsgenerator for et fartøy (25) eller en farkost (25).