CN100482938C - 从潮水运动产生电功率的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种潮汐驱动的发电机(1)，其具有一系列的涡轮(2)，每个被安装在离岸位置的水下。每个涡轮(2)具有叶片(3)，水的潮汐流动使其转动，以给相应的发电机(4)提供功率，该发电机(4)经由相应的变压器(5)输出AC电功率到线缆(6)和适当的开关设备(7)。线缆(6)被连接到设置在岸上的一较远的变压器(8)，并且变压器(8)被连接到包含AC/DC转换器的驱动(9)的两个AC输入，其一个输入(10)经由线缆被连接到控制反馈装置(11)。控制反馈装置(11)可以是流量计，其确定潮汐流的速度，或者可以包含查询表，其包含关于在任何特定时间的潮汐流速度的信息。驱动(9)沿着缆线(13)输出DC电信号到DC/AC转换器(14)，其经由变压器(15)输出AC电功率到固定频率的本地供电网(16)。驱动(9)也通过调节从驱动(9)经由开关设备(7)输出到涡轮的信号的频率来控制每个涡轮(2)的转速。

Description

从潮水运动产生电功率的设备和方法
本发明涉及一种用于从潮水运动产生电功率的设备，并且具体地，但不是排他地，涉及一种用于将固定频率的电功率供应到与单独发电机所输出的电功率不同频率的电网。
借助于所谓风力农场来产生电功率是众所周知的，在这种风力农场中，一系列涡轮的每一个都由风功率驱动以产生电输出功率。这种风力农场的任何特定涡轮的运转效率是由驱动具有涡轮叶片的涡轮的流体的入射角度决定的，并且对于任何给定的涡轮转速具有最大值。
通过调节涡轮叶片的间距或者通过调节涡轮叶片相对于每个涡轮定子的转速来控制入射角度从而控制风力农场的涡轮的效率是公知的。
目前人们对从潮水运动产生电功率有很大兴趣，特别是在有相对长的海岸线的国家，例如英国。潮汐驱动的涡轮通常被离岸浸没，并且借助于位于在每个涡轮以上延伸的离岸塔中的控制设备来控制，例如，如伴随“潮汐涡轮技术”演示，Peter Fraenkel，创造全能量未来，阿伯丁，2001年2月27到28日的文档中所显示的。
然而，公知的这种潮汐驱动涡轮具有这样的缺点：位于离岸塔中的电控制设备的维护和修理既困难又昂贵，并且为防止海水进入到该控制设备所需要的电绝缘也增加了该设备的成本。此外，将公知的用在风力农场的技术应用到潮汐驱动涡轮伴随有相当大的困难。具体来说，具有可变间距叶片的涡轮制造起来是复杂且昂贵的，并且其中电控制设备被安装到每个发电机的用于风力农场的装置应用到潮汐驱动的涡轮是非常昂贵的，其中控制设备必须被离岸设置并且必须被保护不受海洋环境的影响。
本发明的优选实施例寻求克服上述现有技术的缺点。
根据本发明的一个方面，提供有一种用于从潮水运动产生电功率的设备，该设备包括：
至少一个电涡轮，其适于由潮水运动驱动以产生相应的第一电信号；和
驱动装置，其被远离该或每个所述涡轮而放置，用来接收该或每个所述第一电信号，控制该或每个所述涡轮的转速以调节其效率，并且输出至少一个第二电信号以供应由该或每个所述涡轮产生的电功率。
通过提供远离该或每个涡轮而放置的控制装置，这提供了这样的优点：在潮汐驱动的涡轮离岸放置的情况下，电控制部件可在岸上放置。这显著地降低了维护和修理该设备的成本和困难，并且还显著地降低了保护该控制部件所需要的电绝缘的程度。此外，本发明是以这样的令人惊讶的发现为基础的：尽管潮水流的速度随时间而显著变化，但是在特定时间该速度并不随几个涡轮安装所占用的面积的变化而显著变化。这使得几个涡轮能够被设置在岸上并且通过单个线缆连接到涡轮的单个控制装置来控制。这也使本发明比现有技术成本有效。
本发明的设备还具有这样的优点：它比具有可变间距涡轮叶片的常规设备构造和维护明显简单，和这种现有技术的设备相比，这显著降低了本发明设备的成本。此外，通过使驱动装置远离涡轮而放置，有可能给该设备提供附加驱动以添加冗余，并且通过将该附加驱动选择性地连接到一个或多个涡轮，与给每个涡轮提供附加驱动相反，这使冗余能被较为成本有效地添加。
本设备可以进一步包括用于提供至少一个第一控制信号的反馈装置，该控制信号用于在通过所述驱动装置控制该或每个所述涡轮的转速以调节其效率的过程中使用。
在优选实施例中，该设备进一步包括控制装置，用于接收该或每个所述第二电信号并且输出至少一个第三电信号以供应由该或每个所述涡轮产生的电功率，其中所述控制装置适于控制该或每个所述第三电信号的频率。
这提供了以下优点：使该或每个所述涡轮的效率能够被最大化，同时使由该或每个所述涡轮产生的电功率能够被有效地传递到固定频率的供电网。
该反馈装置可适合于响应于至少一个所述第三电信号的频率而施加至少一个所述第一控制信号。
该反馈装置可适合于响应于所述潮水运动的速度而将至少一个所述控制信号施加给所述控制装置。
这提供了当潮水运动的速度随时间变化时使该或每个所述涡轮的效率能够被控制的优点。
该设备可进一步包括AC/DC转换器装置，其用于接收该或每个所述第一电信号并且响应于其而输出DC信号到所述驱动装置。
该设备可进一步包括DC/AC转换器装置，其用于接收该或每个所述第二电信号并且响应于其而输出所述第三电信号。
该驱动装置可适合于控制至少一个所述涡轮的转速以限制其效率。
这提供了在一个或多个涡轮输出过多的能量时保护该装置不受损坏的优点。
该驱动装置可适合于使至少一个所述涡轮从其静止到转动。
这提供了帮助该涡轮克服其启动过程中的摩擦力的优点。
根据本发明的另一个发面，提供了一种从潮水运动产生电功率的方法，该方法包括：
使至少一个电涡轮被潮水运动驱动以产生相应的第一电信号；
借助远离该或每个所述涡轮而放置的驱动装置来控制该或每个所述涡轮的转速以控制其效率；和
从所述驱动装置输出至少一个第二电信号以供应由该或每个所述涡轮产生的电功率。
该方法可进一步包括步骤：响应于由所述驱动装置输出的至少一个电信号的频率而控制该或每个所述涡轮的转速。
该方法可进一步包括步骤：响应所述潮水运动的速度而控制该或每个所述涡轮的转速。
该方法可进一步包括步骤：控制该或每个所述涡轮的转速以限制其效率。
该方法可进一步包括步骤：使用所述驱动装置以使至少一个所述涡轮从其静止到转动。
仅为了举例而没有任何限制的含义，现在将参照附图对本发明的优选实施例进行描述，在附图中：
图1是实施本发明的由潮汐运转的发电机的示意图。
参阅图1，潮汐驱动的发电机1具有一系列涡轮2，使用本领域的技术人员所熟悉的方法将其每个被安装在离岸位置的水下，例如，由漂浮的浮体悬挂或者由线缆锚定于海床。每个涡轮2具有叶片3，水的潮汐流动使其转动，以给相应的发电机4提供功率，该发电机4经由相应的变压器5输出AC电功率到线缆6和适当的开关设备(switchgear)7。
线缆6被连接到设置在岸上的一较远的变压器8，并且变压器8被连接到包含AC/DC转换器的驱动9的两个AC输入，驱动9的一个输入10经由线缆被连接到控制反馈装置11。该控制反馈装置11可以是流量计，其确定潮汐流动速度，或者可以包含查询表，该查询表包含关于潮汐流在任何特定时间的速度的信息。
驱动9沿着缆线13输出DC电信号到DC/AC转换器14，该转换器14经由变压器15输出AC电功率到固定频率的本地供电网16。驱动9还以本领域的技术人员熟悉的方式，通过调节从驱动9经由开关设备7输出到涡轮的信号的频率来控制每个涡轮2的转速。
现在将描述图1中所示设备的运转。
通过各个涡轮2的潮水流动的速度在给定时间在各个涡轮之间变化不显著，尽管本领域的技术人员将理解该速度可随时间而显著变化。每个涡轮的运转效率是通过控制每个涡轮的转速来控制的，其又控制驱动涡轮的流体和涡轮叶片3之间的入射角度。
当已借助驱动9中的控制器设置每个涡轮2的转速从而以给定效率运转时，由每个发电机4输出的电的频率取决于该转速，并且通常对于所有涡轮来说是相同的。然后该电输出信号被输入到驱动9并且经由DC/AC转换器14和变压器15被输出到本地电网16。然而，因为由涡轮2输出的电信号的频率可不同于电网16的频率，所以驱动19中的控制器可改变在缆线13处输出的电信号的频率。结果，由变压器15供应到本地供电网16的AC电功率的频率可被匹配于电网16的频率以便于最佳的功率传送。驱动9可由将DC/AC转换器14的输出频率匹配于电网16的反馈回路(未示出)来控制。
除了在正常运转过程中控制涡轮2的转速使得它们以最大效率运转以外，在发电机启动过程中驱动9也可被用于驱动涡轮2以帮助克服摩擦力。此外，为了防止由过多的功率输出引起的对发电机的损坏，驱动9也可调节每个涡轮的转速以限制涡轮的运转效率。
本领域的技术人员将理解，上面的实施例已经被描述只是为了举例并没有任何限制的含义，并且在由所附权利要求所限定的本发明的范围内的各种更改和修正是可能的。例如，本发明可与具有可变以及固定间距的叶片的涡轮一起使用。

Claims (10)

1.一种设备，其用于从潮水运动产生电功率，所述设备包括：
至少一个电涡轮，其适于由潮水运动驱动以产生相应的第一电信号；
驱动装置，其被远离该或每个所述涡轮放置，用于接收该或每个所述第一电信号，控制该或每个所述涡轮的转速以调节其效率，并且输出至少一个第二电信号以供应由该或每个所述涡轮产生的电功率；
反馈装置，其用于提供至少一个第一控制信号，用于由所述驱动装置控制该或每个所述涡轮的转速以调节其效率；以及
控制装置，其用于接收该或每个所述第二电信号并输出至少一个第三电信号以供应由该或每个所述涡轮产生的电功率，其中所述控制装置适于控制该或每个所述第三电信号的频率；
其中所述反馈装置适于响应于至少一个所述第三电信号的频率而施加至少一个所述第一控制信号。
2.如权利要求1的设备，其中所述反馈装置适于响应于所述潮水运动的速度而将至少一个所述控制信号施加给所述控制装置。
3.如权利要求1的设备，进一步包括AC/DC转换器装置，其用于接收该或每个所述第一电信号并响应于该或每个所述第一电信号而输出DC信号到所述驱动装置。
4.如权利要求3的设备，进一步包括DC/AC转换器装置，其用于接收该或每个所述第二电信号并响应于该或每个所述第二电信号而输出所述第三电信号。
5.如权利要求1的设备，其中所述驱动装置适于控制至少一个所述涡轮的转速以限制其效率。
6.如权利要求1的设备，其中所述驱动装置适于使至少一个所述涡轮从其静止到转动。
7.一种从潮水运动产生电功率的方法，该方法包括：
使至少一个电涡轮被潮水运动驱动以产生相应的第一电信号；
借助于远离该或每个所述涡轮放置的驱动装置来控制该或每个所述涡轮的转速以控制其效率；
从所述驱动装置输出至少一个第二电信号；
在控制装置接收该或每个所述第二电信号并输出至少一个第三电信号以供应由该或每个所述涡轮产生的电功率，其中所述控制装置适于控制该或每个所述第三电信号的频率；以及
响应于由所述控制装置输出的至少一个所述第三电信号的频率而控制该或每个所述涡轮的转速。
8.如权利要求7的方法，进一步包括响应于所述潮水运动的速度而控制该或每个所述涡轮的转速的步骤。
9.如权利要求8的方法，进一步包括控制至少一个所述涡轮的转速以限制其效率的步骤。
10.如权利要求9的方法，进一步包括使用所述驱动装置以使至少一个所述涡轮从其静止到转动的步骤。
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