CN101946088A - 波浪能吸收器 - Google Patents

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纪尧姆·安德烈·让-路易斯·阿杜瓦斯
菲利普·弗朗索瓦·米歇尔·乔治斯·让
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Abstract

本发明涉及一种在不同的外滨条件下在水面上以有效方式从波浪获取能量的波浪发电单元，其包括：主浮力结构，其通过拉紧系泊绳系泊于海床并且被安置在水下波浪活跃的深度；线性发电机，其被安置在所述浮力结构中并且通过拉紧系泊绳被致动。所述单元还包括电能输出电缆，所述电能输出电缆连接于所述线性发电机，并且通过海床导向至海岸，其特征在于，所述浮力结构具有固定浮力并且具有改变浮力结构的暴露于波浪动压的表面的装置，以便为多个波浪频率优化用于有效电能输出的表面并且控制所述拉紧系泊绳中的张力。

Description

波浪能吸收器
技术领域
本发明涉及从水体表面上的波浪获取能量，并且特别地涉及一种使用拉紧系泊的波浪能吸收器的发电系统。
背景技术
用于从沿着水体表面，特别是沿着海洋表面——其持续出现较大且较强的波浪——前进的波浪获取能量的各种系统是公知的。
随着海水变浅(水深为半波长或更浅时)，波浪能由于与海底的摩擦而损失。这种现象在波长变长时最明显。而且，在海岸附近可以产生波浪能的区域经常由于港口和休闲活动而受到限制。因此，用于本发明的优选位置将是在距离海岸若干英里并且水深大于50m处。
可以根据其操作原理以及与波浪相互作用的方式而通过不同方式对波浪能转换器(WECs)进行分类。在实际应用方面，在现在或最近，仅有非常少的几种装置被使用或者进行测试：
点吸收器
点吸收器通常关于竖直轴线轴对称，并且根据定义，所述点吸收器的尺寸相对于大多数波浪的波长而言是小的。这些装置通常以竖直模式操作，通常称作“起伏”。典型地，穿透水面的漂浮体随着经过的波浪上升或下降并且通过刚性结构或张紧系泊装置而对海床起作用。通过这样，所述穿透水面的漂浮体能够吸收由水面高度变化而不是由开花浪(breaking seas)的向前运动而产生的能量。已显示对单独隔离、起伏并且轴对称的点吸收器能够吸收的能量的理论的限制取决于入射(incident)波浪的波长而不是所述装置的横截面积。
因此，波长是非常重要的标准，从而使得将点吸收器安置于开花浪的区域之外并将所述点吸收器暴露于波长较长的海洋浪涌或“起伏”的位置具有吸引力。
闭锁和相位控制
已公开的方法是迫使漂浮体的速度的相位跟随/遵从波浪载荷的相位。漂浮体必须具有明显短于波浪周期的固有周期。起伏体被液压操作的闭锁机构(作用是“停放-制动”)保持在其循环的顶部和/或底部，将起伏漂浮体锁定于附连至波浪通道(wave channel)底部的长杆。接着将起伏漂浮体施放，使得其沿波浪载荷的方向和相位迅速恢复运动。通过这种方式较大地放大运动，并相应地实现了更高的电力水平。
可变浮力设备
自适应点吸收器中的另一种发展结合了三体部点吸收器，所述三体部点吸收器包括水面漂浮体、水下可变浮力装置以及惯性质量。这种装置是公知的，并且在国际申请中WO 99/28623进行了描述。
国际申请WO 0196738公开了一种波浪能转换设备，其用于利用来自波浪运动的能量产生电力，所述波浪能转换设备包括两个装置，每个装置都包括水面漂浮体和/或一个位于水面以下的水下体，两个装置之间具有连结部。两个装置都适于响应于水体中经过的波浪或涌浪而相对于彼此运动。通过两个装置之间的连结部可利用所述两个装置之间的相对运动。
水面漂浮体与水下体之间的连接具有足够的刚性以便传递拉力和压力。
所述设备还可以包括系泊系统，所述系泊系统将整个设备保持在与设计需求和调节需求相符的位置并且不会明显限制其有效操作。此外，被连结的装置还可以具有弹性连结件，或者链，或者减震器，或类似的适应性结构以便吸收在风暴情况下由于开花浪产生的起伏、汹涌或纵摇形式的过度的相对运动。这种弹性连结件或链通常是松弛的并且可以被加重。
但是，这种设备需要具有复杂导向系统的至少两个体部。
已经开发的其它装置有：
5GB2267128公开了一种用于利用潮汐或波浪能产生电力的设备，其包括适于锚定于海床的基部结构、连接于所述基部结构的漂浮结构以及可变体积的袋，所述可变体积的袋被限制在可相对运动的结构部件之间并且由于潮汐或波浪运动因漂浮结构的运动而膨胀或压缩。用于所述袋的阀控制入口装置和出口装置，使得所述袋能够膨胀——这使得它被填满海水，以及使得所述袋能够压缩——这使得它将水排出并且随后用于产生有用的能量。因此，一个压力室随着漂浮结构上升而将水排出，而其它压力室随着漂浮结构下降而将水排出。
US2004251692公开了一种用于产生电能的波浪能单元，所述波浪能单元包括漂浮体和线性发电机，所述线性发电机的往复式振荡器(alternator)通过连接装置连接于所述漂浮体并且所述线性发电机的定子设置为锚定于海床/湖床。
设计为从海洋回收大量能量的现有装置的普遍问题在于其复杂性和成本。它们大多数具有庞大的结构、刚硬的部件并且安置在恶劣环境中。很少使用被充分验证的部件。大部分装置在工程设计、开发和维护方面的要求很高。
由于开发波浪能获取装置的主要目的之一是减少能量成本，因此维护和制造波浪能获取装置所涉及的成本是所述装置的实用性中非常重要的因素。因此，本领域需要一种能够廉价地制造和维护的波浪能获取装置。
另一个主要问题是如何设计一种设备，其能够在有效操作的同时能够承受恶劣的外滨条件。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种波浪能吸收器，其维护成本不昂贵并且基于被充分验证的技术而建造。本发明提供一种自调节系统，其根据波浪载荷调节其几何形状。本发明的目的在于将体部上的波浪载荷保持在允许的最大水平之下以便减少系泊和锚定的成本。大型体部上的波浪载荷与波浪高度H和体部体积V(和/或暴露于波浪动压的表面)成比例：F～H*V。当波浪高度增加时，本发明提出减小体部体积(和/或暴露于波浪动压的表面)，且反之亦然。
本发明提出一种优化的系统，其能够在不同波浪频率下工作并且结合了与多个波浪频率的波浪相互作用的有效的操作原理和有效方式。特别地，本发明提出了在恶劣的波浪条件下将体部体积(以及/或者暴露于波浪动压的表面)减小至最小，从而使得在当体部体积(以及/或者暴露于波浪动压的表面)处于最大值时最大生存极限波浪载荷的振幅与最大操作负载相似。
本发明提出一种优化的系统，其能够在不同波浪频率和波浪高度下工作，并且结合了有效地操作和生存极限原理/定义。
根据本发明，提供一种在不同的外滨条件下在水面上以有效方式从波浪获取能量的波浪发电单元。所获取的能量能够转化为电能并且传递至电网，在该电网处电能能够出售或者转化为例如氢或淡水等其它有用产品。
本发明包括：主浮力结构，其通过拉紧系泊绳系泊于海床并且被安置在水下波浪活跃的深度；线性发电机，其被安置在所述浮力结构中并且通过拉紧系泊绳被致动；电能控制单元以及电缆，该电缆连接于所述线性发电机，并且通过海床导向至海岸和/或悬挂至另一个波浪能吸收器，其中，所述浮力结构具有固定浮力并且具有用于改变浮力结构的暴露于波浪动压的表面的装置，以便为多个波浪频率和波浪高度优化用于有效发电的表面，并且使得所述拉紧系泊绳中的张力保持低于最大允许阈值。
优选地，用于改变浮力结构的表面的装置由具有可变几何形状的可膨胀元件构成，所述可膨胀元件能够由电能控制单元致动。
在优选的实施方式中，主浮力结构包括多个可膨胀元件，并且能够排列成多个长形可膨胀元件位于圆柱形排列中。
根据本发明，所述长形可膨胀元件是长形囊袋，其能够填充流体以增大可膨胀元件的有效表面。当所使用的流体密度接近海水密度时，单纯的体部的浮力的变化以及系泊绳中的预张力可以忽略。每个可膨胀元件都设有减压阀。可膨胀元件可以包括可伸展绝缘材料用以在可膨胀元件的表面变化过程中产生电力并且控制可膨胀元件的几何形状，如US200710257491和US200710257490所述。
本发明的一个优点是：如果系泊绳中的一个达到最大张力，则减压阀打开，而在一个或多个系泊绳中的张力小于预定最小值时使用泵装置(其能够通过由波浪发电单元产生的电力被致动)增大可膨胀元件的体积，从而增大浮力结构的有效表面。此原理产生体部上的波浪载荷的自然控制回路，其在使得保护系统免受到过大张力的同时使得操作中吸收的能量最大化。
优选地，电能控制单元和电能传输系统安放在主浮力结构的干燥环境中。
本发明的另一个优点是：浮力结构设置有穿过海面突出的一部分，且能够设置水面上方的门，以便提供进入主浮力结构内部的入口，并提供静力学稳定性。
根据本发明，浮力结构设置有至少两组倾斜拉紧系泊绳，所述拉紧系泊绳设置有延伸构件和配重块，每组都包括两根拉紧系泊绳，所述两根系泊绳的轴线在浮力结构附近交叉。延伸构件可以具有可变的硬度，使得其保证线性发电机与海床之间的在操作中的硬连接以及在恶劣生存极限条件下的软连接。
本发明的另一个优点是：可膨胀元件能够装配弹簧加载附属部分，所述弹簧加载附属部分被可膨胀元件的加压致动，使得在例如风暴条件之前流体自可膨胀元件的流出是完全被动的。
本发明的波浪能吸收器基于使用不能传递压力载荷的缆索的拉紧系泊装置。因此，线性发电机应当理想地仅在绳延伸时工作。因此本发明非常适合于使用可伸展绝缘材料(例如EAP)作为线性发电机，这是因为线性发电机通常在其第一个半循环(伸展)过程中储存弹性能，而在另一个半个循环(返回到原始长度)过程中将其转化为电能。可伸展绝缘材料在受压情况下不产生电能。
附图说明
现将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述，其中：
图1示出了根据本发明的包括波浪能吸收器在内的整个设备的实施方式的侧视图；
图2示出了根据本发明的波浪能吸收器的实施方式的视图；
图3a和图3b示出了根据本发明的波浪能吸收器在小海况下处于起伏吸收模式时的不同视图；
图4a和图4b示出了根据本发明的波浪能吸收器在高海况下处于摇摆和起伏模式时的不同视图；
图5a和图5b示出了根据本发明的波浪能吸收器在生存极限海况下时的不同视图；
图6a和图6b示出了图2所示的波浪能吸收器的控制机构的不同实施方式的侧视图；
图6c和图6d示出了根据本发明的波浪能吸收器及其控制机构的另一个实施方式的不同视图；
图7示出了根据本发明的具有系泊绳的可替换装置的另一实施方式；
图8示出了使用可膨胀元件以形成限制水的圆柱的又一实施方式的前视图；
图9示出了与图8所示实施方式相同但是在生存极限海况下的实施方式；
图10示出了本发明所使用的可膨胀元件被放泄时的实施方式；
图11示出了图9所示的可膨胀元件被充胀时的视图；以及
图12示出了线性液压电力/动力转换系统的细节图，所述线性液压电力转换系统能够与根据本发明的波浪能转换系统一起使用。
具体实施方式
在本发明中，波浪能吸收器用于利用Bristol圆筒(Bristol cylinder)的基本原理来吸收波浪能。在Bristol圆筒中，如果圆筒元件围绕圆筒轴线转动，则水下圆筒体上的波浪力显著改变。实际上，在圆筒的整个运动中，能够通过电力转换机构吸收能量，所述电力转换机构将缓慢的往复运动转换为可用能量。根据本发明，电力转换系统被安置在浮力结构的干燥环境中。
图1示出了包括波浪能吸收器在内的整个设备的实施方式的侧视图。在此特定的实施方式中，波浪能吸收器1包括三个可膨胀元件2，所述可膨胀元件2是浮力结构3的一部分，该浮力结构3通过拉紧系泊绳8而拉紧系泊于海床。甲板结构4被支承于海平面上方。
明显地，浮力结构3的开口结构构件7相互交叉，从而使得可膨胀元件2处于三角形构型。系泊绳的角度选择为使得系统的运动最优化。如在Bristol圆筒中常见的，理想地，波浪能吸收器1的运动方式应当是环形(见图1中箭头)，以便仅产生沿与来浪的方向相同，但具有相反相位以便抵消的波浪。
系泊绳方向还被优化以考虑波浪入射角的分布。
拉紧系泊绳8包括用于水柱(water column)主要部分的缆索(钢或人造纤维)以及海床附近的沉重的链9。沉重的底部链的重量选择为在波浪能吸收器1向下沉时保持缆索中的最小张力。
系泊绳8的倾斜度优选地是大约45°。这样是优选的，因为摩擦力较小并且系统1将能够在起伏和摇摆的过程中工作。将倾斜度进行微调，以便在起伏和摇摆运动中获得适当的自然阶段。
所使用的锚10可以是不同的类型，例如竖直加载锚、重力锚、抽吸桩或打入桩等。
为了传递波浪能吸收器1中产生的电能，将能量送至电缆11，该电缆11将能量传输给用户。电缆11被安置在系泊元件附近，以便不增加可能使其失灵的较大的系泊负载。
在图1所示的实施方式中，电缆具有陡的S形构造，这是由于电缆依赖于浮标12，浮标12位于波浪活动区域的下方与海床连接。
图2示出了根据本发明的波浪能吸收器1的实施方式的视图。波浪能吸收器包括若干圆筒形可膨胀元件2，所述若干圆筒形可膨胀元件2是浮力结构3的拉紧系泊于海床的部分。
浮力结构包括平台或甲板4。甲板4通过水面上方的门5提供简易入口。甲板4上还设置有信号装置6。
浮力结构3还包括甲板4下方的开口结构构件7。
在图2所示的特定实施方式中，浮力结构3包括通过支承结构24连结在一起的两个对称部分(每个部分包括甲板和开口结构)，可膨胀元件2固定于所述支承结构24。在图2所示的实施方式中，15浮力结构3的两个对称部分之间的距离大约为16米，而浮力结构3的高度大约为15米。
图3a至图5b示出了根据本发明的波浪能吸收器在不同波浪海况下的不同视图。
根据本发明的系统结合了在所有波浪频率下的最有效的操作原理。这可通过具有固定结构和可变体积，或者通过具有固定体积和可变设计而实现。本发明的目的是减小系统上的波浪载荷，以便通过同一个系泊系统承受恶劣(heavy)的海况。
图3a和图3b示出了根据本发明的波浪能吸收器在起伏波浪海况下的不同视图。
在起伏模式中，波浪的高度大约为1米，波浪的周期小于10秒。在这些海况下，圆柱形可膨胀元件2将被完全充胀(直径大约5米)，而所述系统将切开水平面区域并且用作点吸收器(几乎像柱形浮标一样工作，见箭头)。波浪能吸收器1的构造与图1和图2中所述的波浪能吸收器的构造相同。
图4a和4b示出了根据本发明的波浪能吸收器在高浪海况下的不同视图。
在高浪海况下，波浪的高度大约为3米；波浪周期为大约7秒至15秒。在这种状态下，囊袋将被放泄(直径大约3米)，使得系统将完全没入水下并且所述系统的工作方式将越来越像Bristol圆筒。波浪能吸收器1的构造与图1和图2中所述的波浪能吸收器的构造相同。
图5a和5b示出了根据本发明的波浪能吸收器在生存极限状态下的不同视图。
在生存极限状态下，波浪的高度大约为20米；波浪的周期15大约为18秒。在这种异常的海况下，可膨胀元件2将被完全放泄(直径大约1.7米)，系统成为框架，像对波浪更加透明的结构一样。
生存极限系统完全是被动的。因此使用的阀的可靠性的重要性是关键的。在优选实施方式中，使用塑料阀。这种阀的优点是没有海洋生物能够生存于(set)内部。
可膨胀元件2装配有故障安全阀(未示出)，如果系泊绳8中的一个达到预定最大延伸，则所述故障安全阀将打开。由于可膨胀元件受压被充胀，因此可膨胀元件中容纳的流体将通过可膨胀元件的外皮恢复其潜在的弹力能而流出。
当所有系泊绳8中的延伸都降至低于预定的最小延伸时，使用泵来将可膨胀元件2充胀以便增大体积以及因此波浪载荷。
泵由系泊绳8直接致动，使得系统使用波浪能再次将其可膨胀元件2充胀。这能够通过单独的简单可靠的液压泵(例如隔膜泵或往复泵)或者通过主电能输出系统驱动电泵实现。下文将对电能输出(PTO)系统进行更加详细的说明。
如果可膨胀元件的弹性是有限的并且不足以使水被动地流出，则此简单的泵能够在回流中使用以使囊袋排空。如果PTO是液压的并且使用海水作为工作流体，则可膨胀元件可以用作蓄压器。
假设可膨胀元件材料能够承受多次充胀/放泄的循环，则体积控制系统可以根据入射波浪能量持续地对可膨胀元件的体积进行优化。所述系统对系泊绳8上的载荷进行自限制并且自然地最佳使用可用的PTO延伸范围。
还能够设计可替换的体积控制系统。可膨胀元件2能够由非弹性外皮制成。在这种情况下，可膨胀元件装配有弹簧加载附属部分，所述弹簧加载附属部分将外皮设置为在可膨胀元件排空时给外部流提供最小表面积和体积。
弹簧附属部分通过可膨胀元件的增压而被致动。因此，在系泊绳延伸过大的情况下的体积减小保持为被动的。布置能够包括(但不限于)褶皱、卷绕、波纹管。弹簧加载附属部分能够是(但不限于)弹性环、撑架以及气动元件等，并且能够位于可膨胀元件的外部或内部。故障安全阀和泵装置保持相似。
可膨胀元件2可以是缓冲垫，其将具有另一优点——该优点在于经过验证的技术的新的用途。下文将给出关于可膨胀元件的更多细节，参见图9和图10。
图6a和图6b示出了图2所示的波浪能吸收器的控制机构的不同实施方式的侧视图。图6c和6d示出了波浪能吸收器的控制机构的另一实施方式的不同视图。
从这些图中可以明显看出，为了激发发电机13，必要的是系统被拉紧系泊。
图中示出弹簧型致动器，其中，弹簧15能够提供较大延长并且安置在系统中容易进入的部分。所述弹簧可以是SEAFLEX制造的一种弹性体弹簧。该弹簧将通过电能输出电缆16连接于系泊绳8，所述电能输出电缆16将经由链轮20前进。致动器将与链轮20相互连接，使其根据施加于弹簧15上的载荷做出反应。
如图6a至图6b所示，电能输出(PTO)系统14在浮力结构3内部。
在本发明中，PTO系统14利用拉紧系泊系统8在波浪载荷下的延伸。PTO还能够用作致动器以控制和优化发电(可以使用若干种已知的控制技术，例如反作用/反应控制、相位控制和闭锁等)。可以使用下列不同系统的组合，例如机电系统、电致驱动聚合物系统、液力系统、机械系统或压电系统(本列表是非限制性的)。
一个发电机13直接连接于每个系泊绳8的端部。其允许系泊绳通过软弹簧15和阻尼装置的较大延伸和收缩。延伸/收缩是足够大的，以便允许系统在操作和生存极限条件下经受最大的波浪引发的运动，而系泊绳8的刚度不会突然增大。
可替换的方案是使用可伸展的绝缘材料(例如电致驱动聚合物)作为发电机/发生器(generator)和致动器，以应用所需的控制策略。这些可伸展绝缘材料具有较大的伸展能力并且具有需要的高功率密度(power density)。
在图6a中，控制机构位于浮力结构3的甲板4中。在此实施方式中，PTO14是液压致动器。在此构造中，通过甲板4上水平面上方的门5能够容易地进入控制机构。在此实施方式中，将系泊绳8连结于弹簧15的电缆16能够局部地由钢缆系/链制成，以便使由于链轮20高度处的摩擦而引起的疲劳最小化。
在图6b中，控制机构位于30浮力结构3的开口结构构件7中。在此构造中不存在疲劳问题，但是和图6a相比，接近PTO14和弹簧设置15的实践性较低。由于电能控制单元18和泵装置19仍然位于浮力结构3的甲板4中，因此仍然能够轻易地接近电能控制单元18和泵装置19。
在图6c中，改变了浮力结构3的构造。在此特定的实施方式中，波浪能吸收器1包括三个圆筒可膨胀元件2，所述三个圆筒形可膨胀元件2是拉紧系泊于海床的浮力结构3的一部分。三个可膨胀元件分别设置于图6c(前视图)所示的三角形的顶点。
浮力结构包括平台或甲板4。甲板4通过水面上方的门5提供简易入口。甲板4的顶部上还设置有信号装置6。浮力结构3还包括甲板4下方的开口结构构件7。在图6c和图6d所示的特定实施方式中，甲板4和两个对称的开口结构构件7在上部可膨胀元件2的高度相交。如图6a所示，控制机构位于浮力结构3的甲板4中。在图6c所示的构造中，通过门5很容易接近控制机构。如前面所示，电缆16能够局部地由钢缆系/链制成，以使由于链轮20高度处的摩擦而引起的疲劳最小化。
图7示出了根据本发明的波浪能吸收器1的另一种实施方式，其具有系泊绳8的可替换布置。波浪能吸收器包括若干圆筒可膨胀元件2，所述若干圆筒可膨胀元件2是拉紧系泊于海床的浮力结构3的一部分。浮力结构包括平台或甲板4。浮力结构3还包括甲板4下方的开口结构构件7。在此特定的实施方式中有四个可膨胀元件2，每个所述可膨胀元件2位于正方形的顶点。如前述实施方式中详细说明的，开口结构构件7是倾斜的并且与拉紧系泊绳8对齐。
为了加强对施加于系泊绳的可变张力的控制，本发明提出使用软管泵22。实际上，软管泵内部具有由若干软管线21制成的细长中空弹性圆筒体，所述细长中空弹性圆筒体能够在延伸和收缩时泵送流体。当软管泵连接于浮力结构3时，能够通过周期性的延伸利用波浪作用产生受压流体。底部的进给阀使得能够给泵软管填充预定的水量。由于水是不可压缩的，因此当系泊绳上的张力增加时，不能从软管线21抽出水并且泵软管的纵向硬度将增加。但是，在各个软管线21上都具有减压阀。因此，当施加于系泊绳上的张力达到特定点时，减压阀打开并且将水抽出，使得系泊绳在特定波浪载荷上变软，张力仅缓慢地增大并且避免了冲击载荷。软管线可以分为两部分，例如一部分用作软管泵以驱动涡轮产生电能。
其它部分都装配有减压阀并且用于如上文所解释的张力限制器。
图8示出了另一种实施方式的前视图，该实施方式中使用可膨胀元件在起伏波浪海况下形成圆柱形受限水。在此实施方式中，Bristol圆筒将不是填充有流体的可膨胀元件2，而是受限海水柱28，圆筒表面由布置成圆形的若干可膨胀元件2构成。当膨胀时，可膨胀元件彼此接触，限定大体积的海水。此特定的构造使得能够产生直径大约为12米的Bristol圆筒，其比图3b所示的实施方式的大约5米更大。
图9示出了与图8所示的相同的实施方式，当所述实施方式处于生存极限海况。应用以前说明的相同原理，每个可膨胀元件2设置有减压阀，当系泊绳8中的一根达到预设最大张力时，减压阀将打开。一旦被放泄，可膨胀元件彼此不接触，这样受限海水能够流动。
因此，在生存极限状态下，所述结构将对于波浪载荷很透明并且施加于系泊绳8的张力将不会导致故障。
图10示出了用于本发明的可膨胀元件2被放泄时的实施方式。静止时，可膨胀元件的外皮粘合于支承结构24。为了达到这种状态，支承结构在中部具有较大的直径。由于其可膨胀元件外皮的弹性以及支承结构的构造，即使在充胀和放泄的若干循环之后(导致可膨胀元件2的蠕动/变和弯曲)，在可膨胀元件放泄后，可膨胀元件外皮仍然总是与支承结构紧密接触。在此特定的实施方式中，可膨胀元件的各个末端都具有滑动凸缘或环25。还有其它的固定凸缘27，其能够例如用螺栓连接于支承结构24。在滑动凸缘25与固定凸缘27之间设置有可膨胀接头或波纹管26，其能够在充胀时适应可膨胀元件2的纵向扩张。
图11示出了图9所示的可膨胀元件2被放泄时的视图。
流体26通过支承结构24被注入。随着流体穿过支承结构24，可膨胀元件2中的内部压力增加。随着内部压力超过外部压力，可膨胀元件将被充胀。随着其充胀，可膨胀元件的直径将增大，因此，其将沿径向方向延展并且因此其将沿纵向方向收缩。
沿纵向方向的收缩将导致伸缩管伸展，从而适应长度的改变(见图11中的箭头)。
一旦不再保持内部压力，与弹簧加载的波纹管关联的囊袋回到其初始位置，如图10所示。
可膨胀元件2将与支承结构24紧密接触(即使在若干次充胀/放泄循环之后)。此部分地由于所使用材料的弹性造成，但也由于一旦被伸展，波纹管就变成弹簧加载。接着它们将能够恢复使得可膨胀元件能够回到其初始形状以及位置的力量。
能够通过例如关闭的阀或通过连续注入流体来保持内部压力。
根据本发明的波浪能吸收器系统也能够设计为前述视图中所示的若干结构捆束。为了使系统的效率最优，各个结构之间的距离是预定的。
实际上，各个结构之间的距离使用衍射分析进行了仔细的优化，以便在所述捆束上具有最大的总体非粘性力(波浪载荷)。这是由于，Froude-Krylov力是由通过未受干扰的波浪所产生的不稳定压力场而引起的力(FK)。Froude-Krylov力与衍射力一起成为作用于有规律的波浪中的漂浮体上的总的非粘性力。衍射力是由于扰动波浪的漂浮体而产生的。
由于结构之间的构造干涉，布置在捆束中的若干浮力结构上的总的FK力等于各个浮力结构上FK力的总和，但是布置在捆束中的若干浮力结构上的衍射力大于各个浮力结构上衍射力的总和。
因此，对于给定的总位移，(与一个大的浮力结构的构造相比)设置于捆束中的若干浮力结构的构造的总的非粘性力将更高，因此这种构造将提供更高的能量。
对本领域的普通技术人员来说明显的是，在前述公开的启发下，在实践本发明的过程中能够有多种可替换方式以及改型而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明的范围通过下述权利要求所限定的内容构成。

Claims (24)

1.一种在不同的外滨条件下在水面上以有效方式从波浪获取能量的波浪发电单元，其包括：主浮力结构(3)，其通过拉紧系泊绳(8)系泊于海床并且被安置在水下波浪活跃的深度；线性发电机(13)，其被安置在所述浮力结构(3)中并且通过拉紧系泊绳(8)被致动；电能控制单元(18)以及电能输出电缆(15)，所述电能输出电缆(15)连接于所述线性发电机(13)，并且通过海床导向至海岸，其特征在于，所述浮力结构(3)具有固定浮力并且具有改变浮力结构(3)的暴露于波浪动压的表面的装置，以便优化所述表面，以实现对于多个波浪频率的有效电能输出，并且控制所述拉紧系泊绳(8)中的张力。
2.如权利要求1所述的波浪发电单元，其特征在于，改变所述浮力结构(3)的表面的装置包括具有可变几何形状的可膨胀元件(2)。
3.如权利要求1或2所述的波浪发电单元，其特征在于，所述主浮力结构(3)包括多个可膨胀元件(2)。
4.如权利要求3所述的波浪发电单元，其特征在于，多个长形可膨胀元件(2)安置成圆筒形排列。
5.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述长形可膨胀元件(2)是长形囊袋，其能够被填充流体从而使可膨胀元件的有效表面增大。
6.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述改变所述浮力结构(3)的表面的装置通过电能控制单元(18)被致动。
7.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述电能输出系统(14)被安置在所述浮力结构(3)的干燥环境中。
8.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述电能控制单元(18)被安置在所述主浮力结构的干燥环境中。
9.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述浮力结构(3)设置有至少一个穿过海面的突出部分(4)。
10.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述突出部分(4)在水面上方设置有门(5)，以便提供进入所述主浮力结构(3)内部的入口。
11.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述浮力结构(3)设置有至少两组倾斜的拉紧系泊绳(8)，每组所述拉紧系泊绳(8)都包括两根或更多的拉紧系泊绳(8)，所述拉紧系泊绳(8)的轴线在所述浮力结构(3)附近交叉。
12.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述拉紧系泊绳设置有延伸构件。
13.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述拉紧系泊绳设置有配重块(9)。
14.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述可膨胀元件(2)由可伸展绝缘材料制成，以便在所述可膨胀元件(2)的表面变化过程中产生电力。
15.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述可膨胀元件(2)设置有减压阀。
16.如权利要求12所述的波浪发电单元，其特征在于，如果所述系泊绳(8)中的一个达到预设最大张力，则所述减压阀打开。
17.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，当一个或多个系泊绳(8)中的张力小于预设最小值时，泵装置(19)用于增大所述可膨胀元件(2)的体积并且因此增大所述浮力结构(3)的有效表面。
18.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述泵装置(19)通过由所述波浪发电单元产生的电力被致动。
19.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述可膨胀元件(2)能够安装弹簧加载附属部分(15)，所述弹簧加载附属部分(15)通过所述可膨胀元件(2)的加压而被致动。
20.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述可膨胀元件(2)使用可伸展绝缘材料进行充胀和/或放泄。
21.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述可膨胀元件(2)通过滑动凸缘(25)附连于支承结构(24)并且所述可膨胀元件(2)的表面与所述支承结构(24)紧密接触。
22.如前述权利要求中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述可膨胀元件(2)通过滑动凸缘(25)和弹簧加载波纹管(26)固定于支承结构，当所述可膨胀元件(2)被充胀时，所述波纹管被拉伸以便适应所述可膨胀元件(2)沿纵向方向的收缩。
23.如前述权利要求中任一项所述的波浪能吸收器系统，其特征在于，多个浮力结构(3)被布置为捆束构型，每个所述浮力结构(3)之间的距离是预定的。
24.如前述权利要求中任一项所述的波浪能吸收器系统，其特征在于，其具有模块化设计。
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