CN102076556A - 用于从水流中生产能量的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于对从水体的水流中产生能量的浮动设备进行系泊的系统，包括一浮动在水体中并具有至少一个用于产生能量的发电机(7)的设备(10)，以及至少一个细长的第一系泊元件(24)，第一系泊元件(24)的第一端连接到所述设备(10)的一端。所述第一系泊元件(24)的第二端附连到一个浮力元件(50)，该浮力元件(50)浮动在水体中并且锚定到水体下方的底部(B)，并且所述第一系泊元件(24)的第二端连接到浮力元件(50)处的在水体中的水平高度(d)与所述第一系泊元件(24)的第一端连接到浮动设备(10)处的在水体中所处的水平高度一致，因此，所述第一系泊元件在水体中水平地或基本水平地延伸。

Description

用于从水流中生产能量的装置
技术领域
本发明涉及一种用于对从水体中的水流产生能量的浮动设备进行系泊的系统，包括：一种设备，该设备浮动在水体中并且具有至少一个用来产生能量的发电机；和至少一个细长的第一系泊元件，所述第一系泊元件的第一端连接到该设备的第一端。本发明在与用于对从水中的水流产生能量的设备进行系泊有关的方面是相当有用的，特别是在海洋、湖、河或其他水体的水面以下的水流中。这样的水流可以是由，例如，洋流、潮汐变化和/或海底地形(如：沟渠、河床或其他水下狭窄的通道)引起的。
背景技术
US3726247教导了一种用于浮动船舶的系泊系统。US7307356B2、WO2006/061652A1以及WO2005/061886A1公开了用于从水流中产生能量的不同种类的设备。
WO88/04362描述了一种浮动水流发电站，由一浮动在水表面上的环形浮筒3构成，且其经由系泊缆柱5和绳2而系泊到海床上的一种锚上。涡轮被布置成悬挂在环形浮筒下方位于常规横梁上，并且能作为一种单元而被摇摆到由该环形浮筒所限定的区域内的表面上。该发电站能够绕系泊缆桩旋转，发电站的上部端部连接到一种前部浮筒9，并且发电站的下部端部固结到锚。
GB2256011教导了一种通过自身具有的浮力漂浮在水表面下方，并且经由一种支柱5而附连到一种系泊缆线6的浮动设备。该支柱可以是以固定的方式或以可旋转的方式而系紧到发电机壳体，它的另一端系紧到所述系泊缆线6，该缆绳固结到海床上的锚7。在一个实施例中，该缆线6的另一端系紧到一种在水面上的浮标1。
已知的设备的基本设计带有一目的：定位在近岸水域，这里的风和波浪的作用力与开阔海域中的相比较弱。然而，将能量设备放置在离岸或者在其它苛刻的环境中具有巨大的能量回收潜能。因此，存在着对一种从水流中生产能量的设备的需求，其与迄今已知的设备相比能抵抗更大的环境作用力。
然而，安装在离岸的设备会遭受到由波浪和风所施加的巨大的动态负载。在上述用于离岸安装的设备中，浮力元件高于水面的部分可能遭受风和波浪的负载，从而使得整个设备可能发生相对剧烈的运动，特别是关于该设备横向轴线的运动。其结果是结构方面的挑战，并且也具有对涡轮的工作效率的负面影响。因此，需要一种在巨大环境作用力下受到较小影响的设备和系泊布置。
发明内容
因此，根据本发明提供了一种用于对从水体的水流中产生能量的浮动设备进行系泊的系统，包括一种浮动在水体中并具有至少一个用于产生能量的发电机的设备，以及至少一个细长的第一系泊元件，其第一端附连到所述设备的一端，其特征在于：所述第一系泊元件的第二端附连到一种浮力元件，该浮力元件浮动在水体中并且锚定到水体下方的底部，并且所述第一系泊元件的第二端附连到浮力元件处的水体中的水平高度是与所述系泊元件的第一端附连至浮动设备处的水体中的水平高度相一致的，由此，所述第一系泊元件在水体中水平或基本水平地延伸。
所述浮力元件经由至少一个第二细长系泊元件而锚定到所述底部。在一个实施例中，所述第一系泊元件的所述第二端经由第一悬浮器件而附连到所述浮力元件，并且所述第二细长系泊元件经由至少一个第二悬浮器件而附连到浮力元件，而同时，所述第一系泊元件的所述第二端经由一种处于所述第一悬浮器件与第二悬浮器件之间的细长中间部分而连接到第二细长系泊元件。优选地，所述设备可加压载，并且所述第一悬浮器件和第二悬浮器件的长度可以调整，从而使得所述第一系泊元件在距水表面一定距离处的水体中水平地或者基本水平地延伸。
在一个具体实施例中，所述浮力构件具有一种细长形式并且包括处在浮力元件每个端部部分处的、用于所述第一和第二悬浮器件的附连件。在水体中的所述浮力元件的浮力抵消了基本所有的竖直负载分力，所述竖直负载分力经由在所述浮力元件每个端部部分处的所述第二细长系泊元件从所述底部传递上来，由此，当所述设备被安装在水体中时，所述第一系泊元件基本上仅施加水平拉力负载到所述设备上。
在一个具体实施例中，所述设备适于浸没入水体中，并且包括一种凸出部件，当所述设备在生产时，凸出部件凸出于水表面之上。
在一个具体实施例中，一个细长的第一系泊元件附连到所述设备的第一端，以及进一步地，一种细长的第一系泊元件附连到所述设备的优选地为相对端的第二端。
所述第一细长系泊元件以及所述第二细长系泊元件包括链条、线、金属线、缆线、绳索或者它们的组合。所述第一细长系泊元件优选地包括合成纤维绳索、或其他重量中性的材料的线。
附图说明
本发明的具体实施例以发明附属的权利要求以及下面参考附图的说明书来阐述。可以理解的是，这些附图仅仅示出典型的具体实施例的基本图示，并且不应将这些附图理解为对本发明的限制。在这些附图中的类同部件由类同的附图标记标示，其也将会在下面使用。
图1是根据本发明的系统的第一实施例的示意图；
图2是根据本发明的系统的第二实施例的示意图；
图3是根据本发明的系统的第二实施例的俯视示意图；
图4是根据本发明的系统的第二实施例的侧视示意图；
图5是根据本发明的系统的第三实施例的俯视示意图；
图6a是根据本发明的系统中浮力元件的一个实施例的前视示意图；
图6b是浮力元件附件的一个实施例的侧视示意图；
图7是浮动设备的一个实施例的透视图。
具体实施方式
图2以一种基本形式示出了根据本发明的系统。一种浮动设备10被图示为在水体中处于一种部分浸没位置，并且包括用于从水流C中生产能量的发电机单元7。一种在设备上的塔状结构12凸出在水表面S上。当该设备在水中时，它经由被紧固到该设备上的锚链(和/或线、金属丝、缆或绳等的组合体，在下文中被称为系泊线)而被系泊到海床B上。链、铁丝和合成纤维绳索的组合可被用作系泊线。一种系泊线24，其优选为一种合成纤维绳索、或由其它重量中性材料的线，被紧固到该设备10的一个端部，更精确地是被固定到该设备的上游侧。图7示出了系泊线24的第一端附连到该设备10。关于系泊线24的附连件、操纵以及将系泊线24锁定到设备10的进一步的细节已经被省略，因为这些细节已被本领域技术人员所熟知。类似地，由于用于电能输出和用于控制该设备的缆线的附连作为本领域技术人员熟知的解决方案而被使用，因而被省略掉了。
该设备10优选地容纳着压载舱(没有示出)，从而使得能够借助于加载和排放这些舱的水的方式而控制该设备的上升，下降以及定位。
系泊线24的第一端附连到该浮动设备10的一个端部。图2示出了系泊线24的第二端如何附连到一种浮力元件，诸如漂浮在水表面S上的浮标50。该浮标借助于一种下部系泊线6(优选为一种连接到锚29的链条)而系泊到海床B上。在该实施例中，将设备10连接到浮标50的方式是，通过系泊线24的第二端连接到第一悬线9、第一悬线9继而连接到浮标50。在该实施例中，下部系泊线6将该浮标50紧固到海床上的系留用具29上，下部系泊线6经由第二悬线8附连到浮标50上。该悬线8、9优选地包括钢丝，且优选地被系紧到浮标50的各相应端部。一种中间部分6a将系泊线24结合到下部系泊线6上。
图1示出了本发明的一种变形，其包括两个下部系泊线6，所述两个下部系泊线6连接到海床上各自的锚29上。该下部系泊线6经由各自的悬线8附连到浮标50，并且经由各自的中间部分6a而附连到系泊线24。在图1的一种变形中，借助于各自的中间部分6a结合在相交点5处而实现了与系泊线24的连接。
图3作为一种俯视透视图，示出了图1与图2中所示实施例的结合，并且以虚线显示了系泊线6的数量和角度能够如何变化。本领域技术人员可以理解的是，能够将比那些已示出的数量更多的下部系泊线6附连到浮标50，并且相比那些已示出的角度，以相对于该系统的纵向轴线的其它角度而实现附连到浮标50。
图4作为侧视示意图示出了根据本发明的系统，为了借助于发电机产生能量，该设备10呈被置于部分浸没在水体中并且承受水流C的状态。可以从该图中看出，由于该系泊线24在浮动设备10上的附连点处于水表面S下方的水平高度与系泊线24连接到浮标的附连点的水平高度一致，因比该系泊线24在水中是水平的。与浮标的附连点是经由交点5和悬线8的点而实现的。该悬线8、9的长度可调以便与该设备的吃水(其例如通过压舱的方式来调节)一致，从而使得该系泊线24总是在水中尽可能水平地延伸。在图4中，系泊线24与水表面S之间的竖直距离以标记“d”示出。因此，该系泊线24的第二端经由悬线在水表面S下方的水平高度处连接到浮标，与该系泊线的第一端连接到该主体10处的水表面S下方的水平高度基本上一致。
进一步地，参考图3和图4，负载产生(其是由发电机产生的)是显著的，并且将会试图顺着水流C的方向移动该设备10。这样的运动将通过系泊线24而被加以抵消，并且其经由中间部分6a(在图3中没有示出)连接到被锚定至底部的下部系泊线6上。该下部系泊线6中的竖直负载分力经由悬线9被传递到浮标50，从而使得通过系泊线24被传递到浮动设备10的负载是水平的。因此，利用根据本发明的系统，在所系泊的物体即设备10上，仅获得水平负载。在下部系泊线被系泊到底部时所产生的竖直负载分力被一种自由浮动的元件，即浮标50吸收了。
一旦该线上的负载大到使该浮标50浸没到水表面S下方，则在下部系泊线与浮动设备之间的角度将会减小。因此，对于浮力的需求(换而言之，由浮标所吸收的竖直分力)也会减小，并且根据本发明的系统将会在可接受的范围内自动地企稳/实现稳定化。当然，该浮标50的体积必须适应该系泊系统的最大负载。
图5示出了本发明的一种变形，其中该设备10装备了两条系泊线24，设备10的每一端配备一个系泊线24，并且连接到各自相应的浮标50。在该设备10的每一侧上的系泊布置是相同的，而且如以上描述。在图5中示出的变形的优点在于，它能够在水流方向改变的水体中定位，例如，在潮汐流中。
图6a从一端看示出了浮标50的一种变形，并且示出了其如何包括分别用于悬线9和8的附连凸出部2、3(比较图1)。图6b示出了从一侧看过去图6a中所示的变形，并且从它能够看到浮标50呈细长主体的形式。所属领域的技术人员能够理解的是，悬线8、9的附连能够配置/设定为其他形式，并且悬线8、9被系紧到浮标50各自的端部是有利的。
尽管，本发明装备有一个浮标(例如，图1和2)，对河流中的设备来说将会是足够的；但具有两个浮标(图5)的变形适用于潮汐或其他有规律地改变水流方向的水体中。如果在底部上的锚29被一种在底部B上的枢转式系泊元件替代，设备能够绕所述枢转式系泊元件转向，从而使得在系泊线6、6a和24中总是存在有张紧力、并且该没备因此总是在浮标50的下游，那么仅具有一个浮标的本发明的具体实施例也能够在开阔的海域中使用。
所属领域技术人员可以理解的是，系泊线和悬线的长度可以是不同的，并且这些绳的长度必须适于待系泊的当实际浮动主体。这就意味着，例如，该悬线的长度可以是几米(d＞＞0)，并且在系泊线24锚定到壳体10的情况下，不再对悬线有任何的需要，例如，在水表面中或水表面处(d～0)。在最后提到的情况下，该系泊线24的第二端可以连接到浮标50。
利用根据本发明的系泊系统，确保了该系泊线24在水中尽可能水平地走线。这样，该浮动主体(例如设备10)承受基本水平的张紧力负载，并且该设备在水中尽可能地保持水平。因此，在使用常规锚定方法时经常会产生的竖直负载分力得以被避免。这有助于确保该设备在水中，甚至在波涛汹涌的海域中，仅仅轻微地倾斜。
建议的浮标系泊系统的中心方面是系泊线，当它工作时(例如，静态+动态附加的产生负载/拖拽为大约160t至180t)，其保持该设备处于适当的位置，并没有给该设备10施加实质上竖直的负载分力。例如，在系泊线24上的拉力大约200t，在下部系泊线6与海床之间具有大约20度的角度，并且系泊线的总长大约为150m，引起对于浮标中大约70t浮力的需求。例如，浮标50可被设定尺寸为，使得当其破开水面S时，浮力为70t。进一步地，重要的是注意到浮标在任何时候都具有几乎相同的浮力，即使它可能去到，例如，水表面S以下3米的位置。然而，如果发生了这样的情况，例如，作用力增加到所估计的最大值以上，则在系泊线中朝向设备与向下朝向海床B之间的夹角将会减小，大概到约16度。因此，对浮标中浮力的需求也将会减小到大约60t。朝向该设备的角度将仅会改变大约1.25度，假定设备与浮标之间的距离为大约100米。由于浮标中浮力的要求随着角度的降低而减小，因此该系统是唯一/独特的。

Claims (10)

1.一种用于对从水体的水流中产生能量的浮动设备进行系泊的系统，包括：一种浮动在水体中且具有至少一个用于产生能量的发电机(7)的设备(10)；以及至少一个细长的第一系泊元件(24)，其第一端连接到所述设备(10)的一端，其特征在于：所述第一系泊元件(24)的第二端附连到一个浮力元件(50)，该浮力元件(50)浮动在水体中并且锚定到水体下方的底部(B)，并且所述第一系泊元件(24)的第二端连接到浮力元件(50)处的在水体中所位于的水平高度(d)与所述第一系泊元件(24)的第一端连接到浮动设备(10)处的在水体中所位于的水平高度一致，由此，所述第一系泊元件在水体中水平地或基本水平地延伸。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述浮力元件(50)经由至少一个第二细长系泊元件(6)系泊到所述底部(B)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述第一系泊元件(24)的所述第二端经由第一悬浮器件(9)连接到所述浮力元件(50)，所述第二细长系泊元件(6)经由至少一个第二悬浮器件(8)连接到浮力元件(50)，并且所述第一系泊元件(24)的所述第二端经由一种处于所述第一悬浮器件(9)与第二悬浮器件(8)之间的细长中间部分(6a)而连接到第二细长系泊元件(6)。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于：所述设备(10)可加压载，并且所述第一悬浮器件(9)和第二悬浮器件(8)的长度可以调整，从而使得所述第一系泊元件(24)在距水表面(S)以下一定距离(d)处的水体中水平地或者基本水平地延伸。
5.根据权利要求2或4所述的系统，其特征在于：所述浮力构件(50)具有一种细长形状并且包括处在浮力元件每一端部部分处的、用于所述第一悬浮器件(9)和第二悬浮器件(8)的附连件(2，3)。
6.根据上述任意一权利要求所述的系统，其特征在于：在水体中的所述浮力元件(50)的浮力抵消了基本所有竖直负载分力，所述竖直负载分力经由在所述浮力元件每一端部部分处的所述第二细长系泊元件(6)从所述底部(B)传递上来，因此，当所述设备被安装在水体中时，所述第一系泊元件(24)实质上仅施加水平拉力负载到所述设备(10)。
7.根据上述任意一权利要求所述的系统，其特征在于：所述设备(10)适于浸没入水体中，并且包括一种凸出部分(12)，当所述设备在生产时，凸出部分(12)凸出于水表面(S)之上。
8.根据上述任意一权利要求所述的系统，其特征在于：一个细长的第一系泊元件(24)连接到所述设备(10)的第一端，并且进一步地，一种细长的第一系泊元件(24)连接到所述设备(10)的第二端，优选地，连接到所述设备(10)相反端。
9.根据上述任意一权利要求所述的系统，其特征在于：所述第一细长系泊元件(24)以及所述第二细长系泊元件(6)包括链条、线、金属线、缆线、绳索或者它们的组合。
10.根据上述任意一权利要求所述的系统，其特征在于：所述第一细长系泊元件(24)包括合成纤维绳或其他重量中性的材料的线。
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