CN102105681A - 用于能量提取的装置和方法 - Google Patents

Abstract

描述了用于在水体中从潮汐流提取能量的装置和方法。装置包括位于潮汐流中的主体、发电机，以及线绳，线绳耦合于发电机使得线绳和发电机之间的相对运动驱动发电机。在一个配置中，主体包括实质上以潮汐流的方向取向的拖曳表面并且具有用于促进主体上的拖曳力的至少一个形成物。拖曳力导致主体的随潮汐流的运动，这导致线绳和发电机的相对运动驱动发电机。

Description

用于能量提取的装置和方法

本发明涉及一种用于在水体中从流动的流提取能量的装置和方法。特别地，本发明涉及一种用于潮汐流的方法和装置。本发明的一个实施方案涉及展开在潮汐流路径中以将沿线绳传递并且被用做驱动发电机的机械能的潮汐能施加在线绳上的受控有浮力的线绳(controlled buoyant line)。

使用流动的流例如潮汐流中的运动的水的动能以驱动涡轮的能量提取系统是已知的。通常，潮汐流能量提取系统将位于具有快速流动的流的区域中，例如流体在自然形成的阻碍之间流动之处。最近已经提出，使用可以在较浅的和较缓慢的运动的水中使用较小的涡轮提供增加的功率输出的导流管式潮汐能涡轮(shrouded tidal energy turbine)。然而，大多数导流管式涡轮是定向的并且不可能高效率地捕获流。它们还必须位于水体的平均低水位下方。此外，导流管式涡轮经受高负荷，并且需要坚固的安装系统。导流管式涡轮还对海洋生物产生威胁，海洋生物可能被吸入涡轮叶片中。

拦河坝潮汐能系统从势能产生能量，并且也已经提出了静水压头在高潮和低潮之间的变化。拦河坝能量提取系统需要大量的土木工程和高资金支出。拦河坝系统也具有大的环境影响，并且仅可以被应用于世界上有限数量的地点。

将是期望的是，生产具有低环境影响、易于制造和展开、需要较少支持性基础结构并且可以被安装在各种海底地点中的用于潮汐流的能量提取系统。

本发明的一个目的是提供缓解了上文提出的潮汐流能量提取系统的缺点和效率的用于从潮汐流提取能量的方法和装置。从阅读以下的描述，本发明的其他目的和目标将变得明显。

根据本发明的第一方面，提供了用于在水体中从潮汐流提取能量的装置，装置包括位于潮汐流中的主体；发电机；以及线绳，线绳耦合于发电机，使得线绳和发电机之间的相对运动驱动发电机；其中主体包括实质上以潮汐流的方向取向并且包括用于促进主体上的拖曳力以导致主体随潮汐流的运动的至少一个形成物(formation)的拖曳表面，并且其中主体的上述运动导致线绳和发电机的相对运动以驱动发电机。

装置的主体可以被称为拖曳主体(drag body)。

根据本发明的第二方面，提供了用于在水体中从潮汐流提取能量的装置，装置包括位于潮汐流中的线绳，线绳包括主体，主体具有实质上以潮汐流的方向取向并且包括用于促进主体上的拖曳力以导致线绳随潮汐流的运动的至少一个形成物的拖曳表面；以及发电机；其中线绳耦合于发电机，使得线绳在潮汐流中的运动驱动发电机。

根据本发明的第三方面，提供了用于在水体中从潮汐流提取能量的装置，装置包括：位于潮汐流中的主体；耦合于主体的发电机；以及线绳，线绳耦合于发电机，使得线绳和发电机之间的相对运动驱动发电机；其中主体包括拖曳表面，拖曳表面实质上以潮汐流的方向取向并且包括用于促进主体上的由潮汐流引起的拖曳力以导致主体和发电机相对于线绳的运动来驱动发电机的至少一个形成物。

根据本发明的第四方面，提供了用于在水体中从潮汐流提取能量的装置，装置包括位于潮汐流中的线绳，线绳包括用于促进线绳随潮汐流的运动的至少一个形成物；以及发电机；其中线绳耦合于发电机，使得线绳在潮汐流中的运动驱动发电机。

因此，装置可以使用水体中的来自潮汐流的动能并且将动能转换为发电机的机械能。线绳耦合于发电机，使得动力(kinetic force)导致线绳被展开为受控的长度，并且线绳的机械运动被用于驱动发电机。

本发明的在某些方面的重要的特征是提供了界定了拖曳表面的主体。拖曳表面以潮汐流的方向取向(并且可以平行于流)，并且在主体上产生的拖曳力导致其在潮汐流中运动。这与以前的提议相反，以前的提议使用潮汐流的推力推进帆或其他平面构件以驱动发电机。这样的提议依赖于易碎的部件和复杂的机构。相反地，本发明的实施方案允许使用具有大体积的主体，并且这种主体利用表面产生拖曳力以产生主体的运动。

根据本发明的第五方面，提供了在水体中从潮汐流提取能量的方法，方法包括以下步骤：

设置发电机和线绳，线绳耦合于发电机使得线绳和发电机之间的相对运动驱动发电机；

将主体设置在潮汐流中，主体包括实质上以潮汐流的方向取向并且包括用于促进主体上的拖曳力以导致主体随潮汐流的运动的至少一个形成物的拖曳表面；

允许主体随潮汐流运动，使得线绳和发电机的相对运动驱动发电机。

根据本发明的第六方面，提供了在水体中从潮汐流提取能量的方法，方法包括以下步骤：

将线绳设置在潮汐流中，线绳包括主体，主体具有实质上以潮汐流的方向取向并且包括用于促进主体上的拖曳力以导致线绳的随潮汐流的运动的至少一个形成物的拖曳表面；

设置发电机；

允许线绳和主体的随潮汐流的运动，使得线绳的运动驱动发电机。

根据本发明的第七方面，提供了在水体中从潮汐流提取能量的方法，方法包括以下步骤：

将线绳部署在流动的流中，线绳包括至少一个形成物以促进线绳的随潮汐流的运动；

允许线绳随潮汐流运动，使得线绳的运动驱动发电机。

本发明的第五、第六或第七方面的实施方案可以包括本发明的第一至第四方面的优选的和可选择的特征，并且反之亦然。

根据本发明的第八方面，提供了用于在水体中从潮汐流提取能量的装置，装置包括位于潮汐流中的主体；发电机；以及线绳，线绳耦合于发电机，使得线绳和发电机之间的相对运动驱动发电机；其中主体是实质上管状的，并且被配置为在潮汐流中以主体的纵向方向运动以驱动发电机。

本发明的另外的方面涉及以运用来自潮汐流的能量并且将能量沿线绳传递至设备以驱动发电机为目的而被展开在潮汐流路径中的受控有浮力的线绳。拖曳物(drag agent)的组成线(made up line)被展开在潮汐流中并且通过供入物线绳(feeder line)连接于发电设备(generating plant)，其目的是在线绳上获得来自水流的拖曳力能量，使得导致线绳被从其连接点拉出受控的距离。拖曳线绳随潮汐流将供入物线绳横过齿轮机械系统拉出，齿轮机械系统在潮汐周期期间向发电机提供连续的能量。

本发明的各种示例性的实施方案的特征包括以下：

线绳将具有足够设计和强度，以提供所需要的拖曳阻力并且保持线绳上的力。拖曳线绳可以具有相当大直径并且可以被沿潮汐流从几米展开至几千米，以满足所需要的机械能。线绳通过供入线绳(feed line)连接于发电设备并且线绳上的拖曳能量被转换为机械能以驱动发电机。在潮汐转向时，拖曳线绳被在相反的方向拉动并且该过程将供入物线绳的相反的端拉动出来受控的距离。拖曳线绳可以被设计为向一个或多个发电机操作以及在一个或两个潮汐流上操作。

拖曳线绳是有浮力的并且被通过固定于海床的引导柱和或导轨固定至规定的方向和深度，以利用潮汐流并且避免海床和表面中断。线绳的拖曳特性可以通过将额外的拖曳物附接于设计有增强拖曳和提供额外的浮力的特征的线绳得到增强。

连接于供入线绳的发电设备可以位于陆地上或海上平台上，或位于海底发电设备。供入线(feed wire)被固定在引导柱上并且通过使用引导柱被导向。拖曳线绳可以以终止在一个或多个发电设备中的束的方式部署。在潮汐返回(return tide)时，系统的松弛端通过利用单独的重缠系统被自动地重缠回到起始点，以用于下一次潮汐。

目的是从潮汐流提取可再生能源。系统的主要优势是其技术上的简便性、其利用可用的潮汐力生产清洁的可再生能源的能力、其预期的资金和运行成本是目前的潮汐能提案的一小部分、其的低碳印迹(footprint)、其最低程度的环境影响、其最低程度的海床或海面影响、其没有可见性和噪音。该概念是基于可用的潮汐流可扩展的。

拖曳线绳可以有几米至几千米的长度并且被以多于一个的束的方式部署，以从水运动捕获能量并且将该能量沿其长度转移至其可以被利用和转换为机械能的点。

线绳预期以分成具有十至一百米的长度的节段的方式构成，并且具有足够保持所有在线绳上的力的强度。附接于或围绕芯的是被空气或泡沫密封的配合的(fitted)有浮力的管路以及设计特征的阵列以提供在线绳上的额外的拖曳并且沿线绳的长度向线绳给予浮力。为了从短潮汐流获得最大的力，许多管路阵列(tubing array)可以被共同地附接在一个线绳上。额外的拖曳可以通过加入具有不同设计的也可以辅助系统的稳定性的拖曳物来施加。

拖曳线绳通过该它们的浮力保持在海床上方，并且被固定到高度柱(elevation post)或引导线(guide line)上。拖曳线绳的直径可以在形状和大小和设计方面改变，以满足水下条件并且最大化对于向发电机提供足够的机械驱动所需要的力的拖曳。水下拖曳线绳被设计为在每个方向移动受控的距离，并且聚集的能量沿线绳分散以向发电机提供机械动力。

拖曳线绳可以在开始点和终点之间被固定到高度柱或锚固于海床的引导线上，以如所需要的将拖曳线绳维持在沿潮汐流的受约束路径上以及海床上方的最小高度处以及水面以下的特定深度处。

水下拖曳线绳被水流的力抽出并且所聚集的能量被沿线绳并且经过供入物线绳转移至线绳的端部处的发电单元，并且线绳的这种受控的运动用于驱动发电机。当潮汐转变时，线绳在相反的方向运动并且所聚集的能量被再次沿线绳转移至发电单元，并且同时线绳的相反的端被返回至其原始位置，以准备下一次潮汐转向。

线绳可以在其移动的长度方面受限制，但是在发电端处的力适于在潮汐周期期间提供连续的机械能。

在‘长线绳系统’(图1、7、8和11)上，在线绳的两端都有发电站(generating station)，但是捕获的动力每次被向仅一个发电机供应。当潮汐转换时，线绳在相反的方向被拉动，同时线绳的另一端连接于发电机。在‘环路系统’(图10)上，对于被引导回到单一的发电设备的供入物线绳来说，开始点和终点相同。在‘单一定向系统’(图9)上，在拖曳线绳的一端上的拖曳效应被设计为在水流单向移动时具有最小的拖曳，并且通过设计在另一个线绳上拖曳被最大化。当流变化为在相反的方向时，拖曳线绳的作用逆转。单一的定向的线绳被部署在发电设备的任一侧。

在线绳的松弛端上具有用于将线绳重缠回至开始处以用于潮汐的下一次转向的重缠机构(rewind mechanism)。

本概念预期被高效率地用于大多数具有1m/sec或更高的流动的水流中，例如河口、大型海湾的入口或存在具有足够多的动力被经济地利用的水力的任何地点。拖曳线绳可以在长度上变化，并且从一个陆块延伸至许多千米远的另一个陆块。拖曳线绳附接于的聚集点可以在陆上、海床上的海或在海上小型平台上。该概念可扩展至可用的潜在用途。

现在将仅以例子的方式参照以下的附图描述本发明的示例性的实施方案，在附图中：

图1是根据本发明的第一实施方案的装置的示意性的平面图；

图2是图1的线绳的一部分的示出了拖曳元件的透视图；

图3A和3B分别是根据本发明的可选择的实施方案的拖曳元件的侧视图和端视图；

图4是根据本发明的另外的实施方案的线绳的透视图；

图5是图4的实施方案的在使用时的侧视图；

图6是根据本发明的另外的可选择的实施方案的线绳的透视图；

图7是根据本发明的可选择的实施方案部署的装置的示意图；

图8是根据本发明的可选择的实施方案部署的装置的示意图；

图9是根据本发明的可选择的实施方案部署的装置的示意图；

图10是根据本发明的可选择的实施方案部署的装置的示意图；

图11是根据本发明的另外的可选择的实施方案的安装布置的示意图；

图12是根据本发明的可选择的实施方案的设施的示意性平面图；以及

图13是根据本发明的另外的可选择的实施方案的系统的示意性侧视图。

首先参照图1，示出了通常以10描绘的包括根据本发明的实施方案的装置20的设施(installation)。设施被以平面图示出，其被部署在地块(landmasses)14之间的水体12中。水体位于潮汐流中，以由箭头表示的潮汐的方向。装置包括多个线绳30，多个线绳30在其相反的端中的每个处耦合于发电机设备32。线绳30被供入线绳34连接于发电机设备32。在本实施方案中设置了三个线绳30，然而将意识到可以使用其他数目和配置的线绳。在本实施方案中，每个线绳30具有以1米直径和300米的长度的近似尺寸。

发电机32是将机械转动能转换为电能的发电机。发电机包括转子，转子被连接于供入线绳，使得供入线绳的线性运动导致转子的旋转以及电能的产生。发电机可以是感应发电机或同步发电机。发电机设备还包括用于控制能量产生循环的合适的齿轮传动系统。重缠机构可操作以缠绕供入线绳。

每个线绳30包括由多个线绳节段36a、36b构成的主体35。在本实施方案中，节段36a、36a是由连接物38接合的塑料模塑的管状节段。线绳节段36a、36b被选择为在海水中有正浮力(positively buoyant)。主体35的外表面设置有促进线绳30的在潮汐流中的运动的形成物或拖曳元件40。图2更详细地示出了线绳节段36a的一部分。拖曳元件40是与节段36a共同模塑的实心突出部，并且从节段的主要表面42直立。拖曳元件40被纵向地且圆周地分布在节段36a上。在本实施方案中，拖曳元件40在一系列纵向地隔开的环44a、44b中形成。拖曳元件40是定向的，同时环44a中的元件以与毗邻的环44b中的拖曳元件相反的方向取向。

拖曳元件40被控制轮廓以提供在一个方向上的低拖曳系数(dragcoefficient)和在另一个方向上的相对高的拖曳系数。在本实施方案中，拖曳元件40具有面向线绳30的一个纵向方向的第一竖直面46和面向相反的纵向方向的第二逐渐倾斜面47。在本实施方案中，逐渐倾斜面47是以抛物线圆锥的形式，然而其他形状和设计也落入本发明的范围。因此，拖曳元件40的环44a提供抵抗在箭头A的方向运动的流体流的最大拖曳，而拖曳元件40的环44b具有抵抗在箭头B的方向运动的流体流的最大拖曳。

在使用时，装置20如图1所示地被安装在潮汐流中。在第一方向运动的潮汐流向线绳30上施加力，这由形成物或拖曳元件40的存在而产生。力作用于线绳30以导致线绳30在远离上游的发电机设备32的直线方向运动。相应的供入线绳34被从上游的发电机拉出，向转子赋予旋转运动，旋转运动被转换为电能。虽然在线绳30的上游端的供入线绳34被拉出，但是在线绳30的相反的下游端的供入线绳34松弛。在下游的发电机设备中的重缠机构卷绕供入线绳34中的松弛部分(slack)，以将供入线绳围绕转子盘绕。供入线绳34被允许放松至对于线绳30的尺寸和线绳30所位于的水体来说合适的程度。

当潮汐变化为在相反的方向运动时，线绳30在相反的方向运动，并且供入线绳被从(上文是下游的但是现在是上游的)发电机设备32拉出。在现在的下游的发电机设备32中的重缠机构卷绕线绳30的下游端的供入线绳中的松弛部分。因此，本发明的装置可操作以通过两个潮汐阶段产生电能。

本领域的技术人员将理解，在本发明的不同的实施方案中，形成物或拖曳元件40可以变化，并且示例性的实施方案被参照附图中的图3至6图示。

图3A是根据一个实施方案的拖曳元件60的侧视图并且图3B是其端视图。拖曳元件60从线绳节段64的表面62直立。拖曳元件60由塑料材料形成并且可以与节段64共同模塑。拖曳元件60包括逐渐倾斜表面66，逐渐倾斜表面66界定了具有入口70和出口72的内体积68。出口72为移动经过元件的流体提供受限的流动路径。拖曳元件60作为在使用时的漏斗，其中水流入入口70和出口72中。拖曳元件的内表面经受由潮汐流导致的力，力被转移为线绳的线性运动。通过设置漏斗型的拖曳元件，系统的稳定性可以相对于图1和2所示的实心拖曳元件得到改进。

图4示出了可选择的实施方案，其中拖曳元件80是柔性的或向着线绳节段84的表面82可压扁的。以与图3的实施方案相似的方式，拖曳元件包括入口86和出口88。出口88为流体提供受限的流动路径。然而，外表面90由柔性材料例如塑料片材料形成，其是向着表面82可压扁的。图5示出了图4的实施方案在流体流中使用时的情况。在箭头C的方向运动的流体进入入口86，这趋于使拖曳元件80膨胀，以为线绳产生内拖曳表面。流体流出出口88。然而，以相反的方向取向的拖曳元件80′不趋于膨胀，这是由于面向流体流C的出口的相对小的流动面积。

图6是本发明的另外的可选择的实施方案，其中拖曳元件由沿线绳或管节段的长度轴向隔开的环状环组成。在本实施方案中，环状环不是定向的，并且在线绳的纵向方向是对称的。

可以使用拖曳元件的其他配置。例如，拖曳元件可以包括增加线绳在运动流体中的拖曳系数的直立的形成物或凹陷的通道。拖曳元件可以包括从主体直立的柔性构件。例如，可以在主体上设置短而硬的毛(bristle)或翅片(fin)的布置。在可选择的实施方案中，主体的表面和/或拖曳元件可以设置有粗糙的或有纹路的表面。在另一个实施方案中，可以在主体上附接一定长度(例如1米)的棉绳，以增加拖曳。

在图1至6的实施方案中，线绳包括附接于分离的供入线绳的管路主体35。然而，在可选择的实施方案中，线绳与供入线绳一体地形成。例如，供入线绳可以设置有形成物，形成物可以简单地是线绳中的延伸于线绳的长度的结。在其他实施方案中，供入线绳可以构成线绳30的芯，并且一个或多个外主体沿供入线绳的长度位于供入线绳上。主体的目的是增加装置在潮汐流中的阻力，并且将能量传递至线绳且将能量转换为机械能以驱动发电机。

图1的实施方案包括由两个线绳节段36a、36b形成的线绳30。在本发明的优选的实施方案中，线绳节段被从可互换的模块化部件的系统中选择。这帮助适合于特殊地理位置的能量提取系统的构造和安装。多个线绳节段，例如具有约5米至20米的长度的多个线绳节段，可以被组装以形成在长度上具有多达几千米长度的线绳串。通过从模块化部件组装线绳，提供降低了制造、储存和运输成本并且可扩展至许多不同的地点的可扩展的系统。模块化系统可以包括配置为通过供入线绳或其他连接布置耦合于发电机的专用端线绳节段；配置为耦合于专用端线绳节段或中间节段中的另一个的中间线绳节段；以及配置为将专用端线绳节段和/或中间节段彼此固定的连接物。

现在将描述根据本发明的可选择的实施方案的装置的各种设施。图7示出了通常以110描绘的包括相似于图1和2所示的线绳30的线绳130的设施。线绳在其相反的端耦合于第一发电机设备132和第二发电机设备132，并且可操作以在潮汐流中以线绳130的线性方向运动，以驱动发电机。在本实施方案中，供入线绳134耦合于安装结构140，安装结构140起到将线绳130支持在海床142上方的升高位置中的作用。安装结构140每个包括海床上的基部部分144以及安装在基部部分上的支持框架146。供入线绳134经过安装结构140上的滑轮系统148。因此，安装结构将线绳支持在海床上方的高度和在水面之下的最小深度的所需范围内，但是其仍然允许线绳130的线性运动，以驱动发电机。

图8示出了可选择的设施210，其与图7的设施相似并且具有将线绳230的高度支持在期望的范围内的安装结构160。然而，在本实施方案中，支持框架246本身不界定线绳230的高度。代替地，支持框架246支持延伸经过水体的引导线248。线绳230被包括线束线(harnessline)250和线束滑轮252的线束系统(harness system)连接于引导线。线束滑轮252沿引导线248的长度自由运动。线绳230是有正浮力的，并且在引导线248(以及因此海床)上方的高度被线束线250的长度限定。

图8的实施方案具有的优势是线绳在水体内的受控的深度，而不依赖于大的支持框架。图8的实施方案中的支持框架的有效高度被线束线系统补充。这降低了安装结构的资金成本并且提供了其部署的容易性。引导线还起到将装置的运动约束在特定的定向路径内的作用。

图9是本发明的另外的可选择的实施方案的设施310的平面图，其中两个线绳330a、330b以相反的方向取向。在本实施方案中，线绳330a、330b与上文的实施方案中的那些不同，因为每个可操作以仅在潮汐阶段中的一个期间驱动发电机。线绳330a包括形成物或拖曳元件，形成物或拖曳元件被设计为，在水流在一个方向流动时具有最小的拖曳而在水流在相反的方向流动时具有最大的拖曳。第二线绳330b具有以相反的方向取向的拖曳元件。因此，在第一潮汐流方向，线绳330a被拉出以驱动发电机，并且另一个线绳330b被松弛并且线绳330b各自的供入线绳被缩回。当潮汐变化并且流在相反的方向时，供入线绳330b被拉出以驱动发电机而线绳330a被缩回。

图10示出了根据本发明的另外的可选择的实施方案的设施410，其中线绳430在任一端耦合于将其供入线绳434导向于单一的发电机设备432的滑轮系统436。在潮汐周期期间，线绳430在滑轮点436之间往复运动以驱动发电机设备。在于线绳的相反的端处安装两个发电机设备是不可能的地方，这种系统可能是有效的。

图11在剖视图中示意性地示出了可选择的设施510。线绳530被安装于海底设施520内部的发电机设备532。海底设施520包括具有相对低的拖曳的横截面轮廓，从而不会在潮汐流中产生可能不利地影响线绳530的运行的扰动(turbulence)。海底设施520包括将设施安装于海床的吸力锚系统(suction anchor system)。

在上文描述的实施方案中，装置随着潮汐流被实质上线性地部署。然而，图12示出了可选择的设施610，其中线绳630横向于潮汐流D取向。线绳630在倾斜于或垂直于其纵向轴线的方向d运动，并且被从线绳的相反的端处的两个发电机设备632向外拉动。当潮汐流在方向D上时，线绳630在受限区域634(以虚线示出)内运动，并且线绳630在松弛或相反的潮汐阶段期间被缩回。在相反的潮汐阶段中，线绳运动进入区域636并且将线绳从发电机632拉出。

图13示出了通常以700示出的可选择的设施，其也根据来自潮汐流的拖曳力导致线绳和发电机系统之间的相对运动的原理操作。然而，在本实施方案中，装置被配置作为耦合于固定线绳的可运动发电机系统。

系统700包括半潜式模块化船(semisubmersible modular vessel)702，半潜式模块化船702包括位于海面706上方的平台704、水下船体708以及将平台704连接于船体708的支持结构710。

船体708包括用于通过充满海水来给船702装压载物和卸压载物以控制其吃水深度(draught)的浮力控制舱的内部系统。系统被设计使得平台704位于波浪区的上方并且船体708位于在波浪区以下的深度处。这种配置的优势是，船体708位于表面以下并且避免暴露于风。然而，风的作用可以通过包括位于平台上的可选风力涡轮机710被利用，这可以补充从潮汐流的能量提取。

船体708具有界定了实质上以潮汐流713的方向取向的拖曳表面712的大体积。以与图1和2的主体30相似的形式，拖曳表面712设置有拖曳元件714。

船设置有通常以715表示的发电机系统，发电机系统包括位于船体708上的驱动轮716并且耦合于固定在两个锚固点(未示出)之间的海底线绳718。驱动轮716耦合于线绳，使得船702和线绳之间的相对运动导致驱动轮的旋转。在本实施方案中，设置了两个驱动轮，但是在可选择的实施方案中可以设置单一的驱动轮或更大数目的驱动轮。

驱动轮716机械地耦合于位于平台上的发电机单元720，发电机单元720转而耦合于能量储存系统。在本实施方案中，驱动轮716通过驱动轴722和齿轮机构724耦合于发电机单元。

本实施方案的能量储存系统包括电解单元(未示出)和氢气储存罐728。发电机单元720将机械能转换为电能，以为水的电解提供动力，以产生氢，氢被储存在位于平台上的氢储存罐728中。将意识到，这仅是转换和储存由装置产生的能量的一种方法，而在可选择的实施方案中可以使用其他的方法。例如，装置可以操作压缩空气或气体能量储存系统，或在另一个实施方案中装置可以包括传输线用于电能向远程储存系统或输电网的传输，例如通过电力输出线730。

图13的实施方案可以特别适合于在慢潮汐流，即在0.1m/s至3m/s的范围内的慢潮汐流中操作。

在图1至6的实施方案中，线绳包括附接于分开的供入线绳的管路主体35。然而，在可选择的实施方案中，线绳与供入线绳一体地形成。例如，供入线绳可以设置有形成物，形成物可以简单地是线绳中的延伸于线绳的长度的结。在其他实施方案中，供入线绳可以构成线绳30的芯，并且一个或多个外主体沿供入线绳的长度位于供入线绳上。主体的目的是增加装置在潮汐流中的阻力，并且将能量传输至线绳并且将能量转换为机械能以驱动发电机。

本发明的另外的实施方案包括由具有多达约0.5米直径的有格子图案的合成绳的内芯形成的线绳。附接于并且围绕绳芯的是将线绳的直径增加至满足拖曳工程需要的合适尺寸的泡沫海绵材料。海绵元件吸收水，以降低的成本给予线绳额外的密度、拖曳和浮力，限制环境影响并且增加安全性和回收效益。

在本发明的可选择的实施方案中(未图示)，线绳上的拖曳元件在线绳的整个操作长度上不是连续的。例如，在线绳的包括形成物或拖曳元件以促进拖曳力的部分之间，可以有线绳的具有很低拖曳中间物的部分。在一个实施例中，装置由一起连接于线绳中的一系列浮体组成，同时浮体的轮廓提供拖曳力。在一个具体的实施方案中，线绳由供入线绳形成，供入线绳在线绳的长度上是有效地连续的，并且具有带固定于供入线绳的拖曳元件的线绳节段。

由本发明的实施方案产生的电能可以被连接于电网系统(gridsystem)，或可选择地可以就地用于设施。例如，电能可以用于储存另一种形式的能量，例如通过电解。可选择地，能量可以直接用于为家庭的或工业的用途提供动力。

本发明涉及有浮力线绳在潮汐流路径中的受控的部署，以便将沿线绳传输并且被用做驱动发电机的机械能的潮汐能施加在线绳上。线绳的相反端在潮汐的每次转向时被机械地重缠至其最初的开始位置，以使过程重复。在本发明的实施方案中，所部署的线绳可以被限制在于海床上方的高度和水面以下的深度的特定参数内。取向和运动的方向可以通过被固定到引导柱、线和/或导轨上来被约束。线绳的模块化构造和浮力辅助线绳的操作管理和维护，并且改进回收的容易性。

本发明提供了用于在水体中从潮汐流提取能量的装置和方法。装置包括位于潮汐流中的主体、发电机，以及线绳，线绳耦合于发电机使得线绳和发电机之间的相对运动驱动发电机。在一个配置中，主体包括实质上以潮汐流的方向取向的拖曳表面并且具有用于促进主体上的拖曳力的至少一个形成物。拖曳力导致主体的随潮汐流的运动，这导致线绳和发电机的相对运动驱动发电机。

在一个实施方案中，装置包括位于潮汐流中的线绳，线绳包括促进线绳随潮汐流的运动的至少一个形成物。线绳耦合于发电机，使得潮汐流的线绳的运动驱动发电机。本发明和其实施方案提供了具有低环境影响、易于制造和部署、需要较少支持性基础结构并且可以被安装在各种海底地点中的用于潮汐流的可选择的能量提取系统。

不同于所明确地要求保护的那些的特征的组合在本发明的范围内。

Claims (29)

1.一种用于在水体中从潮汐流提取能量的装置，所述装置包括位于潮汐流中的主体；发电机；以及线绳，所述线绳耦合于所述发电机，使得所述线绳和所述发电机之间的相对运动驱动所述发电机；其中所述主体包括拖曳表面，所述拖曳表面实质上以潮汐流的方向取向并且包括用于促进所述主体上的拖曳力以导致所述主体随潮汐流运动的至少一个形成物，并且其中所述主体的所述运动导致所述线绳和发电机的相对运动驱动所述发电机。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述主体是长形的，使得所述拖曳表面实质上在潮汐流的方向延伸。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述主体被相对于所述线绳固定，并且所述主体和线绳在潮汐流中运动。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述主体被相对于所述发电机固定，并且所述主体和发电机在潮汐流中运动。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述主体包括沿所述线绳的长度分布的多个形成物。

6.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述至少一个形成物是布置在所述主体上的拖曳元件的一部分。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述拖曳元件界定通过其的流体流动路径。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述流体流动路径具有敞开配置和关闭配置。

9.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述至少一个形成物是定向的。

10.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述至少一个形成物被配置为促进所述线绳在所述线绳的实质上纵向方向的运动。

11.根据任一前述权利要求所述的装置，其中至少一个形成物被配置为促进所述线绳随潮汐流在第一方向运动，并且至少一个另外的形成物被配置为促进所述线绳随潮汐流在第二方向运动。

12.根据任一前述权利要求所述的装置，其中至少一个形成物被配置为促进所述线绳随潮汐流在流的第一方向和流的第二方向运动。

13.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述主体是有正浮力的。

14.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述主体是实质上管状的。

15.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述装置包括接合在一起以形成所述主体的多个主体节段。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述多个主体节段是部件的模块化系统的一部分。

17.根据任一前述权利要求所述的装置，包括以阵列部署的多个线绳。

18.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述装置包括用于将所述线绳支持在海床上方的支持结构。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述支持结构包括附接于海床或位于海床上的框架。

20.根据权利要求18或权利要求19所述的装置，其中所述支持结构包括被位于海床上的至少一个框架支持的引导物，其中所述线绳被装到所述引导物上并且在所述引导物上是可运动的。

21.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述发电机包括用于缩回所述线绳的一部分的机构。

22.一种在水体中从潮汐流提取能量的方法，所述方法包括以下步骤：

设置发电机和线绳，所述线绳耦合于所述发电机，使得所述线绳和所述发电机之间的相对运动驱动所述发电机；

在潮汐流中设置主体，所述主体包括拖曳表面，所述拖曳表面实质上以潮汐流的方向取向并且包括用于促进所述主体上的拖曳力以导致所述主体随潮汐流运动的至少一个形成物；

允许所述主体随潮汐流运动，使得所述线绳和发电机的相对运动驱动所述发电机。

23.根据权利要求22所述的方法，包括送出供入线绳的步骤，以允许所述线绳在第一潮汐阶段期间随潮汐流运动来驱动所述发电机，并且在平潮阶段和/或第二相反的潮汐阶段期间缩回所述供入线绳。

24.根据权利要求23所述的方法，包括在所述第二相反的潮汐阶段中驱动发电机。

25.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，包括在所述第一潮汐阶段和所述第二潮汐阶段中使用相同的线绳驱动发电机。

26.根据权利要求24或权利要求25所述的方法，包括在所述第一潮汐阶段和所述第二潮汐阶段中驱动相同的发电机。

27.根据权利要求24或权利要求25所述的方法，包括在所述第二潮汐阶段中驱动第二发电机。

28.一种用于在水体中从潮汐流提取能量的装置，其实质上如本文参照附图所描述的。

29.一种在水体中从潮汐流提取能量的方法，其实质上如本文参照附图所描述的。

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