CN102124211B - 波浪能产生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从波浪产生电能的波浪能产生系统。该系统包括基底结构(2)和浮动结构(3)，其中，当受到波浪的影响时浮动结构可以相对于基底结构进行移动。基底结构(2)包括基本竖直柱(22)。浮动结构(3)包括具有中心开口(32)的壳(31)，其中，浮动结构(3)设置为基本围绕竖直柱(22)。浮动结构(3)通过主要液压缸装置(44)可移动连接到柱(22)，其中，主要液压缸装置(44)以液压方式连接到能量转换装置(73)以将由波浪运动导致的流体流动中的液压能转换成电能。次要液压缸装置(45)设置在柱(22)与壳(31)之间的中心开口(32)内以保持壳(31)与柱(22)之间的距离。

Description

波浪能产生系统
技术领域
本发明涉及一种波浪能产生系统。 
背景技术
已知有若干种类型的用于从波浪产生电能的波浪能产生系统。存在着与这些系统有关的许多技术挑战。首先，它们应当位于在一年的很长时期内存在大量波浪的水中以增加能量产生。然而，该构造不仅必须在平均波浪高度下工作，该构造还必须忍受源自在冬季暴风雪等等中出现的最大波浪高度的力。已经存在着已被这些暴风雪进行破坏的波浪能产生系统的若干个例子。 
本发明的目的在于提供一种强固且可靠的波浪能产生系统。此外，该目的在于：当必需的情况下，提供尽可能多的可移动部件位于海平面之上用以对零件和部件进行维护和替换、等等。 
发明内容
本发明涉及一种用于从波浪产生电能的波浪能产生系统，包括一种基底结构和一种浮动结构，其中，当受到波浪的影响时，浮动结构可以相对于基底结构进行移动，其中： 
基底结构包括一种基本竖直的柱； 
浮动结构包括一种具有中心开口的壳，其中，浮动结构设置为基本围绕着竖直的柱； 
浮动结构借助于主要液压缸装置而可移动地连接到柱，其中，主要液压缸装置是以液压方式连接到能量转换装置的，用于将由波浪运动导致的流体流动中的水力能或液压能转换成电能； 
次要液压缸装置设置在介于柱与壳之间的中心开口内以保持壳与柱之间的距离。 
在本发明的一个方面中，基底结构锚固到海床。 
在本发明的一个方面中，基底结构包括一种基本平坦的圆柱主体，其中，柱从主体向上突起。 
在本发明的一个方面中，基底结构包括一种纵向通道，用于使电缆电连接到能量转换装置。 
在本发明的一个方面中，浮动结构包括一种下部隔室，在下部隔室内设置有双向泵，用于将海水泵送入下部隔室、或从下部隔室泵送出，从而用以对浮动结构加压载。 
在本发明的一个方面中，主要液压缸装置借助于设置在柱的顶端中的一种连接装置而连接到基底结构。 
在本发明的一个方面中，借助于竖直液压缸装置，连接装置可以相对于柱的顶端进行竖直移动。 
在本发明的一个方面中，能量转换装置包括：蓄液器或蓄液器(hydraulic accumulator)装置，用于累积液压流体；发电机装置，用于从流动的液压流体产生电能；和电路，所述电路电连接到发电机装置，在发电机装置中电能转换成适于传送给一种分布系统或负载的合适电压/电流水平。 
在本发明的一个方面中，电路连接到一种电缆。 
在本发明的一个方面中，蓄液器装置以液压方式连接到主要液压缸装置、次要液压缸装置和/或竖直液压缸装置。 
在本发明的一个方面中，能量转换装置设置在浮动结构的上部隔室和/或中部隔室内。 
在本发明的一个方面中，系统还包括一种控制系统，用于根据天气条件、安全要求等等来控制系统的操作。 
在本发明的一个方面中，控制系统控制主要着液压缸装置、次要液压缸装置和/或竖直液压缸装置中的背压或反压力以防止它们达到它们的最大收缩和/或膨胀位置。 
在本发明的一个方面中，壳基本是圆柱形的。 
附图说明
将在下文中参照附图详细描述根据本发明的实施例，其中： 
图1示出了波浪能产生系统的实施例； 
图2示出了图1中的系统的截面图； 
图3到图5示出了图1和图2中的浮动结构相对于基底结构的不 同位置。 
具体实施方式
波浪能产生系统1的实施例包括基底结构2和浮动结构3，其中，浮动结构3可以相对于基底结构2进行移动，这将在下文进行详细描述。 
波浪能产生系统1被安置成浮动在海中，其中，在图1中示出了在正常操作条件下的水平面4。基底结构2在水中具有较小但正向的浮力。例如，基底结构2借助于锚固装置(未示出)被锚固到海床，由此基底结构2的竖直移动受限于一定负载的上限。锚固装置将会允许实现基底结构的一些竖直移动以避免在极端天气条件的情况下系统受到损坏。 
基底结构2包括一种基本平坦的圆柱形主体21和柱22，其中，柱22从平坦的圆柱形主体21向上突起。柱22包括一种中心纵向通道23，其中，该中心纵向通道23从柱22的顶部向下穿过圆柱形主体21，从而使得电缆5可以设置在柱内。电缆5将由系统1产生的电能传送给能量分布系统，然后传送给负载。圆柱形主体21通过一种丝线系统、一种链条系统、一种绳索系统或铰接杆系统或者它们的组合而锚固或连接到海床，并且将会借助于一种桩系统、吸锚、锚或配重块系统或者它们的组合而固定到海床，以避免海床与波浪能系统之间的固定距离。这在极端天气的情况下是需要的，用以避免系统受到损害。 
在柱22的顶端内设置了一种基本圆柱形的开口24。连接装置40设置在圆柱形开口24内，用于将基底结构2连接到浮动结构3。 
连接装置40的竖直截面基本是T形的，具有一种圆柱形头部41和一种圆柱活塞元件42，其中，该圆柱活塞元件42从头部41向下突起。活塞元件42适于在竖直方向上在开口24内向上和向下移动。如图2所示，连接装置40的竖直移动受到竖直液压缸装置43控制和/或约束，其中，该竖直液压缸装置43设置在柱22的上端与头部41的下端之间。竖直液压缸装置43能够用来关于潮汐、波浪高度等等而调整浮动结构3，然而，在正常操作期间它们不会移动。 
连接装置40借助于主要液压缸装置44而连接着基底结构2和浮动结构3，这将在以后进行详细描述。 
浮动结构3包括一种基本中空的圆柱形壳31，该中空圆柱形壳31具有中心开口32，在该中心开口32内设置了基底结构2的柱22。壳31包括若干个室（即：下部隔室33、中部隔室34和上部隔室35）。
主要液压缸装置44的第一端以旋转方式紧固到壳31的上端，而主要液压缸装置44的第二端以旋转方式紧固到连接装置40，如图2所示。应该注意：主要液压缸装置44的第二端不会阻碍连接装置40的竖直移动。 
此外，次要液压缸装置45被设置在壳31的中心开口32内作为距离元件。应该注意：次要液压缸装置45的第一端固定到壳31的中心开口32，而次要液压缸装置45的第二端可以沿柱22的外表面进行滑动。例如，次要液压缸装置45的第二端能够包括一种滑动元件或辊子元件以减小朝着柱22的摩擦。如图2所示，次要液压缸装置45的第二端包括一种旋转滑动轮46，其中，当浮动结构3相对于基底结构2进行移动时，该旋转滑动轮46在柱22的表面上进行旋转。还示出了介于次要液压缸装置45与中心开口32的表面之间的角度基本是90°。 
应该注意：次要汽缸装置45对浮动结构与基底结构之间的相对水平移动提供一定灵活性。在正常操作期间，这些汽缸装置45将是刚硬的从而使得没有移动发生。于是，次要装置45可由其它类型的固定长度的距离元件加以替换。然而，在极端天气的情况下，由次要汽缸装置45提供的灵活性可以防止系统受到损害。 
现在将进一步描述壳31。下部隔室33是这样一种隔室：当必需时，可以对下部隔室33填充入水以关于潮汐、波浪高度、波浪周期等等来调整浮动结构3。如图2所示，下部隔室33包括双向泵70，用于经由一种上部开口71和一种下部开口72将水泵送入下部隔室33或者从下部隔室33泵送出。上部开口71位于壳31的外侧周缘上、并且位于距壳31的底部的距离近似为壳31高度的3/4处。下部开口72位于壳31的下侧。 
中部隔室34和上部隔室35包括能量转换装置73的不同元件。能量转换装置73将液压能(即：源自流动液压流体的能量)转换成电能。 
能量转换装置73包括一种蓄液器装置74，其中，该蓄液器装置74借助于管子/管道等等(未示出)以液压方式连接到主要和次要液压缸装置44和45。另外，竖直液压缸装置43能够以液压的方式连接到 蓄液器装置74。当液压缸装置44和45由于浮动结构3与基底结构2之间的相对移动而收缩或膨胀时，液压流体流入或流出蓄液器装置74。蓄液器装置74连接到发电机装置75，从而使得由所述相对移动引起的液压流导致发电机装置74从液压流产生电能。发电机装置74电连接到电路76，在电路76中电功率转换成合适电压/电流水平用以经由电缆5传递给上述的能量分布系统。 
蓄液器装置74、发电机装置75和电路76被认为是本领域技术人员熟悉的元件，并且在本文中将不会进行详细描述。产生的液压能例如能够转换成电压水平例如为380到440V的50/60Hz AC电压，然而，这能够基于不同参数(附近波浪能产生系统的大小和数目、与负载相距的距离、分布网络的类型和参数、等等)而随应用发生变动。 
此外，设置有一种控制系统，用于控制波浪能产生系统1的操作。控制系统包括：感测装置，用以测量例如波浪的高度、长度和频率、天气条件、等等；压力感测装置，用以监视液压系统的压力；以及泵送装置，用于将液压流体泵送入或泵送出液压缸装置并且用以控制它们中的反压力以限制它们移动的自由度，即用以控制它们的“刚硬度”。 
图3示出了相对于基底结构2位于最低位置的浮动结构3。如所示，主要液压缸装置44定向为具有角度αmin。例如，角度αmin相对于水平线能够下降到-60°。 
图4示出了相对于基底结构2位于最上位置的浮动结构3。如所示，主要液压缸装置44定向为具有角度αmax。例如，角度αmax相对于水平线能够上升至60°。 
因此，当分别在图3和图4所示的位置之间推压所述浮动结构3时，在主要汽缸装置44与蓄液器装置74之间对液压流体进行推压。于是，发电机装置75产生电能。 
为了避免受到损害的风险，不应允许将液压缸装置、且尤其是主要液压缸装置44移至它们的最大(延伸)或最小(收缩)位置。这个任务由控制系统执行，该控制系统借助于蓄液器装置74来控制汽缸装置中的反压力。 
控制系统能够提供：当波浪向上推动主要液压缸装置44时与当向下移动(由于重力)时相比，主要液压缸装置44更加刚硬。 
现在参照图5，图5示出了连接装置40相对于柱22的竖直移动。 在本发明的一个方面中，液压缸装置43用于调整浮动结构3相对于海平面的高度，以优化浮动结构3相对于潮汐变化的位置。这里，借助于控制系统例如周期性地(例如，每30分钟、每2个小时、等等)基于所测量的平均海平面、潮汐表等等来调整连接装置40的高度。 
在本发明的另一个方面中，连接装置40根据波浪在由竖直液压缸装置43设置的它的边界内进行移动。这里，竖直液压缸装置43也有助于能量产生。 
如上所述，控制系统控制着波浪能产生系统1。控制系统的一个重要任务在于通过对波浪能量吸收的优化来优化系统1的能量产生。这能够通过调整浮动结构的移动的自由度(即，限制液压缸装置的极值)或者将海水泵送入或泵送出下部隔室执行这个任务。如已知的是，浮动结构以固有或谐振频率上下移动将会是最佳的，因此控制系统将会被优化以实现这种执行。 
因此，控制系统将活跃地寻找能够从海况条件提取最多能量的重量(浮力)和角度的配置。控制系统包括用来检测天气条件(例如，风、波浪频率、波浪周期、等等)的传感器。控制系统的另一个重要任务在于关于可能损害结构的恶劣天气来保护所述系统1。通过将下部隔室填入海水，且从而使得浮动结构和基底结构部分地或完全地浸入海水中，能够执行这个任务。 
此外，当需要进行维护时，还可能会在远程处停止该系统以避免竖直移动。例如，可以从下部隔室泵送出流体，并且浮动结构3将会浮起，于是易于利用来进行维护。 
替代实施例 
在替代实施例中，基底结构2固定到海床。这在浅水中是特别令人关注的。在另一个替代实施例中，基底结构借助于丝线或链条、吸锚、桩系统或配重块系统而锚固到海床。 
在替代实施例中，次要汽缸装置45可以形成为若干排的汽缸，其中，这些汽缸排在竖直方向上进行间隔开地安装。或者，次要汽缸装置45可以固定到柱22、而同时辊子可以沿开口32的内表面进行滑动。 
根据本发明，提供了一种强固且可靠的波浪能产生系统，它能够防止液压缸到达它们的最大收缩和/或膨胀位置，从而减小对系统造成 损害的风险。此外，当必需时，基本所有可移动部件位于、或者能够被提升超过海平面从而用来触及所述部件而进行维护、替换。 
上述详细描述特别地被提供用于示出和描述本发明的优选实施例。然而，该描述绝非将本发明限制于特定实施例。 

Claims (1)

1.一种用于从波浪产生电能的波浪能产生系统，包括基底结构（2）和浮动结构（3），其中，当受到波浪的影响时浮动结构可相对于基底结构进行移动，其中：
基底结构（2）锚固到海床并且包括基本竖直的柱（22）；
浮动结构（3）包括具有中心开口（32）的壳（31），其中，浮动结构（3）设置为基本围绕着竖直的柱（22）；
浮动结构（3）借助于主要液压缸装置（44）可移动地连接到柱（22），其中，主要液压缸装置（44）以液压方式连接到能量转换装置（73）用于将由波浪运动导致的流体流动中的液压能转换成电能；
次要液压缸装置（45）设置在柱（22）与壳（31）之间的中心开口（32）内以维持壳（31）与柱（22）之间的距离，其中，次要液压缸装置（45）对浮动结构（3）与基底结构（2）之间的相对水平移动提供灵活性，以防止所述系统在极端天气情况下受到损害。
2.根据权利要求1的系统，其中，基底结构包括基本平坦的圆柱形主体（21），其中，柱（22）从主体（21）向上突起。
3.根据权利要求2的系统，其中，基底结构包括纵向通道（23），用于使电缆（5）电连接到能量转换装置（73）。
4.根据权利要求1的系统，其中，浮动结构（3）包括下部隔室（33），在下部隔室（33）内设置有双向泵（70），用于将海水泵送入或泵送出下部隔室从而对浮动结构（3）进行稳定压载。
5.根据权利要求1的系统，其中，主要液压缸装置（44）借助于设置在柱（22）的顶端中的连接装置（40）而连接到基底结构（2）。
6.根据权利要求5的系统，其中，借助于竖直液压缸装置（43），连接装置（40）可相对于柱（22）的顶端进行竖直移动。
7.根据权利要求1的系统，其中，能量转换装置（73）包括：蓄液器装置（74），用于累积液压流体；发电机装置（75），用于从流动液压流体产生电能；和电路（76），所述电路电连接到发电机装置（75），其中，电能转换成适于传递给分布系统或负载的合适电压/电流水平。
8.根据权利要求7的系统，其中，电路（76）连接到电缆（5）。
9.根据权利要求7的系统，其中，蓄液器装置（74）以液压方式连接到主要液压缸装置（44）、次要液压缸装置（45）和/或竖直液压缸装置（43）。
10.根据权利要求7的系统，其中，能量转换装置（73）设置在浮动结构（3）的上部隔室和/或中部隔室内。
11.根据权利要求1的系统，还包括控制系统，用于根据天气条件、安全要求来控制所述系统（1）的操作。
12.根据权利要求11的系统，其中，控制系统控制主要液压缸装置（44）、次要液压缸装置（45）和/或竖直液压缸装置（43）中的反压力以防止它们达到它们的最大收缩和/或膨胀位置。
13.根据权利要求1的系统，其中，壳（31）基本是圆柱形的。
14.根据权利要求1的系统，其中，主要液压缸装置（44）定向为相对于水平线成最小达-60°的角度αmin和最大达60°的角度αmax。
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