CN102439287A - 动能水力发电系统及用于其的进口 - Google Patents

Abstract

一种动能水力发电系统具有涡轮以及耦合到所述涡轮的发电机。水下进口喷嘴组合件流体耦合到所述涡轮。对于一个实施例，水下塔喷嘴可流体耦合在所述涡轮与所述水下进口喷嘴组合件之间。所述水下进口喷嘴组合件可包含收集器和会聚喷嘴。

Description

动能水力发电系统及用于其的进口

相关申请案的交叉参考

本案是2009年2月12日申请的标题为“用于风能转换系统的涡轮进口塔(TURBINE-INTAKE TOWER FOR WIND ENERGY CONVERSION SYSTEMS)”的第12/369,949号(待决)美国专利申请案的部分接续案，所述申请案是共同转让的，其整个内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及动能水力发电，且明确地说，本发明涉及动能水力发电系统及其进口。

背景技术

由于最近已出现的能源问题，已将相当大的关注放在将自然界中出现的流体流动(例如风能转换系统中的风流和动能水力发电系统中的水流)的动能转换为电力。举例来说，风能转换系统涉及将风引导穿过涡轮。风致使涡轮使发电机旋转，致使发电机产生电力。

可将动能水力定义为(例如)无障碍水力，其是从在海洋、潮汐、河流、湖泊和人工运河或管道的流动的水流中发现的能量转换而来。举例来说，动能水力发电系统通常涉及将涡轮浸入水下，并引导流动的水流经过所述涡轮，从而致使所述涡轮使发电机旋转，用于产生电力。然而，一些水体中的水流对于动能水力发电系统来说过于微弱以致不具成本效应。举例来说，一些水力发电系统要求每秒至少约六英尺的流速，以便产生足以使其具成本效应的能量。

从通常用于风能转换系统和动能水力发电系统中的涡轮产生的电力与(例如)水或空气在涡轮入口处的流速的三次方成比例。此外，每一涡轮叶片越长，发电量越高。然而，长叶片是昂贵的，可能遭受缺陷和故障，占用大量的空间，且产生过多的噪声和振动。从这些涡轮产生的电力与螺浆长度的平方成正比。然而，较长的螺浆不仅增加材料和安装成本，而且增加维护成本。由此，当前的风能转换系统和动能水力发电系统通常遭受低效率、高资本成本、不可预知的故障、过高的噪声和振动和/或高维护的问题。

出于上述原因，且出于下文将陈述的所属领域的技术人员在阅读和理解本说明书后就将明白的其它原因，此项技术中需要现存风力发电系统和动能水力发电系统的替代系统。

发明内容

本发明的实施例提供一种动能水力发电系统。所述动能水力发电系统具有涡轮以及耦合到所述涡轮的发电机。水下进口喷嘴组合件流体耦合到涡轮。对于一个实施例，水下塔喷嘴可流体耦合在涡轮与水下进口喷嘴组合件之间。所述水下进口喷嘴组合件可包含收集器和会聚喷嘴。

附图说明

图1是根据本发明实施例的能量转换系统的实施例的剖示透视图。

图2是根据本发明另一实施例的图1的一部分的放大图。

图3说明根据本发明另一实施例的浸入水体中的动能水力发电系统的实施例。

图4是根据本发明另一实施例的能量转换系统的另一实施例的透视图。

图5说明根据本发明另一实施例的浸入水体中的动能水力发电系统的另一实施例。

图6是根据本发明另一实施例的图5的一部分的放大图。

图7是根据本发明另一实施例的能量转换系统阵列的实施例的透视图。

具体实施方式

在本发明实施例的以下详细描述中，参考形成本发明一部分的附图，且其中借助于说明来展示可实践的特定实施例。以充足的细节描述这些实施例是为了使所属领域的技术人员能够实践所揭示的标的物，且将理解可利用其它实施例，且可在不脱离所主张的标的物的范围的情况下，进行工艺、电或机械改变。因此，不应在限制意义上进行以下详细描述，且所主张的标的物的范围仅由所附权利要求书及其均等物界定。

图1是能量转换系统100(例如风能转换系统或动能水力发电系统)的剖示透视图。当作为动能水力发电系统操作时，将能量转换系统100浸入水体(例如河流、海洋、湖泊或人工运河等)内，如图3中针对动能水力发电系统300所示。能量转换系统100包含：涡轮进口塔110；涡轮120，其流体耦合到涡轮进口塔110；以及发电机130，例如60Hz AC发电机，其耦合(例如机械耦合)到涡轮120。

对于水下应用，发电机130经适当防水以抵御短路和腐蚀。为了帮助提防水腐蚀，涡轮进口塔110和涡轮120的叶片可由合适的聚合物制造或可为涂有聚合物的金属。对于其它实施例，涡轮120和发电机130可位于水的上方，例如在陆地上或在浮于水体上的平台上，且从涡轮进口塔110出来的水可传送到涡轮120，例如通过导管，例如管道。

涡轮进口塔110具有入口140和出口142。空气或水通过入口140进入涡轮进口塔110，流经涡轮进口塔110，且通过出口140从涡轮进口塔110出来。通过出口142出来的空气或水经过涡轮120的叶片上方，如图2(出口142、涡轮120和发电机130的放大图)中所示，从而致使涡轮120旋转。涡轮120的旋转经由将涡轮120机械耦合到发电机130的合适传动装置(未图示)使发电机130旋转。

入口140可具有滤网或其它装置，以对于风应用来说防止鸟或其它空中物体进入，或对于水下应用来说防止鱼或其它水生物体进入。此系统中可使用任何常规的捕鸟器或捕鱼器装置。

涡轮进口塔110包含进口喷嘴组合件143，其包含会聚进口喷嘴144，且可包含一体式收集器146，其与会聚进口喷嘴144是连续的。对于另一实施例，进口喷嘴组合件143可借助于轴承152以可旋转方式耦合到涡轮进口塔110的支撑柱150。支撑柱150大体上是垂直的，且用以在地平面154上方垂直高度H处支撑进口喷嘴组合件143，其中高度H是从进口喷嘴组合件143的中心纵轴156测量的。注意，地平面154可对应于涡轮进口塔110进入其中的水体的底面或底部354(图3)。

对于风应用，高度H可大约为与常规风涡轮系统(其中涡轮安装在塔上)的涡轮的轮毂相同的高度。举例来说，高度H可约为100英尺到约200英尺。

对于一些水下应用，高度H可足以将进口喷嘴组合件143定位在水体的底部354上方某一距离处，在所述距离处，流速处于或接近其最高值。举例来说，对于河流或海岸线附近的浅水区，水流速度朝水面增加。举例来说，在海岸线附近的防浪区中，水面附近的流速因波浪动作和潮汐流动而较高。由此，将进口喷嘴组合件143定位成捕捉潮汐流动和波浪引起的水流。

支撑柱150具有基座151，其可在地平面154处直接接触地面。或者，对于风应用，进口塔110可定位在浮于水上的平台上且可与所述平台直接接触(例如对于离岸应用)，在所述情况下，地平面154将对应于平台的表面。涡轮120和发电机130可位于地平面处或附近，例如在大约与基座151相同的垂直水平处和大约与出口142相同的垂直水平处，如图1和图2中所示。举例来说，涡轮120和发电机130可位于水体的底部354上，如图3中所示。

进口喷嘴组合件143可大体上水平。就是说，进口喷嘴组合件143的中心纵轴156可大体上水平。中心纵轴156可大体上平行于风或水流的方向，且因此平行于空气或水进入进口喷嘴组合件143的方向。喷嘴组合件143的内表面由光滑材料制成，以便减少因表面摩擦而导致的损失。

收集器146在中心纵轴156的方向上从涡轮进口塔110的入口平面160延伸到虚线162，虚线162标记收集器146的出口。收集器146内的流道的大小在入口平面160与收集器146的出口162之间是大体上均匀的，即收集器146内的流道横截面面积(垂直于流动方向)在入口平面160与出口162之间是大体上均匀的。当入口140面向风或水流方向，且中心纵轴156大体上平行于风或水流动方向时，收集器146收集风或水流。

进口喷嘴144流体耦合到收集器146。进口喷嘴144内的流道在中心纵轴156的方向上会聚(例如，渐细)，在收集器146的出口162处开始且在弯头164的入口处结束。就是说，进口喷嘴144内的流道的横截面面积(垂直于流动方向)在收集器146的出口162与弯头164之间减小，如图1所示。进口喷嘴144用以增加收集器146的出口162与弯头164之间的流速。就是说，使流穿过进口喷嘴144会致使所述流会聚且因此加速。注意，进口喷嘴144接收来自收集器146的风或水流，且使所述风或水流加速。

弯头164插入进口喷嘴组合件143与轴承152之间。由此，轴承152将支撑柱150的上端可旋转地连接到弯头164。

支撑柱150是中空的。会聚塔喷嘴170(例如，柱喷嘴)位于支撑柱150的内部，且可从轴承152延伸到弯头172，所述弯头172耦合到通往出口142的出口管道174(例如，有时称为涡轮入口管道)。由此，塔喷嘴170流体耦合到进口喷嘴144和出口管道174。

塔喷嘴170可大体上垂直。举例来说，塔喷嘴170的中心纵轴176大体上垂直，且大体上垂直于进口喷嘴组合件143的中心纵轴156，如图1所示。

塔喷嘴170内的流道在中心纵轴176的方向上(例如，在向下垂直方向上)会聚(例如，渐细)，在弯头164的出口处开始，且在弯头172的入口处结束。就是说，塔喷嘴170内的流道的横截面面积(垂直于流动方向)在弯头164与弯头172之间减小，如图1所示。塔喷嘴170用以增加弯头164与弯头172之间的流速。就是说，使流穿过塔喷嘴170会致使所述流会聚且因此加速。

出口管道174可大体上水平。举例来说，出口管道174的中心纵轴178可大体上水平，且可大体上垂直于塔喷嘴170的中心纵轴176，且大体上平行于进口喷嘴组合件143的中心纵轴156，如图1所示。弯头172和出口管道174将流从塔喷嘴170引导到涡轮120的叶片上。出口142(即涡轮进口塔110和管道174的出口)处的流速为涡轮入口速度。

涡轮120具有可旋转轴杆180，其大体上水平，即轴杆180具有大体上水平且大体上平行于出口管道174的中心纵轴178的中心纵轴182。涡轮叶片181(图2)(例如三个或三个以上)机械耦合到轴杆180。注意，中心纵轴182是涡轮120的旋转轴，轴杆180和叶片围绕所述旋转轴旋转。

涡轮120可称为水平轴涡轮。出口管道174的中心纵轴178与轴杆180的中心纵轴182可大体上共线。注意，对于此实施例，涡轮进口塔110具有大体上水平的出口。还应注意，流从出口管道174出来的方向大体上平行于轴杆180的中心纵轴182，且因此大体上平行于涡轮120的旋转轴。

或者，对于另一实施例，可去除弯头172和出口管道174，且涡轮120可位于塔喷嘴170的出口处，使得其轴杆180大体上垂直。举例来说，轴杆180的中心纵轴182大体上垂直，且大体上平行于塔喷嘴170的中心纵轴176且大体上与塔喷嘴170的中心纵轴176共线。在此实施例中，涡轮120可称为垂直轴涡轮。注意，对于此实施例来说，塔喷嘴170的出口处的流速是涡轮入口速度，且涡轮120直接从塔喷嘴170接收流体流。由此，塔喷嘴170的出口是涡轮进口塔110的出口，意味着涡轮进口塔110具有大体上垂直的出口。再次，流从塔喷嘴170出来的方向大体上平行于轴杆180的垂直定向的中心纵轴182，且因此大体上平行于涡轮120的旋转轴。

弯头164具有用以使流损失保持相对较低的曲率半径。这意味着进口喷嘴144的出口和塔喷嘴170的入口处的流速大体上相同。弯头172也具有用以使流损失保持相对较低的曲率半径。另外，出口管道174中的损失相对较小。因此，塔喷嘴170的出口和出口管道174的出口处的流速大体上相同。由此，进口喷嘴144和塔喷嘴170一起工作以使流速从入口140处的速度(风或水流速度)增加到出口142处的速度(涡轮入口速度)。

弯头、塔喷嘴170和出口管道174的内表面由光滑材料制成，以便减少因表面摩擦而导致的损失。可实施湍流抑制器以减少弯头164和172、进口喷嘴组合件143、塔喷嘴170和出口管道174中的湍流，所述湍流可能起因于弯头164和172、进口喷嘴组合件143、塔喷嘴170和出口管道174中的瑕疵和异常。

注意，入口140处的流(风或水流)速度大体上与常规的风能转换或常规的动能水力发电系统的涡轮的入口处的流(风或水流)速度相同。这意味着到涡轮120的入口处的流速高于常规的风能转换或常规的动能水力发电系统的涡轮的入口处流速(风或水流)，因为使用进口喷嘴144和塔喷嘴170来增加流速。与用于常规的风能转换或常规的动能水力发电系统的涡轮的涡轮叶片相比，到涡轮120的入口处的增加的速度允许较短的涡轮叶片。

举例来说，涡轮的电力输出通常与涡轮入口速度的三次方成比例，且通常与叶片长度的平方成比例。由于归因于涡轮进口塔110，本发明的风能转换系统和动能水力发电系统的涡轮入口速度高于常规的风能转换系统和常规的动能水力发电系统的涡轮的入口处的风或水流速度，因此对于相同的叶片长度，本发明的风能转换系统和动能水力发电系统具有比常规的风能转换系统和常规的动能水力发电系统高的电力输出。这意味着由于涡轮的电力输出与涡轮入口速度的三次方成比例，且与叶片长度的平方成比例，因此本发明的风能转换系统和动能水力发电系统的涡轮可具有比常规的风能转换系统和常规的动能水力发电系统的涡轮的叶片短的叶片，且仍具有较高的电力输出。

较短的叶片比较长的叶片导致较少的拖动，且因此比较长的叶片导致较少的能量损失。与常规的风能转换系统和常规的动能水力发电系统的涡轮的较长叶片相比，较短的叶片导致较低的材料成本、安装成本和维护成本。与常规的风能转换系统和常规的动能水力发电系统的涡轮的较长叶片相比，较短的叶片较不易出现缺陷和故障，占用较少的空间，且产生较少的噪声和振动。

致动器186(例如压电致动器)可物理耦合到进口喷嘴组合件143的外表面，例如进口喷嘴144的外表面和/或收集器146的外表面，如图1、图3和图4中所示。举例来说，致动器186可耦合成与进口喷嘴144的外表面和/或收集器146的外表面直接物理接触。致动器186电耦合到控制器190，用于接收来自控制器190的电信号。

流速传感器192可在涡轮进口塔110的顶部处或附近安装在涡轮进口塔110的外表面上，用于感测风或水流的速度。举例来说，流速传感器192可安装在弯头164上，如图1所示，或安装在进口喷嘴组合件143上。流速传感器192可电耦合到控制器190，用于将指示感测到的风或水流流速的电信号发送到控制器190。注意，尽管将流速传感器192定位在入口140后面，但将流速传感器192定位于充分在进口喷嘴组合件143的上表面上方的垂直层级处，以便感测涡轮进口塔110外部的主导风或水流流速。因此，流速传感器192有效地测量入口140上游的主导风或水流流速。

流动方向传感器194可在涡轮进口塔110的顶部处或附近安装在涡轮进口塔110的外表面上，用于感测风或水流的方向。流动方向传感器194捕捉风或水流，使得水流使进口喷嘴组合件143相对于支撑柱150旋转，使得入口140指向风或水流中，例如使得进口喷嘴组合件143的中心纵轴156大体上平行于风或水流方向。流动方向传感器194可电耦合到控制器190，用于将指示感测到的风或水流动方向的电信号发送到控制器190。

经配置以将潮汐流的动能转换成电力的动能水力发电系统暴露于双向水流。就是说，当潮汐进来时，水流是在一个方向上，且当潮汐出去时，水流是在相对方向上。流动方向传感器194捕捉进来和出去的潮汐，且使进口喷嘴组合件143旋转，使得入口140指向进来或出去的潮汐中。注意，流入海洋中的河流充当潮汐通道，其中水流方向随潮汐而改变。

对于另一实施例，在从流动方向传感器194接收到电信号后，控制器190可即刻将电信号发送到邻近轴承152定位的偏航电动机(未图示)。偏航驱动器(未图示)可将偏航电动机机械耦合到进口喷嘴组合件143。所述信号指令偏航电动机激活偏航驱动器，偏航驱动器又使进口喷嘴组合件143相对于支撑柱150和塔喷嘴170而旋转，使得入口140指向风或水流中。

响应于接收到来自流速传感器192的指示风或水流速度的信号，控制器190可将电信号发送到致动器186。致动器186可接着通过基于风或水流速度将力施加在进口喷嘴组合件143的外表面上来调整进口喷嘴组合件143的形状(例如，轮廓)。就是说，可基于风或水流速度来调整收集器146的形状和/或进口喷嘴144的形状。举例来说，致动器186可调整收集器146的直径和/或进口喷嘴144的直径。

控制器190可存储对应于需要施加到致动器186以将直径设定在特定数值的电压的电压值。所述特定数值可对应于提供速度的特定增加和/或针对特定电力输出的特定风或水流速度的减少的损失的直径。

举例来说，流速传感器192可检测风或水流速度，且将指示风或水流速度的信号发送到控制器190。控制器190可接着确定出口142处的所需速度以产生特定电力。控制器190可进一步确定需要将多少电压施加到致动器186以调整进口喷嘴144和/或收集器146的直径，以便针对检测到的风或水流速度在出口142处产生所需的速度。类似地，控制器190可基于检测到的风或水流速度而调整收集器146的直径和/或进口喷嘴144的直径，以减少流损失。

在流速传感器192检测到过量(例如高于特定值)且可能导致损坏涡轮120和/或发电机130的风或水流速度的情况下，控制器190可将信号发送到位于弯头164和172处的螺线管激活的泄放阀193，所述信号致使泄放阀193打开。打开泄放阀193致使流的一部分被泄放，从而使涡轮入口速度减小到可接受值。举例来说，可在进口喷嘴组合件143与塔喷嘴170之间泄放流的一部分，且可在塔喷嘴170与涡轮120之间泄放流的一部分。对于一个实施例，可将泄放的流引导到另一涡轮。

在进口喷嘴组合件143经旋转以使得入口140指向风或水流且中心纵轴156大体上平行于风或水流方向之后，收集器146收集风或水流，并将风或水流引导到进口喷嘴144。进口喷嘴144使所述风或水流加速。弯头164接收来自进口喷嘴143的经加速的风或水流，并通过使风转向大体上90度来将风或水流引导到塔喷嘴170。塔喷嘴170使风或水流进一步加速。对于一个实施例，弯头172接收来自塔喷嘴170的经进一步加速的风或水流，并通过使风或水流转向大体上90度来将风或水流引导到出口管道174。举例来说，当涡轮120为水平轴涡轮时，出口管道174将风或水流引导到涡轮120。对于另一实施例，例如当涡轮120为垂直轴涡轮时，涡轮120可在风或水大体上垂直向下流动时，直接从塔喷嘴170接收风或水流。

对于另一实施例，可将两个或两个以上涡轮进口塔110的输出发送到耦合到单个发电机130的单个涡轮120，如针对图4中的能量转换系统400(例如风能转换系统或动能水力发电系统)所示。明确地说，出口管道174耦合到对准涡轮120的单个出口442。注意，出口442处的流速为涡轮入口速度。图1和图4中使用共用编号来识别图1和图4共用的组件。

当能量转换系统400充当动能水力发电系统时，将能量转换系统400浸入水下。对于另一实施例，仅将涡轮进口塔110浸入水下；且所述单个涡轮120和发电机130位于陆地上或浮动平台上；且从单个出口442出来的水被(例如)导管(例如管道)传送到涡轮120。

图5说明浸入水体(例如河流、海洋、湖泊或人工运河等)中的动能水力发电系统500。图1到图3以及图5中使用共用编号来识别图1到图3以及图5共用的组件。动能水力发电系统500包含喷嘴组合件143，如上文结合图1所描述，其位于水体的底部354上。喷嘴组合件143的入口140指向水流中。

喷嘴组合件143可大体上平行于水体的底部354。就是说，喷嘴组合件143的中心纵轴156可大体上平行于水体的底部354。中心纵轴156可大体上平行于水流的方向，且因此大体上平行于水进入进口喷嘴组合件143的方向。

涡轮轴杆180(图2)的中心纵轴182大体上平行于纵轴156且大体上与纵轴156共线，如图6(进口喷嘴组合件143的出口542、涡轮120和发电机130的放大图)中所示。如上文结合图1和图2所指示，中心纵轴182是涡轮120的旋转轴。注意，从进口喷嘴组合件143出来的流的方向大体上平行于轴杆180的中心纵轴182。

喷嘴组合件143如上文结合图1所述而操作。就是说，收集器146收集水流，并将水流引导到进口喷嘴144。进口喷嘴144使水流加速，并将经加速的水流引导到涡轮120的叶片上，从而致使涡轮120旋转发电机130，使得发电机130产生电力。

喷嘴组合件143可包含流速传感器192(图1)，其电耦合到控制器190，用于将指示感测到的水流流速的电信号发送到控制器190。如上文所述，控制器190可致使致动器186基于检测到的水流速度而调整收集器146的直径和/或进口喷嘴144的直径。

举例来说，控制器190可确定需要将多少电压施加到致动器186，以调整进口喷嘴144和/或收集器146的直径，以便针对检测到的水流速度在出口542处产生所需的速度。控制器190可基于检测到的水流速度而进一步调整收集器146的直径和/或进口喷嘴144的直径，以减少流损失。

对于另一实施例，可以类似于图4所示的方式将动能水力发电系统的两个或两个以上喷嘴组合件143的输出发送到耦合到单个发电机130的单个涡轮120。举例来说，所述两个或两个以上喷嘴组合件143的出口542可耦合到对准涡轮120的单个出口，例如类似于图4的出口442。

图7是如上文结合图1和图2所述的能量转换系统100的阵列700的透视图。阵列700可作为风力发电厂的一部分位于地面上，或可作为水下动能水力发电厂的一部分浸入水体中。水下动能水力发电厂的相应的能量转换系统100的涡轮和发电机可位于水下或水上，例如位于陆地上或浮动平台上。

风力发电厂可包含耦合到对准单个涡轮的单个出口的多个地上涡轮进口塔110，如图4所示。水下动能水力发电厂可包含耦合到对准单个涡轮的单个出口的多个水下涡轮进口塔110。水下动能水力发电厂的单个涡轮可位于陆地上或浮动平台上，且可通过导管(例如管道)将从单个出口出来的水传送到陆上涡轮。

对于另一实施例，水下动能水力发电厂可包含水下动能水力发电系统500(图5)的阵列。相应的能量转换系统500的涡轮和发电机可位于水下或水上，例如位于地上或浮动平台上。或者，水下动能水力发电厂可包含喷嘴组合件143的阵列，其中所述阵列的喷嘴组合件耦合到对准单个涡轮的单个出口，其中耦合到其的单个涡轮和发电机位于水下或水上，例如位于地上或浮动平台上。

使用图5的喷嘴组合件143来使水流加速或使用图1、图3、图4和图7的涡轮进口塔110来使风或水流加速是为了减少涡轮叶片的长度。减少涡轮叶片的长度是为了降低涡轮的初始资本成本、安装成本以及寿命维护成本。使用喷嘴组合件143或涡轮进口塔110使水流加速是为了使原本过低而不具有成本效应的水流流速增加到可具成本效应的水平。

如所揭示的动能水力发电系统的实施例中的一些实施例中所描述的那样将涡轮和发电机定位在水上使得与常规动能水力发电系统中的水下涡轮和发电机相比能够较容易地接近涡轮和发电机。这用以降低维护成本。水上涡轮和发电机不会受到如在水下涡轮和发电机中常见的由水引起的类型的腐蚀。水上发电机不易受到对于水下发电机可能发生的由水引起的类型的短路。

总结

尽管本文已说明和描述了具体实施例，但明白地希望所主张的标的物的范围仅由所附权利要求书及其均等物限制。

Claims (23)

1.一种动能水力发电系统，其包括：

涡轮；

发电机，其耦合到所述涡轮；以及

一个或一个以上水下进口喷嘴组合件，每一水下进口喷嘴组合件包括：

收集器和一体式会聚喷嘴，所述收集器经配置以收集水流，且将所述收集到的水流递送到所述会聚喷嘴，所述会聚喷嘴经配置以使递送到其的所述水流加速，且将所述经加速的所述水流递送到所述涡轮；

其中所述涡轮经配置以在大体上平行于所述涡轮的旋转轴的方向上接收所述经加速的流。

2.根据权利要求1所述的动能水力发电系统，其中所述涡轮和所述发电机位于水下、陆地上或浮在水上的平台上。

3.根据权利要求1所述的动能水力发电系统，其中所述动能水力发电系统是水下动能水力发电厂的包括多个所述动能水力发电系统的部分。

4.根据权利要求1所述的动能水力发电系统，其进一步包括：

一个或一个以上致动器，其耦合到所述进口喷嘴组合件的外表面；以及

控制器，其电耦合到所述一个或一个以上致动器；

其中所述控制器经配置以将信号发送到所述一个或一个以上致动器，所述信号致使所述一个或一个以上致动器基于所述水流的速度而调整所述进口喷嘴组合件的形状。

5.根据权利要求4所述的动能水力发电系统，其进一步包括电耦合到所述控制器的水速度传感器，其用于感测所述水流的所述速度且将所述速度提供给所述控制器。

6.一种动能水力发电系统，其包括：

涡轮；

发电机，其耦合到所述涡轮；以及

一个或一个以上水下涡轮进口塔，每一水下涡轮进口塔包括：

大体水平的进口喷嘴组合件，其位于所述涡轮进口塔的出口上方的垂直层级处；以及

大体垂直的塔喷嘴，其流体耦合到所述进口喷嘴组合件和所述涡轮，且在所述进口喷嘴组合件与所述涡轮进口塔的所述出口之间大体垂直延伸。

7.根据权利要求6所述的动能水力发电系统，其进一步包括：

中空支撑柱；

其中所述进口喷嘴组合件可旋转地耦合到所述中空支撑柱；且

其中所述塔喷嘴安置在所述中空支撑柱内。

8.根据权利要求7所述的动能水力发电系统，其进一步包括流动方向传感器，所述流动方向传感器耦合到所述进口喷嘴组合件，且经配置以捕捉水流，使得所述水流使所述进口喷嘴组合件相对于所述支撑柱旋转，使得所述进口喷嘴组合件指向所述水流中。

9.根据权利要求6所述的动能水力发电系统，其中所述进口喷嘴组合件包括收集器和一体式会聚喷嘴。

10.根据权利要求6所述的动能水力发电系统，其中所述涡轮和所述发电机位于水下、陆地上或浮在水上的平台上。

11.根据权利要求6所述的动能水力发电系统，其中所述涡轮是垂直轴涡轮且直接从所述塔喷嘴接收流体流，或水平轴涡轮，其经配置以从所述涡轮进口塔的流体耦合到所述塔喷嘴和所述涡轮的大体水平的出口管道接收大体水平的流。

12.根据权利要求6所述的动能水力发电系统，其中所述动能水力发电系统是水下动能水力发电厂的包括多个所述动能水力发电系统的部分。

13.根据权利要求6所述的动能水力发电系统，其进一步包括：

一个或一个以上致动器，其耦合到所述进口喷嘴组合件的外表面；以及

控制器，其电耦合到所述一个或一个以上致动器；

其中所述控制器经配置以将信号发送到所述一个或一个以上致动器，所述信号致使所述一个或一个以上致动器基于水流的速度而调整所述进口喷嘴组合件的形状。

14.根据权利要求13所述的动能水力发电系统，其进一步包括电耦合到所述控制器的水速度传感器，其用于感测所述水流的所述速度且将所述速度提供给所述控制器。

15.一种将水流递送到涡轮的方法，其包括：

在面向所述水流中的水下收集器中收集所述水流；

将所述水流从所述收集器引导到水下喷嘴；

使所述水流在所述水下喷嘴内加速；以及

在大体上平行于所述涡轮的旋转轴的方向上将所述经加速的水流引导到所述涡轮的叶片上。

16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括基于在所述水下喷嘴外部测量到的主导水流速度使用耦合到所述水下喷嘴的致动器来调整所述水下喷嘴的形状。

17.一种将水流递送到涡轮的方法，其包括：

使所述水流在面向所述水流中的第一水下喷嘴内加速；

使所述水流在大体上垂直于所述第一喷嘴的第二水下喷嘴内进一步加速；以及

在使所述水流在所述第二水下喷嘴中进一步加速之后，将所述水流引导到所述涡轮的叶片上。

18.根据权利要求17所述的方法，其中随着所述水流在所述第二水下喷嘴中加速，所述水流大体上垂直向下流动。

19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括在使所述水流在所述第一水下喷嘴内加速之前：

在水下收集器中收集所述水流；以及

将所述水流从所述收集器引导到所述第一水下喷嘴。

20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括基于在所述第一和第二水下喷嘴和所述水下收集器外部测量到的主导水流速度，使用耦合到所述第一水下喷嘴且/或耦合到所述水下收集器的致动器来调整所述第一水下喷嘴和/或所述水下收集器的形状。

21.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括在所述第一与第二水下喷嘴之间且/或在所述第二水下喷嘴与所述涡轮之间泄放所述水流的一部分。

22.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括将所述泄放的水流引导到另一涡轮。

23.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括在使所述水流在所述第一水下喷嘴内加速之前，用流动方向传感器捕捉所述水流，使得所述水流使所述第一水下喷嘴相对于所述第二水下喷嘴旋转，使得所述第一水下喷嘴指向所述水流中。

Images