CN102959234A - 波浪发电单元、其使用以及产生电能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波浪发电单元，具有浮体（1）、水下站（2）以及将浮体（1）连接到水下站（100）的柔性连接装置（3）。水下站（100）具有定子5（5）和移动部分（6）。根据本发明，柔性连接装置（3）设有减振器（12）。减振器（12）布置为吸收柔性连接装置（3）中的张力。本发明还涉及这种波浪发电单元的使用以及10用于产生以及供应电能的方法。

Description

波浪发电单元、其使用以及产生电能的方法

技术领域

本发明在第一个方面涉及一种波浪发电单元，该波浪发电单元具有至少一个浮体、水下站以及使所述至少一个浮体与水下站连接的至少一个柔性连接装置，该水下站包括具有定子和移动部分的发电机。

在本发明的第二个方面，其涉及波浪发电单元的使用，并且在第三个方面其涉及通过水下站产生电能的方法，该站包括发电机，使该站锚固到海底，提供至少一个浮体以在海面上漂浮并且通过至少一个柔性连接装置将至少一个浮体连接到水下站。

在本申请中术语“径向”、“轴向”、“横向”等表示由转换器的中心的往复移动限定的轴线（即，如果没有清楚地另外指定的话，则是指中心轴线）的方向。术语“上”和“下”表示竖直方向并且涉及当波浪发电单元在操作中时所述的部件的定位。

柔性连接装置是指该装置是可弯曲的，诸如链条、绳索、缆线（wire）、缆线等。不是必须地指其沿着纵向方向是柔性的。在下面的描述中出于简单的原因术语“缆线”将被频繁地使用，但是应该理解的是该术语表示适于用在此情况中的任何柔性连接装置。

背景技术

海水中以及大的内陆湖中的波浪运动构成了迄今极少被利用的潜在的能量源。然而，已经提出了多种建议以使用海水的竖直移动在发电机中产生电能。由于海表面上的点做的是往复竖直移动，因此适当的是利用线性发电机来产生电能。

WO 03/058055公开了这样一种波浪发电单元，其中发电机的移动部分（即与旋转发电机中的转子相对应的部分，并且在本申请中称作转换器）相对于发电机的定子往复运动。在该公开中定子被锚固在海床中。转换器是通过柔性连接装置（诸如缆线、缆线或链条）连接到漂浮在海上的本体。然而，本发明不限于波浪发电单元，其中发电机是线性发电机，但是也应用到传统的旋转发电机。WO/058054中公开了具有旋转发电机的波浪发电单元。

浮体通过缆线连接到发电机的移动部分（即，线性发电机的转换器或者旋转发电机的转子）。当浮体上下移动时，缆线作出同样的动作并且将力传送到发电机的移动部分以使其往复运动或者旋转。在这样的操作下，缆线将交替地经受张力与零作用力。零作用力主要地发生在往复运动结束时，但是也可能在运动的过程中发生。当缆线被卸载时，其可能松弛。此后当缆线的任一端处的作用力开始拉伸缆线时，首先发生快速加速直到缆线被拉紧并且开始接纳该作用力。结果是在该加速结束时缆线几乎立即地从未加载状态改变为经受非常高的载荷，所述载荷通过突然阻滞时的动态效应放大。这对缆线是有害的并且带来使其损坏的风险。

在将浮体连接到后面将要描述的水下站的固定部分的缆线中可能存在类似的问题。

发明内容

本发明的目的是克服该问题，并且因此消除或者至少减小将浮体连接到水下站的缆线的损坏的风险。

根据本发明的第一个方面解决了该问题，其中介绍地指定的该类的波浪发电单元包括以下特定的特征，柔性连接装置（例如缆线）设有至少一个减振器，所述减振器布置为吸收缆线中的张力。

当缆线从未加载状态改变为加载状态时，由此产生的高动力将被减振器吸收，以使得这些过多的力不会直接地作用在缆线上。减震器建立了一定的阻滞距离，在此期间过多的作用力被吸收。在这个过程结束时，该作用力已经减小到正常水平，即，当浮体向上拉动转换器时或者当转换器向下拉动浮体时发生的作用力。该减振其由此逐渐地被释放。因此，减振器的弹性特征处于这样的数值下，其几乎不受那些正常力的影响但是在那些过多的动力下被致动。

因此具有此减振器的本发明的波浪发电单元减小了缆线损坏的风险并且增加了缆线的使用寿命。

根据一个优选实施例，减振器设置在将浮体连接到发电机的移动部分的柔性连接装置处。

在将浮体连接到水下站的那些缆线中，这个是最重要的一个，并且最多地经受到上述的过多的力。当减振器正好设置在此缆线处时，本发明便因此具有特别的重要性。

根据另一个优选实施例，该发电机是线性发电机并且移动部分是线性地往复运动的转换器。

线性发电机不需要将浮体的移动转换为旋转运动，并且因此通常是所讨论的这种类型的波浪发电单元的最佳替代。为此原因，对于这类发电机来说本发明具有特别的益处。对于线性发电机来说，在转换器的端部位置处松弛与过多力的问题也比旋转发电机更为加重。因此对于线性发电机来说减振的需要更为强烈。

根据另一个优选实施例，减振器设置在柔性连接装置处，形成将浮体连接到水下站的固定部分的安全装置。

将浮体连接到发电机的移动部分的缆线存在可能断裂的风险，尽管采取了措施以避免这种情况。如果发生断裂，则浮体可能漂走并且丢失。为了避免那种情况，浮体可以通过缆线等连接到水下站的固定部分（诸如定子框架或其基部底座）。该缆线仅是安全装置并且在正常操作过程中不起作用。缆线通常地不处于拉伸状态下而是以环状松弛悬挂以允许浮体的受限的横向移动。如果发生将浮体连接到发电机的移动部分的缆线损坏的情况，则安全装置的缆线便捕获浮体。在此刻，在该安全缆线中产生突然很高的张力。通过在该缆线处提供减振器，实现了减小其损坏的风险。安全缆线处的减振器可以是将浮体连接到发电机的移动部分的缆线处的减振器的补充物或者是其替代物。

根据另一个优选实施例，减振器定位在至少一个浮体与柔性连接装置之间。

从而减振器将靠近于海面，并且这使得其容易安装，并且考虑了维护。

根据另一个优选实施例，柔性连接装置包括上部和下部，由此减振器定位在上部与下部之间。

从而在考虑多个方面的情况下能够选择减振器的最佳位置。

根据另一个优选实施例，减振器定位在转换器与柔性连接装置之间。

由此可将减振器构造为水下站的整体部分，其从一些方面导致波浪发电单元的合理制造。到转换器的附接可以为直接地到承载磁体的转换器本体的附接或者到转换器本体的顶部处的刚性杆的附接，由此被看作为转换器的一个部分。

根据另一个优选实施例，减振器定位在水下站的固定部分与柔性连接装置之间。

该实施方式由此涉及位于安全缆线处的减振器，并且具有与上一个实施方式的那些相同种类的优势。

根据另一个优选实施例，减振器包括弹性地可压缩部件，该部件定位在第一支撑面与第二支撑面之间，所述支撑面面向彼此，第一支撑表面附接至柔性连接装置，而第二支撑表面或是附接到至少一个浮体、发电机的移动部分、水下站的固定部分或是附接到柔性连接装置的第二部分。

原则上具有用于减振器的操作的两个替换。可以通过诸如简单的张力弹簧的张力吸收载荷，或者通过如本实施方式中建议的压缩吸收载荷。通过基于压缩原理偏压减振器，可以使减振过程的特征更精确并且使得减振器损坏的风险比张力减振器更低。

根据另一个优选实施例，弹性可压缩部件包括堆叠布置的多个弹性盘状本体并且还包括位于每个相邻弹性盘状本体之间的刚性盘状件。

通过以多个分离本体方式构造弹性可压缩部件，压缩力将会比仅使用一个弹性本体更加均匀地分布。从而减振器的寿命将会增加并且减振力的特征变得更加可预知。构造多个单元的减振器还允许通过使用不同数量的这种标准单元而模块化地适配对于减震力的不同要求。

根据另一个优选实施例，柔性部件的数量在5-10的范围内。

该范围与用于大多数应用的优化数量相对应。

根据另一个优选实施例，减振器包括壳体，该壳体包括：端壁，其内表面限定了所述支撑表面中之一，并且在所述壳体中定位有可移动壁，所述可移动壁具有形成另一支撑表面的表面，该表面相互平行，所述可移动壁垂直于所述表面，并且所述端壁具有通孔，附接装置能够移动通过该通孔，所述附接装置附接到所述可移动壁。

这是减振器的简单且实际的构造，其通过平行的支撑表面提供了弹性部件的每个侧面处的力的安全传送。

本发明还涉及包括根据本发明（特别地根据其优选实施例中任一个）的多个波浪发电单元的波浪发电设备。

本发明还涉及一种电网络，其包括到根据本发明（特别地根据其优选实施例中的任一个）的波浪发电单元的连接。

在本发明的第二个方面中，根据本发明（特别地根据其优选实施例中的任一个）的波浪发电单元用于产生电能并且将所述电能提供到电网络。

在本发明的第三个方面中实现了该目的，其中介绍中规定类型的方法包括以下具体措施：将至少一个减振器提供给柔性连接装置并且将减振器布置为吸收柔性连接装置中的张力。

本发明的波浪发电设备、本发明的电网络、本发明的使用以及本发明的方法具有本发明的波浪发电单元及其优选实施例的优点并且其已经在上面描述。

本发明的上述优选实施例规定在从属权利要求中。应该理解的是，其它优选实施例当然可以通过上述优选实施例的任何可能的组合以及通过这些和在下面实例的描述中提及的特征的任何可能的组合构成。

通过下面对其实例的的详细描述并且参照附图将进一步说明本发明。

附图说明

图1是根据本发明的波浪发电单元的示意性侧视图。

图2是示意性示出了减振器的多个位置的类似的视图。

图3是通过减振器截取的纵截面，所述减震器在其释放状态中。

图4是与图3中类似的截面，示出了减振器处于压缩状态。

图5是图3的放大细节部分。

图6是图4的放大细节部分。

图7和图8是与图3中类似的截面，示出了减振器的两个其它实例。

图9和图10示出了减振器的更进一步的实例。

图11示意性示出了在本发明的另一个实例中减振器的应用。

图12是示出了根据本发明的波浪发电设备的俯视示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明的波浪发电单元在大海中操作的示意性侧视图。浮体1漂浮在海面上并且通过连接装置3（诸如缆线、缆线、绳索、链条等）连接到锚固在海床处的线性发电机2并且其形成水下站100的一部分。在附图中发电机通过基部底座10附接在海床处。然而，应该理解的是发电机可以定位在海床上方并且以一些其它方式锚固。

线性发电机2具有带有绕组的定子5以及带有磁体的转换器6。转换器6能够在定子5内上下往复运动从而在定子绕组中产生电流，该电流通过电缆11传送到电网络。

转换器6设有杆7，缆线3附接至所述杆。另选地，缆线3可以直接地附接到转换器6，或者附接在其顶部或者附接在底部或者附接在它们之间某处。当浮体1由于海面的波浪运动被迫使向上运动时，浮体将向上拉动转换器6。当浮体此后向下移动时，转换器6将通过重力向下运动。可选择地，但是优选地作用在转换器6上的弹簧（未示出）等提供了向下的额外力。

由于发电机2锚固在海床中并且浮体1在水面上自由地漂浮，因此浮体相对于发电机2自由横向地移动。从而连接装置3将变得倾斜。

在连接装置3进入发电机2的壳体4的入口处，设有引导装置9，其引导连接装置在所述引导装置9下方竖直地运动，同时允许位于引导装置上方的连接装置3以倾斜姿势运动。所述引导装置9附接至锥形结构8，所述锥形结构位于所述发电机的壳体4上方并附接于其。

所述引导装置9允许所述连接装置3在穿过引导装置9时逐渐改变其方向，以使所述连接装置的磨损变得有限。

缆线3设有减振器12，该减振器布置为当缆线3在被释放以后突然变得张紧时吸收急变载荷（snap load）。在该例子中，减振器设置在缆线3的上部3a与下部3b之间。

在图2中示出了减振器的替换位置并且以交叉标注。位置12a与图1的实例相对应。在位置12b中减振器布置在缆线3与转换器6的底端之间。在位置12c中减振器布置在缆线3与浮体1之间。

如同样在图2中示出的，波浪发电单元可以设有安全装置。安全装置是在一端处附接至浮体1并且在另一个端附接至水下站的固定部分（在该实例中附接到其基部底座10）的缆线31。安全缆线31用于在如果普通缆线3断裂的情况下捕获浮体1以防其漂走。因此在正常操作过程中安全缆线31是被动部件。安全缆线31的长度大于普通缆线3使得浮体能够在不使固定缆线31张紧的情形下进行有限的横向移动。为了保持安全缆线上的控制，漂浮件32连接到安全缆线的连接点33。安全缆线31的过多长度由此形成环（loop，活套）34。

如示出的，安全缆线31也可以设有减振器，所述减震器或者位于其与浮体1连接的位置12d处，或者位于沿着安全缆线31的某位置12e处，或者位于其与基部底座的连接的位置12f处。

在图3-图6中更加详细地示出了减振器12的实例。在图3中示出了减振器处于未加载状态。减振器12具有壳体，该壳体包括上端壁16、下端壁17和在它们之间延伸的周边壁15。上端壁16通过连接装置13附接到缆线3的上部3a。下端壁17具有中心开口18，以允许附接到缆线3的下部3a的附接装置14的通过。附接装置14的上端具有与之附接的壁20，该壁能够在壳体15，16，17内竖直地移动。

在壳体的下端壁17与可移动壁20之间具有可压缩部件22，其挤压在下壁17处的支撑表面19与可移动壁16处的支撑表面21之间。可移动壁16相对于壳体15，16，17能够竖直地移动并且在图3中在其上端位置处。

当缆线3中具有高张力时，可移动端壁相对于壳体向下移动，从而可压缩本体部件压缩在支撑表面19与22之间。在图4中示出了减振器处于最大压缩阶段，在那里可移动壁20处于距下端壁17较短距离处并且可压缩部件22被挤压到减小的厚度。可压缩本体的弹性特征是使得其要求相当强的张力以达到图4中示出的状态。当转换器6处于其端部位置并且改变其运动方向时，该强力作为急变载荷而发生。在转换器6的运动过程中发生的力是更低数量级的并且将会仅微少地按压可压缩部件22。

可压缩部件22包括橡胶等制成的多个盘状弹性体23，其被例如金属制成的刚性板24隔离。这可以在示出未压缩状态的图5中以及示出压缩状态的图6中更加详细地看出。

图7是与图2中的位置12b相对应的减振器的替换位置的实例。由此减振器12布置在缆线3与转换器6之间，在示出的实例中布置在转换器6的下端处。减振器12的壳体15，16，17形成转换器6的整体部分。缆线3附接到可移动壁16，其在该附图中示出为处在减振器未被加载时的位置处。减振器12是与图3-图6中公开的相同类型，但是相对于那些附图中的实例倒置安装。

转换器具有贯通的居中布置的轴向孔26，缆线3或者替换地诸如图1中的杆7通过所述轴向孔到达转换器6的底部。该附图还示出了转换器6的磁体25。

图8示出了与图2中的位置12c相对应的减震器的替换位置。在此情形中，减振器的壳体15，16，17形成浮体1的整体部分，并且可移动壁20附接至缆线3的上端。

图9中示出了减振器121的替换实例。在该实例中减振器121不同于图3中减震器之处仅在于压缩部件22由单个弹性件（例如橡胶）构成。

在图10中示出了其它替换，其中减振器包括螺旋拉簧122。而在较早的实例中当发生高的作用力时减振器被压缩，弹簧122将在发生张力作用力时扩展。

本发明还可以应用到其中发电机是传统发电机（具有如图11中示出的旋转转子61和周围的定子51）的这种类型的波浪发电单元中。圆柱体62连接至转子61并且随其旋转。由于浮体上下运动，因此缆线相应地分别在圆柱本体62上展开和缠绕，以使转子61旋转。在此实例中减振器12执行与上述线性发电机的减振器相同的功能。

图12是示出了具有多个根据本发明的波浪发电单元的发电机2的波浪发电设备的俯视示意图。发电机2连接到水下开关装置30，所述水下开关装置经由连接线41连接到电网络40（诸如电网（grid））。控制装置控制能量供给并且计量供给的电能的量，例如以便开账单。

Claims (17)

1.一种波浪发电单元，所述波浪发电单元具有至少一个浮体（1）、水下站（100）以及将所述至少一个浮体（1）与所述水下站（100）连接的至少一个柔性连接装置（3，31），所述水下站（100）包括具有定子（5，51）和移动部分（6，61）的发电机（2），其特征在于，所述柔性连接装置（3，31）设置有至少一个减振器（12），所述减振器布置为吸收所述柔性连接装置（3）中的张力。

2.根据权利要求1所述的波浪发电单元，其特征在于，所述减振器（12）设置在将所述至少一个浮体（1）与所述发电机（2）的所述移动部分（6，61）连接的柔性连接装置（3）处。

3.根据权利要求3所述的波浪发电单元，其特征在于，所述发电机（2）是线性发电机（2）并且其中所述移动部分（6，61）是线性往复转换器（6）。

4.根据权利要求1所述的波浪发电单元，其特征在于，所述减振器（12）设置在形成安全装置（31）的将所述至少一个浮体（1）连接到所述水下站（100）的固定部分（10）的柔性连接装置处。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述减振器（12）定位（12c，12d）在所述至少一个浮体（1）与所述柔性连接装置（3，31）之间。

6.根据权利要求1-4中的任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述柔性连接装置（3，31）包括上部（3a）和下部（3b），从而所述减振器（12）定位（12a，12e）在所述上部（3a）与所述下部（3b）之间。

7.根据权利要求3所述的波浪发电单元，其特征在于，所述减振器（12）定位（12b）在所述转换器（6）与所述柔性连接装置（3）之间。

8.根据权利要求4所述的波浪发电单元，其特征在于，所述减振器（12）定位（12f）在所述水下站（6）的所述固定部分（10）与所述柔性连接装置（31）之间。

9.根据权利要求1-8中的任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述减振器（12）包括弹性可压缩部件（22），所述部件定位在第一支撑表面（19）与第二支撑表面（21）之间，所述支撑表面（19，21）面向彼此并且能够相互往返移动，所述第一支撑表面（19）附接至所述柔性连接装置（3，31），并且所述第二支撑表面（21）相应地被附接至所述至少一个浮体（1）、所述发电机的所述移动部分（6，61）、所述水下站（100）的固定部分（10）的任一个或附接至所述柔性连接装置（3，31）的第二部分（3b）。

10.根据权利要求9所述的波浪发电单元，其特征在于，所述弹性可压缩部件（22）包括堆叠布置的多个弹性盘状本体（23）并且还包括位于每个相邻弹性盘状本体（23）之间的刚性盘状件（24）。

11.根据权利要求10所述的波浪发电单元，其特征在于，柔性盘状本体（23）的数量在5-15的范围内。

12.根据权利要求9-11中的任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述减振器（12）包括壳体（15，16，17），所述壳体包括端壁（17），其内表面限定所述支撑表面（19，21）中的一个支撑表面（19），并且在所述壳体中定位有可移动壁（20），所述可移动壁具有形成所述支撑表面（19，21）中的另一支撑表面（21）的表面，所述表面（19，21）相互平行，所述可移动壁（20）能够垂直于所述表面（19，21）移动，并且所述端壁（17）具有通孔（18），一附接装置（14）能够移动通过所述通孔，所述附接装置（14）附接至所述可移动壁（20）。

13.一种波浪发电设备，其特征在于，所述波浪发电设备包括多个根据权利要求1-12中任一项所述的波浪发电单元。

14.一种电网络，其特征在于，所述网络（40）包括连接到根据权利要求1-12中任一项所述的波浪发电单元的连接线（41）

15.根据权利要求1-12中任一项所述的波浪发电单元的使用，用于产生电能并且将所述电能供应到电网络（40）。

16.一种通过水下站（100）产生电能的方法，所述水下站（100）包括发电机（2），将所述水下站（100）锚固到海底，提供至少一个浮体（1）以在海面漂浮，并且通过至少一个柔性连接装置（3，31）将所述至少一个浮体（1）连接到所述水下站（100），其特征在于，给所述柔性连接装置（3，31）提供至少一个减振器（12），并且将所述减振器（12）布置为用于吸收所述柔性连接装置（3，31）中的张力。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法通过根据权利要求1-12中任一项所述的波浪发电单元执行。

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