DE60115509T2

DE60115509T2 - Meereswellen-Energieumwandler

Info

Publication number: DE60115509T2
Application number: DE60115509T
Authority: DE
Inventors: William Blessington DICK
Original assignee: Wavebob Ltd
Current assignee: Wavebob Ltd
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: DE60105298T2; US6857266B2; DK1439306T3; WO2001096738A1; CA2646547C; ES2250940T3; EP1295031A1; NZ542609A; US7581901B2; DK1295031T3; IES20000493A2; CA2646547A1; US7909536B2; US20030121255A1; EP1439306A1; EP1295031B1; PT1295031E; ATE275239T1; DE60105298D1; US20100034588A1

Description

Die Erfindung betrifft eine punktabsorbierende Wellenenergie-Umwandlungsvorrichtung, vorzugsweise aufweisend zwei oder mehrere Auftriebs-Schwungkörper, die auf der Oberfläche schwimmen und jeweils fest mit einem oder mehreren tief untergetauchten Körpern verbunden sind, wobei die Relativbewegung zwischen den beiden Körpern zur Energieerzeugung genutzt wird. Der hier verwendete Begriff Welle oder Wellenbewegung bezieht sich sowohl auf Wellen auf der Oberfläche einer Flüssigkeit als auch Dünung in einem Flüssigkeitskörper.
Hintergrund
Suche nach ökonomischen Quellen erneuerbarer Energie
Die Entwicklung eines praktischen Wellenenergiewandlers war im Fokus des Interesses für eine Anzahl von Ingenieuren und Theoretikern während der vergangenen 25 Jahre. Das theoretische Verständnis von Seewellen und die technische Expertise im zugehörigen meerestechnischen Ingenieurwesen hat während der gleichen Zeitperiode enorm von der Offshore-Öl- und Gasindustrie gewonnen. Wachsende Sorge über eine globale Klimaänderung hat in der Suche nach kommerziell nutzbaren erneuerbaren Energiequellen ein wachsendes Dringlichkeitsbedürfnis gegeben.
Die Größe der Quellenenergieressourcen
Das Potenzial der Wellenenergie ist seit vielen Jahren erkannt. Die Größe dieser Ressource wurde auf 219 Gigawatt oder mehr als 180 Terawattstunden entlang der Küsten der Europäischen Union geschätzt. Die Wellenenergie vor den Westküsten von Irland und Schottland, wo die Winterressource ungefähr doppelt so stark verfügbar ist wie während der Sommermonate gehört zu den höchsten Werten weltweit.
Die Offshore-Ressourcen sind größer
Wellenenergie wird durch Reibung mit dem Seeboden verloren, wenn die See flach wird (Wassertiefen von einer halben Wellenlänge oder weniger). Dies ist besonders ausgeprägt, wo die Wellenlängen üblicherweise lang sind, wie außerhalb der Nordwestküste Europas. An oder nahe der Küstenlinie ist die Verfügbarkeit dieser bereits abgeschwächten Ressource durch das Fehlen physikalisch geeigneter Örtlichkeiten und durch Planungskontrollen verfügte Restriktionen stark eingeschränkt.
Entwicklung von Wellenenergiewandlern
Die Forschung und Entwicklung von Wellenenergiewandlern (WECs) hat während der letzten 25 Jahre zusammen mit dem durch die Offshore-Öl- und Gasindustrie gewonnenen Können und praktischen Erfahrung nunmehr ein Stadium erreicht, in dem robuste und effektive Wellenenergiewandler mit installierten Kapazitäten von einem Megawatt oder mehr entwickelt werden.
Kategorien von Wellenenergiewandlern
Die Wellenenergieressource kann basierend auf dem Ort, wo die Energie aus den Wellen gewonnen wird, in drei grobe Kategorien eingeteilt werden:

1. Auf der offenen See, d. h. Offshore
2. An oder nahe der Küstenlinie, d. h. On-Shore oder Inshore
3. Außerhalb des normalen Bereichs, in dem die Wellen brechen, aber nicht im tiefen Ozean, d. h. küstennah (near shore)

Die sehr große Anzahl bisher vorgeschlagener Vorrichtungen und Konzepte wurde von dem Engineering Committee on Oceanic Resources by the Working Group on Wave Energy Conversion (ECOR draft report, April 1999) klassifiziert und zusammenfassend beschrieben. Diese folgt einer ähnlichen Klassifikation basierend auf der gedachten Örtlichkeit, d. h. Offshore, Near Shore to Offshore, und On-Shore.
Wellenenergiewandler (WECs) können auch auf verschiedene Arten gemäß deren Arbeitsprinzip und der Art und Weise, wie sie mit Wellen reagieren, klassifiziert werden. Bezüglich einer praktischen Anwendung sind nur sehr wenige Gerätetypen derzeit oder in der nahen Vergangenheit in Benutzung oder im Testeinsatz.
Ein signifikanter Anteil der derzeitigen Erzeugung von WEC-Vorrichtungen enthält eine oszillierende Wassersäule (OWC). OWC-Vorrichtungen sind typischerweise diejenigen, wo die Welle in eine vertikale Röhre oder ein größeres Gefäß eingeschlossen ist und wenn sie sich vorwärts und rückwärts bewegt, Luft durch eine Energiewandlereinrichtung, typischerweise eine Lufturbine treibt. OWC-Einrichtungen im Megawattbereich sind nunmehr in einem fortgeschrittenen Entwicklungsstadium. Eine solche Vorrichtung, die in einem felsigen Schacht an der Westküste von Pico auf den Azoren aufgebaut ist, stellt eine befestigte Betonkammer dar, die an einer Seite unterhalb der Wasserlinie offen für die Tätigkeit der Wellen ist. Eine ähnliche, aber etwas kleinere Einrichtung, die LIMPET, wurde vor der Steilküste von Islay in Schottland installiert. Diese beiden Installationen erscheinen die bestentwickelten und perfektionierten WEC-Systeme, die in dieser Größe derzeit verfügbar sind. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass eine solche Installation eine installierte Kapazität von mehr als zwei Megawatt hat und die Anzahl geeigneter Örtlichkeiten ist extrem beschränkt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die wenigstens eine vergleichbare Größe hat und die Offshore und in großen Gruppen installiert werden kann. Es handelt sich um eine Klasse von WECs, die als Punktabsorber bekannt sind.
Punktabsorber
Punktabsorber sind üblicherweise axialsymmetrisch um eine vertikale Achse und deren Dimensionen sind definitionsgemäß klein bezüglich der Wellenlänge der vorherrschenden Welle. Die Vorrichtungen arbeiten üblicherweise in einem Vertikalmodus, oft als "Stampfen" bezeichnet. Typischerweise steigt und fällt ein die Oberfläche durchdringender Schwimmkörper mit den durchlaufenden Wellen und reagiert gegenüber dem Meeresgrund oder einer Vertäuung. Als solche sind sie in der Lage, Energie aus den Änderungen des Oberflächenpegels anstatt der Vorwärtsbewegung brechenden Meerwassers zu absorbieren. Es wurde gezeigt, dass die theoretische Grenze der Energie, die durch einen einzelnen isolierten, stampfenden, axialsymmetrischen Punktabsorber gewonnen werden kann, von der Wellenlänge der einlaufenden Wellen anstatt der Querschnittsfläche der Vorrichtung, d. h. von der Wellenlänge dividiert durch 2π, abhängt. So ist die Wellenlänge ein wichtiges kritisches Kriterium, was in der Attraktivität der Anordnung von Punktabsorbervorrichtungen deutlich außerhalb des Bereiches brechender Wellen resultiert, wo sie einer Ozeandünung oder einem Stampfen mit langen Wellenlängen ausgesetzt sind.
Punktabsorber können gegenüber dem Meeresboden reagieren (wodurch sie notwendigerweise in relativ flachem Wasser, üblicherweise küstennah angeordnet sind) oder sie können schwimmen und gegenüber der inhärenten Trägheit einer ihrer Komponenten reagieren.
Praktische Punktabsorber von kleinen Abmessungen wie Nebelhörner und Navigationsbojen, welche beide OWCs enthalten können, werden seit vielen Jahren genutzt. Typischerweise haben diese eine Leistung von einigen hundert Watt.
Selbstreagierende Auftriebs-Schwungkörper-Punktabsorber
Es gab verschiedene Versuche, Wellenenergiewandler basierend auf dem Prinzip selbstreagierender Auftriebs-Schwungkörper zu entwickeln. Ein solches Beispiel ist ein Auftriebs-Schwungkörper, der gegen eine unterhalb eingetauchte Trägheitsplatte reagiert. Dieses Konzept wurde durch L. Berggren und M. Johansson, in "Hydrodynamic coefficients of a wave energy device consisting of a buoy and a submerged plate", Applied Ocean Research, 0141-1187/92/05.00 und durch J. Falnes, "Wave-energy conversion through relative motion between two single-mode oscillating bodies" (OMAE, Lissabon, Portugal, 5.–9. Juli 1998) beschrieben und analysiert.
Eine zweite Variation des Auftriebs-Schwungkörperprinzips ist der internationalen Patentanmeldung WO 97/41349 beschrieben. In dieser arbeitet ein einziger Schwimmkörper gegen eine in einem vertikal eingetaucht und beidseitig offenen Zylinder eingeschlossenen Wassersäule mittels eines breiten Kolbens, der sich innerhalb des Zylinders auf- und abbewegt. Die durch den Kolben bewegte Wassersäule wirkt als Trägheitsmasse. Diese Anordnung ist als Beschleunigungsröhre bekannt. Eine ähnliche Technologie ist bekannt und in der US 4,773,221 wie auch in der WO 99/22137 beschrieben.
In diesen illustrativen Beispielen und allen derartigen selbstreagierenden Auftriebs-Schwungkörpersystemen gibt es im Wesentlichen drei Grundkomponenten; einen Auftriebs-Schwungkörper an der Oberfläche, eine untergetauchte Reaktionseinrichtung (eine Trägheitsplatte, Beschleunigerröhre etc.) und einen dazwischen angeordneten Lastwiderstand oder Leistungsabnehmer.
Einrasten und Phasensteuerung
Es ist auch bekannt, ein Prinzip des Einrastens der Phasensteuerung eines schweren Körpers zu verwenden. Das Prinzip des Einrastens eines stampfenden (vertikal oszillierenden) Körpers in irregulären Wellen wurde durch Budal und Falnes 1978 in dem Britischen Patent Nr. GB 1587344 beschrieben.
Die Idee war, die Phase des stampfenden Schwimmkörpers zu zwingen, derjenigen Welle zu folgen, die eine geringere Eigenfrequenz (längere Periode) hat. Auf diese Weise wurden verstärkte Bewegungen und entsprechend größere Leistungspegel erreicht.
Sie beschreiben das Festhalten des Schwimmkörpers an der Spitze oder dem Tiefpunkt des Zyklus durch einen hydraulisch betriebenen Verriegelungsmechanismus (der wie eine Parkbremse funktioniert) und den stampfenden Auftriebskörper an einem langen Stab festhält, der an dem Boden des Wellenkanals angebracht ist. Er wurde dann losgelassen, so dass er eine Bewegung in Richtung und in Phase mit der Welle wieder aufnimmt. Eine weitere theoretische Analyse wurde durch verschiedene Forscher fertiggestellt. Zwei Formen einer solchen Phasensteuerung sind nun bekannt, das beschriebene Verriegeln und eine kontinuierliche Steuerung, die über den Zyklus angewandt werden kann und ein Zurückfließen von Leistung zu der Schwungeinrichtung umfassen kann.
Variable Schwimmkörpervorrichtung
Eine weitere Entwicklung in selbstreagierenden Punktabsorbern umfasst Dreipunkt-Punktabsorber aufweisend einen Oberflächenschwimmkörper, einen untergetauchten variablen Schwimmkörper und eine Trägheitsmasse. Eine solche Vorrichtung ist bekannt und beschrieben in unserer entsprechenden internationalen Anmeldung WO 99/28623. Solch eine Vorrichtung liefert nicht den optimalen Energietransfer von den durchlaufenden Wellen an den Wandler.
Es besteht daher das Bedürfnis für eine verbesserte Wellenenergiekonversioneinrichtung.
Aufgabe der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Extraktion von Energie aus Wellen oder Dünung in einem Flüssigkeitskörper zu liefern.
Zusammenfassung der Erfindung
Entsprechend schlägt die Erfindung eine punktabsorbierende Wellenenergie-Umwandlungsvorrichtung zur Gewinnung von Energie aus der Wellenbewegung gemäß Anspruch 1 vor.
Vorzugsweise weist jede der wenigstens zwei Einrichtung einen Schwimmkörper auf, der fest mit wenigstens einem untergetauchten Körper unterhalb des Schwimmkörpers verbunden ist.
Die Bewegung zwischen den wenigstens zwei Körpern ruft vorzugsweise ein Energieerzeugung hervor, die durch die Verbindungen nutzbar gemacht sind.
Mit dem Begriff starr verbunden ist gemeint, dass die Verbindung zwischen dem Schwimmkörper und dem wenigstens einen untergetauchten Körper genügend starr ist, um Druckkräfte und Zugkräfte zu übertragen.
Der wenigstens eine untergetauchte Körper ist vorzugsweise in einer Tiefe unterhalb der Oberfläche untergetaucht, die ein signifikanter Bruchteil der Länge der vorherrschenden Wellenlänge der Welle oder Dünung in dem Flüssigkeitskörper darstellt.
Die Auftriebskörper haben vorzugsweise eine Ausdehnung und ein Gewicht, das ausreichend ist, um sicherzustellen, dass sie unter normalen Wellen- oder Dünungsbedingungen im Wasser halb untergetaucht bleiben.
Mit dem Begriff Schwimmkörper ist ein die Oberfläche durchdringender Körper gemeint, der zumindest teilweise untergetaucht ist, wobei wenigstens ein Teil des Schwimmkörpers normalerweise aus dem Flüssigkeitspegel der Flüssigkeit, in der der Schwimmkörper schwimmt, herausragt.
Mit normalen Bedingungen sind Bedingungen gemeint, die typisch für die vorherrschenden Wetterbedingungen und Wellen-/Dünungsgröße in dem Bereich der Installation der Vorrichtung sind.
Vorzugsweise hat jede Vorrichtung umfassend einen Schwimmkörper, einen untergetauchten Körper, und die eingeschlossene Flüssigkeit eine gesamte Masse, virtuelle Masse und Abmessungen derart, dass sie dazu tendiert eine Eigenoszillationsfrequenz entlang ihrer vertikalen Achse aufzuweisen, die nahe der vorherrschenden Frequenz der Oberflächenwelle ist oder ein Einrichtung aufweist, um ihre Eigenfrequenz zu ändern, so dass sie mit dem vorherrschenden Wellenklima übereinstimmt.
Mit virtueller Masse ist das minimale Gravitationsgewicht gemeint und es bezieht sich auf einen Körper, der einen hohen hydrodynamischen Ballast oder Trägheitsmasse liefert, mit der eine zusätzliche Masse mit dessen Bewegung durch die Flüssigkeit verbunden ist. Dies kann vorzugsweise ein geschlossenes Gefäß sein, das die Flüssigkeit einschließt, in welcher es untergetaucht ist, oder alternativ ein teilumschlossenes Gefäß oder eine untergetauchte horizontale flache Platte. Die virtuelle Masse dient dazu, einen Beschleunigungswiderstand für den starr befestigten Schwimmkörper zu bilden. Diese ist vorzugsweise sanft und stromlinienförmig, um den Widerstand zu verringern und kann einen Auftriebskörper enthalten, um Gravitationsgewicht zu minimieren.
Die Verbindungen sind ausgebildet, ein Leistungsentnahmesystem zu betreiben, welches typischerweise hydraulisch sein kann und einen elektrischen Regelstromgenerator antreibt. Die Verbindungen sind vorzugsweise so angeordnet, dass sie mehrere Bewegungsfreiheitsgrade erlauben, um so zusätzliche Leistungen von Relativbewegungen aufgrund eines Taumelns und Rollens genauso wie von einem vertikalen Stampfen zu sammeln.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung Einstell- und Steuersysteme, die mit Abtasteinrichtungen oder Detektoren verbunden sind oder eine Betriebskonsole entweder an Bord und/oder entfernt von den wenigstens zwei Einrichtungen auf.
Die Vorrichtung kann zusätzlich eine Verriegelungs- und/oder Phasensteuereinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, die Oszillation, Amplitude und Relativbewegung der verbundenen Einrichtungen in sich verändernden oder schweren Seebedingungen anzupassen und zu optimieren. Dies kann ausgeführt werden durch Verwendung von Hydraulik oder Luftfedern, um die Bewegungen der Einrichtung einzufrieren oder vorübergehend zu dämpfen und/oder Leistung in bestimmten Stadien des Zyklus an die Vorrichtung zurückzugeben.
Die Vorrichtung kann auch Vertäusysteme aufweisen, die die gesamte Vorrichtung in einer Position halten, die konsistent ist mit vorgeschriebenen Bedingungen und dessen effizienten Betrieb nicht wesentlich einschränkt.
Zusätzlich zu den vorgenannten Leistungsentnahmeverbindungen können die miteinander verbundenen Einrichtungen auch elastische Verbindungen oder Ketten oder Stoßabsorber oder ähnliche Anpassungen aufweisen, um exzessive Relativbewegungen des Stampfens, Pumpens oder Taumelns zu absorbieren, die hervorgerufen werden können durch brechende Wellen oder Sturmbedingungen; solche elastische Verbindungen oder Ketten sind normalerweise schlaft und können gewichtet sein.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den beiliegenden Zeichnungen und den zugehörigen Ansprüchen deutlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, die das Funktionsprinzip einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Wellenbedingungen zeigt, wobei die Schwimmkörper und zugehörigen untergetauchten Körper zueinander phasenverschoben oszillieren.
2 ist eine schematische Darstellung, die eine mögliche Anordnung geeignet zur Einstellung der virtuellen Masse des untergetauchten Körpers der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
3 ist eine Perspektivansicht eines praktischen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Seitenansicht des in 3 illustrierten Ausführungsbeispiels.
5 ist eine Horizontalschnittansicht entlang der Linie A-A von 4.
6 ist eine schematische Ansicht, die eine mögliche Anordnung von Leistungsentnahmeverbindungen zeigt und mögliche Freiheitsgrade in x-, y- und z-Richtung und der Rotation illustriert.
7 ist eine schematische Darstellung, die eine Leistungsentnahmeschaltung zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung illustriert.
8 ist eine schematische Darstellung, die ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung illustriert, welches einem ersten herkömmlichen Punktabsorber entspricht, jedoch eine virtuelle Masse umfasst.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung 1 zur Gewinnung von Energie aus Wellen oder Dünung in einem Flüssigkeitskörper 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Sie weisen zwei Vorrichtungen auf: eine innere Vorrichtung 3 und eine äußere Vorrichtung 4. Sowohl die innere als auch die äußere Vorrichtung weisen Oberflächenschwimmkörper 5, 6 auf, die starr mit Hilfe von starren Stangen 7, 8 oder anderen geeigneten Mitteln mit zugehörigen untergetauchten Körpern 9, 10 unter der Oberfläche verbunden sind. Die Schwimmkörper 5, 6 können vorzugsweise wasserdichte Schottwände enthalten. Die untergetauchten Körper 9, 10 sind ausgebildet, Mengen der umgebenden Flüssigkeit einzuschließen. Den untergetauchten Körpern 9, 10 kann eine virtuelle Masse zugeschrieben werden: durch den Begriff virtuelle Masse ist ein minimales Gravitationsgewicht gemeint und er bezieht sich auf einen Körper, der eine Trägheitsmasse und hydrodynamischen Ballast oder zusätzliche Masse liefert. Das kann vorzugsweise ein eingeschlossenes Gefäß aber ebenso ein teilweise eingeschlossenes Gefäß oder eine untergetauchte horizontale flache Platte oder eine Kombination aus diesen sein. Die virtuelle Masse dient dazu, einen Widerstand für die Beschleunigung des verbundenen Schwimmkörpers zu liefern.
In der in 1 gezeigten Ansicht ist der Oberflächenpegel 11 nicht flach, d. h. vergleichbar mit einer durchlaufenden Dünung und die beiden Einrichtungen sind ausgebildet, relativ zueinander in Abhängigkeit von den durchlaufenden Wellen oder der durchlaufenden Dünung in dem Flüssigkeitskörper zu bewegen. Vorzugsweise sind die Gesamtmasse, virtuelle Masse und die Dimensionen jeder Vorrichtung umfassend Schwimmkörper, untergetauchter Körper und eingeschlossene Flüssigkeit so, dass jeder dazu tendiert, eine Eigenoszillationsfrequenz entlang seiner vertikalen Achse zu haben, die nahe dem unteren Ende des Bereichs der Frequenzen liegt, die der Masse der durchlaufenden Wellenenergie entspricht. Die tatsächliche Oszillationsfrequenz der verbundenen Einrichtungen kann mittels Phasensteuersystemen, beispielsweise durch Hydraulikeinrichtungen über deren Eigenfrequenz angehoben werden, so dass die Vorrichtung dazu tendiert, sich in Phase mit der unmittelbaren Wellenumgebung zu bewegen. Eigenfrequenzen der beiden verbundenen Vorrichtungen können ferner durch Veränderung der jeweiligen virtuellen Masse (d. h. Trägheitsmasse und zugefügter Masse) verändert werden, welche hinzugefügt ist. Diese virtuellen Massen bieten der Beschleunigung Widerstand und somit der Ansprechrate des verbundenen Schwimmkörpers auf die durch die durchlaufende Welle sowohl in aufsteigender als auch in sinkender Bewegung hervorgerufenen Antriebskräfte. Durch Veränderung dieser virtuellen Massen ist es möglich, eine Anordnung zu finden, so dass die beiden verbundenen Einrichtungen dazu tendieren, mit verschiedenen Phasenwinkeln zu oszillieren. Der Grad der Differenz kann typischerweise ein Viertel der Frequenz der dominanten Welle sein. Diese Relativbewegung zwischen den zwei Einrichtungen 3, 4 ruft einen Energietransfer hervor, der durch die Verbindungen 12 zwischen den beiden Einrichtungen 3, 4 gewonnen werden kann.
Es ist für den Fachmann erkennbar, dass jede Kombination oder Anzahl von untergetauchten Körpern verwendet werden kann.
Wie in 2 anhand des Beispiels eines untergetauchten Körpers 9 gezeigt, können die untergetauchten Körper 9, 10 zusätzlich Einstellmittel aufweisen, durch welche die Trägheitsmasse des untergetauchten Körpers beispielsweise durch Einstellung in den untergetauchten Körpern umschlossenen Flüssigkeitsvolumens eingestellt werden kann. Der untergetauchte Körper kann einen zylindrischen Hohlraum 13 umfassen, der sich entlang der Längsrichtung des untergetauchten Gefäßes erstreckt, aber von dem verbleibenden Abschnitt des abgedichteten Körpers abgedichtet ist. Wenn der zylindrische Hohlraum an beiden Enden offen ist, wird dieser keine Flüssigkeit "halten" und kann somit als keine Trägheitsmasse aufweisend angesehen werden. Durch Aktivierung eines Ventils 14, welches an der Oberseite und/oder Unterseite des zylindrischen Gefäßes oder mittels einer Verlängerung kleinen Durchmessers nach oben zu der Atmosphäre mittels eines Schwimmkörpers angeordnet sein kann, ist es möglich, die in dem Hohlraum 30 enthaltene eingeschlossene Masse zu variieren. Der untergetauchte Körper kann darin mehrere oder keinen solcher Hohlräume enthalten. Das Verfahren der Einstellung kann den zusätzlichen Vorteil der Einstellung der mit dem untergetauchten Körper verbundenen zusätzlichen Masse durch effektive Veränderung von dessen Querschnittsfläche in Richtung der Stampfbewegung haben.
Die 3 bis 5 sind Illustrationen eines praktischen Ausführungsbeispiels der in 1 illustrierten Vorrichtung mit der Ausnahme, dass die Leistungsentnahmeverbindungen und abdeckenden Überstrukturen weggelassen sind und ein Meeresboden 100 zu Referenzzwecken eingefügt ist. Die gleichen Bezugszeichen werden für ähnliche Komponenten benutzt. 3 enthält eine Person 14 zu Maßstabzwecken. Aufgrund der großen Dimensionen der Vorrichtung und der typischen Installation in Meeresbedingungen kann diese zusätzliche Navigationslichter und Radarreflektoren 15 zur Identifikation durch die Schifffahrt aufweisen. Wie in der Seitenansicht von 4 und der Schnittansicht von 5 gezeigt, weist die äußere Vorrichtung einen Schwimmkörper 6 auf, der mit vier untergetauchten Körpern 10 verbindbar ist, die in diesem Ausführungsbeispiel konzentrisch um einen untergetauchten Körper 9 angeordnet sind, der Teil der inneren Vorrichtung 5 ist.
6 ist eine Schemadarstellung einer Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung oberhalb der Meeresoberfläche. Die inneren und äußeren Schwimmkörper 5, 6 sind offensichtlich, genauso wie die Leistungsentnahmeverbindungen 12, die die Verbindung zwischen inneren und äußeren Vorrichtungen 3, 4 halten. In dem illustrierten Ausführungsbeispiel enthalten die Verbindungen 12 Hydraulikzylinder 30, die mit einer zentralen Stange 31 verbindbar sind, die mit der inneren Oszillationseinheit starr verbunden ist. Die Anordnung von Kolben erlaubt drei Bewegungsfreiheitsgrade zwischen den beiden oszillierenden Vorrichtungen 5, 6; Leistung kann gewonnen werden durch Bewegungen der Hydraulikzylinder 30 aus einem Taumeln, Rollen wie auch aus vertikalem Stampfen. Ein weiterer Freiheitsgrad wird zugelassen dadurch, dass die Kolben mit der mittleren Stange 31 über einen drehbaren Ring 20 teilverbunden ist, welches eine vollständige Rotationsbewegung der äußeren Vorrichtung um die innere Vorrichtung erlaubt. Obwohl eine solche Rotation keine effektiven Energieänderungen hervorruft, erhöht sie die Seetauglichkeit der gesamten Vorrichtungen unter Bedingungen, unter denen eine Verschwenkung der miteinander verbundenen Vorrichtungen auftreten kann. Die Rotationsfreiheit stellt sicher, dass eine solche Verschwenkung die Verbindungen zwischen innerer und äußerer Vorrichtung nicht unbrauchbar macht oder bricht. Obwohl die Vorrichtung anhand eines Beispiels beschrieben wurde, bei dem die Verbindungen 12 oberhalb der Schwimmkörper 5, 6 angeordnet sind, erkennt der Fachmann, dass es geeignete alternative Anordnungen gibt, die es erlauben, Leistung aus einer Relativbewegung zwischen zwei oder mehreren Körpern zu gewinnen und Freiheitsgrade zwischen den zwei oder mehr Körper zulassen.
Die Hydraulikverbindungen 12 der vorliegenden Erfindung sind von dem Typ, die als Stampfkompensatoren oder Doppelstellglieder bekannt sind. Die Einbindung solcher Stellglieder in eine Leistungsentnahmeanordnung ist in 7 illustriert, die ein System zur Umwandlung der Relativbewegung der beiden Vorrichtungen in Elektrizität beschreibt. Dem Fachmann ist klar, dass diese Leistungsentnahmevorrichtung den Typ illustriert, der verwendet werden kann und nicht dazu dienen soll, die Erfindung auf eine solche Anordnung einzuschränken. Wie in 7 gezeigt ist, sind zwei oder mehr Stellglieder 30 mechanisch mit einem unter Druck stehenden hydraulischen Akkumulator oder Reservoir 41 verbunden und die Bewegung der Kolben 42 durch das Stellglied treibt das Fluidum von dem Reservoir 41 durch Flussturbinen 33, um eine hydraulischen Schraubenpumpe 34 anzutreiben. Diese ist wiederum ausgebildet, einen elektrischen Wechselstromgenerator 35 anzutreiben. Durch einen Flussrechner 36 oder eine andere geeignete Anordnung ist es möglich, die Leistungserzeugung von den Stellgliedern 30 zu steuern.
Bisher wurde die Erfindung mittels einer Vorrichtung beschrieben, die zwei Punktabsorbervorrichtungen aufweist, die zur unabhängigen Oszillation in der Lage sind. 8 illustriert ein alternatives Ausführungsbeispiel, das einem Einzelpunktabsorber mit einem beweglichen Schwimmkörper 43 entspricht, der gegen eine tief untergetauchte virtuelle Masse 44 arbeitet.
Betriebsmodus
Wie oben beschrieben gewinnt die erfindungsgemäße Vorrichtung ihre Leistung vorzugsweise aus der Relativbewegung zweier (oder mehrerer) Vorrichtungen 3, 4, die jeweils einen Schwimmkörper oder festen Auftriebskörper 5, 6 auf der Oberfläche 11 der Flüssigkeit 2 aufweisen, der starr mit einem oder mehreren tief untergetauchten starren Gefäßen 9, 10 verbunden ist.
Jeder Schwimmkörper 5, 6 tendiert dazu, als aufschwimmende Boje zu wirken, wenn die Oberflächenwellen unter dieser hindurchlaufen und deren vertikale Hub- und Senkbewegungen werden durch die den oder die starr verbundenen tief untergetauchten Gefäß 9, 10 einer erheblichen virtuellen Masse beeinträchtigt. Jede Kombination von Schwimmkörper plus angebrachtem untergetauchten Gefäß als eine vertikale Schwimmstruktur hat seine eigene Eigenoszillationsfrequenz entlang ihrer vertikalen Achse, die durch geeignetes Design und Steuerung eingestellt werden kann, wobei jede Vorrichtung um eine vertikale Position stabil ist.
Jede Kombination aus Schwimmkörper plus untergetauchtem Gefäß(en) wird durch Kräfte angetrieben, die von laufenden Wellen hervorgerufen werden. Diese Erregungskräfte bestehen aus:

(a) einem hydrostatischen Term (proportional zu dem Momentanwert der Wellenhöhe)
(b) einer dynamischen Komponente (proportional zu der momentanen Flüssigkeitsbeschleunigung innerhalb der Welle)
(c) einer Brechungskraft.

Die letzten beiden bewirken eine Verringerung der Größe der Anregungskraft. Der Effekt der dynamischen Komponente ist proportional zu dem Volumen des untergetauchten Körpers 9, 10 und dem untergetauchten Teil des Schwimmkörpers; da sich dieser Effekt mit der Tiefe verringert ist es daher wünschenswert, den untergetauchten Körper 9, 10 in einer genügenden Tiefe anzuordnen, um Konstruktion und Effizienz des Betriebes zu optimieren. Die Brechungskraft ist eine Funktion der hinzugefügten Masse des untergetauchten Teils des Körpers 5, 6. Daher ist es in idealen Situationen wünschenswert, die Eintauchtiefe der Schwimmkörper 5, 6 zu minimieren, d. h. das tote Gewicht jeder Kombination aus Schwimmkörper plus untergetauchtem Gefäß.
Die Vorrichtung als Ganze verliert typischerweise Energie aufgrund:

(d) abstrahlten Wellen;
(e) hydraulischem Widerstand;
(f) Effekten von Vertäuungen und Kabelverbindungen.

Der negative Effekt von (d) und (e) kann durch geeignetes hydrodynamisches Design minimiert werden; der Effekt (f) ist vorzugsweise klein in Bezug auf die Haupterregungskräfte und wird wiederum durch gutes Design und geringer Exposition gegenüber lateralen Kräften von Wind- und Wellenwirkung sowie Strömungen minimiert werden. Schlaffe oder durch Bojen mit geringerem Gewicht versehene Vertäuungen können angemessen sein.
Durch geeignete Dimensionen und Konstruktion kann die Eigenfrequenz entlang der Vertikalachse jeder Kombination von Schwimmkörper und untergetauchten Körper(n) so eingestellt werden, dass sie nahe derjenigen der dominanten Wellenfrequenz liegt, so dass die besten Chancen für eine Resonanz in Abwesenheit eines Phasensteuersystems bestehen.
Die Steuersysteme können optimiert sein, um die Oszillationen der Vorrichtung an die vorherrschende Wellenperiode anzupassen, so dass eine Resonanz über einen Bereich von Wellenperioden auftreten kann. Um dies zu bewirken, ist es notwendig, die Grundvorrichtung so zu konstruieren, dass dessen Eigenfrequenz höher (oder dessen Periode kürzer) ist als diejenige der Mehrheit der Wellen; das Steuersystem kann dann verwendet werden, um diese Frequenz zu verringern, so dass die Phasengeschwindigkeit der Vorrichtung an diejenige der Welle angepasst wird, und dass die Oszillationsamplitude einem Optimum zustrebt für maximale Nutzleistung unter den Bedingungen.
In schwerer See, nicht jedoch notwendigerweise zerstörerischen extremen Seeverhältnissen kann eine solche Phasensteuerung oder Verriegelung die Gewinnung von Nutzleistung ermöglichen und eine effiziente Leistungsfähigkeit beibehalten, auch wenn die Oszillationsamplitude andernfalls die Konstruktionsgrenzen der Hydraulik übersteigen würde ("stroke out").
Eine Vorrichtung, die so konstruiert ist, dass sie eine Eigenfrequenz am unteren Ende eines ausgewählten Bereichs von Wellenperioden hat und erheblich unterhalb der häufigsten Periode liegt, bedeutet, dass die Vorrichtung kleiner ist als diejenige, die konstruiert ist, dass sie der häufigsten Periode entspricht. Das hat die zusätzlichen Vorteile der Verringerung der Kapitalkosten der Vorrichtung und ihrer Vertäuungen und verringert außerdem das Risiko eines Verlustes unter extremen Wellenbedingungen.
Es ist auch möglich, die Eigenfrequenz jeder Kombination von Schwimmkörper und untergetauchtem Gefäß(en) beispielsweise durch Einstellung des durch den (die) untergetauchten Körper eingeschlossenen Fluidvolumens einzustellen durch Öffnen von Ventilen an der Ober- und Unterseite von schmalen vertikalen Kammern innerhalb jedes der untergetauchten Gefäße.
Um ein geeignetes Steuersystem zu implementieren, ist es notwenig, in der Lage zu sein, vorherzusehen und geeignete Maßnahmen für die unmittelbar erwartete Welle zu ergreifen und die Vorrichtung außerdem einzustellen, um längerfristige Trends zu berücksichtigen. Ein Wellenvorhersagemodell kann in die Software integriert werden wie eine Speicherfunktion und eine Datenaufzeichnung. Die Steuersystemparameter können ferngesteuert verändert werden einschließlich Einstellungen basierend auf historischer Leistung, Wettervorhersagen, entfernt erfassten Daten und Sturmwarnungen.
Die Relativbewegung der zwei Vorrichtungen 3, 4 jeweils aufweisend Schwimmkörper 5, 6 und untergetauchte Körper 9, 10 und ein Phasensteuersystem können eingestellt werden, so dass sie sich über einen ausgewählten Bereich von Wellenperioden nahe der Resonanzbedingung befinden. Die Größe der Oszillation nähert sich einem Maximum nahe der Resonanz; das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nutzt die schnelle Änderung der Phasenverschiebung nahe der Resonanz, wenn die Parameter der oszillierenden Körper eingestellt werden. Mit dieser Taktik kann ein Paar von Vorrichtungen, die jeweils einen Schwimmkörper und untergetauchtes Gefäß aufweist, eine signifikante Differenz der Phasenverschiebung gegenüber der Anregung aufweisen.
Die Differenz der Phasenverschiebung zwischen einem Paar miteinander verbundener Vorrichtungen kann mittels eines geeigneten Systems mechanischer Verbindungen oder durch elektrische Induktion als Leistungsquelle ausgebeutet werden. Es sei erwähnt, dass die Amplitude der Relativbewegung zwischen den beiden Vorrichtungen immer kleiner als die Amplitude ist, die erwartet werden kann von einer einzigen Vorrichtung, die entweder eine Welle folgt oder in Resonanz mit einer Reihe von Wellen ist. Dieses Merkmal verringert stark das Auftreten einer Amplitude, die die Konstruktionsgrenzen der Hydraulikzylinder übersteigt ("stroke out") und vereinfacht die Verwendung von Hydraulikzylindern mit kürzerem Hub und somit geringeren Kapitalkosten.
Theoretische Analysen haben gezeigt, dass diese Vorrichtung, effektiv eine Kombination zweier oszillierender, einen Punktabsorber darstellender Vorrichtungen, signifikant mehr Leistung aus einer Welle absorbieren kann als ein einziger Punktabsorber. Um diese höhere Effizienz zu erreichen, ist es notwendig, die korrekten Proportionen für die Schwimmkörper und deren zugehörige Tauchkörper sorgfältig auszuwählen.
In einer in 8 illustrierten alternativen Form weist die Vorrichtung einen einzigen die Oberfläche durchdringenden Schwimmkörper und eine tief untergetauchte virtuelle Masse auf, die ähnlich wie bereits beschrieben durch eine Leistungsentnahme miteinander verbunden sind. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Leistungsmenge, die von den durchlaufenden Wellen gewonnen werden kann, die theoretische Grenze für einen einzigen Punktabsorber annähern, d. h. die Wellenlänge geteilt durch 2π. Jedoch vereinfacht die Integration einer großen virtuellen Masse, eines Merkmals der vorliegenden Erfindung, die Konstruktion einer einfachen Vorrichtung mit geringen Kosten mit einer großen installierten Kapazität, die an große Wellenlänge und starke Ozeandünen gut angepasst ist und für Offshore-Konditionen geeignet ist. Dieses Ausführungsbeispiel hat den weiteren Vorteil, dass eine größere Leistungsmenge aus einer Taumel- und Lateralbewegung des Schwimmkörpers gewonnen werden kann, da diese nicht durch eine starre Verbindung mit einem tief untergetauchten Gefäß unterbunden wird.
Vorzugsweise kann die Einrichtung zur Umwandlung der resultierenden Kräfte oder Kräfteänderungen in der Vorrichtung in nutzbare Energie ausgewählt werden aus einem oder mehreren der folgenden:

(a) ein Hydrauliksystem
(b) ein pneumatisches System
(c) ein mechanisches System
(d) ein piezoelektrisches System
(e) ein elektrisches System

Vorzugsweise wandelt die Einrichtung zur Umwandlung der Kräfte oder Kräfteänderungen die Änderung in eine Ausgabeeinrichtung um, die ausgewählt ist aus einem oder mehreren der folgenden:

(a) eine elektrische Generatorvorrichtung
(b) eine Einrichtung zur Hydrolyse von Wasser
(c) eine Pumpeinrichtung
(d) eine Einrichtung zur Herstellung von Trinkwasser
(e) eine Einrichtung zur Extrahierung gelöster Salze
(f) eine Hydraulikeinrichtung
(g) eine mechanische Einrichtung

Die Ausgabeeinrichtung erzeugt vorzugsweise Leistung auf zyklische Art und Weise und die Vorrichtung kann optional ferner eine Einrichtung aufweisen, wodurch Leistung aus dem System während eines Teils des Zyklus entnommen und während einem anderen Teil des Zyklus in die Vorrichtung zurückgeführt werden kann.
Die Kombination von zwei oder mehreren Konvertern in einer Gruppe gibt die Möglichkeit, mit den Leistungsentnahmesystemen verbundene Kosten zu teilen, und außerdem die Kontinuität der Leistungsversorgung zu verbessern.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können der Hydraulikzylinder, Akkumulator oder Motorgenerator in einem Maschinenraum untergebracht sein, der vorzugsweise für Wartungszwecke abnehmbar ist.
Die Vorrichtung ist dazu gedacht, in einer Meeresumgebung entfernt von der Küstenlinie und außerhalb der Zone brechender Wellen installiert zu werden. Dies resultiert in einer konstanteren Erzeugung von Leistung als bei anderen Vorrichtungen. Die Schwimmkörper 5, 6 sind vorzugsweise hermetisch abgedichtet, intern partitioniert und haben einen minimalen Widerstand gegenüber brechenden oder sehr großen Wellen. Sie können ohne Weiteres so konstruiert sein, dass außergewöhnlich steile Wellen oder brechende Wellen als Form eines hydrostatischen Abschneidens über diese hinweglaufen.
Mit Phasensteuersystemen, Wellenvorhersage und Axialsymmetrie arbeitet der Wellenenergiewandler 1 auch unter unregelmäßigen Wellenbedingungen weiterhin effektiv, einer Bedingung, die üblicher ist als reguläre monochromatische Wellenformen. Sehr häufig sind Wellen das Resultat zweier oder mehrerer überlagerter Muster mit beispielsweise einer zugrunde liegenden Dünung langer Wellenlänge, wenn der gewählte Ort zum Ozean offen ist und unter vorherrschenden Windrichtungen. Die Konstruktionsvorgabe ist es, nutzfähige Leistung unter niedrigen Kosten zu erhalten, d. h. die Einheitskosten der gelieferten Leistung zu optimieren, und weniger eine Umwandlung einer maximalen Menge der verfügbaren Wellenleistung anzustreben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt simple und robuste Komponenten und Systeme. So ist es möglich, die Verfügbarkeit zu maximieren und die Wartung der eingesetzten Leistungswandlereinrichtungen zu vereinfachen, welche einmalig oder in größeren Gruppen eingesetzt werden können. Diese Gruppen können Gruppen individuell vertäuter Wellenergiewandler sein, was typischerweise die bevorzugte Anordnung für Meeresteile mit vorherrschend langen Wellenlängen ist. Alternativ kann die oszillierende Einheit von Schwimmkörper und starr verbundener untergetauchter virtueller Masse in einem schwimmenden und starren Netzwerk benachbarter Zellen angeordnet sein, welche Anordnung für flachere und geschütztere Meeresbereiche mit allgemein kürzeren Wellenlängen geeignet erscheint. Solche Anordnungen in Gruppen erlaubt die gemeinsame Nutzung von Funktionalität durch mehrere Vorrichtungen.
Die Vorrichtungen sind so konstruiert, dass sie unabhängig von Gezeitenänderungen in mittleren Seepegeln sind, eine minimale Abhängigkeit von der Wellenrichtung haben und die Gewinnung aus Ozeandünung langer Wellenlänge maximieren.
Durch Nutzung der mit den vollständig oder teilweise untergetauchten Einrichtungen verbundenen Vorteile ist es möglich, sich aus der Küstenlinie und der Wellenbrechzone hinaus zu bewegen und in der Größenordnung 0,5 MW bis 1 MW oder mehr pro Einheit in einem geeigneten Wellenklima zu erzeugen.
Der Ansatz repräsentiert einen hocheffizienten Wandler von Wellenenergie und eine Verbesserung vorhandener Vorrichtungen, dadurch, dass:

• die Verwendung untergetauchter Gefäße mit wie gewünscht hoher Trägheitsmasse und wie gewünscht niedriger Gravitationsmasse (Nettoauftrieb) erlaubt, dass sich der selbstreagierende "Auftriebsschwungkörper"-Punktabsorber eine ideale Massenfederanordnung annähert, die wesentlich leistungsfähiger ist als bisher möglich gehalten wurde;
• die Verwendung von stromlinienförmigen Trägheitsmassen, die mit Widerstand und Turbulenzen verbundenen Ineffizienzen und Energieverluste vermeidet, die mit Trägheitsplatten entweder allein oder in Beschleunigerröhren verbunden sind;
• durch Extraktion von Leistung aus der Relativbewegung zweier gekoppelter Einrichtungen der Hubweg auch beim Resonanz wesentlich reduziert ist und daher die mit einer Überschreitung der Hublänge verbundenen Verluste reduziert und schwere Seebedingungen nutzvoll ausgenutzt werden können;
• eine Phasensteuerung entweder kontinuierlich oder intermittierend (Verriegelung,) die Verwendung kleinerer Einrichtungen erlaubt, die über einen Bereich von Wellenperioden nahe der Resonanz arbeiten;
• alle untergetauchten Elemente einfach hergestellte Komponenten sind;
• die Leistungsentnahme- und Steuereinrichtungen innerhalb der Schwimmkörper angeordnet werden können;
• die Vorrichtung in einem Trockendock hergestellt und zu dem ausgewählten Standort geschleppt werden kann;
• die Vorrichtung schwimmend und selbstreagierend und unabhängig von Gezeitenänderungen ist; und
• sie gut gerüstet für anspruchsvolle Hochseebedingungen ist.

Die Kombination eines untergetauchten variablen Auftriebskörpers und einer tief untergetauchten Gravitationsmasse wie in unserer entsprechenden internationalen Anmeldung WO 99/28623 kann als eine einzige sehr große virtuelle Masse mit großer Gravitationsmasse angesehen werden, jedoch mit einem geringen oder beinahe neutralen Auftriebseffekt durch einen zugehörigen untergetauchten Auftriebskörper. Auf diese Weise wird eine ideale Massenfederungsanordnung hergestellt, was bisher für einen schwimmenden Wellenenergiewandler nicht für möglich gehalten wurde. Durch geeignete Konstruktion der untergetauchten Komponenten können jegliche durch Widerstand verursachte Verluste minimiert werden. In der vorliegenden Erfindung wird diese Kombination von untergetauchtem Auftriebskörper und großer Trägheitsmasse ersetzt durch ein geschlossenes Gefäß einer kleinen intrinsischen Masse, die ein großes und dadurch massives Wasservolumen einschließt und so als eine große Trägheitsmasse wirkt. Die Kombination von Schwimmkörper und tief untergetauchter virtueller Masse kann entsprechend dem vorherrschenden Wellenklima eingestellt werden, wodurch Resonanz über einen Bereich von Wellenperioden erleichtert wird, was eine wichtige Eigenschaft ist, wenn eine maximale Leistungsabsorption erreicht werden soll. Die Verwendung von hydraulischen Leistungsentnahmesystemen erleichtert die Integration geeigneter Formen der Phasensteuerung.
Durch Kombination zweier solcher separat eingestellter Vorrichtungen nahe beieinander kann eine relativ große Phasenverschiebung erreicht werden.
Weitere Verbesserungen können erreicht werden durch Sicherstellung, dass alle untergetauchten Gefäße und Anordnungen stromlinienförmig und ausgebildet sind, Widerstand zu minimieren und der Raum zwischen zwei oder mehreren oszillierenden und miteinander verbundenen Vorrichtungen genügend groß gehalten wird, um Scherkräfte unerheblich zu machen (ein Abstand von ungefähr 1 m unter Meeresbedingungen).
Die Lösung unterscheidet sich von allen bisher beschriebenen selbstreagierenden Auftriebsschwungkörper-Absorbern auf zwei Arten, dadurch dass

• sie eine relativ große Trägheitsmasse und damit verbundene hinzugefügte Masse als eine einzige virtuelle Masse zur Reaktion gegen diese enthält und zweitens
• sie vorzugsweise eine Kombination zweier Oszillatoren ist, die verschieden abgestimmt sein können, um eine maximale Phasenverschiebung zu erlauben, bei der Leistung von deren Relativbewegung zueinander entnommen wird.

Sie ist weiter verbessert durch die Möglichkeit, Nutzleistung aus den Relativbewegungen zwischen den verbundenen Vorrichtungen anders als im Vertikalmodus zu gewinnen.

Claims

Punktabsorbierende Wellenenergie-Umwandlungsvorrichtung (1) zur Gewinnung von Energie aus der Wellenbewegung an der Oberfläche eines Flüssigkeitskörpers (2) und mit Dimensionen klein gegenüber der Wellenlänge der vorherrschenden Welle, welche Vorrichtung aufweist: a) wenigstens zwei Einrichtungen (3, 4, 43, 44), wobei eine erste Einrichtung einen Schwimmkörper (5, 6, 43) und eine zweite Einrichtung wenigstens einen untergetauchten Körper (9, 10, 44) unterhalb der Oberfläche des Flüssigkeitskörpers aufweist, b) Verbindungen (12) zwischen den wenigstens zwei Einrichtungen, wobei die wenigstens zwei Einrichtungen ausgebildet sind, sich in Folge durchlaufender Wellen relativ zueinander zu bewegen, und wobei die relative Bewegung zwischen den wenigstens zwei Einrichtungen einen Energietransfer hervorruft, der durch die Verbindungen zwischen den wenigstens zwei Einrichtungen nutzbar gemacht wird, und wobei der wenigstens eine untergetauchte Körper dazu ausgelegt ist, Volumina der umgebenden Flüssigkeit einzuschließen, und die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner Einstellmittel (13, 14) aufweist, durch die das eingeschlossene Volumen des wenigstens einen untergetauchten Körpers eingestellt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede Einrichtung (3, 4) einen Schwimmkörper (5, 6) aufweist, der fest mit wenigstens einem untergetauchten Körper (9, 10) unterhalb des Schwimmkörpers verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine untergetauchte Körper in einer Tiefe unterhalb der Oberfläche untergetaucht ist, die ein signifikanter Bruchteil der Länge der vorherrschenden Wellenlängen der Wellen oder der Dünung in dem Flüssigkeitskörper ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einrichtungen eine genügende Größe und ein genügendes Gewicht aufweisen, um sicherzustellen, dass die Schwimmkörper unter normalen Wellen- oder Dünungsbedingungen teilweise untergetaucht bleiben.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die gesamte Masse, die virtuelle Masse und die Dimensionen jeder Einrichtung umfassend Schwimmkörper, untergetauchte Körper, eingeschlossene Flüssigkeit und die Steuersysteme so sind, dass jede Einrichtung dazu tendiert, eine Oszillationsfrequenz entlang ihrer vertikalen Achse aufzuweisen, die nahe der vorherrschenden Frequenz der Oberflächenwelle ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung Steuersysteme und/oder Steuersysteme verbunden mit Abtasteinrichtungen oder Detektoren umfasst, die ausgebildet sind, die oszillierende Einrichtung durch eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen auf vorherrschende Wellenlängen abzustimmen: a) durch Einstellung der virtuellen Massen und/oder b) einen Einrast- oder Phasensteuermechanismus zu bewirken, um eine Oszillation nahe der Resonanz während verändernder Bedingungen beizubehalten, und/oder c) hydraulisch oder auf andere Weise die Vorrichtung während Wartungs- oder Sturmbedingungen zu verschließen oder anderweitig zu sichern.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verbindungen ausgebildet sind, mehrere Freiheitsgrade zu erlauben und gleichzeitig Nutzenergie aus lateralen, Taumel- und Stampf-Relativbewegungen zu gewinnen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Vertäumechanismus, der ausgebildet ist, die vollständige Vorrichtung in einer im Wesentlichen stationären Position relativ zu einer festen Position zu halten.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Teil der Verbindungen durch eine Luftfeder oder eine mechanische Feder gebildet sind, welche eine Einstellung der Verbindung zwischen den wenigstens zwei Körpern in Übereinstimmung mit der Oszillation jedes Körpers erlauben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine untergetauchte Körper stromlinienförmig ausgebildet ist, um den Widerstand zu verringern.