DK171714B1 - Bølgedrevet kraftværk - Google Patents

Description

i DK 171714 B1

Opfindelsen vedrører et bølgeenergikraftværk omfattende en roterende omformer for bølgeenergi til elektrisk energi af 5 den art, som er angivet i indledningen til krav 1. Et bølgeenergikraftværk af den art er eksempelvis beskrevet i SE-A-373 639, DE-A-35 08 780 og US-A-4,447,740. Disse kraftværker svinger vertikalt i bølgerne, og er derfor vanskelige at fortøje. De kan heller ikke bygges store, da 10 deres vertikale udsving bliver mindre når maskinens diameter bliver stor i forhold til bølgelængden

Der kendes talrige andre bølgeenergikraftværker, som virker efter forskellige principper. Fælles for mange er, at de på den ene eller anden måde er afhængige af en forankring 15 i havbunden, i mange tilfælde for at fastholde et niveau, i forhold til hvilket bølgerne udgør svingninger. Visse bølgekraftværker udnytter, at det er betydelige masser, som for en stationær iaggtager bevæger sig op og ned, i andre tilfælde kræves forankring for at udnytte træk- og trykkraften fra 20 flydere, som løftes af disse masser. Endvidere kendes der bølgekraftværker, som lader de op- og nedbevægende masser drive luft ind og ud af rør, hvori er anbragt turbinedrevne generatorer, som på denne måde drives af luftstrømme.

Det er en decideret ulempe ved kendte bølgekraftværker, 25 at de har behov for kraftige forankringer eller endog undervandskonstruktioner til at overføre reaktionskræfterne i forbindelse med tapningen af bølgeenergien. Disse udgør en enorm anlægsinvestering, som vil kræve mange års tilbagebetalingstid, hvorved bølgeenergien f.eks. benyttet til 30 elektricitetsfremstilling i sig selv ikke bliver konkurrencedygtig.

En anden ulempe ved talrige af de hidtil foreslåede bølgekraftværker er de mange bevægelige dele, som er anbragt i et korrosivt havmilieu, og som kræver velfungerende 35 akseltætninger ved ethvert leje for at undgå tæringer på lejeflader. Det vil sige, at der kræves store vedligeholdelsesprogrammer på dele, som uafladeligt er i bevægelse.

2 DK 171714 B1

Det er opfindelsens formål at løse disse problemer, herunder at trække på teknologi, som i forvejen er velkendt i marin sammenhæng.

Dette opnås ved et bølgekraftværk ifølge opfindelsen, som 5 er særegent ved, at det omfatter mindst én turbine roterende om en lodret akse, hvis skovlblade påvirkes til rotation i samme retning uafhængig af retningen af en vandstrøm, hvilken turbine befinder sig så nær vandoverfladen, at bølgebevægelsen har en væsentlig lodret komposant, i 10 forlængelse af hvilken akse der forneden i en dybde, hvor bølgebevægelsen er forsvindende, afsluttes med en vandret medløbende referenceplade fast forbundet til akselen.

Opdriften af bølgekraftværket svarer således til den samlede masse af de indgående komponenter.

15 En sådan konstruktion udnytter den lodrette komposant af bølgebevægelsen til at rotere turbinen, idet det ikke nødvendigvis forudsættes, at bølgelængden er stor i forhold til diameteren af turbinen. Almindeligvis ville en krans af skovlblade nær overfladen blot blive trukket med op og ned af 20 bølgebevægelsen, men referencefunktionen ved den nedre ende forhindrer dette, og i stedet for roterer turbinen.

I en fordelagtig udførelsesform er referencepladen anbragt på samme aksel som turbinen og er derfor medløbende, hvilket medfører, at der ikke stilles krav til et trykleje 25 til overføring af de betydelige kræfter, der opstår i akslen. Imidlertid er tryklejer af tilsvarende art velkendt ved skrueaksler på store oceangående skibe, og dersom generatorer o.l. ønskes drevet indesluttet i bølgekraftværket, kan referencepladen monteres på et i dybden liggende hus, som er 30 monteret på turbinens akselrør.

Ved en anden fordelagtig udførelsesform undgås et netto-moment omkring omdrejningsaksen og dermed en forankring til bunden ved at to tilsvarende turbiner med referenceplader i et fælles stel er modroterende. Derved opnås, at de to 35 drejningsmomenter udbalanceres, og den eneste forankring, der kræves, svarer til skibsankre til brug ved havstrømme, idet der dog stadig ikke er nogen væsentlig vindbelastning på konstruktionen.

3 DK 171714 B1

Ved en tilsvarende fordelagtig udførelsesform, som udnytter lejring af turbinen i et akselrør, er de to turbiner anbragt over hinanden og koncentrisk modroterende, idet den ene aksel befinder sig indeni den anden.

5 Det er meget vel muligt at benytte generatorer til tapning af energien fra den roterende aksel, som består af en rotor knyttet til en medroterende referenceplade, hvor stator er anbragt i det stel, som sammenholder to modroterende turbineenheder. Der opstår så en generator med vandfyldt 10 "luftgab". Som nævnt ovenfor er der dog også muligheder for mere konventionelle generatorer, blot må fagmanden benytte sig af løsninger vedrørende vandtætte akselgennemføringer og kraftigt dimensionerede tryklejer. Den genererede elektriske energi føres fra bølgekraftværket til land via søkabler, som 15 på vej fra bølgekraftværket til havbunden kan følge en ankertrosse.

Opfindelsen vil blive nærmere beskrevet i det følgende under henvisning til figuren, hvor

Fig. 1 viser en turbine ifølge opfindelsen set fra siden, 20 Fig. 2 viser dobbelte, modroterende turbiner set i perspektiv,

Fig. 3 viser en forankringsmulighed for en turbine ifølge opfindelsen.

Fig. 4 viser en opbygning af et flydende bølgeenergiværk, 25 som direkte kan udnytte energien til højenergiforbrugende destillation og/eller elektrolyse af havvand.

På Fig. 1 viser en udførelsesform for en turbine ifølge opfindelsen bestående af en lodret aksel 1, som foroven bærer fire rotorer 2, som hver består af fire turbineblade 3. Ro-30 torbladene er således opbygget, at en lokal, lodret vandbevægelse medfører et drejningsmoment på akslen, hvis retning er uafhængig af vandbevægelsens retning op eller ned. På akslen er forneden befæstiget en refererenceplade 4. Akslen er så lang, at vandbevægelsen forneden er reduceret til 35 højest 10% af vandbevægelsen ved rotorerne. Referencepladen har et sådant areal, at den stort set ikke flytter sig aksialt ved træk eller tryk fra akslen, medmindre dette foregår med en meget lav frekvens. Akslen skal have en 4 DK 171714 B1 diameter, så den også kan tåle en søjlepåvirkning, og den er rørformet og luftfyldt for at bidrage til opdriften. For at kunne fortøje turbinen er akslen lejret i lejer 5a og 5b, som er monteret i et stel 6, som er fortøjet med wirer 7. I og 5 med, at referencepladen er koblet direkte til akslen, skal der ved denne udførelsesform ikke overføres aksialkræfter i lejerne.

For at der skal kunne udtages elektrisk energi fra bølgerne skal turbinen bremses ad elektrisk vej, og det 10 foregår ved at referencepladen 4 udgør en komponent i en elektrisk generator. Der kendes elektriske maskiner med vandfyldt "luftgab", og i nærværende udførelseseksempel er udgangspunktet stor diameter og ringe længde for rotoren, hvilket er bedre kendt under betegnelsen skiverotor.

15 Opdriften for hele turbinen justeres, så der altid er et svagt træk i wirerne 7, uafhængigt af vandtemperaturen. Med en aksellængde på 40 m og en diameter på rotorerne 2 på 11 m og tilsvarende for referencepladen 4, og under forudsætning af en bølgehøjde på 3 m samt en periodetid på 5 s, vil en 20 sådan turbine kunne afgive i størrelsesordenen 300 kW. Dette skal sammenholdes med statistiske oplysninger vedrørende bølgehøjder i oceanerne, hvoraf fremgår, at bølgehøjden i Nordatlanten overstiger 3m i ca. 30 % af tiden. En tilsvarende beregning, som anvender diametre på 35 m vil give 25 en effekt på ca. 4 MW.

Opbremsningen giver et modmoment, som skal kunne optages af fortøjningen 7, og det er opfindelsens andet formål at kompensere dette modmoment, så fortøjningen udelukkende tjener til at fastholde turbinens position, hvilket giver en 30 betydeligt spinklere fortøjning. På Fig. 2 er vist, hvorledes to turbiner af den på Fig. 1 viste type kan sammenbygges, så de to modmomenter kompenserer hinanden. Dette opnås ved, at omdrejningsretningen for de to aksler 1 og la er modsat rettet, idet tubinebladene 2 og 2a er modsat orienteret.

35 Stellet 6 er udvidet til at omfatte begge turbiner, og husene 5, som forneden har lejer, som funktionelt svarer til lejet 5b på Fig. 1, er anbragt foroven på stellet 6 og rummer gearudvekslinger og generatorer. Der kan forventes en 5 DK 171714 B1 effektafgivelse på mellem 300 og 600 kW for en sådan under forhold, som svar til dem, der er omtalt i forbindelse med Fig. 1.

På Fig. 3 er en forankring af en dobbeltturbine set fra i 5 akslernes plan. Normalt vil man anvende minimum tre forankringswirer 7, som af hensyn til stabiliteten skal angribe et stykke nedenunder opdriftscentrum.

På Fig. 4 er vist en sammenbygning af en sammensat turbine af den type, som er vist på Fig. 2 til et oceangående 10 kraftværk. Et moderskib 8 er placeret i vindretningen, og mellem dette og et hjælpeskib 9 er udspændt wirer eller trosser 10, som forbinder et stort antal dobbelte turbiner 11. Til trosserne 10 er forbundet de kraftkabler, som fører den genererede energi til moderskibet 8. Trosserne kan 15 forløbe aldeles vandret imellem turbinerne 11, idet disse ikke bevæger sig i lodret retning, men ved henholdsvis moderskibet 8 og hjælpeskibet 9 er der anbragt ikke-viste kompenserende midler, som tillader skibene at bevæge sig op og ned uden at trækket i trosserne bliver for stort. Ombord 20 på moderskibet kan der foregå energilagring, f.eks. ved elektrokemisk produktion af ammoniak eller hydrogen, eller et undersøisk kabel kan føre energien i land. Hjælpeskibet 9 og moderskibet 8 kan forsynes med elektrisk drevne sideskruer, som energiforsynes fra turbinerne, og som sørger for 25 opretholdelse af den korrekte position. Det er karakter i sk ti sk for denne konstruktion, at dobbeltturbinerne 11 ikke er individuelt forankret til havbunden. Derimod vil såvel moderskib som hjælpeskib holde deres geografiske position ved hjælp af moderne navigationsudstyr.

30 Dobbeltturbinerne 11 er upåvirket af ændringer i bølgeretning og vindretning, men moderskib og hjælpeskib påvirkes, og det kan være nødvendigt at orientere disse efter bølgeretningen.

Claims (6)

1. Bølgeenergikraftværk omfattende en roterende omformer for bølgeenergi til elektrisk energi omfattende mindst én turbine roterende om en lodret aksel, hvis skovlblade 5 påvirkes til rotation i samme retning uafhængig af retningen af en vandstrøm, kendetegnet ved, at turbinen befinder sig så nær vandoverfladen, at bølgebevægelsen har en væsentlig lodret komposant, i forlængelse af hvilken aksel der forneden i en 10 dybde, hvor bølgebevægelsen er forsvindende, afsluttes med en vandret medløbende referenceplade fast forbundet til akselen.

2. Bølgeenergikraftværk ifølge krav 1, kendetegnet ved, at opdriften af bølgekraftværket svarer til den samlede masse af de indgående komponenter. 15

3. Bølgeenergikraftværk ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at to tilsvarende turbiner med referenceplader i et fælles stel er modroterende.

4. Bølgeenergikraftværk ifølge krav 4, kendetegnet ved, at de to turbiner er anbragt over 20 hinanden og koncentrisk modroterende, idet den ene aksel befinder sig indeni den anden.

5. Bølgeenergikraftværk ifølge krav 3 eller 4, kendetegnet ved, at generatorer til tapning af energien fra den roterende aksel består af en rotor knyttet 25 til en medløbende referenceplade, hvor stator er anbragt i det stel, som sammenholder to modroterende turbineenheder.

6. Bølgeenergikraftværk ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at den genererede elektriske energi føres fra bølgekraftværket til land via 30 søkabler, som på vej fra bølgekraftværket til havbunden fortrinsvis følger en ankertrosse.