FI124102B - Aaltovoimala - Google Patents

Aaltovoimala Download PDF

Info

Publication number
FI124102B
FI124102B FI20125732A FI20125732A FI124102B FI 124102 B FI124102 B FI 124102B FI 20125732 A FI20125732 A FI 20125732A FI 20125732 A FI20125732 A FI 20125732A FI 124102 B FI124102 B FI 124102B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
power plant
plant according
road power
wave
road
Prior art date
Application number
FI20125732A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20125732A (fi
Inventor
Heikki Paakkinen
Original Assignee
Wello Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wello Oy filed Critical Wello Oy
Priority to FI20125732A priority Critical patent/FI124102B/fi
Priority to EP13809188.9A priority patent/EP2872773B1/en
Priority to US14/410,051 priority patent/US9644602B2/en
Priority to PCT/FI2013/050672 priority patent/WO2014001627A1/en
Publication of FI20125732A publication Critical patent/FI20125732A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI124102B publication Critical patent/FI124102B/fi

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B9/00—Water-power plants; Layout, construction or equipment, methods of, or apparatus for, making same
    • E02B9/08—Tide or wave power plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1805—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem
    • F03B13/1825—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for 360° rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/20—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" wherein both members, i.e. wom and rem are movable relative to the sea bed or shore
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/40—Movement of component
    • F05B2250/44—Movement of component one element moving inside another one, e.g. wave-operated member (wom) moving inside another member (rem)
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description

Aaltovoimala
Keksinnön kohteena aaltovoimala, johon kuuluu runko ja rotaattori, joka on tuettu rungon varaan.
Aaltojen energian hyödyntämiseen käytettävien aaltovoimaloiden erästä 5 tyyppiä edustavat laitteet, joissa hyrrän pyörimisen liikemäärämomenttia käytetään synnyttämään rotaattorin vääntömomentti, kun aaltojen avulla keinutetaan hyrrän akselia. Eräänä ongelmana näissä tunnettua tekniikkaa edustavissa aaltovoimaloissa on laitteeseen kohdistuva, aallon vaakasuuntaisen liikkeen aiheuttama väärin ajoittuva kiihtyvyys. Tämä on epäedullista hyrrän 10 akselin ympäri pyörivän rotaattorin toiminnalle. Se siis jarruttaa roottorin liikettä ja saattaa pahimmillaan kumota hetkittäin jopa koko tehon.
Tällaista aaltovoimalatyyppiä edustavat esimerkiksi julkaisuissa EP 1 384 824 B1 ja W02005/071257 AI esitetyt ratkaisut. Rotaattorin akselille saadaan sen pyörimistä edistävä vääntömomentti vain lyhytaikaisesti kaksi kertaa rotaat-15 torin täyden pyörähdyksen aikana, kun taas välivaiheissa hyrräakselin kääntyessä hyrrän pyörimisen liikemäärämomentti synnyttää runkoa kallistavan vääntömomentin. Jos runko pääsee kallistumaan vääntömomentin suuntaan, se tekee tarpeetonta työtä ja jarruttaa rotaattorin pyörimistä. Näin ollen rotaationa on vaikea saada pyörimään aaltojen tahdissa ja aaltovoimalan run-20 koa on vaikea saada keinumaan aaltojen tahdissa. Aaltovoimalan toiminta on melko tehotonta ja epäsäännöllisessä aallokossa voimalaa on vaikea saada o toimimaan.
CD
O
^ Edelleen tunnetaan julkaisusta US 7,375,436 B1 aaltovoimala, jossa hyrrä-
CVJ
x voiman aiheuttamaa momenttia, joka syntyy voimalan kallistellessa (keinues-
CC
25 sa), käytetään rotaattorin pyörittämiseen. Julkaisussa on tarkasteltu voimalan
CVJ
F2 tehontuottoa hyrrän erilaisilla pyörimisnopeuksilla suhteessa aallon taajuu- ^ teen. Rotaattoria pyörittävä momentti saadaan sykkivästi kaksi kertaa kier-
CVJ
roksen aikana eli on epätasainen ja rotaattorin pyöriminen on vaikea tahdistaa aallon taajuuteen vaihtelevissa aalto-olosuhteissa. Lisäksi antoteho on 2 vaatimaton. Tehoa huonontaa erityisesti se, että kelluva runko kallistelee aallon pinnan suunnan mukaan, jolloin vaakasuuntaisten kiihtyvyyksien aiheuttamat momentit osuvat vaiheeseen, jossa ne suurelta osin kumoavat kallistuksen ja gravitaation aiheuttamat momentit. Tällöin vain hyrrävoimaa voi-5 daan hyödyntää.
Edelleen hakijan aiemmassa kotimaisessa patenttihakemuksessa FI 20125413 A on esitetty eräs ratkaisu rungon kallistusten ja momenttien yhteensovittamisen optimoimiseksi. Siinä runko on muotoiltu riittävän syvälle upotetuksi pystysuuntaiseksi tai kaltevaksi seinämäksi. Hyödyntämällä aallon 10 sisäisiä virtauksia saadaan rungon kallistelun vaihe sellaiseksi, että myös vaakakiihtyvyyden aiheuttama momentti voidaan hyödyntää. Tämä ei ole mahdollista aallon pinnan suunnan mukaan kelluvilla rungoilla.
Kallistuksen ja kiihtyvyyden aiheuttamat momentit summautuvat nyt keskenään kuolleen massan vääntömomentiksi ja hyrrän aiheuttama vääntömo-15 mentti ja kuolleen massa aiheuttama vääntömomentti vuorottelevat rotaatto-rin kierroksen aikana ja kumpikin vääntömomentti vaikuttaa kaksi kertaa kierroksen aikana, jolloin aikaansaadaan tyypillisesti noin 90° välein toistuvat vääntömomentit, jotka pyrkivät pyörittämään rotaattoria samaan pyöritys-suuntaan. Tämä järjestely on edullinen vaakasuunnassa pitkillä rungoilla. Jos 20 rungon vaakasuuntainen pituus on samaa suuruusluokkaa kuin sen korkeus, voidaan toimintaa edelleen tehostaa järjestelyillä, joilla runko saadaan gyra- toivaan liikkeeseen eli rotaattoriakselin kallistus saadaan kiertämään teoreet-δ ™ tisen pystyakselin ympäri sen sijaan, että rotaattoriakseli kallistelee edesta-
CD
9 kaisin. Tällöin rotaattoria pyörittävä kallistusmomentti on aina käytettävissä.
^ 25 Myös hyrrän tuottama momentti on jatkuva koko kierroksen ympäri.
CC
CL
cvj Voimala toimii hyvin myös pelkän rotaattorin käyttämänä ilman hyrrää.
1^ m ^ Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan parannettu aaltovoimala, jolla voi-
C\J
daan synnyttää mahdollisimman puhdas gyraatioliike rotaattoriakselille ja siten mahdollistetaan jatkuva pyörimisliike ja mahdollisimman tasainen ener 3 giantuotanto myös epäsäännöllisessä aallossa. Toisin sanoen keksinnön tarkoituksena on parantaa aaltovoimalan antotehoa ja toimintaedellytyksiä vaih-televissa aalto-olosuhteissa.
5 Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella aaltovoimalalla oheisessa patenttivaatimuksessa 1 esitettyjen piirteiden perusteella. Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia suoritusmuotoja.
Keksinnössä on siis oivallettu luoda edellytykset sille, että rungon tason kallo listelu tapahtuu samanaikaisesti sekä tasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa että tason suunnassa, jolloin yhdistelmäliikkeenä syntyy gyraatioliike.
Lisäksi keksinnössä pystytään hyödyntämään myös hakijan aiemman patenttihakemuksen etua, että kallistuminen ja vaakasuuntaiset kiihtyvyydet osuvat 15 keskenään sellaiseen vaiheeseen, että kallistuksen/gravitaation ja kiihtyvyyden momentit vahvistavat toisiaan. Lisäksi hyrrävoiman momenttia voidaan hyödyntää rotaattorin pyörinnän tasaajana. Tällöin saadaan suuri ja suhteellisen tasainen momentti ja hyvä antoteho.
Keksinnönmukainen aaltovoimala tuottaa hyvällä hyötysuhteella kohtalaisen 20 tasaisesti tehoa aallon koosta riippumatta, koska eniten esiintyvien, tyypillis-ten luonnon aaltojen mittasuhteet pituus/korkeus ovat jokseenkin vakiot, δ
C\J
£ Keksinnön mukaisessa ratkaisussa ns. pitch -liike eli jyskintä tapahtuu päin- o ^ vastaiseen suuntaan aallon pinnan kallistukseen nähden. Aaltovoimalan run-
CVJ
x ko ja siten rotaattorin akseli kääntyy siis aaltoa kohti. Aallon etenemissuun-
CC
25 taan tapahtuva jyskintä syntyy veden sisäisen liikkeen ansiosta. Keksinnössä
CVJ
kelluvan rungon kallistelu aiheutetaan aallon pinnan suunnasta poikkeavalla ^ tavalla aallon sisäisillä virtauksilla, jotka kohdistuvat upoksissa olevaan run-
CVJ
gon osaan. Tämä rungon upoksissa oleva osa ulottuu niin syvälle, että aallon 4 sisällä olevat eri nopeuksiset (vaakasuuntaiset) virtaukset saadaan tehokkaasti aiheuttamaan rungon pitkittäistä kallistelua.
Suuri levymäinen pinta hyödyntää aallon vaakasuuntaista liikettä erittäin tehokkaasti suurimmalta osalta aallon vaikutusalaa. Pienellä aallolla aalto tulee 5 hyödynnetyksi koko sen vaikutusalalta. Laite yltää pystysuunnassa yhtä syvälle kuin missä aaltoliikettä tapahtuu.
Rungon kallistuessa aina aaltoa kohti, rungon kallistusmomentti ja kiihtyvyys momentti vahvistavat toisiaan. Runko joutuu siis gyraatioliikkeeseen, koska veden vaakasuuntaiset liikkeet aikaansaavat rungon tason kallistelua 10 samanaikaisesti sivuttaiskallistelun kanssa, joka aiheutetaan keksinnön mukaisella ratkaisulla. Ristikkäissuuntaisten kallistelujen synnyttämä gyraatio on suhteessa aaltoon edullisessa vaiheessa ja vaakakiihtyvyys tukee rotaattorin painovoimaisen toiminnan tehoa.
Keksinnön mukaisessa aaltovoimalassa painovoimaiseen voiman ulosottoon 15 soveltuva rotaattori voi olla olennaisesti kevyempi kuin esim. julkaisussa W02010/034888 esitetyssä aaltovoimalassa, koska osa rotaattorin vääntö-momentista voidaan tuottaa hyrrän liikemäärämomentilla (spin angular momentum). Erityisen suuri etu tunnettuihin aaltovoimaloihin verrattuna saavutetaan keksinnöllä sen johdosta, että kallistuksen ja kiihtyvyyden aiheuttamat 20 momentit summautuvat keskenään kuolleen massan vääntömomentiksi.
^ Kun runko on muotoiltu riittävän syvälle upotetuksi pystysuuntaiseksi tai kai-
C\J
^ tevaksi seinämäksi, saadaan aallon sisäisiä virtauksia hyödyntäen rungon o ^ kallistelun vaihe sellaiseksi, että myös vaakakiihtyvyyden aiheuttama mo-
CVJ
x mentti voidaan hyödyntää, mikä ei ole mahdollista aallon pinnan suunnan
IX
25 mukaan kelluvilla rungoilla. Keksinnöllä saadaan lisäksi mahdollisimman ta-
CM
” sainen ja tehokas vääntömomentti koko kierroksen ajaksi.
LO
C\J
° Keksintöä on havainnollistetusti selostettu vielä tarkemmin seuraavassa viit taamalla oheisiin piirustuksiin, jossa: 5 kuvio 1 esittää kaavallisesti yläviistosta nähtynä keksinnön yhden suoritusmuodon mukaista aaltovoimalan runko-osaa; kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista runko-osaa vastakkaiselta puolelta nähtynä; ja 5 kuvio 3 esittää vinoa runko-osaa yläviistosta nähtynä.
Kuvioissa 1-3 on esitetty keksinnön mukaisen aaltovoimalan runko-osan 1 eräs edullinen toteutustapa kaaviollisena periaatekuvana. Runko 1 on pääasiassa pystysuuntainen tai toiminnassa ollessaan keskimäärin aallon tulosuuntaan kalteva seinä, joka on suurimmalta osaltaan vedenpinnan alapuolella, 10 mutta yläosaltaan vedenpinnan yläpuolella. Vesiraja on tyynessä vedessä suunnilleen viivan W kohdalla. Rungon seinämäinen muotoja pääasiassa pystysuuntainen tai kalteva asento muuttaa tehokkaasti ja suurella pinta-alalla aaltojen virtausenergiaa rungon liike-energiaksi.
Rungon upoksissa olevan osan pystysuuntainen dimensio on tyypillisesti suu-15 rempi kuin poikkileikkauksen vaakasuuntainen dimensio. Esitetyssä edullisessa suoritusesimerkissä rungon yläosan vaakasuuntainen poikkileikkaus muistuttaa yleismuodoltaan kapeaa venytettyä pisaraa. Rungon lyhin dimensio on aallon kulkusuuntainen. Toinen sivu on hyvin ohut ja toisella on suurempi volyymi. Yli 80 % rungon korkeudesta on puolestaan upoksissa, kun runko 20 on tyynessä vedessä.
C\J
° Rotaattori 3 on sijoitettu rungon 1 yläosaan ja ankkurointipisteet rungon
CD
9 alanurkkiin. Rotaattoriin kohdistuu huomattavan suuria vaakasuuntaisia kilil lä ™ tyvyyksiä rungon kallistellessa aallon sisäisten virtauksien vaikutuksesta.
X
£ Rungon 1 yläpinta on muodostettu umpinaiseksi.
CVJ
CD
[o 25 Aaltovoimalan runkoon sen ulkopintaan on tässä keksinnössä järjestetty o olennaisen vaakasuuntaiset evät 4 ja 5, jotka ovat edullisesti muodostettu kiinteiksi. Evien kiinteä järjestely soveltuu varsinkin merelle asentamisessa ja ovat lisäksi toimintavarmat ja huoltovapaat.
6
Levymäisen rungon diagonaalisesti vastakkaisissa kulmissa sijaitsevat pääosin vaakasuuntaiset evät 4 ja 5 saavat rungon keinumaan sivuttaissuunnas-sa veden pystysuuntaisen liikkeen vaikutuksesta. Pinnan läheisyydessä, rungon yläosassa veden liike on suurempaa ja laitteen alaosassa pienempää.
5 Pienellä aallolla rungon alaosassa ei ole lainkaan aallon aiheuttamaa liikettä. Tämän vuoksi vastakkaisissa kulmissa eri korkeuksilla sijaitseviin eviin 4 ja 5 tulee vastakkaissuuntainen paine/voima, joka saa laitteen keinumaan sivut-taissuunnassa.
Aaltovoimalan rungossa 1 veden pinnan yläpuolinen volyymi on järjestetty 10 hyvin kapeaksi siinä reunassa, jossa evät 5 sijaitsevat alhaalla. Näin rungon noste vastustaa mahdollisimman vähän mainittujen evien tuottamaa, veden pinnan suhteen vastakkaisvaiheista voimaa ja liikettä.
Toisessa reunassa, ylhäällä sijaitsevien evien 4 tuntumassa, volyymi on puolestaan suurempi. Tällä ko. rungon sivu pyritään saamaan seuraamaan mah-15 dollisimman tehokkaasti aallon pystysuuntaista liikettä.
Rungon 1 vesipeilin läpäisevä osa on järjestetty aallon etenemissuuntaan lyhyeksi, jotta veden aiheuttama noste pinnan tuntumassa ei vastustaisi jys-kintää. Pinnan tuntumassa noste (paine) nimittäin aiheuttaa vääntöä vastakkaiseen suuntaan kuin mitä aallon sisäinen liike aiheuttaa vesipinnan ollessa 20 kallellaan.
^ Runkoon on lisäksi järjestetty edullisesti olennaisesti pyöreä, pallomainen tila
C\J
^ (litteä pallo), jossa rotaattori 3 sijaitsee. Se on järjestetty veden pinnan alle, o ^ jotta vesipeilin läpäisevä volyymi saadaan kapeaksi. Keksinnön erään toisen
CVJ
x suoritusmuodon mukaisesti tämä pallomainen tila sijoitetaan puolestaan
CC
25 olennaisesti vedenpinnan yläpuolelle samoin vesipeilin läpäisevän vaakaleik-
CVJ
” ka uksen alan pitämiseksi kapeana (lyhyenä).
CVJ
δ
CVJ
7
Rotaattori voi olla rakenteeltaan mitä tahansa tunnettua tyyppiä, esimerkiksi hakemuksessa FI 20125413 kuvattua tyyppiä. Koska rotaattori ei ole tämän keksinnön kohteena, sitä ei tarkemmin selosteta.
Mahdollisimman puhtaan gyraation synnyttäminen on erityisen tärkeää epä-5 säännöllisessä aallossa jatkuvan pyörimisliikkeen ja mahdollisimman tasaisen energiantuotannon mahdollistamiseksi. Aallon periodi pysyy lyhyellä aikavälillä kohtuullisen hyvin vakiona, mutta amplitudi vaihtelee paljon. Rungon ulottuessa syvälle veden sisään tärkeimmän ja säännöllisimmän suuren aallon vaikutus liikkeen synnyttämisessä korostuu pienten, vain pinnan tuntumassa 10 vaikuttavien aaltojen vaikutuksen jäädessä vähäiseksi.
Rotaattori hyödyntää tässä laitteessa kallistuksen (gyraation) ja painovoiman tuottaman pyörittävän momentin lisäksi jyskintäsuuntaisen kiihtyvyyden tuottamaa momenttia. Kiihtyvyys on yhdensuuntainen aallon etenemissuunnan kanssa. Suurimman kiihtyvyyden hetkellä rotaattori n ja kiihtyvyyden välisen 15 vaihekulman ollessa kohdallaan (90 astetta) tämä momentti vaikuttaa oikea-aikaisesti oikeaan suuntaan.
Sivuttaissuuntainen keinunta ei synnytä tässä laitteessa vaakasuuntaista kiihtyvyyttä rotaattorin korkeusasemassa koska keinunta tapahtuu suurin piirtein rotaattorin korkeusaseman ympäri. Jos rotaattori sijoitettaisiin vaihtoehtoi-20 sesti veden pinnan yläpuolelle, syntyisi myös sivusuuntaista kiihtyvyyttä, joka olisi hyödynnettävissä, δ c\j ^ Jyskinnän "akseli" sijaitsee aallon vaikutussyvyyden alapuolella, siis aina lait- o ^ teen alareunan alapuolella. Tämä johtuu siitä, että tehoa ulos otettaessa syn-
CVJ
x tyy jyskintää vastustava momentti, joka vastustaa laitteen "kiertymistä" aal-
CC
25 lon mukana ja siirtää täten akselia alemmas kuin missä aallon alin vaikutusta ” taso (aallon akseli) on.
CVJ
o ^ Keksinnön mukaisen voimalan rungon ankkurointi voidaan toteuttaa rungon alanurkista alas lähtevillä ketjuilla, jotka päättyvät lähellä meren pohjaa si- 8 jaitseviin painoihin. Näistä painoista lähtevät vaakasuuntaiset ankkuroinnit, jotka pitävät laitteen paikoillaan mutta sallivat pystysuuntaisen liikkeen.
Ankkuroinnin painot voivat olla muotoilultaan erilaiset siten, että toinen liikkuu pystysuunnassa helposti (virtaviivainen korkea muoto) ja toinen vastus-5 taa pystyliikettä (litteä). Liikettä vastustava litteä paino sijoitetaan siihen reunaan jossa siivekkeet ovat alhaalla. Näin ankkurointi osaltaan synnyttää keinuntaa ja osallistuu energiantuotantoon.
Ankkurointivoiman vaakakomponentti synnyttää laitteen alaosaan kiinnitys-pisteisiin aallon etenemissuuntaisen vaihtelevan voiman. Tämä voima ja sen 10 vaihtelu tukee haluttua liikettä ja energiatuotantoa.
Ankkuroinnin vaakasuuntaiset osat jäljestetään siten, että laitteen suuntautuminen aallon tulosuuntaan (riittävässä märin) tapahtuu itsestään. Etummaiset kaksi linjaa yhtyvät (päättyvät lähelle toisiaan), jolloin syntyy piste jonka ympäri laite voi pyöriä. Laitteen ollessa halutun suuntautumissektorin 15 keskiasennossa taka-ankkurilinjojen tulee olla etuankkurilinjojen suunnan jatkeella. Ankkurilinjat ovat hieman löysät ja noin kaksi kertaa etulinjoja pidemmät, jolloin laitteen kiertyminen etulinjojen yhtymiskohdan ympäri mahdollistuu. Sopiva kulma linjoille etuankkuripisteessä on ehkä noin 30 astetta.
Ankkuroinnin painot toteutetaan säiliöillä varustettuna siten, että ne kelluvat 20 asennus- ja kuljetusvaiheessa. Kun säiliöt täytetään vedellä, painot vetävät ^ ankkuroinnin oikeaan viritykseen. Säiliöiden mitoituksen on oltava sellainen,
C\J
^ että ne aina vajoavat nopeammin kuin itse voimala aallon liikkeissä. Näin o ^ varmistetaan, että linjat eivät ajoittain pääse löysälle jolloin syntyisi suuria
CVJ
x kuormituspiikkejä.
CC
Q_ co 25 Sähkökaapeli tulee veteen laitteen alaosasta ja johdetaan meren pohjaan ou etuankkurilinjojen yhtymiskohdan tuntumasta (sen edestä). Kaapeliin teh-
O
™ dään jousto sopivalla mitoituksella ja kellukkeilla siten, että se ei joudu kos ketuksiin ankkuroineen kanssa.
9
Laitteen alareunassa on vesisäiliöt jotka tyhjänä kääntävät laitteen lappeelleen kuljetusta varten. Täytenä säiliöt pitävät laitteen oikeassa asennossa pystyssä.
Kuvion 3 suoritusmuodossa rungon 1 tasoa vastaan kohtisuoraan katsottaes-5 sa rungon muoto on vinoneliö. Ylä- ja alasärmä ovat vaakasuorat. Näin vaakasuuntaiset laipat ovat hieman kauempana (vaakasuunnassa) toisistaan ja antavat suuremman voiman.
Rungon kallistelun seurauksena rotaattorin 3 ratataso kallistelee vaakatasoon nähden ja samanaikaisesti rotaattoriin 3 kohdistuu edestakaisia vaakasuun-10 täisiä kiihtyvyyksiä. Koska kelluva runko on muotoiltu syvälle upotetuksi pys-tyseinäksi, sen tasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa tapahtuvan kallistuksen ja painovoiman aiheuttama momentti ja vaaka kiihtyvyyden aiheuttama momentti esiintyvät olennaisesti samaan aikaan ja samaan suuntaan. Näiden summamomenttia voidaan vielä tasoittaa hyrrän aiheuttamalla momentilla.
15 Aaltovoimalan toiminnan aikana momenttien keskinäiseen ajoitukseen ja suuruuteen voidaan vaikuttaa hyrrän pyörimisnopeuden säädöllä ja rotaattorin kulma-asennon säädöllä suhteessa kallistussuuntaan. Viimeksi mainittua voidaan säätää generaattorin kuormituksella ja myöskin hyrrän pyörimisnopeuden säädöllä.
20 Aaltojen tulosuunta on kohtisuorassa rungon 1 tasoa vastaan.
C\J
δ c\j i
CD
O
1^ C\l
X
cc
CL
CM
CD
1^ m
CM
δ
CM

Claims (14)

1. Aaltovoimala, johon kuuluu runko (1), jolla on toiminnassa ollessaan keskimäärin pystysuuntainen päätaso, rungon ollessa ankkuroitu asentoon, jossa 5 sen päätaso on poikittain aaltojen etenemissuuntaan nähden ja rotaattori (3), joka on tuettu rungon varaan tunnettu siitä, että rungon (1) dimensio aaltojen etenemissuunnassa on pienempi kuin rungon (1) syväys ja että rungon (1) diagonaalisesti vastakkaisissa kulmissa on olennaisen horisontaalisesti ulkonevat evät (4, 5), jotka aikaansaavat rungon (1) keinumisen sivuttaisit) suunnassa eli rungon päätasossa veden pystysuuntaisen liikkeen vaikutuksesta.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen aaltovoimala, tunnettu siitä, että yli 80 % rungon korkeudesta on upoksissa. 15
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen aaltovoimala, tunnettu siitä, että rotaattori (3) on rungon (1) upoksissa olevassa osassa.
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen aaltovoimala, tunnettu siitä, 20 että evät (4, 5) ovat pääasiassa vaakasuuntaisia.
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen aaltovoimala, tunnettu siitä, „ että evät (4, 5) on järjestetty kiinteästi, δ c\j i o 25
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen aaltovoimala, tunnettu siitä, i ί että rungolla (1) on pääasiassa pystysuuntaiset tai vinot sivureunat ja vaali kasuuntaiset ylä- ja alareunat. CVJ CO
7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen aaltovoimala, tunnettu siitä, ° 30 että rungon (1) volyymi vedenpinnan yläpuolella pienenee olennaisesti men täessä kohti rungon (1) sitä sivureunaa, jossa evät (5) sijaitsevat alhaalla.
8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen aaltovoimala, tunnettu siitä, että rungon (1) siinä sivureunassa, jossa evät (4) sijaitsevat ylhäällä, rungon (1) volyymi vedenpinnan yläpuolella on suuri suhteessa muuhun runkokappa-leeseen kellukkeen muodostamiseksi evien (4) yläpuolelle. 5
9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen aaltovoimala, tunnettu siitä, että levymäinen runko (1) on mitoitettu ulottumaan pystysuunnassa niin syvälle kuin missä aaltoliikettä tapahtuu.
10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen aaltovoimala, tunnettu siitä, että rungon (1) osa, joka läpäisee vesipeilin, on aallon etenemissuunnassa kapea ollen enintään 30 %, edullisesti enintään 20 % rungon (1) syväyksestä.
11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen aaltovoimala, tunnettu siitä, että pyöreä tila, edullisesti litteän pallonmuotoinen tila, jossa rotaattori (3) sijaitsee, sijaitsee joko upoksissa vedenpinnan alla tai kokonaan vedenpinnan yläpuolella.
12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen aaltovoimala, tunnettu siitä, että pystyliikettä vastustava, vaakasuunnassa litteä ankkuripaino on kiinnitetty rungon (1) siihen sivureunaan tai lähelle rungon (1) sitä sivureunaa, jossa „ evät (5) ovat alhaalla ja että pystysuunnassa helpommin liikkuva ankkuripai- ^ no on kiinnitetty vastakkaiseen sivureunaan tai lähelle sitä. § 25 i ί
13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen aaltovoimala, tunnettu siitä, | että ankkuripainot on toteutettu säiliöillä, jotka kelluvat ennen vedellä täyt- tämistä ja jotka vedellä täytettyinä vajoavat aina nopeammin kuin runko kei-nuessaan. S 30
14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen aaltovoimala, tunnettu siitä, että rungon (1) alaosassa on vesisäiliöt, jotka tyhjänä kääntävät kelluvan rungon (1) lappeelleen kuljetusta varten. CO δ c\j i CO o X cc CL C\l CO 1^ m CM δ CM
FI20125732A 2012-06-27 2012-06-27 Aaltovoimala FI124102B (fi)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20125732A FI124102B (fi) 2012-06-27 2012-06-27 Aaltovoimala
EP13809188.9A EP2872773B1 (en) 2012-06-27 2013-06-19 Wave power plant
US14/410,051 US9644602B2 (en) 2012-06-27 2013-06-19 Wave power plant
PCT/FI2013/050672 WO2014001627A1 (en) 2012-06-27 2013-06-19 Wave power plant

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20125732A FI124102B (fi) 2012-06-27 2012-06-27 Aaltovoimala
FI20125732 2012-06-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20125732A FI20125732A (fi) 2013-12-28
FI124102B true FI124102B (fi) 2014-03-14

Family

ID=49782329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20125732A FI124102B (fi) 2012-06-27 2012-06-27 Aaltovoimala

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9644602B2 (fi)
EP (1) EP2872773B1 (fi)
FI (1) FI124102B (fi)
WO (1) WO2014001627A1 (fi)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI124925B (fi) 2013-09-18 2015-03-31 Wello Oy Gyratoiva aaltovoimala
US10060408B2 (en) 2015-06-28 2018-08-28 Vassilios Vamvas Eccentrically rotating mass turbine

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US613075A (en) * 1898-10-25 Wave-motor
CH114164A (de) * 1925-10-24 1926-11-01 Emil Rahm Wellenkraftmaschine.
GB297720A (en) * 1927-06-20 1928-09-20 Osborne Havelock Parsons An improved apparatus for generating electrical energy from wave movement of the sea
JPS4426008Y1 (fi) * 1966-05-17 1969-10-31
US4352023A (en) 1981-01-07 1982-09-28 Sachs Herbert K Mechanism for generating power from wave motion on a body of water
JPS6325571A (ja) 1986-07-18 1988-02-03 Nippon Soken Inc 圧電式アクチユエ−タの性能試験装置
JPH0819894B2 (ja) * 1987-04-14 1996-03-04 チッソ株式会社 波浪エネルギ−変換装置
CA2196224C (en) 1997-01-29 2003-07-01 Gerald John Vowles Wave energy generator
JP3515722B2 (ja) * 2000-01-11 2004-04-05 正治 三宅 波エネルギー利用海洋発電装置
GB0022641D0 (en) * 2000-09-15 2000-11-01 French Michael J Paddle form sea wave energy converter moving in pitch and surge
JP4184803B2 (ja) 2001-03-26 2008-11-19 博 神吉 ジャイロ式波力発電装置およびそれを使用した消波装置
JP4469620B2 (ja) 2004-01-23 2010-05-26 博 神吉 ジャイロ式波力発電装置
US7375436B1 (en) 2004-11-12 2008-05-20 Aaron Goldin Gyroscope-based electricity generator
WO2007072016A1 (en) 2005-12-23 2007-06-28 C-Wave Limited Wave energy extraction device
NZ574786A (en) * 2006-07-11 2012-08-31 Protean Energy Australia Pty Ltd A tension mooring system comprising an elongate flexible member and a dampening means
FR2927958A1 (fr) 2008-02-22 2009-08-28 Slawomir Klukowski Dispositif pour collecter l'energie de la houle.
FR2932231B1 (fr) * 2008-06-04 2010-07-30 Nantes Ecole Centrale Dispositif pour convertir une energie de houle en energie utilisable notamment electrique et procede associe

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014001627A1 (en) 2014-01-03
EP2872773A4 (en) 2016-03-23
EP2872773A1 (en) 2015-05-20
FI20125732A (fi) 2013-12-28
EP2872773B1 (en) 2016-11-30
US9644602B2 (en) 2017-05-09
US20150123406A1 (en) 2015-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5697117B2 (ja) スパー型浮体構造物
JP5497781B2 (ja) 波の動きによってエネルギーを生成するシステム
EP2329136B1 (en) Wave power plant
US9464626B2 (en) Floating wind turbine
EP2094966A2 (en) Wave energy converter
ES2380308T3 (es) Dispositivo para utilizar la energía de las olas
US20140097617A1 (en) Multi-Capture Mode Wave Energy Converter With Submergible Float
JP2017515033A (ja) 浮体式基礎及び位置調整制御システムを有する風力タービン並びにその位置調整制御方法
ES2340953T3 (es) Flotador para una planta de conversion de la energia de las olas del mar.
FI124102B (fi) Aaltovoimala
US10060408B2 (en) Eccentrically rotating mass turbine
AU2010338593A1 (en) Wave power plant
CN205858562U (zh) 摆力波浪能发电装置及其发电机构
CN102428271A (zh) 用于产生能量的漂浮、锚定的设施
CA3013560A1 (en) Flywheel energy storage device and method of its use
CN108026708A (zh) 水闸
FI123295B (fi) Aaltovoimala
JP2002285952A (ja) 洋上風力発電の浮体式基礎構造物
US11181098B2 (en) Offshore wind turbine on offset floating support
JP6121494B2 (ja) 浮遊式防波堤
KR20150059006A (ko) 동요저감 장치를 구비한 부유식 풍력발전기
TWI638096B (zh) 波力發電系統
JP2022168359A (ja) 浮体式洋上風力発電機用動揺抑制装置
EP2735735A1 (fr) Éolienne offshore comportant un support flottant optimisé
JP2005069212A (ja) 浮体型波力発電装置

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 124102

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

MM Patent lapsed