KR101883751B1 - 수류 발전 시스템용 서브시스템들 - Google Patents

수류 발전 시스템용 서브시스템들 Download PDF

Info

Publication number
KR101883751B1
KR101883751B1 KR1020120098042A KR20120098042A KR101883751B1 KR 101883751 B1 KR101883751 B1 KR 101883751B1 KR 1020120098042 A KR1020120098042 A KR 1020120098042A KR 20120098042 A KR20120098042 A KR 20120098042A KR 101883751 B1 KR101883751 B1 KR 101883751B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
delete delete
propeller
power generation
water
Prior art date
Application number
KR1020120098042A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130119825A (ko
Inventor
디. 볼린 윌리엄
Original Assignee
애너달코 페트롤륨 코포레이션
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
Priority claimed from US13/454,608 external-priority patent/US8847421B2/en
Application filed by 애너달코 페트롤륨 코포레이션 filed Critical 애너달코 페트롤륨 코포레이션
Publication of KR20130119825A publication Critical patent/KR20130119825A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101883751B1 publication Critical patent/KR101883751B1/ko

Links

Images

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
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/062—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction
    • F03B17/063—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction the flow engaging parts having no movement relative to the rotor during its rotation
    • F03B17/064—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction the flow engaging parts having no movement relative to the rotor during its rotation and a rotor of the endless-chain type
    • 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
    • F03B13/26—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 tide energy
    • F03B13/264—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 tide energy using the horizontal flow of water resulting from tide movement
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
    • D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
    • D07B1/00—Constructional features of ropes or cables
    • D07B1/02—Ropes built-up from fibrous or filamentary material, e.g. of vegetable origin, of animal origin, regenerated cellulose, plastics
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
    • D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
    • D07B1/00—Constructional features of ropes or cables
    • D07B1/14—Ropes or cables with incorporated auxiliary elements, e.g. for marking, extending throughout the length of the rope or cable
    • D07B1/147—Ropes or cables with incorporated auxiliary elements, e.g. for marking, extending throughout the length of the rope or cable comprising electric conductors or elements for information transfer
    • 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
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • B63B2035/4466—Floating structures carrying electric power plants for converting water energy into electric energy, e.g. from tidal flows, waves or currents
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
    • D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
    • D07B2201/00—Ropes or cables
    • D07B2201/10—Rope or cable structures
    • D07B2201/104—Rope or cable structures twisted
    • D07B2201/1076—Open winding
    • D07B2201/108—Cylinder winding, i.e. S/Z or Z/S
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
    • D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
    • D07B2401/00—Aspects related to the problem to be solved or advantage
    • D07B2401/20—Aspects related to the problem to be solved or advantage related to ropes or cables
    • D07B2401/2015—Killing or avoiding twist
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
    • D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
    • D07B2501/00—Application field
    • D07B2501/20—Application field related to ropes or cables
    • D07B2501/2061—Ship moorings
    • 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
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/40—Use of a multiplicity of similar components
    • 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
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/97—Mounting on supporting structures or systems on a submerged structure
    • 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
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/18—Purpose of the control system to control buoyancy
    • 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

Abstract

하나 이상의 핀-링 프로펠러들이 구비된 유도형 발전장치 시스템을 사용하여 빠르게 이동하는 수류로부터 유래된 전력을 발전하기 위해 사용되는 침지식 또는 수분산 시스템을 위한 다양한 서브시스템들이 본 명세서 개시되어 있다. 본 명세서에 도시되고 기술된 다수의 시스템들 및 서브시스템들은 각각 상용의 발전장치 작동 시스템들 및 기타 전력 발생 수단을 사용하는 시스템에 사용하기 적합하다. 이와 같은 시스템들에 의해 발전된 전력을 이송하는 수단, 테더링 및 계류 시스템, 및 시스템 전송, 설치 및 유지보수를 향상시키는 방법들이 또한 개시되어 있다.

Description

수류 발전 시스템용 서브시스템들{Subsystems for A Water Current Power Generation System}
본 발명은 재생 가능한 에너지 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 비제한적인 구현예에서, 하나 이상의 핀-링(fin-ring) 프로펠러가 창작된 유도형 발전기 시스템을 이용하여 빠르게 이동하는 수류로부터 유래된 전력을 발전하는 침지식(submerged) 또는 수분산(waterborne) 시스템에 사용되는 서브시스템들에 관한 것이다.
본 명세서에 기재된 구현예 이외에, 본 명세서에 기술되고 청구된 다수의 시스템들 및 서브시스템들은 개별적으로 공지의 발전기 드라이브 시스템들 및 기타 발전 수단을 사용하는 시스템들에 적합하다.
이와 같은 시스템들에 의해 발전된 전력을 이웃하는 전력 그리드, 계류(mooring) 시스템으로 전송하는 수단들 및 이와 같은 시스템들의 성분들을 설치하고 유지보수하는 방법 및 수단들도 또한 개시된다.
화석 연료 가격이 상승하고 있으며, 전세계 경제 및 산업 분야에서 에너지 수요가 증가함에 따라, 에너지 공급원들을 개발하는 상이하고 보다 효율적인 방법들이 꾸준히 탐색되고 있다. 특히 관심을 갖는 분야로는 배터리를 이용한 태양발전 장치, 풍력 발전, 조력 발전, 파력 발전장치, 및 격리(sequestered) 수소로부터 전력을 발전시키는 시스템과 같은 재생가능한 대체 에너지 공급원이다.
그러나, 이와 같은 에너지 공급원들은 아직 상업적인 규모로 넓은 범위의 영역으로 지속적인 전력을 전달하지 못하고 있다. 또한, 해수 정제를 포함한 수소 전력 시스템과 같은 일부 제안된 기술들은 전환 공정에서 시스템의 최종 산출 전력보다 더 많은 전력을 실질적으로 소비한다.
메탄 유래 수소와 같은 기타 에너지 공급원들은 대체를 희망하는 공지의 오일 기반 기술들과 비교하여 동일 또는 그 이상의 화석 연료 방출량을 생성하며, 배터리, 태양열 및 풍차 기반 시스템들과 같은 기타 에너지 공급원들도 상업적인 효율성이 본래부터 제한되어 있는 강한 태양빛 또는 바람에 일관성있게 노출되는 것이 필요하다.
한가지 제안된 대체 에너지 시스템은 빠르게 이동하는 수류, 예를 들면 2 m/s 이상의 피크 유동 속도를 갖는 수류로부터 유래된 수력(hydropower)의 이용(harnessing)을 포함한다.
그러나, 실제로 현존하는 지하수 전력 발전기들은 수류 속도가 일관성있게 매우 빠른 장소에 설치되더라도 불충분한다는 것을 입증하고 있다. 이는 적어도 일부분은 전력 발생을 위한 효율적인 수단 부족 및 지하수 전력 발전 시스템으로부터 수득된 전력을 육지 또는 수계 전력 릴레이 스테이션으로 적합하게 전달하는 효율적인 수단의 부족에 기인한다.
현존하는 프로펠러 디자인 및 수계 전력 발전 기작들은 충분한 에너지 발전 또는 최대 속도 수류에 대한 충분한 안정성을 제공하지 못하여 부적합다는 것을 입증하고 있다.
유동의 해류로부터 현저한 양의 동적 에너지를 얻기 위해서는 영향을 받는 면적이 반드시 확장되어져야 한다. 결과적으로, 현존하는 해양 프로펠러 디자인들은 현재 알려진 중금속 및 복합 금속 기술들로부터 제조된 현저하게 크고, 무거우며 값비싼 구조물들을 사용한다. 게다가, 이와 같은 해양 프로펠러들은 주위의 물을 통과하여 이동하는 프로펠러 블레이드들의 끝단에서 발생되는 공동현상(cavitation)을 발생시킨다.
또 다른 현저한 문제점으로는 주위 수중 생물, 예컨데 암초, 해양 관엽식물, 물고기떼 등에 대한 피해없이 수류로부터 에너지를 얻는 과정과 연관된 환경 문제이다.
그러므로, 본 기술분야에 현존하는 문제점들을 극복하고, 안전하고, 신뢰할 수 있으며 환경친화적인 방식으로 현저한 양의 전력을 발전시키고 릴레이 스테이션으로 전달하는 수류 전력 발전 시스템에 대하여, 중요하고 아직도 충족시키지 못하는 요구들이 존재한다. 안전하고 효율적인 현장 수준의 구성들, 신뢰할 수 있고 반복가능한 계류 시스템들, 이와 같은 시스템들을 설치하고 유지보수하는 방법 및 수단들이 또한 요구된다.
발명의 요약
복수의 수류 발전 시스템들에 의해 생성된 전력을 통합시키는 통합 설비로서, 상기 수류 발전 시스템들 각각은 하나 이상의 침지식(submerged) 부유 챔버들을 포함한다. 하나 이상의 침지식 부유 챔버들은 적어도 하나 이상의 부유 유체 분리 챔버들을 추가로 포함하고, 하나 이상의 분리 챔버들은 내부에 배치되는 부유 유체, 부유 유체 흡입 밸브, 부유 유체 배출 밸브, 및 부유 유체 공급원 조절 수단을 추가로 포함한다.
전력 생산 장치는 또한 상기 부유 챔버와 연통되게 배치된 하나 이상의 침지식 유도형 전력 발전 장치; 상기 유도형 전력 발전 장치와 연통되게 배치된 하나 이상의 프로펠러; 계류(mooring) 시스템 및 발전 전력 출력 수단을 포함한다.
통합 설비는 상기 발전 시스템에 의해 생성된 전력을 수령하고, 상기 출력 수단을 통해 전력을 전달 또는 배출하고, 이웃하는 전력 그리드(grid)로 통합 전력을 전달하고, 간섭 전력 변형 장치로 직접 전달하거나 이후에 전달하는 수단을 추가로 포함한다.
통합 설비는 해양 기저상에, 중수(mid-water) 중에, 또는 표면에 부유하여 위치될 수 있다. 일 특정예에서, 부유형 또는 침지식 SPAR(적당한 심층 흘수(deep draft) 또는 기타 선체(hull)를 갖는 안정한 플랫폼)이 통합 설비로 사용되고 있으며, 대안으로 침지식 구조물이 영역내에서 항해하는 선박에게 보다 우수한 자유를 제공할 것이다.
통합 설비는 예를 들면 단일 방향으로 감겨진 부분으로부터 형성되거나, 교차 방향으로 감겨진 2 이상의 층 부분으로부터 형성되거나; 금속 케이블과 결합 또는 교체되고/거나 통합 전력 출력 라인 주위를 감쌀 수 있는 다중 로프를 사용하여 안전한 형태로 최적으로 계류된다.
발전 포드(pods) 및 프로펠러들은 이들을 수평 위치로 회전시킴으로써 설치 및 유지될 수 있다. 여전히 수중에 있는 동안에도 부유 중심 노즈 콘(nose cone)은 표면에 다다르기에 충분한 부력과 일단 표면 수준에 있을 경우 바람, 수류 또는 기타 날씨 조건들로부터의 최대 안정성을 프로펠러에 제공한다. 이와 같은 방법으로 장치들의 설치 및 유지관리가 안전하고 효율적으로 달성된다.
첨부된 도면을 참조함으로써 본 명세서에 개시된 구현예들은 보다 잘 이해될 것이며, 다수의 목적, 특징 및 이점들이 당업자들에게 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 수류 전력 에너지 발전 시스템의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 2차 구현예에 따른 수류 전력 에너지 발전 시스템의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 3차 구현예에 따른 복수의 래비린스(labyrinth)형 분리 챔버를 갖는 발라스트 튜브(ballast tube)의 평면도이다.
도 4A는 본 발명의 4차 구현예에 따른 수류 전력 에너지 발전 시스템의 상면도이다.
도 4B는 테더 앵커링 시스템(tether anchoring system)을 추가로 포함한 도 4A에 묘사된 실시예의 상면도이다.
도 5는 침지식(submerged) 또는 수계(waterborne) 전력 발전 시스템과 연결되어 사용하기에 적합한 프로펠러 시스템 구현예의 정면도이다.
도 6은 추가의 투시를 위해 분리된 시스템의 상세 부분을 포함한, 도 5에 묘사된 프로펠러 시스템 구현예의 투시도이다.
도 7은 도 5 및 6에 묘사된 프로펠러 시스템의 일부분의 분리 도면이다.
도 8은 드레그(drag) 장착 프로펠러 어레이(array)를 추가로 포함하는 수류 전력 발전 장치 구현예의 측면도이다.
도 9는 짝수의 프로펠러들이 드레그 장착 프로펠러 어레이에서 오프셋팅 회전력(offsetting rotational forces)을 원활하게 하는, 도 8에 묘사된 수류 전력 발전 장치 구현예의 배면도이다.
도 10은 복수의 연결된 전력 발전 시스템들을 포함하는 수류 발전 발전 농장 구현예의 도식도이다.
도 11은 부유 스키드(skid) 또는 스파(Spar)가 사용되지 않은 영구 계류된 직접 전력 발전 시스템의 도식도이다.
도 12는 4-장치(4-unit)의 플립(flip) 디자인 전력 발전 시스템의 측면도이다.
도 13은 4-장치 플립 디자인 전력 발전 및 프로펠러 시스템을 포함하는 도 12의 상면도이다.
도 14는 4-장치 디자인 전력 발전 및 프로펠러 시스템의 정면도이다.
도 15는 설치 및 유지에 적합한 플립 위치에서 발전장치 포드(pods) 및 연결된 프로펠러를 나타내는 4-장치 플립 디자인 전력 발전 및 프로펠러 시스템이다.
하기의 기술은 본 발명 요지의 이로운 점을 구체화하는 복수의 예시적인 시스템 설계 및 사용 방법을 포함한다. 그러나, 당업자라면 개시된 구현예들이 본 명세서에서 기술된 특정한 상세 설명의 일부 없이도 실시가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 다른 경우, 발명에 대한 혼동을 방지하기 위하여 잘 알려진 해저 및 전력 발전 장비, 프로토콜, 구조물 및 기술들이 상세히 기술되거나 나타내지 않았다.
도 1은 수류 전력 발전 시스템(101)의 1차 구현예를 도시하고 있다. 가장 단순한 형태로서, 상기 시스템은 하나 이상의 부유 튜브(102), 발라스트 튜브(103), 및 샤프트 구동 프로펠러(105)를 구비한 유도형 전력발전 장치(104)를 포함한다.
도 1은 오직 단일의 부유 튜브(102), 발라스트 장치(103) 및 발전기 구성성분(104)만을 묘사하고 있지만, 복수의 튜브들과 발전기 성분들을 포함한 보다 큰 시스템들이 또한 고려된다. 그럼에도 불구하고, 당업자들은 단일 요소들을 갖는 제한된 시스템에 대한 기술은 설명을 위한 것이며, 본 명세서에 개시된 요소들중 어떠한 복수의 부재들에 관한 발명 요지의 범위를 제한하려는 것은 아니라는 것을 이해할 것이다.
일 구현예에서, 전력 발전 장치(104)(예를 들면, 유도형 전력 발전 장치)는 연관된 릴레이 스테이션 또는 해안에서 전력을 근처의 전력 그리드 등으로 전달을 용이하게 하는 기타 수단으로 변형을 통해서 또는 변형 없이 교류(AC) 또는 직류(DC)로 출력될 수 있는 전력을 생산한다.
일반적으로, 비동기(asynchronous) 유도형 발전기는 기타 형태의 동기(synchronous) 전력 발전기 또는 직류(DC) 발전기보다 기계적 및 전기적으로 단순하다. 유도 모터는 자기장에 대한 에너지가 고정자로부터 발현될때 또는 회전자가 자기장을 생성하여 음의 슬립(slip)을 부여하는 영구 자석을 가질때 출력 전력 발전기로 전환한다. 이들은 또한 보다 튼튼하고 내구성을 갖고, 일반적으로 브러쉬나 정류기(commutator)를 요구하지 않는 경향이 있다. 대부분의 경우 어떠한 내부적인 변형 없이 레귤러 AC 비동기 모터가 발전기로 사용된다.
일반적인 모터 작업에서, 모터의 고정자 자속 회전은 전력 주파수(일반적으로 50 또는 60 헤르쯔)에 의해 설정되며, 회전자 회전보다 빠르다. 이는 고정자 자속을 유발하여 회전자 흐름을 유도하며, 이는 차례대로 고정자와는 반대의 자성을 갖는 회전자 자속을 생성한다. 이와 같은 방식으로, 회전자는 슬립과 동일한 값으로 고정자 자속의 뒤를 따라서 끌려간다.
전기 3상 동기(예컨데 케이지 권선형(cage wound)) 유도 장치는 동기 속도(synchronous speed)보다 느리게 작동시 모터로 기능할 것이다. 그러나, 동일한 장치가 동기 속도보다 빠르게 작동시 유도 발전기로 기능할 것이다.
발전기 작동에 있어서, 일부 종류(예컨데, 터빈, 엔진, 프로펠러 구동 샤프트 등)의 원동기는 동기 속도 이상으로 회전자를 구동시킨다. 고정자 자속은 회전자에서 여전히 전류를 유도하지만, 반대의 회전자 자속이 고정자 코일을 절단중에 있기 때문에, 활성 전류가 고정자 코일에서 생성되고, 결국 모터가 이웃하는 전력 그리드를 향하여 회수된 전력을 전송할 수 있는 발전기로 작동한다.
그러므로, 유도형 발전기는 동기 주파수보다 빠르게 내부 샤프트(shaft)가 회전할 경우 교류 전력을 생산하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 다양한 구현예에서, 비록 샤프트 회전의 다른 방법들 및 수단들이 유사한 효과를 구현하거나 적용될 수 있다고 하더라도, 샤프트 회전은 비교적 빠르게 이동하는 수류에 위치된 관련 프로펠러(105)에 의해 달성된다.
유도형 발전기는 회전자에 영구 자석을 갖지 않기 때문에 유도형 발전기의 한가지 제한점은 이들이 자가 발진되지(self-exciting) 않는다는 점이며, 따라서, 이들은 외부의 전력 공급(물을 통과하거나 연관된 해저(seafloor) 바로 아래에서 밀접한 관계의 작업(umbilical run)을 이용하여 이웃 그리드로부터 용이하게 수득될 수 있는) 또는 초기 회전 자기 플럭스(initial rotation magnetic flux)를 생성하기 위하여 감소된 전압 스타터(starter)에 의한 "소프트 개시(soft started)"를 요구한다.
감소된 전압 스타터들은 적당한 작동 주파수를 빨리 결정하고, 허리케인 또는 기타 자연재해에 의해 유발된 손상의 결과와 같은 일부 이유로 부속 전력 그리드가 탈활성화되는 경우 무전력 재시동(unpowered restart)을 가능하게 하는 것과 같은 중요한 이점을 시스템에 부여할 수 있다.
상기 시스템으로부터 유래된 전력은 적어도 일부의 경우 이웃하는 전력 그리드(grid) 시스템을 보조하기 위해 사용되는 것으로, 결국 그리드의 작업 주파수는 대부분 전력 발전 시스템에 대한 작동 주파수를 따를 것이다. 예를 들면, 다수의 대형 전력 그리드 시스템들은 현재 50 내지 60 헤르쯔의 명목 작동 주파수(nominal operating frequency)를 사용한다.
대형 수계 전력 발전 시스템에 대한 또 다른 중요하게 고려할 점은 주위의 수류 속도와 상관없이 연속적인 동적 위치 제어를 가능하게 하는 균형잡힌 부유 평형(flotational equilibrium)의 설정이다.
주위의 수류 속도가 기설정된 범위의 수용가능한 작동 속도 내에서 유지된다고 가정한다 할지라도, 특히 강력한 허리케인 등에 의해 시스템 평형이 여전히 위태롭지만, 일반적인 파력선(line of typical wave force) 아래, 즉 대략 100-150 피트 깊이에서의 시스템 웰(well)의 배치는 이와 같은 문제를 현저히 감소시킬 것이다. 중력식 킵(kip), 부유 킵, 드레그(drag) 킵 및 홀딩(holding) 킵들의 다양한 오프세팅력(offsetting force)도 연속 수류 에너지 발전 시스템의 전체적인 안정성에 기여할 것이다.
도 1에 도시된 부유 튜브(102)는 앞서 언급한 유도형 발전기들을 수용하는 적어도 하나의 말단 캡(cap) 장치(104)와 기계적으로 연통되도록 배치된 원통형 본체부를 포함한다. 발전기 및 관련 말단 캡 하우징(housing)은 드라이브 샤프트(drive shaft) 및 일부 구현예에서 프로펠러(105)에 대한 관련 유성 기어장치(planetary gearing)를 포함한다.
일부 구현예에서, 비록 본 발명의 유효 실시가 기타의 기하학적 형태들을 허용할지라도, 부유 튜브(102)는 정육면체형 또는 6각형 형태를 포함한다. 바람직한 구현예에서, 부유 튜브(102)는 대략 원통형이고, 기체(예컨데 공기 또는 또 다른 안전한 부양성 기체) 압력을 받아서, 시스템이 고정된 테더(106)에 의해 구속될 경우 결합력(combined force)이 해류 에너지 발전 시스템을 위한 일차적인 인양력(lifting force)을 구성할 것이다.
따라서, 유지 보수 또는 검사를 위해 발전기 전원을 차단함으로써 시스템을 표면으로 상승시켜, 시스템 상의 드레그(drag)를 감소시키고, 시스템을 다소 표면쪽으로 상승시킬 수 있게 한다. 부유 튜브를 개봉하고/하거나 발라스트 튜브로부터 유체를 배출시킴으로써 장치를 표면에 안전하고 신뢰성있게 부유시켜 유지 보수 또는 검사를 수행할 수 있다.
상기 시스템의 이동 방법에 따라, 테더(106)가 해제되어 부유 구조물이 견인될 수 있거나, 그렇지 않으면 육지 또는 또 다른 작동 위치쪽으로 힘을 받을 수 있다.
도 2에 도시된 구현예는 유도 발전기 장치(204, 205)의 샤프트 부재와 기계적으로 연통되게 배치된 복수의 비교적 대형이고 천천히 움직이는 프로펠러(206)를 구비한 전력 발전 시스템(201)의 정면도이다. 도 4A에서 보다 상세하게 나타난 바와 같이, 발전기 장치는 부유 튜브(102) 내부에 위치하는 말단 캡 장치 내부 및, 부유 튜브들 사이에 배치된 시스템의 격자형 본체부의 길이를 가로질러 배치된다.
도 3에 관하여, 도 1에서 참조번호 103으로 앞서 묘사된 발라스트 튜브의 내부에 대한 상세 도면이 제공되며, 여기서 부유 튜브(102)에 의해 수득될 수 있는 시스템에 존재하는 밸런스(balance)와 부유력을 보다 정밀하게 제어하기 위해 다양한 기체 및 액체들의 분리 및 혼합이 사용될 수 있는 방식으로 복수의 래비린스(labyrinth) 형 분리 챔버들이 접합된다.
구현예에서 관찰되는 바와 같이, 발라스트 튜브 내부에 형성된 내부 발라스트 시스템(301)은 과압력 체크 밸브 및 일차 분리 챔버(303)와 유체 연통되게 배치된 공기 조절 공급원(302)을 포함한다.
일차 분리 챔버(303)는 챔버의 상부에 존재하는 건조 기체(예컨데 주위의 외부 수압과 동일한 압력을 갖는 공기), 및 챔버의 하부에 존재하는 유체(예컨데 분리 챔버 외부로부터 도입된 해수) 모두를 포함한다.
일차 분리 챔버(303)는 또한 공기를 구조물의 기타 기체-충진 구획들로 분배하기 위한 이차 공기 공급 라인(305) 및 일차 분리 챔버(303)로부터 기체 및 유체의 혼합물을 이차 분리 챔버(304)로 분배하기 위한 라인을 포함한다. 이차 분리 챔버(304)는 차례로 공기 함유 상부 및 물 함유 하부를 포함하고, 이들은 분리 실린더에 의해 분리된다. 다른 구현예에서, 분리 실린더는 공기와 해수간의 보다 우수한 분리를 위하여 완충유체를 부유시킬 수 있는 해수를 포함한다.
추가의 구현예에서, 일차 또는 이차 분리 챔버들(303, 304)은 유체 또는 공기가 시스템의 특정 구멍에 존재하는지 여부를 측정하기 위하여 장비(예컨데 압력 센서 또는 차압(differential pressure) 센서)를 구비한다. 추가의 구현예에서, 이와 같은 센서들은 밸런스의 검출 및 제어를 보조하고, 관련된 측정들을 추진하기 위하여 사용되는 논리 제어 시스템(logical control system)(미도시)으로 입력된다.
물 또는 기타 액체들은 탱크 하부에 남아있으면서 탱크의 상부에서 상기 시스템을 통해 공기를 전진시키는 공정은 원하는 밸런스 및 조절 특성이 얻어질 때까지 계속된다. 궁극적으로, 최종 분리 챔버(306)가 제공되며, 궁극적으로, 최종 분리 챔버(306)는, 묘사된 구현예에서, 시스템 밖으로 공기를 방출시키고, 일부의 경우 시스템으로 물을 도입하기 위해 사용되는 공기 출구 밸브(309)를 포함하여 제공된다.
내부 압력이 커져서 시스템 조절의 완전성을 유지하기 위하여 압력의 배출이 필요한 경우 압력 안전 밸브(307)가 제공되며, 해양 생물들의 돌발적인 진입을 예방하기 위하여 스크린이 구비된 개방 수류 밸브(308)가 분리 탱크(306)의 하부에 배치된다.
다시 말해서, 공기 및 물 간의 상호작용을 감소하기 위해 완충 유체 등이 사용될 수 있으며, 만일 상기 시스템이 해수의 상부에서 부유하는 부유물 조절기를 구비하고 있다면 모든 해수가 배출된 후 완충 유체를 보유할 것이다. 또한, 탱크에 포획된 물이 챔버내에서 빠르게 이동하지 못하도록 일련의 배플(baffles)을 사용하여 탱크에서 보다 우수한 안정성이 달성될 수 있으며, 만일 배플이 사용되지 않으면 밸런스와 조절에 지장을 주는 경향이 있다.
도 4A는 시스템(401)의 일 구현예에 대한 상면도를 나타내고 있으며, 이와 같은 경우 시스템은 일차 부유 튜브(402) 및 이차 부유 튜브(403); 부유 튜브들 사이에 배치된 연결형 격자구조 본체부(404); 부유 튜브들 및 본체부 주위에 전략적으로 위치된 복수의 유도 발전기(405, 406); 발전기들과 기계적으로 연통되도록 배치된 복수의 프로펠러(407); 및 부유 튜브(402, 403)와 기계적으로 연통되도록 배치된 복수의 테더링 부재(408, 409)를 포함한다.
도 4B에 도시된 구현예에서, 테더링(tethering) 부재(408, 409)는 서로 접합되어 앵커링(anchoring) 부재(411)에 알려진 방식으로 부착되는 단일의 앵커링 테더(410)를 형성한다.
다양한 구현예에서, 앵커링 테더(410)는 시스템을 가변적으로 보유하거나 방출하는 수단을 추가로 포함한다. 기타 다양한 구현예에서, 앵커링 테더(410)는 테더 종결 장치(미도시)를 구비한 앵커링 부재(411)에서 종결된다. 앵커링 부재(411)는 빠르게 움직이는 수류에서 고정된 위치를 유지하기에 적합한 어떠한 형태의 알려진 앵커(예컨데, 사하중(dead-weight) 앵커, 흡입(suction) 앵커 등)을 포함하며, 이들은 일반적으로 빠르게 이동하는 수류에 의해 유발된 토양 침식으로 인한 암석 해저를 갖는 위치에서 발견된다.
다른 구현예에서, 이와 같은 부분의 스테이션은 앵커링 테더(410)를 표면 선박 또는 또 다른 해양 수류 에너지 발전 장치에 부착하거나, 또는 부유 동적 위치제어 부표와 같은 또 다른 중앙 정박 위치에 부착하여 안정화될 수 있다.
상기에서 매우 일반적으로만 논의된 프로펠러 시스템 구현예에 대하여, 도 5 내지 7은 본 명세서에 개시된 수류 전력 발전 시스템과 함께 사용하기에 적합한 프로펠러 시스템의 다양한 특정 (비제한적이지만) 구현예들을 묘사하고 있다.
그러나, 당업자들은 본 명세서에 개시된 프로펠러 시스템의 예는 유도형 전력 발전기에 의해 구동되는 수류 전력 발전 시스템에 관하여 기술하고 있지만, 프로펠러 시스템의 예는 본 명세서에서 교시된 여러 동일한 이점들을 달성하기 위하여 기타 형태의 침지식 또는 수계 전력 발전 시스템과 함께 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
예를 들면, 도 5는 침지식 또는 수계 전력 발전 시스템과 연결하여 사용하기에 적합한 프로펠러 시스템 구현예의 상면도이다.
도시된 바와 같이, 프로펠러(501)는 복수의 교차 핀(fin) 세트 및 부속 링(ring)을 포함하며, 이후에는 이들을 "핀-링" 구성으로 부른다. 이와 같은 핀-링 프로펠러들은 일반적으로 각각의 특정 응용을 위한 사양에 맞게 설계되며, 유도형 발전기에 필요한 작동 주파수, 주위 수류 속도, 환경적 고려사항(예컨데 프로펠러들이 물고기 또는 기타 해양 생물들이 통과할 수 있는 개구 또는 공간을 가져야 하는지 등) 등에 기초하여 지름, 원주, 핀 곡률(fin curvature) 및 배치 편심(eccentricity), 물질 선택 등을 조절함으로써 향상된 효율성이 실현될 것이다.
유사하게, 이웃하는 프로펠러 세트들은 해양 생물들을 쫓아내거나 그렇지 않으면 보호하고, 프로펠러 회전 효율을 향상시킬 수 있는 프로펠러 정면에 역류 또는 사영역(dead zone)을 생성하기 위하여 반대 방향(예컨데 도 2에 대표적으로 도시된 바와 같이 시계방향 또는 시계반대방향)으로 회전될 수 있다.
유도형 전력 발전기에 의해 구동되는 수류 전력 발전 시스템과 연계하여 사용될 경우, 프로펠러에 대한 유일한 확고한 작동 요구조건은 작동 발전기 주파수를 얻기 위하여 필요한 속도로 관련 발전기 샤프트를 회전시킬 수 있는지 여부이다.
그러나, 전반적으로 상기 시스템은 지역 해양 생물과의 상호작용에 관하여 수동적이며, 환경적으로 중간적인 작동 환경을 유지하면서 상기 시스템이 필요로하는 전력 생산을 발생시키는 경우에 최적의 성능 결과가 달성된다.
장치의 중앙에서 시작하는 경우, 프로펠러(501)는 허브 또는 샤프트부(502) 주위에 배치되며, 이들은 (예컨데, 하나의 프로펠러 본체 또는 복수편의 프로펠러 본체를 샤프트에 용접하여 단일의 유니터리 홀(unitary whole) 등을 형성하는 캡슐화 녹방지 패스너(fastener)와 같은 기계적 부착에 의해) 모두 프로펠러(501)를 안전하게 보유하고, 전력 발전기로의 전달을 위해 회전하는 프로펠러의 각 운동량(angular momentum)에 비례하는 회전 토오크(torque)를 샤프트에 부여한다.
일부 구현예에서, 허브 또는 샤프트 부(502)는 핀-링 프로펠러의 샤프트에 대한 기계적 연결을 향상시키고, 샤프트를 변형시키거나 스트레스를 가하는 프로펠러의 돌출을 방지하기 위해 사용되는 부유 수단을 추가로 포함한다. 부착 수단과 같이, 이와 같은 공정에 적당한 드라이브 샤프트는 현재 본 기술분야에 존재하며, 예를 들면, 프로펠러의 회전 토오크를 발전기 샤프트로 효과적으로 연통하기 위해 필요한 일련의 기어 및/또는 클러치, 브레이킹 시스템 등을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 볼트(bolt) 및 워셔 어셈블리(washer assembly) 등과 같은 보유 패스너(fastener)는 드라이브 샤프트의 말단에서 제거되고, 핀-링 프로펠러 구조물은 노출된 샤프트 상에서 미끄러지고, 이후 패스너가 교체되어 기계적으로 핀-링 구조물을 샤프트에 부착시킨다. 최적으로, 도 6의 참조번호 601로 도시된 바와 같이 부양 수밀형(buoyant water-tight) 커버로 패스너가 커버될 수 있다.
다른 구현예에서, 중앙 허브는 대형 샤프트와 기계적으로 연통하는 연결 포인트(point)를 포함하며, 이는 설치 또는 제거되고 단일 구조물로 대체될 수 있어서 수중에서도 프로펠러가 용이하게 작동되고 유지된다.
다른 구현예에서, 상기 시스템은 샤프트 및 프로펠러 어셈블리의 돌출 하중(overhanging load)에 저항하도록 부유 수단을 추가로 포함한다. 예를 들면, 액체 폼(foam) 또는 기타 경질의 유체 화합물, 또는 심지어 압축 공기도 프로펠러 허브의 말단에 적합한 노즈 콘에 적재되어 프로펠러가 부양 노즈 콘 위에 위치한 드라이브 샤프트 주위를 자유롭게 회전함으로써 어셈블리의 중량을 증가시켜서 심한 돌출 하중을 회피하게 할 수 있다.
유사하게, 프로펠러(특히, 대부분의 수류력을 흡수하는 침지 시스템에서 전면 프로펠러)는 핀-링 구조물에 대한 누적 유체압력에 기인한 저항성을 극복하기 위해 드레그(drag) 장착될 수 있다.
어떻게 프로펠러가 샤프트에 부착되고, 고정 부유 부재에 의해 드레그 장착 및/또는 지지되는지 여부와 관계없이, 본 명세서에서 묘사된 핀-링 설계의 구현예는 일반적으로 상기 시스템 내에서 실시하기에 적합한 다수의 기타 관련된 구현예들과 전체적으로 유사하다.
예를 들면, 도 5에서 묘사된 구현예에서, 허브 부착 어셈블리(502)는 일차 링 부재(503)에 의해 동심원적으로 둘러싸이고, 일차 링 부재 밖으로(즉, 상기 허브 어셈블리 밖에 추가로) 이차 링 부재(506)가 존재한다. 일차 링 부재(503) 및 이차 링 부재(506) 사이에 복수의 핀 부재들(504)이 배치되며, 각각은 간격(gap)(505)으로 분리된다.
핀 부재들(504) 사이의 간격은 응용에 따라서 다양하지만, 일반적으로 핀간 간격은 가장 안쪽의 링(간격이 일반적으로 가장 작음)으로부터 가장 바깥쪽의 링(간격이 가장 큼)으로 갈수록 크기가 증가할 것이다.
기타 구성은 내부 링 상에 유사한 크기의 간격 또는 심지어 외부 링보다 큰 간격을 허용하지만, 고리의 가능한 표면적 전체의 대부분은 간격보다는 핀에 의해 이용되는 대부분이 고형인 내부 링 표면의 이점은 구조물이 유체 압력을 구조물의 중심으로부터 가장 바깥쪽의 링이 받게 하고, 전체적으로 장치의 경계를 초과하는 경향이 있다는 것이다.
이와 같은 접근은 프로펠러가 보다 용이하게 회전하는 것을 돕고, 작은 해양 생물 등을 시스템의 외부 쪽으로 유도하여 환경적 관심을 충분히 다루어 이들이 전체적으로 프로펠러 구조물을 피하게 하거나, 외부 링에 존재하는 느리게 이동하는 보다 큰 간격 중 하나로 통과하게 한다.
구조물에 대한 저항성이 감소되고, 보다 큰 회전 토오크가 드레그 및 손실 없이 드라이브 샤프트로 전달되기 때문에 프로펠러는 매우 천천히 회전될 수 있고(예를 들면, 만족스러운 현장 결과를 얻는 일 구현예에서 프로펠러는 오직 8 RPM의 속도로 회전한다), 추가로 해양 생물들이 구조물을 회피할 수 있고, 환경적 중립성 및 안전성을 향상시킨다. 느린 회전 속도는 또한 상기 시스템을 보다 강건하고 내구성이 있게 하며, 파편 또는 근처에 부유하는 침지식 물체에 의해 접촉시 손상을 덜 받을 것이다.
이후, 추가의 대략 원형인 링(509) 내부에 배치된 핀(507) 및 간격(508)의 일련의 동심원 링들이 구조물에 첨가되어 원하는 원주가 달성될 때 까지 핀 및 간격들(510-512)의 추가의 동심원 링을 생성한다. 바람직한 구현예에서, 가장 바깥쪽 링의 간격(514)은 상기 시스템에서 가장 큰 간격이며, 시스템의 가장 큰 정도로 핀(513)을 분리한다.
최종 링 부재(515)는 프로펠러 시스템의 바깥 둘레를 포함하여, 다시 한번 이의 환경 친화력을 향상시키며, 이에 따라 물고기 및 기타 해양 생물들이 부주의하게 외부 링(515)을 타격하더라도 느리게 움직이는 구조물에 대하여 약하게 빗나가는 타격만 받게 되고, 이는 물과 유체 압력을 장치로부터 가능한 멀리 밀어냄으로써 해양 안전성을 추가로 증가시킨다.
(방수 캡(601) 등으로 덮혀진 허브 부착부를 갖지만 일반적으로 도 5의 구현예를 도시하고 있는) 도 6의 네모 영역(603)에서 보이는 바와 같이, 핀-링 어셈블리의 평면에 대하여 측정된 핀(602)의 피치(pitch)는 변경될 수 있다.
예를 들면, 어셈블리 내에서 이들의 위치가 중앙 허브를 둘러싼 일차 링으로부터 가장 바깥쪽 링으로 전진함에 따라 더욱 편심적으로(eccentricity) 핀이 배치될 수 있다. 내부 링 안에 보다 평평한 피치에 및 외부 링에 보다 편심적으로(즉, 어셈블리 평면에 대하여 더욱 수직인 평면에) 핀(602)을 배치하는 것은 프로펠러 주위의 물 흐름을 평평하고 부드럽게 하여 우수한 유체 유동 특성(시스템 진동을 최소화함)을 달성하고, 프로펠러 구조물에 대한 저항성을 약하게 하고, 해양 생물들이 프로펠러 시스템의 중심을 피하도록 보다 큰 주위 원심 유체력(surrounding centrifugal fluid force)을 제공하는 경향이 있다.
반면에, 전체적으로 허브에 가장 가까운 핀들이 프로펠러의 평면에 대해 측정시 가장 큰 편심도를 갖도록 핀 어레이들을 구비하는 프로펠러들이 배열되고, 이후 핀들이 프로펠러 시스템의 바깥쪽으로 배열되어(예를 들면 일반적으로 보트 또는 잠수 프로펠러를 구비함에 따라) 점차 평평해짐에 따라 진동 감소, 동조 및 전체적인 시스템 성능 측면에서 가장 우수한 결과를 얻을 수 있다.
도 7에 도시된 구현예(701)(도 6의 네모 영역(603)을 나타냄)에서, 일련의 만곡(curved) 핀들(702, 704, 706, 708)이 증가된 크기의 간격들(703, 705, 707, 709) 사이에 배치된다(가장 작은 동심원 링이 시작되는 중앙 부착 허브는 도면의 상부를 넘어서, 예컨데 핀(702) 및 간격(703)에 위치된다는 것을 주지하여야 한다.).
도시된 구현예에서, 핀들(702, 704, 706, 708)은 허브로부터 더욱 멀리 설치되어 더욱 편심적으로 배치되어, 어셈블리 평면에 대하여 측정된 핀(708)의 배치 각도는 중심 부착 허브 가까이에 배치된 핀들(702, 704, 706)의 각도보다 더욱 클 것이다.
도 8에 도시된 구현예에서, 테더링된 침지식 수류 전력 발전 시스템이 제공되며, 여기서 전체 프로펠러 어레이(array)가 드레그 장착되어 정면 장착된 어레이로부터의 전력 간섭이 억제되고, 보다 향상된 시스템 안정성 및 전력 효율이 달성된다. 도시된 바와 같이, 이와 같은 특정 구성은 비록 보다 많거나 적은 수의 수준으로 복수의 프로펠러 어레이들의 배치가 또한 가능하지만 상부 드레그 장착 위치 및 하부 드레그 장착 위치 모두에 배치된 하나 이상의 프로펠러를 허용한다.
도 8에 도시된 구현예의 대안에 관한 배면도인 도 9에서, 하나의 특정(비록 비제한적인) 구현예는 총 10개의 프로펠러를 포함하며, 이중 6개의 프로펠러들은 하부 드레그 장착 위치에 배치되고, 4개의 프로펠러들은 상부 드레그 장착 위치에 배치되며, 상부 위치 어레이는 전력 발전 시스템의 각 측면 상에 2개의 프로펠러들이 추가로 분포된다.
이와 같은 특정 구현예는 우수한 전력 발전 특성을 허용하는 반면에, 진동을 최소화하여 부속 시스템 구조물을 안정화하고, 짝수로 매치된 프로펠러 쌍들이 반대 회전 방향으로 작동하게 한다는 것이 알려져 있다.
이와 같은 구성이 전력 발전 시스템의 특정 구현예에 대하여는 최적일 수 있지만, 주어진 작동 환경에서 효과적이라고 예상되면 실질적으로 제한없는 수의 다른 어레이들 및 배치 구성들이 대신 사용될 수 있다.
실질적인 사항으로, 전체 핀-링 프로펠러 구조물의 조성은 흔한 것일 수 있으며, 예를 들면 내구성있고, 코팅되거나 방청(rust-resistant)이고, 경량의 금속으로 모두 제조된다. 그러나, 핀과 링 사이에 상이한 물질의 조성이 가능하며, 금속성 복합물, 하드(hard) 탄소 복합물, 세라믹 등과 같은 기타 물질들도 본 발명의 범위를 벋어나지 않으면서 확실히 가능하다.
도 10에 도시된 바와 같이, 한 지역에 다수의 전력 발전 구조물들에 대한 요구가 있을 경우 효율을 위해 전력 시스템이 설치된 장치 근처에 설치된 조절 서브스테이션(substation)과 같은 중앙 위치로 다시 연결되어 있는 전력 및 조절 연결물들과 통합될 수 있다. 이와 같은 장치의 통합은 해양 기저상에서 또는 중간수 부유 구조물 상(또는 근처)에서 일어날 수 있다.
조절 서브스테이션은 SPAR과 같은 부유 표면 구조물 상에 설치될 수 있거나, 또는 이는 유지보수를 위한 표면으로 부유될 수 있거나 또는 심지어 해양 바닥에 고정될 수 있는 부표 시스템을 가능하면 이용하는 침지식 조절 서브스테이션일 수 있다.
심해에서, 해양 기저의 일상적인 연결 설비는 더욱 많은 전력 케이블과 추가의 조절 시스템을 요구하여, 시스템의 비용과 복잡성을 증가시키고, 해양 표면에서 보다 가까운 해류에 건설된 설비보다 유지보수를 어렵게 한다.
발전 장치와 연관된 부유 스키드와 유사한 요소들을 사용하여 건설된 중간 부유 구조물은 수표면을 관통하는 어떠한 영구적 구조물이 떠나지 않는 동안 일반적인 전력 수집 위치를 제공한다. 이와 같은 구성은 또한 해양 바닥으로 주행하는 긴 전력 및 조절 라인들을 거의 필요로 하지 않으며, 해당 영역내 배들에게 풍부한 드래프트(draft)를 남겨줄 것이다.
세번째 형태의 일반적인 수집 위치는 해양 바닥에 계류하고 발전 장치 근처의 해양 표면상에 부유하는 구조물을 포함한다. 이와 같은 접근은 여러 형태의 당이한 구조물들을 포함할 수 있지만, SPAR(도 10에 도시)는 자체의 감소된 바람과 파도 프로파일로 인하여 날씨 사건들 및 커리케인 중에 디자인과 안정성에 대해서 가장 우수한 특성중 일부를 가질 것이다.
전력 통합 스테이션은 보다 높은 전송 전압으로 변형되는 것을 허용하여 육지와 연결된 전력 전송 그리드로의 우수하고 오를 수 있는(scalable) 전력 전달 성능을 달성한다. 보다 높은 전송 전압을 허용하는 것은 우수한 전력 전송 결과를 가지면서도 육지로부터 멀리 위치된 설비들을 제공한다. 궁극적인 전력 전송은 통합 스테이션 또는 해양 바닥 진흙 매트상에 설치된 하나 이상의 전력 변형장치에서 수행될 수 있다.
다른 변수들에 의존적으로, 해안에서 떨어진 해류 발전이 해변에 가까운 발전 그리드보다 현저히 클 경우 전력 그리드를 안정화시키기 위해 사용되는 육지 기반의 동조 장치(대형의 동조 모터 또는 대형의 가변 스피드 전기 드리이버와 같은)에 대한 요구가 있을 수 있다.
바다에서부터 현저한 길이인 경우, 해변으로 되돌아가는 내내 합병 구조물로부터 운영되는 DC 고압 전력 전송 연결을 갖는 것이 가능하다. 개개의 발전 장치에 대해 요구되는 AC 전력은 유도 발전기에 전력을 공급하기 위해 DC 전압으로부터 3상 AC로 발전될 수 있다. 해변가에서(또는 해변 근처 또는 심지어 그 후에), DC는 일반적인 DC 전력 상호연결과 같은 전력 그리드 또는 스마트 그리드와 연결된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 보다 깊은 해양 위치에서 SPAR은 부유 스키드에 의한 지지가 필요없으며, 그러므로 복수의 개개의 전력 발전 장치를 연결 및 해제에 유용한 합병 설비로서 제공될 수 있다. 도시된 바와 같이 대략 200-500 피트 정도 침지된 SPAR은 강하고 안전한 계류 수단, 예를 들면 두꺼운 다중 로프를 사용하여 영구적으로 해양 바닥에 계류될 수 있다. 만일 다중 로프가 일차로 한 방향으로 감겨져 있고, 이후 이차 로프가 반대방향으로 감겨져 있으면, 대안으로 결합된 권선라인은 매우 튼튼할 것이고, 트위스트와 매듭 매기에 대해 저항성이 있을 것이다.
강철 케이블의 중량이 합병 설비에 대한 부유에 관하여 디자인 측면에서 영향을 준다는 점을 고려하면, 가닥진 강철 케이블 계류 라인을 중심부 내부에 포함된 전력 케이블과 병합하는 것 또한 가능하다. 다중 계류 케이블은 자체의 신축성으로 인해 이와 같은 응용에는 적당하지 않을 수 있다.
분리된 전력 케이블은 SPAR로부터 해양 바닥의 기저부 상에 설칙된 트랜스포머 또는 전송 상자쪽으로 진행하고, 이후 궁극적인 목적지를 향하여 해양 기저부 아래로 진행된다.
또 다른 접근으로는 전력 케이블을 다중 로프 또는 다른 계류 라인의 내부 공간을 통해 진행하여 SPAR로부터 연장된 오직 하나의 라인만이 존재하고, 상기 전력 케이블은 계류 라인에 의한 피해로부터 보호된다.
보다 강력하고 단일 스테이션 형태의 유도 전력 발전 시스템(예컨데 40 피트 및 대형 프로펠러를 사용한 구현예)에 관하여 살펴보면, 도 12는 복수의 정면 설치된 유도 발전장치가 연결 부재를 이용하여 부유 스키드에 의해 설치된 프레임상에 위치된 4개 장치의 플립 디자인 전력 발전 시스템의 측면도이다.
연관된 발전 장치를 따라서 적어도 4개의 40-피트 또는 대형 프로펠러(해류에따라 적용됨)가 회전가능한 샤프트 등과 기계적으로 연통되게 위치되고, 본질적으로 상부 및 하부 수평축 터빈으로 되도록 기계적으로 또는 기압 또는 유압식 조절 시스템과 연통되게 배치된 논리 조절 시스템을 사용하여 회전될 수 있고, 이후 밸러스트 시스템을 이용하여 구조물은 유지 및 보수를 위해 발전 포드로의 안전하고 효율적인 접근을 위해 표면으로 부양될 수 있다.
도 13은 6 또는 8개 프로펠러 디자인, 또는 심지어 그 이상의 프로펠러 디자인으로 어떤 방식으로 시스템 성능을 연장시키는지를 도시하고 있는 동일 구조물의 상면도이다.
도 14는 서비스 중이고, 안정성을 위해 Y형 계류 라인에 부착된 수직 평면상의 프로펠러들을 도시하고 있는 4개 장치 플립 디자인 전력 발전 및 프로펠러 시스템의 정면도이다. 일부 구현예에서, 보다 많은 프로펠러들이 상기 시스템에 부가됨으로써 스프레더 바(spreader bar) 또는 기타 유사한 장치들이 부가적인 안정성을 제공하기 위하여 사용된다.
도 15에는, 4개 장치 플립 디자인 전력 발전 및 프로펠러 시스템이 휴면상태로 도시되어 있으며, 전송, 설치 및 유지보수를 위해 유용한 구성으로 현재 플립되는 것을 나타낸다. 일 구현예에서, 발전장치 포드는 이들이 프레임과 연통되어 배치된 샤프트에 대하여 약 90도 또는 그 이상으로 회전할 수 있도록 시스템 프레임에 부착된다. 이와 같은 회전은 수동으로 달성되거나, 기압식 회전 수단 또는 유압식 회전 수단과 같은 연관 회전 수단을 사용하여 축에 대하여 포드를 회전시키는 논리 조절 시스템을 사용하여 달성될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 밸러스트는 부유 스키드 내부에서 조작되어 발전 포드 및 프로펠러들을 위쪽으로 향하게 하고, 구조물이 현장으로 전달되는 중에, 또는 프로펠러, 발전장치, 기어 등의 유지보수가 필요할 경우 제어된 끌어당김을 위해 요구될 수 있다. 결국 발전 포드들 및 프로펠러들은 대부분 또는 완전히 표면 수준 위로 올라올 때, 프로펠러들은 바람 저항성 등으로 인해 전체 구조물에 불안정성을 유발하지 않게 한다.
지하수 에너지 생산과 연관된 장치(예를 들면, 부속 전력 공급 소스, 광섬유제어 및 커뮤니케이션 시스템, 전력 스테이션을 서비스하기 위해 사용되는 부속 원거리 작동 차량 등)를 포함한 현재 일반적으로 실시되고 있는 본 발명의 다른 관점들이 여전히 시스템의 배치, 위치, 조절 및 작동에서 사용하기 위한 주변장치로 고려되고 있지만, 이와 같은 시스템 및 하위 시스템들이 당업자들에게 이미 알려져 있기 때문에 이와 같은 항목들을 더욱 상세하게 기술해야 할 필요는 없다.
비록 본 발명은 여러 구현예들에 대하여 앞에서와 같이 상세히 기술하고 도시하였지만, 당업자들은 본 발명의 사상 또는 범위를 벋어나지 않으면서도 기술된 내용의 작은 변형 및 다양한 기타 변형, 삭제 및 첨가가 가능할 수 있다는 것을 알고 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 하나 이상의 침지식 부유 챔버와, 상기 부유 챔버와 연통되게 배치된 하나 이상의 침지식 유도형 전력 발전 장치와, 상기 유도형 전력 발전 장치와 연통되게 배치된 하나 이상의 프로펠러를 포함하고.
    상기 각각의 프로펠러는 복수의 핀 부재와 링 부재로 이루어져 중앙부에 허브 또는 샤프트부를 동심원적으로 둘러싸는 일차 링 부재와, 상기 일차 링 부재를 동심원적으로 둘러싸는 이차 링 부재와, 상기 일차 링 부재와 상기 이차 링 부재 사이에 복수의 핀 부재들이 배치되며,
    상기 각각의 핀 부재들 사이의 간격은 가장 안쪽의 링 부재로부터 가장 바깥쪽의 링 부재로 갈수록 사이 간격이 증가하고,
    상기 각각의 핀 부재들은 상기 가장 안쪽의 링 부재로부터 상기 가장 바깥쪽의 링 부재로 갈수록 평면에 대하여 측정된 핀의 배치 각도가 더 커지도록 편심적으로 핀이 배치되는 수류 발전 시스템용 서브시스템들.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 프로펠러는 상부와 하부로 나누어 배치하고, 상부에 배치된 프로펠러들의 수가 하부에 배치된 프로펠러들의 수보다 적게 배치하고,
    상기 각각의 핀 부재들은 상기 가장 안쪽의 링 부재로부터 상기 가장 바깥쪽의 링 부재로 갈수록 평면에 대하여 측정된 핀의 배치 각도가 더 작아지도록 편심적으로 핀이 배치되는 수류 발전 시스템용 서브시스템들.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
KR1020120098042A 2012-04-24 2012-09-05 수류 발전 시스템용 서브시스템들 KR101883751B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/454,608 US8847421B2 (en) 2008-07-16 2012-04-24 Subsystems for a water current power generation system
US13/454,608 2012-04-24

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120098289A Division KR101548038B1 (ko) 2012-04-24 2012-09-05 수류발전 시스템용 전력 분배 및 전송 시스템
KR1020120098290A Division KR101548039B1 (ko) 2012-04-24 2012-09-05 침지식 수류 발전 장치의 설치 및 유지보수 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130119825A KR20130119825A (ko) 2013-11-01
KR101883751B1 true KR101883751B1 (ko) 2018-08-01

Family

ID=46051941

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120098042A KR101883751B1 (ko) 2012-04-24 2012-09-05 수류 발전 시스템용 서브시스템들
KR1020120098290A KR101548039B1 (ko) 2012-04-24 2012-09-05 침지식 수류 발전 장치의 설치 및 유지보수 방법
KR1020120098289A KR101548038B1 (ko) 2012-04-24 2012-09-05 수류발전 시스템용 전력 분배 및 전송 시스템

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120098290A KR101548039B1 (ko) 2012-04-24 2012-09-05 침지식 수류 발전 장치의 설치 및 유지보수 방법
KR1020120098289A KR101548038B1 (ko) 2012-04-24 2012-09-05 수류발전 시스템용 전력 분배 및 전송 시스템

Country Status (15)

Country Link
EP (3) EP2657122A3 (ko)
JP (3) JP2013227962A (ko)
KR (3) KR101883751B1 (ko)
AP (3) AP2012006399A0 (ko)
AU (1) AU2012205263A1 (ko)
BR (3) BR122013011266B1 (ko)
DK (2) DK2657124T3 (ko)
EA (3) EA201270665A1 (ko)
ES (2) ES2576002T3 (ko)
MX (2) MX342596B (ko)
PH (2) PH12013000112A1 (ko)
PT (2) PT2657512E (ko)
TW (3) TWI598268B (ko)
WO (1) WO2013162520A2 (ko)
ZA (2) ZA201306333B (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2524252A (en) * 2014-03-17 2015-09-23 Marine Current Turbines Ltd Water current turbine
WO2016025038A1 (en) * 2014-08-12 2016-02-18 Anadarko Petroleum Corporation Systems and methods for transportation and maintenance of a water current power generation system
JP6248017B2 (ja) * 2014-09-12 2017-12-13 三菱重工業株式会社 海流発電装置の起動方法及び起動制御装置
RU167333U1 (ru) * 2016-04-14 2017-01-10 Виталина Владимировна Журавлева Складная микрогэс
CN107792326A (zh) * 2016-08-31 2018-03-13 王斌 分体式潜水器
DE102018216785A1 (de) * 2018-09-28 2020-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Energieversorgungssystem für eine wassergebundene Einrichtung
JP7200733B2 (ja) * 2019-02-19 2023-01-10 株式会社Ihi 浮遊式水流発電装置
CN111810349B (zh) * 2020-06-10 2022-01-18 中国矿业大学 一种离岸的潮汐发电装置
CN114838042B (zh) * 2022-05-16 2023-11-28 海洋石油工程股份有限公司 一种用于浅水水下设施的防海生物的对接锁定机构
CN114954866A (zh) * 2022-05-31 2022-08-30 南通理工学院 一种用于近海水下监测的智能监测器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010025100A (ja) * 2008-07-16 2010-02-04 Anadarko Petroleum Corp 水流発電システム

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE424708B (sv) * 1977-06-27 1982-08-09 Socared Sa Elastlina
US4640212A (en) * 1978-06-21 1987-02-03 Socared S.A. Rope and a mooring device, particularly for clamping goods mooring ships and anchoring floating landing stages, buoys, navigation marks and the like
GB2053303B (en) * 1979-07-20 1983-12-14 Platts M J Elastic tie member
IT1139379B (it) * 1981-08-18 1986-09-24 Tecnomare Spa Sistema per il recupero dell'energia del moto ondoso e sua trasformazione in energia utile
DK155454C (da) * 1986-12-03 1989-08-07 Hans Marius Pedersen Flydende vandkraftvaerk til anbringelse i hav- og flodstroemme for energiindvirkning
GB9111013D0 (en) * 1991-05-22 1991-07-17 I T Power Limited Floating water current turbine system
GB9508476D0 (en) * 1995-04-26 1995-06-14 Brupat Ltd Mooring bed assessment apparatus and method
US6091161A (en) * 1998-11-03 2000-07-18 Dehlsen Associates, L.L.C. Method of controlling operating depth of an electricity-generating device having a tethered water current-driven turbine
IL133050A (en) * 1998-12-07 2003-12-10 Inventio Ag Device for identification of need to replace synthetic fiber ropes
US6531788B2 (en) * 2001-02-22 2003-03-11 John H. Robson Submersible electrical power generating plant
JP4309258B2 (ja) * 2001-07-11 2009-08-05 ハイドラ タイダル エナージイ テクノロジー エイエス 水域中の流れから動力を生成するための浮動性プラント
GB0221896D0 (en) * 2002-09-20 2002-10-30 Soil Machine Dynamics Ltd Apparatus for generating electrical power from tidal water movement
US6982498B2 (en) * 2003-03-28 2006-01-03 Tharp John E Hydro-electric farms
US8072089B2 (en) * 2003-05-29 2011-12-06 Krouse Wayne F Fluid energy apparatus and method
GB0427197D0 (en) * 2004-12-11 2005-01-12 Johnston Barry Tidal power generating apparatus
GB2434410B (en) * 2006-01-18 2009-09-16 Michael Torr Todman Underwater turbine mounting
ES2610129T3 (es) * 2006-02-02 2017-04-26 Minesto Ab Una planta sumergible
RU2405966C2 (ru) * 2006-03-29 2010-12-10 Сибэйсд Аб Система для выработки электрической энергии
JP2009532014A (ja) * 2006-03-29 2009-09-03 シーベイスト アクチボラグ 電気エネルギを発生させるためのシステム
JP2008063960A (ja) * 2006-09-05 2008-03-21 Masataka Murahara 洋上浮体式風水車流体抽出発電設備
US7902687B2 (en) * 2006-10-20 2011-03-08 Ocean Renewable Power Company, Llc Submersible turbine-generator unit for ocean and tidal currents
RS20070022A (en) * 2007-01-22 2008-08-07 Nenad Paunović Mobile underwater platform for exploitation of river and water steam flow energy
GB0705476D0 (en) * 2007-03-22 2007-05-02 Marine Current Turbines Ltd Deep water water current turbine installations
TW200900581A (en) * 2007-06-28 2009-01-01 Jen-Huan Chang Floating and diving platform for ocean current power generation system
MX2009014180A (es) * 2007-06-29 2010-04-07 Aquantis L L C Metodo de control y sistema de estabilidad y puntos multiples de anclaje por medio de cuerdas para una turbina de corriente subacuatica.
JP5320527B2 (ja) * 2008-02-21 2013-10-23 古河電気工業株式会社 高強度ケーブル
AU2009238205B2 (en) * 2008-04-14 2014-06-05 Atlantis Resources Corporation Pte Limited Central axis water turbine
CA2665967C (en) * 2008-05-14 2017-01-17 Schlumberger Canada Limited Torque-balanced electrical cable
US7936077B2 (en) * 2008-05-19 2011-05-03 Lehoczky Kalman N Internal fluid handling for hydro-generator submerged in water
NO328410B1 (no) * 2008-06-27 2010-02-15 Hydra Tidal Energy Technology System for forankring av et flytende anlegg for produksjon av energi fra strommer i en vannmasse
US20110109090A1 (en) * 2009-11-09 2011-05-12 Bolin William D Fin-Ring Propeller For A Water Current Power Generation System
FR2953552B1 (fr) * 2009-12-04 2011-12-09 Technip France Ensemble de raccordement d'une conduite tubulaire flexible a une installation sous-marine.
EP2518310B1 (en) * 2009-12-21 2015-06-03 Fundacion Tecnalia Research & Innovation Electrical interconnection system between at least one electricity generator and one electricity transfer system, in a marine environment
BR112012019135A2 (pt) * 2010-02-01 2016-06-28 3M Innovative Properties Co cabo compósito de polímero termoplástico encordoado, método para fabricação e uso do mesmo
US8558403B2 (en) * 2010-09-27 2013-10-15 Thomas Rooney Single moored offshore horizontal turbine train

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010025100A (ja) * 2008-07-16 2010-02-04 Anadarko Petroleum Corp 水流発電システム

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013162520A3 (en) 2014-04-10
BR122013011260B1 (pt) 2021-11-09
KR20130119826A (ko) 2013-11-01
AP3871A (en) 2016-10-31
BR102012023160B1 (pt) 2021-11-09
PT2657512E (pt) 2016-06-17
PH12013000111A1 (en) 2014-12-10
EP2657124B1 (en) 2016-04-20
ES2576002T3 (es) 2016-07-04
TWI548810B (zh) 2016-09-11
TWI482390B (zh) 2015-04-21
ZA201306333B (en) 2014-10-29
EA201270665A1 (ru) 2013-10-30
MX2012011042A (es) 2013-10-23
JP6055652B2 (ja) 2016-12-27
PH12013000111B1 (en) 2014-12-10
DK2657512T3 (en) 2016-06-13
DK2657124T3 (en) 2016-08-01
AP2012006399A0 (en) 2012-08-31
EP2657512A2 (en) 2013-10-30
JP2013227962A (ja) 2013-11-07
MX342596B (es) 2016-10-05
BR102012023160A2 (pt) 2014-05-06
KR20130119825A (ko) 2013-11-01
AP2012006496A0 (en) 2012-10-31
TW201345106A (zh) 2013-11-01
EA201270726A1 (ru) 2013-04-30
TW201344044A (zh) 2013-11-01
BR122013011266B1 (pt) 2021-10-26
EP2657124A3 (en) 2014-08-06
EA021599B1 (ru) 2015-07-30
PH12013000112B1 (en) 2014-11-17
KR20130119827A (ko) 2013-11-01
ZA201306332B (en) 2014-12-23
TWI598268B (zh) 2017-09-11
EP2657512A3 (en) 2014-08-06
JP2013227963A (ja) 2013-11-07
JP2013227964A (ja) 2013-11-07
ES2582490T3 (es) 2016-09-13
WO2013162520A2 (en) 2013-10-31
EP2657512B1 (en) 2016-03-16
PT2657124T (pt) 2016-07-25
EP2657122A3 (en) 2015-02-11
KR101548039B1 (ko) 2015-09-04
AU2012205263A1 (en) 2013-11-07
TW201343477A (zh) 2013-11-01
AP2012006495A0 (en) 2012-10-31
PH12013000112A1 (en) 2014-11-17
BR122013011266A2 (pt) 2015-07-14
EA018743B1 (ru) 2013-10-30
EA201270725A1 (ru) 2014-01-30
KR101548038B1 (ko) 2015-08-27
BR122013011260A2 (pt) 2015-08-04
EP2657122A2 (en) 2013-10-30
EP2657124A2 (en) 2013-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101883751B1 (ko) 수류 발전 시스템용 서브시스템들
KR101192140B1 (ko) 수류 전력 발전 시스템용 핀-링 프로펠러
US8847421B2 (en) Subsystems for a water current power generation system
US20170175699A1 (en) Systems and Methods for Transportation and Maintenance of a Water Current Power Generation System
AU2012213967B2 (en) Subsystems for a water current power generation system
AU2014277769B9 (en) Subsystems for a water current power generation system

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant