KR20060094018A - 파력 발전소 - Google Patents

Abstract

에너지를 생산하기 위하여 바다 또는 호수 위 또는 내에 배치되도록 설계되어, 부유 구조물과, 상기 부유 구조물에 대하여 수직으로 움직이고 에너지 전달 장치들(11)을 통하여 상기 부유 구조물에 연결되는 적어도 하나의 부유체(1)를 포함하는 된 파력 발전소가 개시된다. 상기 부유체(1)는 그의 파동 유도 운동의 부분들 동안 보존되도록 설계되어 상기 파동들로부터 에너지 회수를 증가시킨다. 방법이 또한 개시되는데, 이 방법에서, 부유체(1)를 통과하는 파동 물마루 또는 골에 대하여 걸리는 시간의 부분동안 상기 부유체(1)가 고정된 위치로 유지된다.

파력 발전소, 부유체, 파동

Description

파력 발전소{Wave power station}

본 발명은 첨부된 청구항 1의 선행구에 따르는 파력 발전소와, 청구항 13 또는 14에 따르는 방법에 관한 것이다.

파력 발전소는 반대 위상으로 진동하도록 설치된 두 몸체들을 기본으로 WO 01/96738로부터 알 수 있다. 상기 몸체들은 하나가 나머지 둘레에 링을 형성하는 식으로 배치된다. 양 몸체들은 부유 부품과 질량 (mass) 부품으로 이루어진다. 부유 부품은 수면과 거의 같은 높이로 떠있는 반면, 질량 부품은 부유 부품에 단단하게 고정되어 수면 아래의 소정 거리에 위치한다. 질량 부품의 포트들을 여닫음으로써 이 부품의 관성이 변화될 수 있다. 그렇게 함으로써, 상기 몸체들의 자연 주파수는 파동 주파수와 매치될 수 있다. 아울러, 상기 두 몸체들은 서로 다른 자연 주파수들을 제공받아 그들이 스텝을 벗어나서 진동하도록 할 수 있다. 상기 두 부품들 사이의 수압 연결은 에너지의 적출을 제공한다.

질량 부품에서 포트들의 여닫음은 다소 내내 가라앉아 있는 관련 이동부들이 있다는 것을 의미한다. 이들 부품들에 대한 변형이 상당하고, 이들은 유지를 위하 여 접근할 수 없다. 질량 부품과 부유 부품 사이의 연결 또한 상당한 변형 하에 있다. 또 다른 중요한 단점은 두 몸체들의 상당한 이동이다. 그러므로 동작 동안 발전소를 유지하는 작업은 실질적으로 불가능하게 된다.

파력 발전소는 미국특허 5359229로부터 알려지는데, 여기서 부력체들은 물로 부분적으로 채워져서 파동에 의하여 약동한다.

또한, 파력 발전소는 미국특허 4931662로부터 알려지는데, 여기서 부력체의 자연 주파수는 밸러스트 시스템에 의하여 파동 주기에 대하여 조절될 수 있다.

영국특허 2043790, 미국특허 4742241 및 4453894도 파력 발전소들을 개시한다.

본 발명은 파력 발전소로부터 에너지의 출력을 증가시키기 위한 것을 주된 목적으로 한다. 이는 부력체의 파동 유도 운동의 부분 동안 상기 부력체가 소정 위치에 가두어지도록 배열함으로써 달성되고, 그리하여 파동들로부터 에너지 회수를 증가시킨다.

또한, 본 발명은 더 큰 출력의 에너지를 얻는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 제 1 측면에서, 이는 파동 물마루가 부유체를 통과할 때 주기의 부분 동안 상기 구조물에 대하여 고정된 위치에서 상기 부유체를 유지하고, 상기 몸체의 중량보다 더 큰 위쪽 방향의 힘이 상기 파동들로부터 몸체에 발휘되는 동안 상기 몸체를 풀어줌으로써 달성된다. 두 번째 측면에서, 이 목적은 골(trough)이 부유체를 통과하는 주기의 일부동안 상기 구조물에 대하여 고정된 위치에 상기 부유체를 잡고서 상기 몸체의 중량이 상기 몸체에 작용하는 파동으로부터 위쪽 방향의 힘보다 더 큰 동안에 상기 몸체를 풀어줌으로써 달성된다.

또한, 본 발명은 더 간단한 설계, 최소로 가라앉은 이동 부분들을 갖는 발전소를 제공하는 것을 2차 목적으로 한다. 또한, 동작 동안 발전소 둘레를 움직이는 것을 가능하게 하는 것이 본 발명의 목적이다. 또 다른 목적은 이러한 유형의 발전소의 효율을 개선하는 것이다.

더 높은 효율을 가진 발전소는 부유체를 하부 고정 위치와 상부 고정 위치에 고정되도록 배치함으로써 달성되고, 상기 하부 고정 위치는 파동 물마루가 상기 부유체의 중량보다 더 크고 상기 부유체에 대하여 위쪽 방향의 힘을 발휘하도록 하고, 상기 상부 고정 위치는 상기 부유체의 중량이 골에 의하여 유효화되는 동력보다 더 큰 아래 방향의 힘을 갖고서 작용하도록 한다.

개선된 발전소는 부유체들이 수면과 거의 같은 높이로 떠있고 부분적으로 물로 채워지도록 설계하고, 이들 부유체들이 에너지 전달 장치를 통하여 부유 구조에 연결되도록 함으로써 달성된다.

부유체들은 그들 내에서 물의 용적을 증가시키거나 감소시키는 수단을 포함하고, 그리하여 상기 부유체들의 자연 주파수가 파동 주기와 매칭되도록 한다.

상기 수단은 상기 부유체의 하단에 개구를 포함하고, 그리하여 상기 부유체를 주변수로 쉽게 채울 수 있게 한다.

또한, 상기 수단은 상기 부유체의 상단에 닫힐 수 있는 개구를 포함하고, 그리하여 상기 부유체를 채우기 위하여 공기 변위를 위하여 열리는 쉬운 접근을 제공한다.

선택적으로, 상기 수단은 상기 부유체의 조절가능한 연장부를 또한 포함하고, 상기 연장부는 물을 담도록 설계되고, 그리하여 상기 연장부를 내외로 움직여서 상기 부유체를 물로 채우는 것을 가능하게 한다.

상기 부유 구조는 트러스(truss) 장치를 포함하고, 상기 트러스 장치는 각각의 부유체들을 수용하도록 정의된 챔버들로서, 그리하여 파동 운동에 의하여 상대적으로 영향을 받지 않는 간단한 부유 구조를 제공한다.

상기 트러스 장치는 가벼운 재료, 바람직하게는 PVC와 같은 플라스틱으로 만들어진 파이핑을 포함하고, 그리하여 높은 고유 부유력을 갖는 값싸고 가벼운 구조물을 제공한다.

상기 부유체는 라운드진 단부들을 갖는 실린더의 형태를 가지고, 그리하여 좋은 품질의 제조하기 쉬운 부유체를 제공한다.

상기 부유체의 잠김 깊이가 파동 주기의 증가에 따라 증가하고, 상기 잠김 깊이가 더 짧은 파동 주기들의 경우 감소하고 그리하여 파동 주기에 가까운 부유체(자연 주파수)의 최대 휨을 유지하는 방법에 의하여 개선된 효율이 얻어진다. 이는 가변 파동 주파수들의 경우들에서 에너지 생성의 최적화 가능성을 제공한다.

부유체를 원하는 잠김 깊이까지 내리거나 올리고, 부유체 내의 수위가 부유체 외 측의 수위와 거의 같아질 때까지 물이 부유체로 흘러들어가거나 흘러넘치도록 하는 것에 의하여 잠김 깊이를 증가시키거나 감소시키는 것은 잠김 깊이를 제어하는 간단한 수단을 제공한다.

이하 본 발명은 첨부한 도면들을 참고로 한 바람직한 실시예들을 통하여 더 상세히 설명될 것이다.

도 1a와 1b는 각각 상부와 하부 위치들에서 관련된 부유를 갖는 부유체를 보여준다.

도 2a는 도 1의 부유체의 단면도이다.

도 2b는 또 다른 실시예의 부유체의 단면도이다.

도 3은 선택적 부유 및 선택적 부유체를 보여준다.

도 4는 본 발명의 방법에 따르는 부유체의 운동 순서를 설명하는 도면이다.

도 5는 부유 구조로서 기능 하는 트러스 구조를 보여준다.

도 6은 본 발명에 따르는 발전소의 선택적 실시예를 보여준다.

도 7a 내지 7f는 파동 주기에 따라서 부유체가 다른 잠김 깊이들에서 어떻게 거동하는 지를 보여주는 도면들이다.

도 8은 파력 발전소의 또 다른 실시예를 보여준다.

도 9는 부유 발전소의 또 다른 실시예를 보여준다.

도 10은 부유 발전소의 또 다른 실시예를 보여준다.

도 1a와 1b는 관련 부유를 갖는 부유체(1)를 보여준다. 바람직한 실시예에서, 부유체(1)는 원형의 실린더형 중간부(2)와 두 개의 반구형 단부들(3, 4)을 가진다. 이 형상은 소위 킨더(Kinder) 계란과 유사하다. 상기 부유체는 적절한 금속 또는 PVC와 같은 플라스틱 물질로 만들어질 수 있는 외피 구조이다.

도 2a는 부유체(1)의 단면을 보여준다. 상기 부유체는 그의 내부를 두 개의 캐비티들, 즉, 상부 캐비티(6)와 하부 캐비티(7)로 분할하는 내부 칸막이를 가진다. 파이프(8)는 하부 캐비티로부터 칸막이를 통하여 그리고 상기 부유체(1)의 상부 반구부(3)를 통하여 외 측까지 연장된다. 상단에서, 파이프(8)는 닫는 장치(미도시)와 끼워 맞추어진다.

하부 반구부(4)에서, 바람직하게는, 최저점에서, 상기 부유체는 개구(미도시)를 갖고서 제공된다. 하부 캐비티(7) 내의 공기가 파이프(8)를 통하여 빠져나가는 것이 허용될 때, 물은 이 개구를 통하여 하부 캐비티(7)로 유입될 수 있다. 도 2a에서 수위는 참조번호 10으로 나타내어진다.

물을 다소나마 캐비티(7) 내로 유입시킴으로써, 중량, 그것에 의하여 부유체가 흡입하는 물의 중량이 조절될 수도 있다. 이는 부유체가 진동하는 자연 주파수에 영향을 미칠 것이고, 이는 다음의 설명으로부터 이해될 것이다.

부유체(1)는 유압 또는 압축 실린더(12) 내의 피스톤 로드(11a)에 연결되는 로드(11)로부터 부유 된다. 실린더(12)의 상단은 프레임(13)에 부착된다. 분명하게도, 실린더가 부유체에 고정되고 로드가 프레임에 고정되도록 피스톤 로드와 실린더는 상호 교환될 수도 있다. 선택적으로, 유입 실린더는 가이드 레일 다음에 배치 될 수도 있다. 또한, 두 개의 실린더들이 있을 수 있는데, 하나는 상측 운동을 담당하고 나머지 하나는 하측 운동을 담당한다. 프레임(13)은 수평 빔들로 이루어진 프레임(14)과 상기 수평빔들로부터 하방으로 돌출한 수직 빔들(16, 17, 18, 19)로 이루어진 프레임들을 포함한다. 수직 빔들(16, 17, 18, 19)은 빔들로 구성되는 하부 프레임(20)에 대응하여 놓여진다. 상기 빔들은 금속 또는 PVC와 같은 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 또한, 중간 프레임(15)이 있는데, 이는 하부 프레임(20)과 원리적으로 유사하다. 프레임들(15, 20)의 중앙에, 로드(11)가 연장되는 가이드들(15a, 20a)이 각각 위치한다.

도 2b는 또 다른 실시예의 부유체(1)의 단면을 보여준다. 여기서, 부유체는 작은 개구를 가진 반구형 베이스 대신 완전히 열린 베이스를 가진다. 이 부유체는 또한, 그의 내부를 두 개의 캐비티들, 즉 상부 캐비티(6)와 하부 캐비티(7)로 나누는 내부 칸막이(5)를 가진다. 파이프는 하부 캐비티로부터 칸막이(5)를 통하여 연장되고 상기 부유체(1)의 상부 반구부(3)를 통하여 외 측으로 연장된다. 상단부에, 파이프(8)가 닫는 장치(미도시)를 갖고서 제공된다.

완전히 열리는 베이스는 부유체가 물로 채워져서 더욱 빨리 물이 비워지도록 한다. 이는 파동 주기들을 변화시키는 결과로서 빠른 조절들을 요구하는 상황에서 매우 중요하다.

도 3은 부유체를 위한 선택적인 부유를 보여준다. 여기에서, 선책적 형상(타원체)을 가진 부유체(60)는 도 1과 도 2의 실시예에서처럼 중앙 실린더(12)로부터 부유 되는 것 외에도 세 개의 대각선 실린더들(61)로부터 부유 된다. 세 개의 실린 더들(61)은 일단에서 유니버설 조인트를 통하여 하부 프레임(20)에 부착되고, 타 단에서 대응하는 형태로 부유체에 부착된다. 부유체(60)의 하부 위치에서, 실린더들(61)은 수직에 대하여 약 45도의 각도를 이루고, 부유체의 상부 위치에서, 실린더들(61)은 다소 수평이다. 이는 실린더들이 부유체(60)로부터 수평력들을 흡수한다는 것을 의미한다. 수직력들은 수직 실린더(12)로 전달된다. 그러므로 상기 부유 구조에서 수직 가이드들을 제거하는 것이 가능하다. 대각선 실린더들(61)에 의하여 흡수된 힘들은 또한 전력 생산을 위하여 활용될 수 있다. 실린더들(61)은 수직 실린더(12) 수평 거리로 실장 되어 부유체의 피칭(pitching)과 롤링에 의하여 야기되는 힘들을 실린더들(61)이 흡수하도록 할 수 있다.

본 발명의 사용은 파동보다 더 많이 움직여야만 하는 부유체(1)에 의하여 최적화되는 파동 운동으로부터 에너지의 회수를 허용한다. 일어나는 방법은 도 4를 참조하여 설명될 것이다.

도 4는 부유체를 위한 9개의 위치들을 보여준다. 이 위치들은 부유체가 정지된 상태에서 제1 파동이 부유체에 접근할 때로부터, 그리고 이후 후속 파동들이 부유체를 움직일 때까지의 상태를 보여준다. 위치 1에서, 파동은 부유체(1)에 접근하고, 그리고 상기 파동은 골 위치에서 완전히 정지된 상태로 있다. 설명된 경우에서, 파동은 왼쪽으로부터 접근한다. 위치 2에서, 파동은 부유체 둘레로 상승하기 시작하였다. 부유체는 상기 부유체를 플랫폼과 연결하는 로드(11)를 고정 위치로 유지함으로써 위치가 유지된다. 파동의 물마루가 부유체에 도달하면, 이는 위치 3으로 도시된 것처럼 로드(11)의 잠금이 풀어지는 것에 의하여 풀어진다. 이후 부 유체는 큰 힘을 갖고서 고속으로 튀어오를 것이다. 상기 부유체가 가장 정점에 도달하면, 로드(11)는 다시 고정된 위치에서 유지되어 위치 4로 도시된 것처럼 파동이 통과할 때 부유체(1)가 부유 되도록 한다. 골이 대략 부유체 바로 아래에 있을 때, 이 부유체는 놓아져서 위치 5로 도시된 것처럼 골로 떨어진다. 부유체는 이후 위치 1에서 보다 더 깊이 떨어질 것이다. 이 결과, 다음 파동 물마루가 위치 6에 도시된 것처럼 접근할 때, 물은 부유체와 관련하여 더 많이 상승할 것이다. 부유체(1)가 놓이는 시점은 위치 7로 도시된 것처럼 위치 4에서보다 더 높이 뛰어오를 것이다. 결과적으로, 위치에 고정되기 이전에, 부유체가 다시 골로 놓일 때, 부유체는 더 깊이 떨어질 것이다. 진폭의 증가는 최대 진폭이 도달될 때까지 계속될 것이다. 최대 진폭의 크기는 얻을 수 있는 공진 주파수에 다른 것들 중에서 얼마나 가까운지에 달려있다. 그러므로 부유체의 자연 주파수가 파동들의 자연 주파수에 접근하는 것을 확실하게 하기에 충분한 정도까지 부유체가 물로 채워지는 것이 본 발명의 일측면이다.

바람직하게는, 로드(11)는 유압 잠금, 예를 들어, 밸브의 여닫음에 의하여 위치 고정된다. 로드(11)가 특정 장소에서 유지될 때, 밸브는 닫히고, 이후 부유체를 놓아주기 위하여 열린다.

위치 2 또는 8로부터 부유체를 놓아주는 시점은 파동에 의하여 부유체에게 발휘되는 수직력으로 결정될 수 있다. 이상적인 시점은 파동으로부터의 수직력이 최대일 때일 것이다. 이 힘은 유압 시스템의 센서들로 측정될 수도 있다. 그러나 부유체가 이후 수면을 깨뜨리기 위한 소정 힘을 필요로 할 때, 부유체의 상단을 지 나지 말아야 한다.

열린 후, 유압응용기계들을 잠그는 밸브는 파동이 부유체의 직경을 통과하는데 걸린 대략적인 시간 동안 열려져서 유지될 수 있다. 이상적으로, 부유체는 이후 최대 상승 위치에 있을 것이다. 선택적으로, 로드(11)의 위치를 측정하고 로드가 다시 아래쪽으로 움직이기 시작할 바로 그때 밸브를 닫는 센서들이 제공될 수도 있다.

이상적으로 부유체는 골 내에 착지하도록 놓아져야 한다. 그러므로 골이 부유체 바로 아래에 있을 때 부유체에서 파동 높이를 측정하고 이 부유체를 놓아주기 위하여 센서들이 제공될 수도 있다.

이 방법에서, 로드(11)의 스트로크 길이는 파동 높이보다 더 클 것이고, 주기는 동일할 것이다. 이는 파력 발전소를 위한 효율의 두드러진 증가로 귀결된다.

부유체가 위에서 설명된 것처럼 유지되지 않지만 파동 운동을 따르게 되면, 각 부유체로부터 추출된 에너지는 아래의 식 (1)로 주어지고:

여기서,

E는 킬로와트 단위의 출력이고,

D는 미터 단위로 측정된 부유체의 직경이고,

Hs는 미터 단위로 측정된 상당한 파동 높이이고,

Tp는 초 단위로 측정된 파동 주기이다.

상기 식은 도 1에서 도시된 것처럼 라운드진 단부들을 가진 가늘고 긴 형상의 부유체를 근거로 한다.

부유체가 도 4와 관련하여 위에서 설명된 것처럼 보유되고 놓아지면, 식 (2)가 적용될 것이다:

여기서,

E는 킬로와트 단위의 출력이고,

Hs는 미터 단위로 측정된 상당한 파동 높이이고,

Tp는 초 단위로 측정된 파동 주기이고,

Dp는 톤 단위로 측정된 부유체의 변위이고,

P는 톤 단위로 측정된 부유체의 배출시 보유력이고,

K₁은 약 0인 상수이고,

K₂는 부유체의 운동이 파동의 운동을 따를 때 1이 되는 RAO (Response Amplitude Operator)와 대략 같은 변수이고,

K₃는 이상적으로는 약 2.5이지만, 1과 3 사이일 수도 있는 상수이다.

식 (2)에서 항 K₃P는 상기 부유체를 놓아주기 전에, 파동이 상기 부유체를 최대 상방향 힘으로 제공받을 때까지 상기 부유체를 뒤로 유지하는 것으로부터의 기여이다. 이 항은 부유체의 추가적인 변위를 나타내는 것으로 언급될 수 있다. 부유체의 순중량에 의하여 야기되는 부유체의 변위와 상기 부유체가 보유되는 것으로부터 생기는 추가적인 변위의 합은 V·ρ를 초과하지 말아야 한다는 사실이 발견되었다. 상기 식에서, V는 부유체의 총체적이고, ρ는 물의 비중이다. 이 값이 초과하면, 에너지 출력은 감소할 수도 있다. 또 다른 조건은 물이 부유체의 상단부 위로 상승하지 말아야 한다는 것이다.

<실시예>

파동은 4 m의 상당한 파고와 8초의 주기를 가진다. 3.5 미터의 직경을 갖는 부유체가 사용된다. 식 (1)로 들어가면, 이들 데이터는 파동 운동을 따르는 부유체를 갖고서 135 kW의 출력을 제공한다.

변위가 1000 kg (이는 부유체를 물로 채워서 수행된다)으로 설정되고 파동으로부터 상방향 힘이 24,900 kg이고 K3가 2.5, K2(즉, RAO)가 1로 가정할 때까지 부유체가 뒤로 유지되면, 출력은 317 kW이다. 이는 보수적인 평가에서 그리고 RAO가 1에서조차 출력의 상당한 증가를 나타낸다. 그러나 다음으로부터 명백해지듯이, 이 방법을 이용할 때, 더 높은 RAO 값이 기대될 수 있다.

상기 식들은 마찰 저항과 유사한 손실 인자들을 고려하지 않았다.

도 5는 부유 구조의 실시예의 예를 보여준다. 이는 바람직하게는 PVC 파이프, 복합체 또는 다른 가볍고, 값싸고 강한 물질로 만들어진 트러스 장치(21)를 갖는 중앙의 길이 방향의 튼튼한 프레임(26)과, 방향키(27)로 이루어지고, 상기 트러 스 장치(21)는 프레임(26)의 사이드 중 하나까지 외 측으로 연장되고, 부유체들을 위한 챔버들(22)을 정의한다. 파이프들로부터 부유 구조물을 조립하는 것은 상기 파이프들 내에서 단지 공기를 통하여 충분한 부유를 보여주도록 할 것이다. 그러므로 더 이상의 부유 요소들은 필요치 않을 것으로 보인다.

구조적인 집적을 희생치 않고서 치수들을 감소시킬 수 있도록 하기 위하여, 부유 구조는 캐이블들(41)이 구조물 상의 접합까지 연장되는 마스트(mast) (40)를 장착하고 있다. 이를 갖고서, 상기 구조는 케이블을 버팀줄로 버티는 교각과 동일한 방법으로 안정화되고, 전체 구조는 그 구조의 내항능력에 대한 어떠한 결과들 없이도 더 가볍고 더 가늘게 만들어질 수 있다. 도 4에 도시된 대각선 파이프들(25) 대신에, 와이어 로프들이 사용될 수 있다. 신호등은 마스트의 상단에 놓일 수 있다.

도 5로부터 상기 부유 구조는 방향키(27)에 반대인 더 좁은 단부를 가진 보트의 일반적 형상을 가진다는 것이 분명해질 것이다. 이 단부는 동작 동안 파동의 방향을 대면하기 위한 것이다. 결과적으로, 구조물을 때리는 파동은 먼저 구조물의 앞쪽에서 소수의 부유체들을 때릴 것이다. 그 후, 파동은 뒤쪽으로 전파되어 수가 증가하는 부유체들을 때릴 것이다. 이는 제1 부유체들이 파동을 약화시키는 것을 제거하고 그리하여 가장 뒤쪽의 부유체들이 더 작은 정도로 에너지를 받게 되는 것을 돕는다.

부유체들은 반드시 모든 챔버들(22) 내에 배치되지는 않는다. 몇몇 챔버들을 빈 상태로 두고 파동이 다음 부유체를 때리기 전에 최소 댐핑을 갖고서 파동이 상 기 구조물을 전파하도록 하는 원함이 있을 수 있다.

바람직하게는, 부유체를 잡고 있는 이들 챔버들은 그의 바닥에 크로스 부재들(28)을 장착하여 상기 부유체들이 수리 동안이나 사고에 의하여 거기를 통하여 떨어지는 것을 방지한다.

상기 부유 구조물은 앞쪽(만곡부)이 우세한 파동 방향을 대면하는 식으로 닻들에 의하여 적절하게 단단히 고정될 것이다. 윈치들(winches)은 갑판에 제공될 수 있는데, 이들은 상기 구조물을 파동 방향에 대항하여 돌리기 위하여 느슨하게 되거나 앵커 라인으로 옮겨진다. 센서들은 이 목적을 위하여 방향키(27)에 제공될 수 있다. 이들 센서들은 파동 방향을 기록하여 신호들을 윈치들로 전송한다. 윈치들 상기 구조물을 파동 방향에 대항하여 돌리기 위하여 느슨하게 되거나 앵커 라인으로 옮겨진다.

파동 방향과 관련하여 고정되는 이러한 유형의 구조물은, 예를 들어, 항구 시설에서 유입 파동을 깨뜨리기 위한 방파제로서 완전하게 잘 작동할 것이다. 이 경우, 이 구조물은 바람직하게는 사각형이고 항구 시설과 관련하여 고정된다.

추가적인 이용을 위하여, 유압 실린더(12)에서 생산된 유체 에너지의 전송은 이 기술에서 통상의 지식을 가진 자에게 분명해질 것이다. 이는, 예를 들어, 유압 라인들을 통하여 유압 모터까지 전달되고 발전기를 동작시키는 유압에 의하여 발생할 것이다. 이후, 전기 에너지는 본질적으로는 종래의 방법으로 해안으로 전송될 수 있다.

상기 구조물은 파동 유도 운동들을 약화시키기 위한 댐핑 장치들을 장착하여 수직 방향으로 가능한 작게 움직이는 것을 확실하게 할 수 있다. 파동 댐퍼들은 예를 들어 노르웨이 특허 번호 300883 또는 300884에서 설명된 타입일 수 있다. 가장 큰 정지 가능성에서 이 구조물을 갖고서, 인원이 유지 또는 조절을 수행하기 위하여 구조물의 갑판으로 가는 것도 가능하게 된다.

부유체들은 파이프(8)(도 2를 참조)의 상단에서 닫는 장치를 개방함로써 물로 채워질 수 있다. 이는 물 위에 위치하고, 그와 같이 쉽게 접근할 수 있다. 이 동작 동안에, 피스톤 로드는 유압적으로 잠겨져서 부유체가 움직이는 것을 방지할 수있다. 닫는 장치가 열리면, 물은 부유체의 베이스에 있는 개구(9)를 통하여 유입될 것이다. 부유체를 소정 깊이에 잠기게 함으로써, 부유체 내의 수위가 바깥쪽과 같아질 때까지 물이 부유체를 채우도록 할 수 있다. 그 후, 닫는 장치는 닫혀지고 유압 잠금은 풀릴 수 있다. 물을 채우는 동안 침잠 깊이는 우세한 파동 주파수에 의하여 결정된다. 이것이 예를 들어 계절 변화로 변화하면, 과정은 반복될 수도 있다. 부유체는 튀어 오르거나 원하는 침잠 깊이까지 유압적으로 떨어지고 닫는 장치는 더 많은 물을 채우거나 물을 배출하기 위하여 열린다. 부유체를 유압적으로 상하로 움직이기 위한 대안으로서, 상기 부유 구조에 영구 고정된 크레인이 사용될 수 있다. 다른 부유체들은 이 동작이 일어나는 동안 통상의 방법으로 전력을 생산할 수 있다. 칸막이(5)의 목적은 부유체가 물로 과도하게 채워지는 것을 방지하기 위한 것이다. 칸막이(5)는 부유체에서 물의 상부 수위를 나타낸다. 이를 통하여, 부유체가 부유하지 않게 되는 결함의 경우 부유체가 가라앉는 것이 가능하게 된다.

대안적 발전소가 도 6을 참조하여 설명될 것이다. 여기에서, 중앙의, 바람직 하게는, 원형의 부유 구조(30)가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 이는 발전소를 가능한 정지 상태로 유지하는 노르웨이 특허 번호 300883과 300884에서 설명된 것들과 같은 파동 댐퍼들을 가진다. 부유 구조물 둘레에는 가이드들(32) 내에서 수직으로 움직일 수 있는 부유체들(31)이 있다.

여기에서, 부유체들은 원형 실린더들이다. 이들 부유체들은 상부 파이프(33)와 하부 파이프(34)를 포함한다. 하부 파이프(34)는 유압 또는 공기 액츄에이터(35)에 의하여 상부 파이프(33)에 대하여 이동가능하다. 하부 파이프(34)는 바닥이 열리어 물로 채워지도록 한다. 상부 파이프는 물이 파이프로 더 높이 침투하는 것을 방지하는 칸막이(36)를 가진다. 하부 파이프(34)를 상하로 움직임으로써, 상부 파이프(33)의 단부로부터 더 크거나 더 작은 정도로 상부 파이프(33)의 단부로부터 돌출할 수 있다. 이는 부유체의 물로 채워진 부분이 더 길게 또는 더 짧게 만들어질 수 있다는 것을 의미한다. 이 부분이 더 길수록, 파동의 영향하에서 상하로 움직일 때 부유체는 더 많은 양을 물을 데리고 올 것이다.

도 8은 또 다른 실시예로서, 부유체들(50)이 채널을 통하여 연장된 로드들(51) 위에 배치된 것을 보여준다. 이는 부유체들을 잡고 있기 위한 챔버들을 정의하는 종합적 트러스 구조에 대한 필요를 제거한다. 그러므로 부유 구조물은 상당히 더 간단하게 만들어질 수 있고, 도시된 것처럼, 베이스(52)와, 상기 베이스(52)로부터 연장된 많은 서포트들(53)로 구성되어, 데크(deck)(54)를 나를 수 있다. 바람직하게는, 상기 데크(54)는 트러스 장치로 구성된다. 바람직하게는, 가이드 레일들은 베이스(52)에 부착되지만, 데크(54)에도 부착될 수도 있다. 베이스(52)와 서포 트들(53)은 트러스 구조로 될 수 있다.

베이스(52)는 유입 파동 단부로부터 나가는 단부까지 상승하기 위한 형태로 될 수 있고, 볼록하게 될 수도 있다.

만약 그렇지 않으면, 본 실시예는 도 1-5의 실시예들과 동일한 방법으로 구성될 수 있다. 유압 실린더들은 가이드 레일들(51)의 사이드들에 부착될 수 있다.

스포일러들로 형성된 베이스는 도 5와 도 8의 부유 구조 양쪽에 제공될 수 있다. 선택적으로, 이들은, 더 많은 운동 에너지를 부유체들에게 나누어주는 표면파들로 에너지를 전달하기 위하여 통과하는 파동들의 높이가 구성될 수 있도록 운동에 적합하게 될 수도 있다.

도 9는 부유 구조의 실시예를 보여준다. 이 부유 구조는 부유체들(1)을 위한 챔버들(61)을 정의하는 트러스 장치 내에 수평 빔들로 구성되는 플랫폼 데크(60)로 이루어진다. 플랫폼 데크의 각 코너에, 플랫폼 다리(62)가 위치한다. 파동 댐핑 수단(63)이 각 다리(62) 둘레에 제공된다. 바람직하게는, 부유 구조물은 빔들과 속이 빈 파이프들로부터 생기는 고유의 부유를 가진 가벼운 구조물이다. 플랫폼이 플랫폼 다리(62) 내부에 단지 공기에 의하여 충분한 부유를 보이는 것이 가능하다. 그러므로, 더 이상의 부유 요소들은 필요치 않을 것 같다. 그러나 필요하면 부유 요소들이 제공될 수도 있다.

파동 댐핑 수단(63)은 다리(62)의 베이스에서 개구(66)를 통하여 물을 가두도록 구성된다. 물은 주 수평 방향에 대하여 다른 방향으로 돌려져서 파동 댐퍼의 사이드에 있는 좁은 개구들(67)을 통하여 흐른다. 댐퍼(63)의 상부에 플랫폼이 그 의 위에 있을 때 물에 대항하여 작용하는 곡률부(65)가 위치하여 물의 방향이 바뀌도록 한다. 이 방법에서, 플랫폼 운동들은 약화된다. 댐퍼의 아래쪽에는 플랫폼의 하방 운동에 브레이크를 거는 유사한 곡률부가 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 부유 구조물을 보여준다. 이 구조물은 도 9의 실시예와 유사한 특징들을 가진다. 가장 중요한 차이들은 도 10의 실시예에서, 평저보트(pontoon)(64)들이 플랫폼 다리들(62)의 하단부들 사이에 연장되고, 가이드 로드들(65)은 부유체들(1)과 평저보트(64)의 관통 홀들로부터 연장된다는 것이다. 가이드 로드들(65) 때문에, 플랫폼 데크(60) 위의 프레임(13)은 한 장소에서 로드(11)를 제어할 필요가 있을 때 더 낮게 만들어질 수 있다.

도 10은 파동 댐핑 수단을 보여주지 않는다; 그러나, 상기 댐핑 수단은 본 실시예에서 분명히 이용될 수도 있다.

모든 실시예들에서, 한 번 흡입량을 변화시키기 위하여 부유 구조를 단단히 받치는 것이 가능해야만 하고, 그것에 의하여 그 구조물을 통하거나 그 구조물의 주변에서 최적의 파동운동을 달성한다.

부유체에서 수량의 효과 또는 부유체의 침잠 깊이가 도 7의 도표들을 참조하여 설명될 것이다. 이들 도표들은 수평축을 따르는 초 단위의 파동 주기를 보여주고, 수직 축은 파고의 반응 진폭 연산자(RAO)에 비례하여 부유체의 수직 휨을 제공한다. RAO가 1이라는 것은 부유체가 파동들과 위상으로 움직인다는 것을 의미한다. 모든 도표들로부터 부유체가 수직으로 움직이기 시작하기 전에 소정의 파동 주기를 필요로 한다는 것은 분명하다. 이는 짧은 파동 주기가 짧은 파동들을 제공하기 때 문이다. 그러므로 부유체는 파동 물마루 위와 골 양쪽에 동시에 있을 것이다. 그러므로 파동들은 서로 상쇄된다. 파동 주기가 증가하면, 파동은 더 길어지고 부유체는 동일한 방향으로 당기는 힘들을 증가하는 정도까지 받을 것이다.

도 7a에서, 3.5 미터의 직경을 갖는 도 1에 도시된 유형의 부유체가 물로 채워지고 0.5 m의 깊이로 잠겨져서 도 4와 관련하여 설명된 방법의 이행하에서 테스트 된다. 이 경우, 부유체는 4초의 파동 주기로부터 상방향으로 파동운동을 따를 것이다.

도 7b에서, 동일한 부유체가 1.75 m의 깊이로 가라앉을 때까지 물로 채워졌다. 여기에서, 휨은 4초의 파동 주기에서 파고보다 약간 크지만, 그렇게 중요하지는 않다.

도 7c에서, 동일한 부유체가 2.5 m의 침잠 깊이에 도달할 때까지 물로 채워졌다. 여기에서, 휨은 4초의 파동 주기에서 파고보다 두드러지게 컸다. 이는 1보다 더 큰 RAO에 의하여 볼 수 있다.

도 7d에서, 도 1의 부유체는 3.5 m의 침잠 깊이에 도달할 때까지 물로 채워졌다. 휨은 4.5초의 파동 주기에서 파고보다 상대적으로 더 컸다.

도 7e에서, 동일한 부유체가 4.5 m의 침잠 깊이에 도달할 때까지 물로 채워졌다. 여기에서, 6초의 파동 주기에서 파고보다 두드러지게 큰 휨이 있다.

도 7f에서, 부유체가 5 m의 침잠 깊이까지 물로 채워졌다. 최대 RAO는 모두 10, 즉 휨은 파고의 10배일 수 있다. 최대 휨은 약 7초에서 일어날 것이다.

이로부터, 부유체의 휨은 침잠 깊이를 증가시킴으로써 증가할 뿐만 아니라 생산되는 에너지의 양을 증가시키고, 부유체의 자연 주파수 또한 침잠 깊이에 의존한다는 것이 분명하다. 짧은 파동 주기의 경우, 휨이 파고보다 더 작아짐에 따라 부유체의 침잠 깊이는 감소되어야만 할 것이다. 더 긴 파동 주기의 경우, 더 큰 침잠 깊이를 사용하는 것이 가능하고, 이는 에너지 생산의 증가로 이끌릴 것이다.

본 발명으로, 파동 주기를 측정하고 파동 주기의 함수로서 침잠 깊이를 자동으로 증가시키거나 감소시키는 센서들을 갖는 파력발전소를 갖추는 것이 인지도리 수 있다. 도 4와 관련하여 설명된 기술을 이용할 때, 공명이 이루어질 때까지, 즉, 부유체의 자연 주파수가 가능한 한 파동 주기에 근접할 때까지 부유체를 물로 채움으로써 출력을 최적화하려고 시도하는 것이 유리할 것이다.

Claims (17)

1. 에너지를 생산하기 위하여 바다 또는 호수 위 또는 내에 배치되도록 설계된 파력발전소에 있어서,

   부유 구조물과;

   상기 부유 구조물에 대하여 수직으로 움직이고 에너지 전달 장치들을 통하여 상기 부유 구조물에 연결되는 적어도 하나의 부유체를 포함하고;

   상기 부유체는 상기 부유체의 파동 유도 운동의 부분 동안 보존되도록 설계되어 상기 파동들로부터 에너지 회수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 파력 발전소.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 부유체는 하부 위치와 상부 위치 양쪽에 보존되도록 설계되고, 상기 하부 위치는 파동 물마루가 상기 부유체의 중량보다 더 큰 상기 부유체에 대한 상방향 힘을 발휘하도록 하고, 상기 상부 위치는 상기 부유체의 중량이 골에 의하여 유효화되는 힘보다 더 큰 하방향 힘을 갖고서 작용하도록 된 것을 특징으로 하는 파력 발전소.
3. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 부유체들은 부분적으로 물로 채워지도록 설계되는 것을 특징으로 하는 파력 발전소.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 부유체들은 그 안에 물의 양을 증가시키거나 감소시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전소.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 수단은 상기 부유체의 하단에 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전소.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 수단은 상기 부유체의 상단에 닫을 수 있는 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전소.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 수단은 물을 수용하도록 배치된 상기 부유체의 조절가능한 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전소.
8. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 부유 구조물은 각각의 부유체들을 보존하도록 설계된 정의 챔버들이 있 는 트러스 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전소.
9. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 부유체들은 상기 구조물에 고정된 가이드 레일 상에서 지지 되는 것을 특징으로 하는 파력 발전소.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    상기 트러스 장치는 가벼운 재료, 바람직하게는 플라스틱으로 만들어진 파이프들을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전소.
11. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 부유체는 라운드진 단부들을 갖는 실린더 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 파력 발전소.
12. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 부유 구조물은 통과하는 파동들의 높이를 세우고, 더 많은 에너지를 상기 부유체들에게 나누어주는 표면파들에게 에너지가 전달되도록 조절가능한 부분들을 갖도록 구성된 베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전소.
13. 에너지 전달 장치들을 통하여 고정 또는 부유 구조물에 연결된 적어도 하나 의 부유체를 포함하는 파력 발전소로부터 에너지 생산을 증가시키는 방법에 있어서,

    파동 물마루가 상기 부유체를 통과할 때 상기 부유체는 주기의 부분 동안 상기 구조물에 대하여 고정된 위치에서 유지되고, 상기 부유체의 중량보다 더 큰 상방향 힘이 파동으로부터 상기 부유체에 발휘되는 동안 상기 부유체가 배출되는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 증가 방법.
14. 에너지 전달 장치들을 통하여 고정 또는 부유 구조물에 연결된 적어도 하나의 부유체를 포함하는 파력 발전소로부터 에너지 생산을 증가시키는 방법에 있어서,

    골이 상기 부유체를 통과할 때 상기 부유체는 주기의 부분 동안 상기 구조물에 대하여 고정된 위치에서 유지되고, 상기 부유체의 중량이 파동으로부터 상기 부유체에 작용하는 상방향 힘보다 더 큰 동안 상기 부유체가 배출되는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 증가 방법.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

    상기 부유체의 침잠 깊이는 파동 주기가 증가할 때 증가하고, 더 짧은 파동 주기들의 경우 침잠 깊이는 감소되어 부유체(자연 주파수)의 최대 휨이 파동 주기에 근접하게 되는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 증가 방법.
16. 제 15 항에 있어서,

    침잠 깊이의 증가 또는 감소는 상기 부유체를 원하는 깊이까지 내리거나 올리고, 상기 부유체 내의 수위가 상기 부유체 바깥의 수위와 거의 같아질 때까지 물이 상기 부유체 내로 흘러들어가거나 부유체로부터 흘러나오게 함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 증가 방법.
17. 제 10 항에 있어서,

    상기 부유 구조물의 한 번 흡입량은 상기 구조물을 통하거나 둘레의 최적 파동 운동을 달성하기 위하여 상기 구조물의 밸라스트를 통하여 올라가거나 내려갈 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 증가 방법.

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