KR20120087168A - 저장된 에너지의 수송을 이용하는 파동 에너지 수확에 대한 시스템 - Google Patents

저장된 에너지의 수송을 이용하는 파동 에너지 수확에 대한 시스템 Download PDF

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프라운호퍼 유에스에이, 인크.
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Abstract

시스템은 에너지 저장 장치(예, 배터리들의 집합체)를 전달하는 수상 선박(예, 배) 및 파동 에너지 수확 장치를 이용한다. 에너지 수확 장치는 오히려 수상 선박에 의해 전달되지만 분리된 수상 선박에 의해 전달되거나 고정될 수 있다. 수상 선박은 에너지 수확 장치에 의해 수확되듯이 에너지 저장 장치가 파도 액티비티(wave activity)로부터 에너지를 저장하는 동안, 파도 액티비티(wave activity)에 달려 있는 에너지 수확 위치에서 에너지 저장 모드 내에서 동작된다. 수상 선박은 에너지 수송 모드 내에서 동작하여 에너지 수확 위치로부터 전력 그리드와 연결을 갖는 에너지 방출 위치(해상이지만, 육상(onshore)을 선호하는)로 저장된 에너지를 수송한다. 저장된 에너지가 전력 그리드에 공급되는 적절한 AC전기로 변환되는 에너지 방출 모드 내의 에너지 방출 위치에서 수상 선박이 동작된다.

Description

저장된 에너지의 수송을 이용하는 파동 에너지 수확에 대한 시스템{SYSTEM FOR WAVE ENERGY HARVESTING EMPLOYING TRANSPORT OF STORED ENERGY}
본 발명은 에너지 분야와 관련 있는데, 특히 재생 가능한 에너지 분야와 관련 있다.
세계의 대양들은 잠재적으로 깨끗하고, 재생 가능하고, 저렴한 전력을 제공할 수 있는 막대한 양의 파동 에너지(wave energy)를 생산한다. 더욱이, 해상(off-shore) 바람들은 충분하다.
대양 파도들로부터 에너지를 수확하는 것에 대한 여러 가지 디자인 컨셉들이 존재하는데, 몇몇 카테고리들로 대략 정렬될 수 있다. 파도 저장 장치들은 저장소들 내에 에너지를 저장하고, 이후 저장소로부터 끌어내어 전력을 생산한다. 파동 에너지 장치들은 파도의 에너지를 저장하지 않고 전기로 직접 전환한다. 포인트 흡수체들(point absorbers)은 전체 파도 앞 및 전체에 걸쳐서 보다는 파도를 따라 단일 지점에서 동작한다. 또한, 쉽게 분류되지 않는 다른 여러 가지 종류의 파동 에너지 컨셉들이 존재한다. 해류 에너지 컨버터들은 조류에 의해 야기되는 수평 이동을 포함하여, 대규모의 지속적인 흐름 패턴들을 이용한다. 조류 에너지 컨버터들은 조류의 수직 이동을 이용한다. 더욱이, 소형 수직 축 터빈들을 포함한 풍력 수확 터빈들이 한동안 입증되었다.
해상 바람뿐만 아니라 해류, 조류, 파도로부터 에너지를 수확하는 것에 대한 기존의 접근법들은 최소한 세 가지 중요한 결점들로 악화된다. 해상 설비들은 수확 지역으로부터 육상 전기 그리드로 전기를 전달하기 위하여 수중 전송 케이블들의 사용을 필요로 한다. 이 케이블들은 기초를 세우고 유지하기가 매우 비싸다. 또한, 해상 설비들은 태풍 피해에 민감하고, 필요할 때 언제든지라기 보다는 때로는 환경 조건들에 의해 영향을 받아 전기를 생산한다. 즉, 에너지 생산이 최대 수요 시간과 일치하도록 조절할 수 없다.
기존 접근법들의 다른 단점들은 특정 위치들에 대한 의존도를 포함한다. 많은 기술들이 조류의 진폭이 매우 큰 또는 해류가 매우 강한 곳과 같은 어떤 흔치 않은 위치들 내에서만 동작할 수 있다. 이 한계들은 이 기술들의 유용성을 감소시킨다. 영구적으로 설치된 장비 또한 태양 노출 및 거친 바다 환경의 지치게 하는 영향들을 겪어 환경적 및 미적 저하를 자아낸다.
아마도 오늘날의 대양 에너지 및 해상 풍력 기술들과 함께 가장 큰 문제는 그것들의 비용이다. 사실, 비용은 거의 모든 오늘날의 재생 가능한 에너지 자원들의 문제이다. 정부가 기꺼이 소규모 시범 사업들에 자금을 대고 제한된 보조금들을 제공하여 녹색 기술들을 장려할 용의가 있지만, 그것의 비용이 내려가거나 또는 화석 연료의 전력 비용에 가깝게 되지 않는 한 어떠한 에너지 자원도 널리 인정되지 않을 것이다.
배터리들의 집합체와 같은 에너지 저장 장치를 전달하는 수상 선박(예, 배) 및 파동 에너지 수확 장치를 이용하는 시스템이 개시되었다. 에너지 수확 장치는, 비록 어떤 경우들에서는 분리된 선박에 의해 전달되거나 고정될지라도, 수상 선박에 의해 또한 전달될 수 있다. 에너지 수확 장치에 의해 수확되듯이 에너지 저장 장치가 파도 활성(wave activity)으로부터 에너지를 저장하는 동안, 수상 선박은 파도 액티비티(wave activity)에 달려 있는 에너지 수확 위치에서 에너지 저장 모드 내에서 동작한다. 수상 선박은 저장된 에너지가 전력 그리드에 공급되는 적절한 AC 전기로 변환되는 에너지 방출 모드 내의 에너지 방출 위치에서 동작된다. 같은 경우에 에너지 방출 위치가 해상일 수 있지만, 에너지 방출 위치는 가급적이면 육상이다.
에너지 수확 위치는 몇 킬로미터의 해양일 수 있고, 에너지 저장 모드는 대략 20시간 동안 지속될 수 있다. 저장된 에너지는 최대 에너지 수요 시간 동안 방출될 수 있다. 위의 동작은 지속적으로 반복될 수 있고, 시스템은 많은 이러한 다수의 수확 및 방출 위치들 및 선박들을 이용한다. 각 선박이 비교적 보통 양의 에너지(예, 20MWh)를 전달하고 저장하는 동안, 총괄하여 예정된 시간에서 전력 그리드로 상당한 양의 에너지를 제공하며 연안 지역에 걸쳐 이러한 선박들이 많이 있을 수 있다(예, 수천개). 따라서 개시된 기술은 반복을 통해 확대될 수 있는 모듈식의 접근법(modular approach)이다.
시스템은 에너지 저장 장치(예, 배터리들의 어레이(array))를 전달하는 수상 선박(예, 배) 및 파동 에너지 수확 장치를 이용한다. 에너지 수확 장치는 오히려 수상 선박에 의해 전달되지만 분리된 수상 선박에 의해 전달되거나 고정될 수 있다. 수상 선박은 에너지 수확 장치에 의해 수확되듯이 에너지 저장 장치가 파도 액티비티(wave activity)로부터 에너지를 저장하는 동안, 파도 액티비티(wave activity)에 종속된 에너지 수확 위치에서 에너지 저장 모드 내에서 동작된다. 수상 선박은 에너지 수송 모드 내에서 동작하여 에너지 수확 위치로부터 전력 그리드와 연결을 갖는 에너지 방출 위치(해상이지만, 육상(onshore)을 선호하는)로 저장된 에너지를 수송한다. 저장된 에너지가 전력 그리드에 공급되는 적절한 AC 전기로 변환되는 에너지 방출 모드 내에서 에너지 방출 위치에서 수상 선박이 동작된다.
개시된 기술은 아래 이점들의 일부 또는 전부를 제공할 수 있다:
a. 값비싼 수중 전송 케이블들에 대한 요구가 없음.
b. 저장된 에너지가 최대 시간 동안 언제든지(on demand) 이용 가능하다.
c. 영구 설비들보다 해양 환경에 적은 영향
d. 선박이 큰 폭풍을 처리하도록 설계될 필요가 없음 - 선박은 조건들이 영향을 줄 때 항구에 남아있을 수 있다.
e. 모듈형 반복에 의해 달성 가능한 고성능
f. 수확은 예를 들면, 더 큰 파도 액티비티(wave activity)의 이익을 이용하는, 원하는대로 다른 지역에서(고정된 위치에 구속되지 않고) 수행될 수 있다.
g. 고정된 해상 장치들의 사용을 수반하는 많은 행정상 및 정치상의 문제들(예, 지역 허가)을 피할 수 있다.
다른 관점들에 걸쳐 동일한 부분들과 관련 있는 참조 특징들과 같은 수반한 도면들 내에서 도시된 것과 같이, 전술한 내용 및 다른 객체들, 특징들 및 이점들은 발명의 특정 실시예들의 후술하는 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면들은 반드시 스케일(scale), 강조라고 할 수 없지만, 대신에 본 발명의 여러가지의 실시예들의 원리를 설명하기 위해 배치되었다.
도 1은 간단한 형태로 파동 에너지 수확 동작을 나타내는 도면.
도 2는 파동 에너지 수확 시스템의 블록도.
도 3은 수확 모드 동작 동안 배치된 위치들 내에서 보여지는, 히빙(heaving) 부표를 이용한 파동 에너지 수확 수상 선박의 개념도.
도 4는 파동 에너지 수확 수상 선박의 개략도.
도 5는 파동 에너지 수확 동작의 주기에 대한 흐름도.
도 6은 운반을 위하여 리트랙트된(retracted) 위치들 내에서 보여지는, 히빙(heaving) 부표들을 이용한 파동 에너지 수확 수상 선박의 개념도.
도 7은 수확 모드 동작 동안 배치된 위치들 내에서 보여지는, 피치(pitch)/서지(surge) 부표들을 이용하는 파동 에너지 수확 수상 선박의 개념도.
도 8은 운반을 위하여 리트랙드된 위치들 내에서 보여지는 피치(pitch)/서지(surge) 부표들과 함께, 도 7의 파동 에너지 수확 수상 선박의 개념도.
도 9는 히빙(heaving) 부표들을 이용하는 제2 파동 에너지 수확 수상 선박의 개념도.
도 1은 배, 바지선 또는 유사한 수상 선박(10)에 의한 파동 에너지 수확의 주기를 묘사한다. 상기 주기는 일반적으로 4개의 동작 단계 또는 동작 모드를 가진다. 파동 에너지 수확 동작은 일반적으로 더욱 충분히 설명된 아래와 같이 다른 장치 및 적어도 하나의 선박(10)들을 사용하는 이 주기의 무기한 반복들을 포함한다.
수확/저장 동작 모드(12)는 파도 액티비티(wave activity)에 종속된 수중(예, 대양) 상의 수확 위치에서 발생한다. 수확/저장 모드(12) 동안, 파동 에너지는 흡수되고 일부 형태의, 예를 들어, 선박(10)의 전기 배터리 내의 전기화학적 에너지로와 같은, 저장된 에너지로 전환된다. 선박(10)은, 아래에 더욱 충분히 설명한 것처럼, 파동 에너지 수확 장치들 자체를 포함하고, 또는 오직 저장고만을 포함하고 수확 위치에서, 영구적 또는 일시적으로, 위치된 분리된 파동 에너지 수확 장치와 연결된다.
수송 모드(14)는 저장된 에너지가 방출되는 방출 위치에서 이동하는(예를 들어, 전력 미만 항해에 의해) 선박(10)을 포함한다. 방출 위치는 전형적으로 선박(10)이 이후의 에너지 방출 모드(18) 동작을 위해 묶여있도록 하는 밧줄 또는 부두(16)의 일부 형태를 가진다. 방출 위치는 항구 또는 유사한 육상 위치이거나 또는 선박(10)을 부두에 대는 것을 가능하게 하고 에너지 방출 동작을 수행하는 기능들을 가지는 다른 해상 위치일 수 있다.
방출 모드(18) 동안, 선박(10)에 저장된 에너지는 전기 그리드(electrical grid)(20)에 연관된 전기 소비자들(electricity consumers)에 의한 사용을 위해 전기 그리드(20)에 제공되는 전기를 발생하는데 사용된다. 전기 그리드(20)는 사이즈가 오직 국지 지역(local area)만 제공하는 작은 그리드부터 지역, 국가적 또는 심지어 국제적인 규모를 가지는 큰 그리드까지 다양하다. 방출 모드(18)는 전형적으로 선박(10)에 또는 방출 위치에 영구적으로 위치된 컨버터(CONV)(22)의 사용을 수반한다.
마지막으로, 반환 모드(24)에서 선박(10)은 수확 위치로 반환하여 동작의 다른 주기를 시작한다.
아래에 더욱 자세하게 설명하는 바와 같이, 일 실시예 내의 선박(10)은 비교적 큰 비율에서(에너지 흡수 전력의 시간 비율) 파동 에너지를 총괄하여 흡수하는 복수의 파도 흡수체들(wave absorbers)을 포함한다. 예를 들어, 선박(10)은 전형적인 평균 파도 조건들에 대해서 0.5 내지 1MW의 범위 내의 어디에선가 전력을 흡수한다. 저장 용량은 선박(10) 상에서 선박의 공간/부피 및 이용된 저장 기술의 종류를 포함하는 몇몇 요인들의 함수이다. 바람직한 저장 용량은 예를 들면 대략 20MWh이다. 수확/저장 모드(12) 내에서 파동 에너지 수확 기간은 저장 용량 및 전력 입력의 비율에 의해 부분적으로 영향을 받을 수 있다. 예를 들면, 만약 에너지가 1MW의 속도로 수확된다면, 20-MWh 저장을 완전히 충전하는데 약 20시간이 걸린다.
운영의 효율성 관점에서 볼 때, 도 1에 묘사된 동작 주기(operating cycle)가 가능한 짧은 것이 일반적으로 바람직하다. 하지만 기술 중 한가지 유익한 기능은 선박(10) 상에서 에너지의 임시 저장인데, 이것은 방출 동작(18)이, 원하는 경우, 높은 수요의 기간과 동시에 일어나도록 스케줄될 수 있는 것을 의미한다. 유연한 스케줄링을 제공하기 위하여, 선박(10)이 도킹(docked)되지만 그리드(20)에 대하여 전기를 발생하지 않는 동안 어느 정도 "쓰이지 않는(dead)" 시간을 갖는 다소 긴 전체 평균 주기 시간을 이용할 필요가 있다.
에너지 전달 시스템은 일반적으로, 아마도 해안선의 넓은 지역에 걸쳐 분배되어 상당한 양의 전기를 제공하는 다수의 선박(10)들을 포함할 것이다. 이러한 규모가 큰 시스템 내에서, 최적의 자본 조건을 위하여 자원들을 공유할 수 있다. 일 예로서, 컨버터(22)는 동작 기간 동안 많은 선박들에 의해 사용되고 방출 위치에 위치되어 있다. 마찬가지로, 선박(10)들이 수확/저장 모드(12) 내에서 분리된 수확장치(harvester)들에 연결되어 있는 경우에는(더욱 관련된 아래 설명), 다수의 선박(10)들이 주어진 수확장치(harvester)를 활용하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에는 주어진 수확장치(harvester)가 주어진 위치에 영구적으로 고정되어 있거나, 또는 분리된 선박에 의해 운반되어 다른 위치들 사이로 이동될 수 있다. 더욱 광범위하게, 만약, 전체적인 시스템이 수많은 수확장치(harvester)들, 선박(10)들 및 컨버터(22)들을 가지고 있다면, 더 높은 전반적인 용량 및 모듈화 특성들을 나타낸다.
언급한 바와 같이, 선박(10)은 자체 전력 공급되지 않는(non-powered) 타입들(예, 바지선) 및 자체 전력 공급(self-powered) 타입들(예, 종래의 보트 또는 배)을 둘 다 포함하여 여러 타입들이 있다. 자체 전력 공급 선박(10)은 수송 모드(14) 동안 선박의 자체 전력 하에서 구동될 수 있는 반면 자체 전력 공급되지 않는 선박(10)은 수송 모드(14) 동안 선박(10)을 견인/운반할 수 있는 분리된 전력 공급되는 선박(예, 예인선)에 결합(coupling)되는 것이 필요하다.
도 2는 동작 중에 사용되는 장비를 보여주는 하이 레벨 시스템 블록도이다. 파도 수확장치(wave harvester)(26)는 파동 에너지를 받고 파동 에너지를 일부 다른 형태 예를 들면, 다른 기계적 형태로 전환한다. 수확장치(26)로부터 산출된 에너지는 선택된 적절한 형태로 에너지를 저장할 수 있는 저장 컴포넌트(storage component)(28)로 제공된다. 저장된 에너지는 전력 그리드에 제공되는 AC 전력으로 변환을 위하여 컨버터(22)에 제공된다. 시스템은 또한 방출 위치와 수확 위치 사이에서 저장된 에너지를 수송하기 위하여, 최소한의 저장 컴포넌트(28)를 전달하는 선박(10)을 포함한다. 점선들 10-1 및 10-2로 표시된 바와 같이, 선박(10)은 컨버터(22) 및 수확장치(harvester)(26) 둘 다 또는 둘 중 하나를 포함한다. 또한, 시스템은 일반적으로 컨버터(22)와 저장고(28) 사이 및 저장고(28)와 수확장치(harvester)(26) 사이에서 에너지 형태의 적절한 전환들을 초래하는 각 컨버터 컴포넌트들(30)(32)을 포함한다. 컨버터들(30)(32)은 저장고(28)와 함께 선박(10)에 위치하거나 위치하지 않을 수 있다.
도 2의 일반적인 시스템 중 하나의 특정 구성은 아래와 같다. 수확장치(harvester)(26)는 파도 이동을 선박(10) 상에서의 기계적 이동으로 전환시키는 각 링크 장치들 및 적어도 하나의 부표들을 포함하는데, 이는 예를 들어 가압된 유압 시스템 내에서 유압 유체의 이동을 포함한다. 컨버터(30)는 DC 전기를 생성하기 위하여 수확장치(harvester)(26)들로부터 기계적 이동을 사용하는 (유압식으로 작동하는 발전기와(hydraulically actuated generator) 같은) 전기 발전기를 포함한다. 대안 디자인은 중간 유압 단계 없이 부표 이동을 전기 발전기에 직접 연결할 수 있다. 저장 컴포넌트(28)는 컨버터(30)로부터 전기에 의해 충전되는 많은 전기화학적 배터리들의 어레이이다. 컨버터(22)가 저장 컴포넌트(28)로부터 그것에 제공되는 DC 전기로부터 바로 그리드를 위하여 AC 전기를 생성하는 인버터의 기능을 수행하기 때문에, 컨버터(32)는 요구되지 않는다.
도 3은 선박(10-Ｉ)의 제1 실시예를 나타낸다. 이것은 자체 전력하에서 수중 표면을 이동할 수 있는, 보트나 배와 관련 있는 자체 전력이 공급되는 선박이다. 선박(10-Ｉ)은 선체, 갑판 등과 같은 구조인 "선박 몸체(vessel body)(33)"로, 여기서 불리는 것을 포함하고, 게다가 선박 몸체(33)에 의해 전달되는 파동 에너지 수확 장치를 포함한다. 파동 에너지 수확 장치는 파도 활동(wave action)과 함께 파도에 오르내리고 물에서 떠다니는 소위 "히빙(heaving)" 부표(34)를 포함하고, 게다가 선박 몸체(33)와 부표들(34)을 연결하는 기계적 링크 장치(36)들도 포함한다. 도 3의 단순화된 묘사에서(아래 설명된 도 6 뿐만 아니라), 부표들(34)은 표면상에서 주로 뜨는(ride) 비교적 평평한 물체들로 나타나지만, 더 완전히 잠수하고 무게가 나가는 더욱 전통적인 부표들이 연습에서 이용될 것으로 예상된다. 즉, 기술은 흘수가 깊은(deep-draft) 부표들뿐만 아니라 흘수가 얕은(shallow-draft) 부표들 각각의 사용을 고려한다.
도 3에서 화살표(38)는 주된 파도의 이동 방향을 나타낸다. 선박(10-Ｉ)은 수확 위치(harvesting location)에 정박될 수 있다(anchored or otherwise moored). 부표들(34)의 히빙 이동(heaving motion)(오르내림)은 선박 몸체(33) 상에서 기계적 이동에 대응하는 링크 장치들(36)에 의해 바뀌는데, 이 이동은 선박 몸체(33)에 의해 전달되는 저장 컴포넌트(28)(도 3에서 도시하지 않음)에 의해 저장고를 위한 형태로 필요에 따라 전환된다.
배가 파도에 따라 이동하는 동안 부표들이 대부분 정지하고 있는 방법과 같이 부표 시스템이 디자인될 수 있다는 점에 또한 주목된다. 이 방법은 단지 이동하는 부표들 및 정지된 배를 갖는 것뿐만 아니라 에너지를 발생할 수 있다.
도 4는 선박(10-Ｉ)과 같은 선박(10)의 중요한 기능적 컴포넌트들의 개략도를 나타낸다. 부표들(34) 및 링크 장치들(36)은 유압 시스템(HYDR)(40)에 기계적 이동을 제공하는데, 결과적으로 배터리 집합체(BATT)(44) 내에 저장된 DC 전기를 발생하는 유압식으로 작동하는 발전기(GEN)(42)에 유압을 제공한다. 부표들(34) 및 연결 장치들(36) 및 유압 시스템(40)은 도 2의 파동 에너지 수확장치(harvester)(26)의 일 예를 구성한다. 또한, 유압 시스템(40) 및 발전기(42)는 도 2의 컨버터(30)의 일 예이고, 배터리 집합체(44)는 도 2의 저장 컴포넌트(28)의 일 예이다. 연결 회로(CONN)(46)는 가능한 탑재(onboard) 컨버터(22)의 사용을 통해, 배터리 어레이(44)로부터 궁극적으로 전기 그리드(20) 및 오프-쉽(off-ship) 장비로 연결을 제공한다(선택적 탑재(on-board) 특성을 나타내는 점선으로 제공).
도 5는 순서도의 형태로 동작을 나타낸다. 48은 수확 위치에서 수행된 에너지 저장 동작인데, 파도 액티비티(wave activity)로부터의 에너지(파동 에너지 수확장치(harvester)(26)를 통해 획득한)는 저장 컴포넌트(28) 내에 저장된다. 50에서는 저장된 에너지가 방출 위치로 수송된다. 52에서는 저장된 에너지가 전기 그리드(20)로 제공되는 전기를 발생하는데 사용되는 방출 위치에서 수행된 에너지 방출 동작이다. 48, 50 및 52 단계들은 도 1과 관련하여 전술한 12, 14 및 18 행동들에 대응되는 것으로 평가된다.
도 6은 물에 접촉하고 있지 않은 리트랙트된(retracted) 상승된(raised) 위치에서 부표들(34)과 함께 있는 선박(10-Ｉ)을 보여준다. 부표들의 비-리트랙트(non-retracted) 또는 배치된(deployed) 위치(도 3)에서는 부표들이 선박(10-Ｉ)의 적절한 항해를 지나치게 방해하기 때문에, 선박(10)이 이동할 때 부표들(34)의 리트랙션(retraction)의 일부 형태는 바람직하다. 도 6의 단순화된 예에서는 이 리트랙션은 부표들(34)을 수직적으로 올리는 것으로 보여지지만, 리트랙션의 다른 타입들도 가능하다. 예를 들어, 부표들은 선박 몸체(33) 내측으로 끌려 그곳에서 고정될 수 있고, 및/또는 부표들은 항해할 때 끄는 것을 감소하기 위하여 선미쪽으로 또는 내측으로 조금씩 돌려질 수 있다. 리트랙션의 다른 형태들도 가능하다.
도 7 및 도 8은 피치(pitch)/서지(surge) 부표들(54)을 이용하는 대체 가능한 실시예(선박(10-Ⅱ)으로 보여진)를 나타낸다. 각 피치/서지 부표(54)는 표면 바로 아래에 위치한 지지 구조물(58)에 각 고정된 가로지르는 피봇 선(56)에 대하여 작은 범위의 각도로 회전한다. 기계적 이동은 적절한 링크 장치들 및/또는 다른 요소들(도 7 및 도 8에서 도시되지 않음)에 의해 선박 몸체(33)로 이동된다. 도 7은 배치된 동작적 위치들 내의 피치/서지 부표들(54)을 나타내고, 도 8은 이동에 대해 리트랙트된 위치들 내에서 피치/서지 부표들(54)을 나타낸다.
도 9는 선박 몸체(33)로부터 길이방향으로 연장된 부표들(60)의 대체 가능한 실시예(선박(10-Ⅲ)으로 나타난)를 나타내어, 전체적으로 긴 구조물을 만든다. 이 배치는 더 긴 장파장을 경험하는 지역들에서 특히 유익하다. 도 3을 다시 참조하면, 상기 구성은 파장이 선박 몸체(33)의 길이보다 짧을 때 일반적으로 가장 유용하다고 평가되어, 부표들(34)이 선박 몸체(33)에 대하여 위 아래로 파동치는 동안 선박 몸체(33)는 물에서 비교적 정지된 상태를 유지한다. 이러한 조건들에서 선박 몸체(33)가 부표들(34)과 같이 단지 올라가거나 따라서 내려오는 경향이 있고 따라서 상대적인 움직임이 없는 경험을 하기 때문에, 이 배치는 더욱 긴 파장에서 덜 효과적일 수 있다. 선박 몸체(33)가 선박 몸체의 짧은 축에 대하여 약간만 회전하는 경향이 있고(예, 길게(lengthwise) 흔들리는 것) 따라서 선박 몸체의 종단들(뱃머리와 선미) 및 각 부표들(60) 사이에서 필요한 상대적 이동을 경험하기 때문에, 도 9의 배치는 이러한 장파장 동작 환경에서 더욱 적절하다.
구성들과 다른 파장들에 대한 위의 관계들은 만약 부표들이 물에서 상대적으로 정지하도록 설계된 경우, 예, 흘수가 깊은(deep draft), 다소 변할 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 그러면 도 3의 배치와 같은 구성은 심지어 더 긴 파장들에 대해서도 잘 작동한다.
전술한 구체적인 예와 같이, 선박 몸체(33)가 길이에 있어서 대략 46 미터라고 가정한다면, 도 3의 구성과 같은 배치는 46미터보다 짧은 파장에 대해 적절한 반면, 도 9의 배치는 더 긴 파장에 대해 더 적절하다.
본 발명의 여러가지 실시예들이 특히 보여지고 묘사되었지만 세부사항들과 형태에서 많은 변화들이 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 것과 같은 발명의 범위와 관점으로부터 출발하지 않고 만들어지는 것으로 이 분야에서 당업자에 의해 이해될 것이다.
예를 들어, 배터리들 이외의 기술들은 에너지 저장 컴포넌트(28) 내에서 사용될 수 있다. 대안들은 기계적 플라이휠들(flywheels), 압축 가스, 캐패시터들(capacitors), 중력, 스프링들 및 열적 저장고를 포함한다. 저장 기술의 특성에 따라, 특정 대응 컨버터들(22)(30)(32)이 이용될 수 있다. 예를 들어, 열 저장고의 경우에는 컨버터(32)는 스팀 터빈에 의해 동작하는 발전기를 이용할 수 있고, 압축 가스 저장고의 경우에는 컨버터(32)는 압축 가스 엔진에 의해 동작하는 발전기를 이용할 수 있다.
동작상의 유연성을 위하여 부표들(34)의 구성은 인력을 운영하여 "조정할 수 있는(tunable)" 또는 조절 가능(controllable)하여 파도 조건들에 따라서 수확 효율성을 최대화하는 것이 바람직하다. 조정의 두 가지 종류들이, 1) 부표들의 공간적 위치 및 2) 부표들의 고유 주파수(natural frequency), 계획된다. 공간적 위치 조정의 일 예로서, 링크 장치들(36)은 짧아지게 할 수 있는 수평 지지 막대에 연결되어 부표들(34)의 전체적인 길이방향 폭을 변경할 수 있고, 이 능력은 동작 중에 경험된 파장에 따라 최적의 공간을 획득하는데 사용될 수 있다. 고유 주파수 조정의 일 예로서, 첨가된 물이 부표들에 추가되어 부표들의 질량을 증가시키고 부표들의 고유 주파수들을 낮출 수 있다.
또한, 선박(10)에 풍력 터빈들을 포함시켜 선박(10)이 파동 에너지와 함께 풍력 에너지를 수확하는 것을 가능하게 하는 것이 바람직하다. 풍력 터빈들로부터의 기계적 에너지는 저장 컴포넌트(28)에 대해 적절한 형태로 전환될 수 있다. 소위 수직 축 풍력 터빈들은 전통적인 수평 축 풍력 터빈들보다 더 좋은 후보자들로 기대된다.
에너지 수송을 위해 사용되는 선박은 최소한 1MWh의 에너지 저장 용량을 가진 에너지 저장 장치를 포함한다고 고려된다.
또한, 선박은 에너지 수송을 위해서 사용되는 것이 아니라 선박 자체의 목적(예, 탑재(on-board) 전기 부하)을 위해 수확된 에너지를 사용한다고 고려된다.
10 : 선박
22 : 컨버터
26 : 수확장치
28 : 저장고
30 : 컨버터
32 : 컨버터
33 : 선박 몸체
34 : 히빙 부표
36 : 링크 장치
40 : 유압 시스템
42 : 발전기
44 : 배터리 집합체(어레이(array))
46 : 연결회로
54 : 피치/서지 부표
56 : 피봇 선
58 : 지지 구조물
60 : 부표

Claims (33)

  1. 파도 액티비티(wave activity)에 종속된 에너지 수확 위치(harvesting location)에서 에너지 저장 모드 내의 수상 선박을 동작시키는 단계- 상기 수상 선박은 상기 파도 액티비티(wave activity)로부터 에너지를 저장하도록 상기 에너지 저장 모드 내에서 동작하는 에너지 저장 장치를 포함함-;
    에너지 수송 모드 내의 상기 수상 선박을 동작시켜 상기 에너지 수확 위치로부터 전력 그리드와 연결을 갖는 에너지 방출 위치(releasing location)로 상기 저장된 에너지를 수송하는 단계; 및
    상기 저장된 에너지가 상기 전력 그리드에 공급되는 적절한 AC 전기로 변환되는 에너지 방출 모드 내의 상기 에너지 방출 위치에서 상기 수상 선박을 동작시키는 단계를 포함하는 파동 에너지 수확 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수상 선박은 상기 에너지 저장 장치에 의해 저장된 파도 액티비티(wave activity)로부터 상기 에너지를 흡수하기 위하여 상기 에너지 저장 모드 내에서 동작하는 파동 에너지 수확 장치를 포함하는 파동 에너지 수확 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파동 에너지 수확 장치는 상기 에너지 저장 모드 동안 물에 위치한 리트랙터블(retractable) 부표들을 포함하고, 상기 에너지 수송 모드 동안 리트랙트된(retracted) 위치들로 상기 부표를 리트랙팅(retracting)시키는 단계를 더 포함하는 파동 에너지 수확 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 파동 에너지 수확 장치는 다른 파도 조건들로 조정될 수 있는 가변적인 기계적 구성을 갖고, 상기 에너지 저장 모드 동안 경험된 파도 조건들(wave conditions)로 상기 파동 에너지 수확 장치의 상기 기계적 구성을 조정하는 단계를 더 포함하는 파동 에너지 수확 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 수상 선박은 상기 에너지 저장 장치에 의해 저장된 풍력 액티비티(wind activity)로부터 에너지를 흡수하기 위하여 상기 에너지 저장 모드 내에서 동작하는 파동 에너지 수확 장치를 포함하는 파동 에너지 수확 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 상기 파도 액티비티(wave activity)에 의해 생산되는 기계적 입력으로부터 전기를 생산하기 위하여 발전기 및 배터리들의 집합체를 이용하고, 상기 발전기로부터의 상기 전기는 상기 에너지 저장 모드 동안 상기 배터리들에 공급되는 파동 에너지 수확 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 저장된 에너지는 인버터의 동작에 의해 상기 적절한 AC 전기로 변환되는 파동 에너지 수확 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 기계적 플라이휠들(flywheels), 압축 가스, 캐패시터들, 중력, 스프링들 및 열 저장고로부터 선택된 저장 기술을 이용하는 파동 에너지 수확 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 저장된 에너지는 상기 저장 기술에 대응하는 종류의 컨버터의 동작에 의해 상기 적절한 AC 전기로 변환되는 파동 에너지 수확 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 방출 위치는 육상(onshore) 위치인 파동 에너지 수확 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 수상 선박은 자체 전력 공급되고, 상기 에너지 수송 모드 내의 상기 수상 선박을 동작시키는 단계는 상기 수상 선박 자체 전력 하에서 상기 수상 선박을 구동시키는(driving) 단계를 포함하는 파동 에너지 수확 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 수상 선박은 자체 전력 공급이 되지 않고, 상기 에너지 수송 모드 내의 상기 수상 선박을 동작시키는 단계는 상기 수상 선박 자체 전력 하에서 구동되는, 동력을 갖춘(powered) 수상 선박에 상기 수상 선박을 결합시키는 단계를 포함하는 파동 에너지 수확 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 모드 내의 상기 수상 선박을 동작시키는 단계는 에너지 저장 장치 내에 저장하기 위하여 상기 파도 액티비티(wave activity)로부터 에너지를 흡수하고 상기 수상 선박에 상기 흡수된 에너지를 제공하기 위해, 상기 수상 선박을 상기 에너지 저장 모드 내에서 동작하는 분리된 파동 에너지 수확 장치와 결합하는 단계를 포함하는 파동 에너지 수확 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 분리된 파동 에너지 수확 장치는 상기 수확 위치에 고정되어 있는 파동 에너지 수확 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 분리된 파동 에너지 수확 장치는 상기 수확 위치로 가져온 제2 수상 선박에 의해 전달되는 파동 에너지 수확 방법.
  16. 에너지 저장 모드, 에너지 수송 모드 및 에너지 방출 모드를 각각 포함하는 반복된 동작 주기들 내의 사용을 위하여 구성된 부유 선박 몸체-상기 에너지 저장 모드는 파도 액티비티(wave activity)에 종속된 에너지 수확 위치(harvesting location)에서 수중상의 동작을 포함하고, 상기 에너지 수송 모드는 상기 에너지 수확 위치로부터 전력 그리드와 연결을 가진 에너지 방출 위치로 상기 수상 선박의 이동을 포함함-;
    상기 부유 선박 몸체에 의해 전달된 에너지 저장 장치 및 파동 에너지 수확 장치-상기 파동 에너지 수확 장치 및 에너지 저장 장치는 상기 에너지 저장 모드 내에서 협력하여 상기 파도 액티비티(wave activity)로부터 에너지를 저장 및 수확함, 상기 에너지 저장 장치는, 상기 저장된 에너지가 상기 전력 그리드에 공급되는 적절한 AC 전기로 변환되는, 에너지 방출 모드 내의 상기 에너지 방출 위치에서 더 동작함-를 포함하는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 파동 에너지 수확 장치는 히빙(heaving) 부표들 및 상기 히빙(heaving) 부표들을 상기 선박 몸체와 결합시키는 각 링크 장치들을 포함하는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 선박 몸체는 일반적으로 길게 늘어나 있고, 상기 히빙(heaving) 부표들은 일반적으로 상기 선박 몸체의 긴 축을 가로지르는 방향으로 연장된 상기 링크 장치들과 함께 각 측면들에 위치되어 있는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 선박 몸체는 일반적으로 길게 늘어나 있고, 상기 히빙(heaving) 부표들은 일반적으로 상기 선박 몸체의 긴 축에 평행한 방향으로 연장된 상기 링크 장치들과 함께 각 종단들에 위치되어 있는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 파동 에너지 수확 장치는 피치(pitch)/서지(surge) 부표들 및 상기 피치(pitch)/서지(surge) 부표들을 상기 선박 몸체와 결합시키는 지지 구조물을 포함하고, 상기 피치(pitch)/서지(surge) 부표들은 일반적으로 상기 에너지 저장 모드 동안 파도 이동의 방향을 가로지르는 방향으로 지향(oriented)되어 있는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 파동 에너지 수확 장치는 상기 에너지 수송 모드 동안 리트랙트된(retracted) 위치들로 상기 부표들을 리트랙팅(retracting)시키도록 동작하는 리트랙션(retracting) 장치를 포함하는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 파동 에너지 수확 장치는 상기 에너지 저장 모드 동안 경험된 다른 파도 조건들(wave conditions)로 조정될 수 있는 가변적인 기계 구성을 가지는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치에 의해 저장된 풍력 액티비티(wind activity)로부터 에너지를 흡수하기 위하여 상기 에너지 저장 모드 내에서 동작하는 풍력 에너지 수확 장치를 더 포함하는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  24. 제 16 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 상기 파도 액티비티(wave activity)에 의해 생산된 기계적 입력으로부터 전기를 생산하기 위한 발전기 및 배터리들의 어레이(array)를 포함하고, 상기 발전기로부터의 상기 전기는 상기 에너지 저장 모드 동안 상기 배터리들에 공급되는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 저장된 에너지가 상기 전력 그리드에 공급되는 상기 적절한 AC 전기로 변환되도록 하는 인버터를 더 포함하는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  26. 제 16 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 기계적 플라이휠들(flywheels), 압축 가스, 캐패시터들, 중력, 스프링들 및 열 저장고로부터 선택된 저장 기술을 이용하는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 저장 기술에 대응하는 종류의 컨버터를 더 포함하고, 상기 저장된 에너지가 상기 컨버터에 의해 상기 전력 그리드에 공급되는 상기 적절한 AC 전기로 변환되는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  28. 제 16 항에 있어서,
    상기 수상 선박이 자체 전력이 공급되도록 하는 드라이브 트레인(drive train)을 더 포함하고, 상기 드라이브 트레인은 자체 전력 하에서 상기 수상 선박을 구동하기 위하여 상기 에너지 수송 모드 내에서 동작되는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  29. 제 16 항에 있어서,
    상기 수상 선박은 상기 에너지 수송 모드 동안 상기 수상 선박을 이동시키기 위하여 자체 전력 하에서 구동되는 분리된 동력을 갖춘(powered) 수상 선박에 결합되도록 구성하는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  30. 제 16 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 모드 내에서 동작하는 분리된 파동 에너지 수확 장치에 결합되도록 구성되어 상기 파도 액티비티(wave activity)로부터 상기 에너지를 흡수하고 상기 에너지 저장 장치 내에 저장하기 위하여 상기 수상 선박에 상기 흡수된 에너지를 공급하는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  31. 부유 선박 몸체; 및
    상기 부유 선박 몸체에 의해 전달된 파동 에너지 전환 장치를 포함하되, 상기 파동 에너지 전환 장치는 탑재(on-board) 목적을 위하여 상기 수상 선박에 의해 사용되는 형태로 상기 수확된 에너지를 공급하고, 상기 수상 선박에 의해 경험된 파도 액티비티(wave activity)로부터 에너지를 수확하도록 동작하는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  32. 부유 선박 몸체; 및
    상기 부유 선박 몸체에 의해 전달되는 에너지 저장 장치를 포함하되, 상기 에너지 저장 장치는 적어도 1MWh의 에너지 저장 용량을 가지고, (1) 에너지 저장 동작 동안 파동 에너지 수확 장치에 의해 공급되는 에너지를 수신하고 저장하도록, 및 (2) 전력 그리드로 공급되는 적절한 AC 전기를 생성하는데 사용하기 위한 에너지 방출 모드 내에서 상기 저장된 에너지를 공급하도록 구성되는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 배터리들의 어레이를 이용하는 파동 에너지 수확을 위한 수상 선박.
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