KR20170133532A - 부력 조절이 가능한 수력 터빈 - Google Patents

Abstract

중력에 의해 터빈(10)이 가이드(20)를 따라 하방으로 이동할 수 있도록 실질적으로 수직하게 배향된 가이드(20) 상에서 이동 가능한 부유식 터빈(10)이 설명된다. 터빈 장치(10)는 용이하게 가라앉도록 음의 부력을 가지지만, 필요한 경우 터빈 장치가 양의 부력을 전달받도록 하는 조정 가능한 부력 수단을 구비하여 제공된다. 양의 부력을 전달받을 경우, 터빈 장치(10)는 부력에 의해 수직하게 배향된 가이드(20) 위로 되돌아 부유한다. 중력에 의해 가이드(20) 아래로 이동하고, 부력에 의해 가이드(20) 위로 되돌아 갈 경우, 유효한 인공 흐름이 터빈 블레이드들을 통하여 이동에 의해 생성되며, 블레이드들을 회전시켜, 일반적으로 적합한 기어 장비에 의해, 차례로 발전기가 전기를 생산하도록 한다.

Description

부력 조절이 가능한 수력 터빈{WATER TURBINE WITH VARIABLE BUOYANCY}

본 발명은 전기를 생성하기 위한 부유식 터빈과, 그러한 터빈을 사용하는 발전 시스템에 관한 것이다.

해수는 공기보다 밀도가 832배 높으며, 이는 5 노트의 흐름이 350km/h보다 더 큰 운동 에너지를 가지는 것을 의미한다. 북 아일랜드 스트랭퍼드 호수에서, 영국 브리스톨의, 마린 커런트 터빈스(Marine Current Turbines)에 의해 진행되는 계획과 같이, 높은 조류로 연악 지역에 위치한 수중 터빈들(underwater turbines)을 포함하는 가지는 계획이 알려진다. 여기에서, 15미터 내지 20미터에 걸친 터빈 블레이드들은 조류의 작용에 의해 분당 10 내지 20 회전으로 회전하게 된다. 하나의 프로토타입은 스트랭퍼드 해협에서 작동중이며, 2.4m/s의 유속으로 1.2MW의 정격 출력을 생성하도록 한 쌍의 직경 16m의 회전자들을 사용한다. 이는 전체 터빈 시스템에 대해 물의 운동 에너지를 43%의 전기로 전환하는 실질적인 효율로 이어진다.

그러나, 그러한 프로젝트들의 전개는 적합한 조류를 생성하는 국부적인 해안 조건들에 의존하며, 예를 들어, 해안에서 떨어진, 심층수에서는 적합하지 않다. 따라서, 수력 터빈들을 사용하여 전기를 생성하기 위한 심층수 해결수단에 대한 요구가 있으며, 이는

1) 상당한 자연적인 흐름 없이 수중에 전개될 수 있고,

2) 활용된 해저의 제곱미터당 높은 전력 출력을 가진다.

WO2009/026610, GB2456798, US2006/017292, GB507093 및 US2005188691로부터의 기술에서 부력 발전기들이 알려진다.

국제 특허 공개 공보 WO2009/026610 (2009. 3. 5) 영국 특허 공개 공보 GB2456798 (2009. 7. 29) 미국 특허 공개 공보 US2006/0017292 (2006. 1. 26) 영국 특허 공개 공보 GB507093 (1939. 6. 9) 미국 특허 공개 공보 US20050188691 (2005. 9. 1)

본 발명의 일 양태는, 중력에 의해 터빈이 가이드를 따라 하방으로 이동할 수 있도록 실질적으로 수직하게 배향된 가이드 상에서 이동 가능하며, 전기를 생성하고 저장하는 부유식 터빈의 제공에 의해 상기 문제점을 다룬다. 터빈 장치는 용이하게 가라앉도록 음의 부력을 가지지만, 필요한 경우 터빈 장치가 양의 부력을 전달받도록 하는 조정 가능한 부력 수단을 구비하여 제공된다. 양의 부력을 전달받을 경우, 터빈 장치는 부력에 의해 수직하게 배향된 가이드 위로 되돌아 부유한다. 중력에 의해 가이드 아래로 이동하고, 부력에 의해 가이드 위로 되돌아 갈 경우, 유효한 인공 흐름이 터빈 블레이드들을 통하여 이동에 의해 생성되며, 블레이드들을 회전시켜, 일반적으로 적합한 기어 장비에 의해, 차례로 발전기가 전기를 생산하도록 한다.

제어 가능한 부력을 제공하기 위하여 몇몇의 실시예들에서 압축기는 가이드의 하부 단부에 제공되는, 터빈 장치가 가이드의 단부에 도달할 경우 도킹하는 도킹 포트들에 적합한 압력으로 압축 공기를 공급하도록 제공된다. 터빈 장치는, 터빈 장치에 전체적으로 양의 부력을 전달하기 위하여, 압축기 또는 다른 가스가 그 안으로 펌핑될 수 있는 밸러스트 탱크들 또는 부유 백들과 같은 유사한 부력 조정 수단을 구비하여 제공된다.

압축기를 작동시키는데 요구되는 에너지는 중요하며, 양의 부력을 전달하도록 충분한 공기 또는 가스를 압축하기 위하여 압축기에 의해 요구되는 에너지가 하방과 순차적으로 상방의 경로 모두에서 터빈 장치에 의해 생성되는 에너지의 합보다 작을 경우, 장치는 생성 측면에서 양의 에너지일 것이다.

하나의 바람직한 전개 개요에서 복수의 그러한 터빈 및 가이드 유닛들은 "팜(farm)"으로서 전개되며, 유닛들로 압축된 공기를 공급하는 단일 압축기 유닛을 구비한다. 터빈들의 상하 "작동 주기(duty cycles)"는 시간적으로 시차를 두고 있어, 하나의 터빈 또는 터빈들의 서브세트가 임의의 일 시점에 압축 공기를 공급받으며, 나머지 또는 다수의 터빈들은 그들 각각의 작동주기에 속하여, 전기를 생성한다.

하나의 통상적인 전개에서, 터빈 블레이드들은 10미터 내지 20미터의 직경의 범위 내일 수도 있으며, 터빈 및 관련된 생성 장치와 밸러스트 탱크들의 중량은 8톤 내지 15톤의 범위 내일 수도 있을 것으로 예상된다. 안내 수단의 길이는 수백 내지 수천 미터 범위 내일 것으로 예상된다. 예를 들면, 1000미터 길이의 안내 수단 상의 10톤의 터빈은 98MJ의 포텐셜 에너지를 가진다. 2.4m/s의 속도로 가라앉는다면, 100%의 효율로 가정할 경우, 235.5kW의 최대 포텐셜 전력(potential maximum power)이 가능할 것이다. 그러한 효율이 불가능 하며, 30%의 보존 효율만을 허용하기도 하지만, 70kW를 초과하는 전력 출력이 생성된다. 선행 기술의 터빈과 동일한 효율(43%)일 경우, 416초 동안(가이드를 따라 터빈이 1000미터를 하강하는데 걸리는 시간) 100kW를 초과하는 전력이 생성된다.

수심 1000미터에서 수압은 대략 100atm(~1470psi)이지만, 하이드로-팩과 이용가능한 것과 같은 고압 압축기들은 1500psi(10MPa)의 토출 압력을 생성할 수 있으며, 예를 들어 45kW 모터 전력으로부터의 그러한 압력에서 시간당 111노멀 입방 미터(normal cubic meters)를 공급한다(일 예로서, 구체적으로 제품 번호 C1.56-70/140LX 참조). 해저로부터 10톤의 물체를 들어올리기 위하여, 10m³이 넘는 물이 양의 부력을 생성하도록 대신될 필요가 있을 것이지만, 그러한 압축기들에 의해 이러한 부피의 공기는 가이드를 따라 터빈이 가라앉는데 걸리는 시간보다 적게 적절한 압력으로 공급될 수 있다. 구체적으로, 416초 안에 시간당 111노멀 입방 미터로 전체 12.82입방 미터의 공기는 주위의 수압보다 더 큰 압력으로 공급될 수 있으며, 이는 터빈을 들어올리는데 충분한 것보다 더 많다. 또한, 터빈이 상승하면서 전력을 생성함에 따라, 시스템은 양의 에너지로서, 생성된 약간의 전력이 압축기를 구동하는데 요구되지만, 이는 가라앉고 상승함에 따라 터빈에 의해 생성되는 전력의 양보다 훨씬 더 적다.

상술한 바와 관련하여, 일 양태로부터 본 발명은 터빈 블레이드들이 회전함에 따라 전기를 생성하도록 구성된 발전 시스템과 송수전 가능하게(communicatively) 연결되는 회전 가능한 터빈 블레이드들의 세트를 구비하는 부유식 터빈을 제공하며, 부유식 터빈에 양의 부력을 제어 가능하게 전달하도록 구성된 부력 제어 시스템을 구비하여 부유식 터빈이 제공되고, 터빈이 이동하는 가이드를 따르도록 구성되는 가이드 추종기(guide follower)를 구비하여 터빈이 제공되며, 부유식 터빈은 물에 잠기기 위한 것이고, 터빈 블레이드들은 물을 통해 터빈이 이동함에 따라 회전하도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 양태는 물에 부유되는(suspended) 공기 타워를 제공한다. 타워는 수면 위로부터 수면 아래의 수심까지 연장되는 파이프를 포함한다. 파이프는 수면 위로 개방되고 수면 위로부터의 상대적으로 따뜻하고 습한 공기로 채워진다. 수심이 증가함에 따라, 수온은 하강한다. 예를 들어, 해양은 표면층으로 불리는 가장 상층과 구분되는 층들을 가진다. 이 층은 약 섭씨 22도의 온도를 가지며 표면 아래 약 250미터까지 연장될 수도 있다. 이 아래에는, 온도 경계 층인, 수온 약층이 있다. 수온 약층은 해수면 아래 250미터 내지 1000미터 범위일 수 있으며, 수온은 수온 약층에 걸쳐 섭씨 약 22도로부터 섭씨 약 5도까지 감소한다.

부유하는 공기 타워는 주변 수온에 의해 냉각되며 해수의 수온 약층에 걸쳐 연장될 수도 있다. 주위 물에 의한 타워 상의 냉각 효과는 수심이 증가하고 수온이 감소함에 따라 더욱 현저하다. 냉각된 타워는 그 안에 포함된 공기를 냉각하도록 작용하며 따뜻하고 습한 공기는 그것의 포화 한계 아래로 냉각된다. 포화 한계 아래에서, 물은 비와 같이 타워 안과 내면 모두에서 낙하하여 공기 밖으로 응축된다.

물은 비함염수의 저수(reservoir)를 이루며 타워 내에 모일 것이다. 이러한 물은 타워 내로부터 배출될 수 있으며 예를 들어 인간 또는 동물의 소모, 또는 관개에 사용될 수 있다. 비함염수 생성 시스템은 공기 타워 내로부터 비함염수를 배출하기 위하여 매우 적은 양의 에너지만을 요구하도록 본 명세서에 제공된다. 비교하면, 예를 들어 채용한 것과 같은 현재의 물 정화 시스템들은 비함염수를 제공하도록 많은 양의 에너지를 요구한다.

물 타워 내 공기의 냉각은 타워 내 공기 및/또는 그 자체의 타워 벽과 타워 주위의 물 사이에 능동적이거나 수동적인 열 교환 시스템들을 사용하여 활용될 수도 있다.

물은 냉기로부터 응축되며, 냉기는 타워 밖으로 배출되어 냉각 목적으로 사용될 수도 있다. 펌프는, 온도 제어에 사용됨으로써 예를 들어 공조에 대한 요구가 감소되는, 주거 또는 상업 시설에 습하지 않고 차가운 공기를 보내도록 타워의 내측 또는 외측에 배치될 수도 있다. 펌핑된 냉기를 사용하는 온도 제어는 공조 장치의 부분으로서 따뜻한 공기를 냉각시키도록 사용되었을 에너지를 절약한다. 또한, 냉기가 에어 타워 밖으로 배출됨에 따라, 따뜻하고 습한 공기가 수면으로부터 타워 내로 들어와 타워 내의 응축 처리를 유지한다.

공기 타워는 그것이 형성되는 수중의 바닥까지 연장될 수도 있거나, 구조체 또는 밧줄 중 어느 하나에 의해 고정될 수도 있는 바닥에 부분적으로만 연장될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 청구범위들로부터 명백해질 것이다.

본 발명의 또 다른 특징들 및 이점들은, 유사한 참조 번호들이 유사한 부분들을 나타내는 첨부된 도면들을 참조하여, 오직 예시적으로 제시되는 그 실시예들에 대한 이하의 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 터빈 장치의 개략적인 측면도이다.
도 2는 도 1의 터빈 장치의 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 통상적인 전개 개요를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 사용된 가이드의 변형을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 작동 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터빈 장치의 개략적인 측면도이다.
도 7a는 제1 가이드 레일 시스템의 단면도이다.
도 7b는 제2 가이드 레일 시스템의 단면도이다.
도 8은 에어 타워의 하부의 개략도이다.
도 9는 회전자 피치 조정 메커니즘의 개략적인 측면도이다.
도 10은 압력 릴리즈 밸브들의 제어에 대한 순서도이다.
도 11은 회전자 블레이드의 개략적인 측면도이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예를 이루는 예시적인 부유식 터빈(10)을 도시한다. 부유식 터빈(10)은, 발전 장치를 포함하며, 발전기 하우징(14)에 연결되는 터빈 블레이드들(12)을 구비하여 제공된다. 예를 들면, 발전기 하우징(14)은 적합한 기어장비(gearing)와, 터빈 블레이드들이 회전함에 따라 전력을 생성하도록 구성되며 기어장비에 결합되는 발전기 또는 교류 발전기(alternator)를 포함할 수도 있다. 터빈 블레이드들은 부유식 터빈(10)이 물을 통해 위아래로 움직임에 따라 발전기 하우징(14)에 대해 회전하도록 구성된다.

부유식 터빈은, 본 실시예에서 블레이드들이 회전하는 터빈의 중앙 축을 통과하는, 가이드(20)상에서 위아래로 이동하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 가이드는 상이한 형태를 가질 수도 있으며, 중앙 축 상에 있을 필요는 없다. 예를 들면, 하나의 대안적인 실시예에서, 가이드는 부유식 터빈이 이동하는, 물로 채워지는 천공성 파이프 또는 파이프 같은 몸체의 형태를 가질 수도 있다.

부유식 터빈(10)은, 본 실시예에서 양의 부력을 부유식 터빈(10)에 전하도록 요구될 경우, 압축 공기 또는 다른 기체를 수용하도록 구성된 밸러스트 탱크들(ballast tanks)(18)를 포함하는, 밸러스트 박스(16)를 구비하여 제공된다. 일 실시예에서, 밸러스트 탱크들(18)은 구조 작업들에 사용될 수도 있는 것들과 같은, 확장 가능한 리프팅 백들(lifting bags)이다. 그러나, 바람직하게는, 백들은, 터빈이 중력 하에 가이드의 단부로 가라앉을 수 있기 위하여, 그들이 부유식 터빈을 얕은 깊이로 들어 올린 경우 공기가 그로부터 방출되도록 밸브를 구비하여 제공된다.

또 다른 실시예에서, 밸러스트 박스(16)는 링 토러스(ring torus) 형상의 밸러스트 탱크(18)이다. 링 토러스 밸러스트 탱크(18)는 가이드(20)를 둘러싸며 가이드는 링의 중앙을 통과한다.

터빈은 밸러스트 탱크(18)가 해수로 채워질 경우 표면 해수에 대해 약간의 음의 부력이도록 가중된다. 이는 도킹 스테이션(docking station)(36)에서 그 부력이 증가될 경우 최소한의 양의 공기가 터빈을 뜨게 할 수 있는 것을 보장함으로써, 터빈의 효율을 최대화한다.

일 실시예에서, 부유식 터빈(10)은 에너지 저장 유닛으로 사용된다. 전기 에너지는 수중에 기계적으로 고정된 양 또는 음의 부력을 갖는 부유식 터빈에서 포텐셜 에너지로서 저장된다. 터빈이 고정되는 동안, 에너지 입력과 에너지 출력을 모두 가지지 않는다. 그러나, 터빈이 고정 위치로부터 릴리즈되면, 그것의 부력은 전기 에너지를 생성하기 위한 상방 또는 하방으로의 힘을 생성한다.

상방으로의 힘은 부유식 터빈(10)이 양의 부력을 가지는 경우 생성된다. 부유식 터빈은 그것의 최하점(즉, 해저에 위치하는 도킹 스테이션)에서 고정될 수도 있으며, 공기로 채워진 그것의 밸러스트 박스가 그것이 양의 부력을 가지게 한다. 전기 에너지가 요구될 경우, 적합한 클램프들(clamps), 전자석 또는 이와 유사한 것에 의해 인가되는 고정력(holding force)이 해제되고 양의 부력에 의해 생성되는 상방으로의 힘이 주위의 물을 통해 터빈의 상방 운동을 생성하며 터빈으로의 회전력은 주위 물을 통과하는 블레이드들(12)의 운동에 의해 제공된다. 터빈은 운동의 상한에 도달할 때까지 전기 에너지 출력을 제공한다. 이러한 상한에서, 부유식 터빈은 물에서 양의 부력을 가진 채로 유지되므로, 수중에서 부유식 터빈의 어떠한 움직임도 없으며 어떠한 전력 생성도 없다.

중력 포텐셜 에너지는 이 위치에 부유식 터빈(10)에 의해 저장되며, 이는 부유식 터빈이 음의 부력이 가지게 하기 위해 그것을 물로 채우고 공기의 밸러스트 박스를 제거함으로써(purging) 전기 에너지를 생성하도록 해방될 수 있다. 음의 부력을 가지는 부유식 터빈은 주위의 물을 통해 가라앉을 것이며 블레이드들(12)은 전기 에너지로 전환하도록 터빈에 대한 회전 운동을 제공할 것이다. 부유식 터빈(10)은, 발전이 진정되는 지점에서 낮은 범위의 운동에 도달할 때까지 전기를 생산하며 주위의 물을 통해 계속 하강할 것이다.

가이드(20)는 바람직하게는 전체로서의 터빈이 가이드에 대해 회전하는 것이 가능하지 않도록 하는 형상을 가진다. 터빈(10)은 그를 관통하는 대응하는 형상을 가진 구멍을 구비하여 제공되며, 이를 통해 가이드가 수용된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 타원 형상의 가이드가 사용될 수도 있지만, 직사각형, 정사각형, 또는 원형을 제외한 임의의 형상과 같은 다른 형상들이 바람직하다. 원형 단면의 가이드가 사용될 경우, 가이드들 또는 홈들 또는 이와 유사한 것과 같은 메커니즘이 가이드에 제공되며 터빈 상의 러그들(lugs)이 그 안으로 끼워짐으로써, 전체로서 터빈 장치는 상승 또는 하강함에 따라 가이드 주위를 돌지 않는다. 예를 들면, 돌출된 가이드들 또는 T자 형상의 러너들(runners)을 가지는 원형 파이프가 사용될 수도 있다.

본 실시예에서, 가이드(20)는 해저에 위치한 물 표면으로부터 도킹 스테이션까지 연장된다. 그러한 가이드의 구현은 물 표면에 위치한 선택적인 플랫폼 및 도킹 스테이션 중 어느 하나에 터빈을 고정시키는데 어떠한 케이블도 요구되지 않는다는 것을 의미한다. 또한, 가이드는, 개수 흐름에서도 물의 동일한 부분에서 작동하는 복수의 터빈들의 경우에 안전에 대한 걱정을 줄이며 동일한 경로를 따라 터빈이 하강 또는 승강할 것을 의미한다.

선택적으로, 밸러스트 탱크(18)로부터 물을 빼내기 위해 터빈(10)의 운동의 낮은 범위에서의 도크(dock) 또는 터빈(10)의 부분 중 하나로서 펌프(미도시)가 제공될 수도 있다. 물이 밸러스트 탱크(18) 밖으로 배출됨에 따라, 밸러스트 탱크 내에 포집된 공기의 팽창에 의해 밸러스트 탱크 내에 부분적인 진공이 형성된다. 밸러스트 탱크(18) 내의 부분적인 진공은 터빈(10)이 부력을 가지게 하는 밸러스트 탱크의 부력을 증가시킨다.

도 3은, 부유식 터빈들(10A 내지 10E)의 몇몇 세트들을 구비하며, 본 예에서 해저로부터 표면까지 연장되는 것으로 도시되는 그들 각각의 가이드들(20)을 구비하는, "팜(farm)"이 제공되는 통상적인 전개 개요를 도시한다. 각각의 가이드(20)의 하단에는, 각각의 연결 호스들(38)을 거쳐, 가스 압축기(32)에 연통 가능하게 연결되는 도킹 밸브들(미도시)을 구비하여 제공되는, 도킹 포트(36)가 있다. 압축기(32)는 바다 표면까지 연장되는 공기 흡입구(34)를 구비하여 제공된다. 압축기(32)는 하이드로-팩, 인크.(Hydro-Pac, Inc.)에서 이용 가능한 LX 시리즈 압축기일 수도 있으며, 특히 앞서 언급한 압축기일 수도 있다.

도 3의 전개에서, 각각이 그 하강 및 상승 작동 주기의 상이한 단계에 있는, 다섯개의 부유식 터빈들(10A 내지 10E)이 도시된다. 예를 들면, 터빈(10A)은, 그 작동 주기 중 하방 다리를 통하여 대략 중간에 있으며, 이로써 중력의 효과 하에서 물을 통해 이동함에 따라 전기를 생산할 것이다. 또한, 유사하게, 터빈(10B)은 그 작동 주기 중 하강 단계 상에 있지만, 터빈(10A)보다 물에서 더 높게 있으므로, 터빈(10A)보다 하강 단계에서 더 이른 상태이다. 이러한 점에서, 터빈(10B)의 작동 주기를 지연시키기 위하여 터빈(10B)의 작동 주기는 시차를 둔다.

터빈들(10C 및 10D)은 둘 모두 그들 각각의 작동 주기 중 상승 단계 상에 있으며, 터빈(10D)이 터빈(10C)보다 시간 측면에서 더 앞서 있다. 본 예에서, 터빈들(10C 및 10D) 둘 모두가 양의 부력을 가지기 위해 팽창된 밸러스트 탱크들(16)에 제공된 리프팅 백들(18)을 구비하는 점에 유의해야 한다. 다른 실시예들에서, 압력 조절 밸브들을 가지는 밸러스트 탱크들이 사용될 수도 있다. 또 다른 실시예들에서, 리프팅 백들과 밸러스트 탱크들의 조합이 사용될 수도 있다. 밸러스트 탱크들과 리프팅 백들 중 어느 하나 또는 둘 모두에 의해 제공되는 힘에 따라서, 터빈들(10C 및 10D)은 특정 속도로 물을 통해 이동할 것이며, 이로써 그들 각각의 터빈 블레이드들이 이동과 함께 회전함에 따라 전기를 생산한다. 일 실시예에서, 다른 터빈들의 각각의 작동 주기들의 용이한 관리가 이루어지도록, 터빈들의 상승 속도는 하강 속도와 실질적으로 매칭된다. 그러나, 이는 필수적인 것은 아니며, 상승 단계가 하강 단계와 상이한, 더 길 수도 있는 지속 시간을 가질 수 있다.

터빈(10E)은 그 하강 단계를 종료하고 각각의 도킹 포트(36)에 도킹된다. 앞서 언급한 바와 같이, 도킹 포트(36)는, 압축기로부터 밸러스트 탱크(16)와 리프팅 백들(18) 중 어느 하나 또는 둘 모두로 압축 가스를 공급하기 위하여 터빈 몸체에 제공되는 밸브 유입구들과 연결되는 신속 연결 밸브들(quick coupler valves) 또는 도킹 밸브들을 구비하여 제공된다. 도시된 바와 같이, 압축기에 의해 채워지는 과정에 있는 경우, 터빈(10E)의 리프팅 백들(18)은 부분적으로만 채워진다. 충분한 양만큼 채워지면, 도킹 메커니즘이 풀리고, 터빈은 표면을 향하여 부유할 수 있으며, 상방으로 진행함에 따라 전기를 생성한다.

수중에서 제1 부유식 터빈의 블레이드들의 회전 운동에 의해 생성되는 웨이크(wake)는 주위의 물에 와류를 형성한다. 와류는 제1 부유식 터빈의 블레이드들로부터 퍼지며, 동일한 주위의 물을 통과하는 제2 터빈의 블레이드들은 와류를 통과할 수도 있다. 터빈 블레이드들은 층류의 물을 통과할 때 가장 효율적일 것으로, 와류는 제2 터빈의 효율을 감소시킬 것이다.

팜 배열을 이루는 복수의 부유식 터빈들의 상대적인 위치는 임의의 부유식 터빈의 웨이크에 의해 발생되는 터빈-간(inter turbine) 난류가 또 다른 부유식 터빈의 효율에 영향을 주는 것을 최소화하도록 계획된다.

추가적으로, 터빈-간 난류는 인접한 터빈들이 정지 상태일 경우에 터빈을 작동시킴으로써만 감소될 수 있거나, 그 반대일 수도 있다.

임의의 하나의 터빈의 작동 주기가 도 5의 흐름도에 의해 도시된다. 먼저, 터빈이 상승 단계의 상단에 있다고 가정한다. 이때, 밸브는 리프트 백들 및/또는 밸러스트 탱크로부터 모든 가스가 방출되도록 개방되며, 터빈은 중력에 의해 가라 앉는다(s.5.2). 가라 앉는 터빈 블레이드들이 화전하는 동안, 전기가 생성된다(s.5.4). 하강 단계의 하단에서의 경우, 터빈은 하단 도킹 인터페이스와 도킹하고(s.5.6), 하단 인터페이스는 압축 가스로 밸러스트 탱크들을 채우고/채우거나 리프팅 백들을 팽창시키기 시작한다(s.5.8). 요구되는 양만큼 채워지면, 도킹 인터페이스는 터빈을 풀어주며, 터빈은 리프팅 백들 및/또는 밸러스트 탱크들로부터 전해진 양의 부력 하에 상승하기 시작한다(s.5.10). (일반적으로 피치가 고정된 경우, 하강의 반대 방향으로) 터빈들의 회전이 상승하는 동안, 전기가 생성된다. 상승 단계는 터빈이 표면에 도달할 때까지 지속되고 리프팅 가스가 밸러스트 탱크들/리프팅 백들로부터 방출되어(s.5.14), 주기가 다시 시작한다.

언급된 바와 같이, 팜에서 터빈들의 작동 주기들은, 그들이 압축기를 작동시킬 전력을 공급할 수 있기 위하여, 하나의 터빈만이 도킹되어 임의의 하나의 시점에 압축기로부터 압축 공기를 수용하며, 다른 터빈들이 상승 또는 하강 단계에 있도록, 시차를 두는 것이 바람직하다. 작동 주기들의 정확한 위상화(phasing)는 주로 터빈 가이드들의 길이에 의존하며, 이는 단일의, 100% 활용되는, 공기 압축기로 동작될 수 있는 터빈들의 수를 결정한다. 대안적인 실시예에서, 위상화는 또한 터빈 상에 고정되는(fitted) 다양한 센서들에 의해 모니터링될 수 있으며, 또한 CPU/PLC에 의해 제어될 수 있다.

도 3의 부유식 터빈의 배열은 제어된 방출을 가능케 하는 방식으로 에너지를 저장하는데 사용될 수도 있다. 하나 이상의 부유식 터빈들(10A 내지 10E)은, 전기 에너지에 의해 구동되는 압축기에 의해 압축 가스로 채워져 도킹 메커니즘에 의해 고정된다. 그러한 터빈들은 고정되는 동안 포텐셜 에너지를 저장하지만, 도킹 메커니즘에 의해 그들이 방출되는 경우 저장된 포텐셜 에너지를 전기 에너지로 변환한다.

생성된 전력이 표면으로 공급되는 방식과 관련하여, 도 4는 보다 상세하게 가이드(20)를 도시한다. 여기에서, 가이드(20)가, 표면 상에 떠있는 부력을 가지는 상부 링(42)을 포함할 수도 있는 점을 알게될 것이다. 가이드의 몸체는 부력을 가지는 상부 링(42)에 매달리며, 터빈이 이를 따라 이동하는, 복수의 개별 와이어들(42)로 이루어진다. 터빈은, 생성된 전류를 공급하기 위하여 와이어들 중 하나 이상과 접촉하는 브러쉬 컨택트들을 구비하여 제공되며, 와이어는 전류를 하단으로 전달하거나, 대안적으로 표면으로 전달하여, 이로부터 육상의 전력망 분배 시스템으로 흐를 수 있다(tapped off).

또 다른 실시예들을 제공하기 위하여, 상술한 실시예에 다양한 변경들이 이루어질 수도 있다. 예를 들면, 터빈들은, 고정된 피치 블레이드들을 구비할 수도 있으며, 또는 대안적으로 가변 피치 블레이드들을 구비하여 제공될 수도 있다. 가변 피치 블레이드들의 이점은 터빈 블레이드들 상의 항력(drag)을 변화시킴으로써, 하강 및 상승 속도를 변화시켜, 전력 출력을 변화시키도록 피치가 제어될 수도 있다는 점이다. 또한, 적어도 블레이드들의 피치는 상승 단계 및 하강 단계 사이에 뒤바뀔 수도 있고, 그 반대로 바뀔 수도 있어, 터빈이 주기의 양 단계들에 동일한 방식으로 돌 수 있다. 이는 반전 기어장비(reversing gearing)를 필요로 하지 않게 한다.

또한, 각각의 부유식 터빈은 블레이드들의 복수의 세트를 구비하여 제공될 수도 있으며, 예를 들어 블레이드들의 콘트라-로테이팅(contra-rotating) 세트들을 구비하여 제공될 수도 있다. 그러한 콘트라-로테이팅 프로펠러식 시스템들은 블레이드들의 단일 세트보다 더욱 효율적인 것으로 나타난다.

도 9는 터빈 블레이드와의 사용을 위한 블레이드 피치 제어 메커니즘을 도시한다. 기어장비실(96)은 밸러스트 탱크(16)에 형성된다. 전면(90)은, 주위의 물을 통해 상방 및/또는 하방으로의 밸러스트 탱크(16)의 운동이 전면(90) 상의 압력을 변경하도록 밸러스트 탱크(16)의 상부 면과 하부 면 중 하나 이상에 노출된다. 전면(90)은 밸러스트 탱크(16)에 대해 이동 가능하며, 전면(90)과 이동 가능한 피스톤(91)에 결합된다. 피스톤(91)은 예를 들어 기계식 스프링과 같은, 바이어싱 수단(biasing means)에 선형 기어(92)에 의해 연결된다. 바이어싱 수단은 전면(90) 상의 압력에 의해 야기되는 움직임에 저항할 힘을 제공한다. 코그(cog)(94)는 선형 기어(92)에 체결되며 (피스톤 및) 선형 기어의 운동으로 회전한다. 일 실시예에서, 터빈 블레이드(미도시)는 그것의 회전축에 대하여 코그(94)에 직접 체결된다. 또 다른 실시예에서, 블레이드는, 기어들을 포함할 수도 있는, 매개 요소들에 의해 코그에 체결된다. 상술한 두 실시예들에서, 피스톤(91)의 운동에 의한 코그(94)의 회전은 터빈 블레이드의 피치를 변경한다.

단일 블레이드 피치 제어 메커니즘은 단일 터빈 블레이드의 피치를 제어할 수도 있거나, 대안적으로 단일 메커니즘은 기계식 연결장치(linkages)에 의해 복수의 블레이드들의 피치를 제어할 수도 있다.

또 다른 실시예에서, 전자 제어 유닛은 상승 및/또는 하강 속도를 모니터링하고 블레이드 피치 제어 메커니즘에 의해 생성된 비틀림(torsion)을 사용하여 터빈 블레이드 각도를 제어한다.

도 11은 블레이드의 회전 축(12r)에 따른 각도로 바라본 회전 가능한 터빈 블레이드(12a)를 도시한다. 세 개의 평행한 빈 화살표들은 블레이드에 대한 물의 움직임을 나타내며 단일 블록 음영 화살표는 에너지 생성 목적들을 위한 블레이드의 요구된 운동을 나타낸다.

블레이드(12a)는 실선으로 그려진 제1 각도로 도시된다. 블레이드(12b)는 파선으로 그려진 제2 각도로 도시되며, 제1 각도로부터 제2 각도에 도달하기 위해 회전축(12r)에 대해 각도(α)만큼 블레이드가 회전된다.

블레이드는 ⅰ. 0도와 동일한 각도(α)로 터빈 블레이드(12a)가 위치할 경우 상승 및/또는 하강하기 위한 최소 저항(실선으로 그려진 터빈 블레이드로 도 11에 도시됨); 및 ⅱ. 90도와 동일한 각도(α)로 터빈 블레이드가 위치할 경우 상승 및/또는 하강하기 위한 최대 저항(도 11에 미도시)을 제공한다.

본 발명에 의해 전기를 생성하는데 가장 효율적인 블레이드 피치는 터빈 블레이드들의 레이크(rake), 형상, 크기 및 갯수와, 터빈에 사용되는 교류 발전기의 성능들과 관련된다. 피치 각도(α)는 아래의 수학식을 사용하여 블레이드들의 반경(r)과 피치(pitch)로부터 계산될 수도 있다.

일 실시예에서, 터빈 블레이드의 길이에 따른 평균 각도는 45도 내지 60도이다. 또 다른 실시예에서, 터빈 블레이드의 길이에 따른 평균 각도는 55도 내지 60도이다.

도 9에서, 블레이드 피치 제어 메커니즘은 밸러스트 탱크(16) 내의 기어장비실(96) 내에 부분적으로 포함된 것으로 도시된다. 대안적으로, 블레이드 피치 제어 메커니즘은 터빈의 다른 구조체들 내에 배치된다.

또 다른 변형예에서, 압축기는 해저에 배치될 필요는 없고, 대신에 표면에 떠있거나 압축 공기 탱크 팜의 바로 옆의 육상에 있을 수 있으며, 가이드들의 하단에서 인터페이스 도크들로 연장되는 공급 호스들을 구비한다.

또 다른 변형예에서, 터빈 팜에 압축기를 제공하는 대신에, 해저 및 표면 중 어느 한 곳에 압축 가스 탱크와 같은 압축 가스 공급부가 제공될 수도 있다. 이는 국부적으로 압축기에 전원을 공급할 필요를 없애준다. 그러나, 탱크에 주입하기 위해 가스를 압축하는 곳의 압축기에 전원을 공급하는 것은 여전히 요구될 것이지만, 그러한 압축기를 운영하고 터빈 팜으로 탱크를 이송하는데 요구되는 제공 에너지는 터빈들에 의해 전체적으로 생성되는 것보다 적으며, 전체적인 구조는 여전히 에너지 생산적일(energy positive) 것이다.

또 다른 변형예에서, 압축기는 풍력 또는 태양 에너지에 의해 구동되는 것과 같이, 재생 가능한 에너지 수단에 의해 구동될 수 있다. 이러한 방식으로 에너지 생성 네트워크가 흑자로 운영될 경우, 에너지는 압축 공기에 저장될 수도 있으며, 순차적으로 그 부력을 바꾸도록 부유식 터빈 내로 전해지는데 사용될 수 있다. 이는 에너지의 재생 가능한 원천에 의존하는 네트워크에서 본 발명의 부유 터빈을 구현하는 것으로 나타나며, 네트워크의 출력은 소비자의 요구사항들에 따라 용이하게 조정되고 유연해질 수 있다.

또 다른 변형예에서, 밸러스트 탱크 또는 리프팅 백들을 제공하는 대신에, 터빈의 몇몇의 다른 부분이, 상승 단계를 시작하도록 부력을 가지는 유체로 대신 채워질 수도 있다. 예를 들면, 터빈 블레이드들은 비어있을 수 있으며, 하강 단계에서는 물로 채워질 수 있고, 상승 단계 전에 배출되고 부력을 가지는 유체로 교체될 수 있다.

또 다른 변형예에서, 터빈은, 예를 들면 제어 안내 전자장치, 및 소형 스티어링 쓰러스터들(steering thrusters)을 구비하여 제공되는 것과 같은, 자체 가이딩(self guiding)으로써, 가이드(20)를 제외하는 것이 가능할 수도 있다. 그러한 경우, 터빈은 자유롭게 상승 및 하강할 수 있지만, 터빈이 하단 인터페이스와 도킹할 수 있도록, (예를 들면 터빈의 몸체 상에 장착된 전기 모터들에 의해 구동되는 소형 프로펠러들과 같은) 스티어링 쓰러스터들을 통해 그것의 측방 위치를 제어할 수도 있다.

도 6은 터빈 장치(10)의 또 다른 실시예를 도시한다. 여기에서, 밸러스트 탱크들(16)은 터빈이 각각의 방향으로 물을 통과함에 따른 항력을 감소시키도록 유체역학적인(hydro-dynamically) 형상을 가진다. 또한, 밸러스트 탱크들(16)이 발전 시스템(14)의 상하부 양측에 제공되는 것이 이해될 것이다.

또한, 터빈 블레이드들은, 각각이 스트럿들(66)에 의해 중앙 터빈 몸체에 부착되는, 좌우 쉴드들(62 및 64)을 포함하는 슈라우드(shroud)를 구비하여 제공된다. 쉴드들(62 및 64)은, 가이드를 따라 터빈의 운동 속도보다 더 높은 속도로 터빈 블레이드들을 향하여 물을 안내하는 벤츄리(venturi)로서 기능하도록, 만곡된다. 이는 가이드를 따라 터빈 속도를 증가시키지 않지만, 터빈을 통해 물의 유속을 증가시켜야 하며, 획득되는 출력에서의 증가를 위해 제공될 수도 있다.

쉴드들(62 및 64)은 스트럿들(66)의 근위 단부에 부착된 쉴드 홀더들에서 쉴드들로 제어 가능하게 상하로 슬라이딩할 수도 있음으로써, 쉴드들에 의해 형성되는 벤츄리의 유효 입력 쓰로트 폭(effective input throat width)는 증가되거나 감소되기 위하여 변화될 수도 있다.

또한, 쉴드들(62 및 64)은 구부러질 수 있는 경질의 재료로 이루어질 수도 있다. 이는 자체 확장 벤츄리가 터빈의 이동 방향으로 생성되도록 하며, 쉴드의 다른 단부는 압축되고 좁혀진 상태로 유지될 것이다. 이는 아무런 전력 소비 없이 요구되는 벤츄리 효과를 달성할 수 있다. 이러한 메커니즘은 또한 터빈의 하강/상승 속도를 변화시키도록 ECU에 의해 전자-유압식, 전기식 또는 전자-기계식으로 제어될 수도 있다.

도 7a는 발전기 하우징(14)에 의해 둘러싸인 구형 가이드(20)를 도시한다. 네 쌍의 휠들(70)은 네 쌍의 차축들(72)에 의해 발전기 하우징(14)의 내부 표면에 회전 가능하게 부착된다. 휠들(70)의 쌍들은 발전기 하우징(14)의 내부 표면에 대해 동일하게 이격된다. 각각의 휠(70)은 그 자체의 U자-형상의 가이드 레일(74) 내에서 작동하며, 이는 구형 가이드(20)의 외벽에 제2 암이 더 연장되는 U자-형상 가이드 레일(74)의 제1 암에 의해 부착된다. 대안적으로, 가이드(20)는 비-구형의, 타원형일 수도 있고/있거나, 휠들의 더 많거나 더 적은 쌍들이 있을 수도 있다.

도 7b는 구형 발전기 하우징(14)에 의해 둘러싸인 타원형 가이드 시스템(20)을 도시한다. 가이드 시스템은, 맞은편 측부를 따라 작동하는 쌍들을 가지는 가이드 시스템의 길이 방향을 따라 내측으로 연장되는 두 쌍의 가이드 레일들(76)을 포함한다. 단일 가이드 레일(78)은 발전기 하우징(14)의 두 측부의 내부에 장착되며 외측으로 연장된다. 각각의 단일 가이드 레일(78)은 가이드 레일들(76) 쌍의 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능하며 단일 쌍의 가이드 레일들(76) 사이에 연장된다. 대안적으로, 가이드 시스템(76, 78)은 가이드 레일들의 더 많은 세트들을 포함할 수도 있고/있거나 단일 가이드 레일(78)이 이중 가이드 레일(76)로 교체되고 그 반대가 될 수도 있다.

도 8은, 도 3의 공기 유입구(34)일 수도 있거나 도 3에 도시된 것과 상이한 실시예일 수도 있는, 공기 유입구의 단면을 도시한다. 도 8에 도시된 공기 유입구(34)의 단면은 더 낮은 단부이지만, 도 8에 도시된 특징들은 더 높은 공기 유입구(34)로 제공되고 도시된 상대적인 위치에 있지 않을 수도 있다.

공기로 채워진 공기 유입구(34)는 공기가 따뜻하면서 습한 표면까지 도달한다. 표면 근방에서는, 물도 또한 상대적으로 따뜻하며, 수온은 수심이 증가함에 따라 감소한다. 공기 유입구(34)의 몸체는 수심이 증가함에 따른 더 큰 범위로 주위의 물에 의해 냉각된다. 표면으로부터의 따뜻하고 습한 공기는 공기 유입구(34)의 몸체에 의해 냉각되며 수증기는 공기 유입구 내에서 공기로부터 공기 유입구 내의 냉각 표면 상에 응축된다.

가장 저온의 공기는 바다 온도가 최저인 하단의 공기 유입구(34) 내의 공기이다. 수온 약층 하부 해수의 온도는 0℃로 떨어진다. 본 시스템이 상당한 해양 수심에서의 이점을 취하도록 설계되어, 이러한 온도차는 본 시스템이 공기 기둥에서 공기의 냉각에 효율적이라는 점을 의미한다. 이러한 하부 영역에는, 공기 유입구(34)의 벽 내에 공기 추출 포트(80)가 있다. 공기 추출 포트(80)는 열적으로 단열된 냉기 파이프(81)를 통하여 공기 유입구(34)로부터 냉기를 끌어낸다. 냉기 파이프(81)는 지역 냉방 목적들로 사용되는 주거 또는 상업 건물로 냉기를 이송한다. 냉기는 공기 펌프(82)를 사용하여 냉기 파이프를 따라 이동한다. 도 8에서, 공기 펌프는 공기 유입구(34)에 인접한 냉기 파이프(81)를 따라 위치하는 것으로 도시되었지만, 냉기 펌프(82)는 공기 유입구(34) 내에 위치할 수도 있거나, 냉기 파이프(81)를 따라 더 멀리 배치되거나 육상에도 위치할 수 있다.

공기 유입구(34)는 본 시스템에 있는 부유식 터빈들과 분리된 것으로 도 3에 도시된다. 일 실시예에서, (도 3에는 도시되지 않았지만) 공기 유입구는 안내 수단(20) 내에 위치할 수도 있다. 공기 유입구(30)는 표면 온도의 공기가 타워 내로 끌려오는, 물의 표면으로부터 연장되는 공기 타워를 형성한다. 공기 타워는 부유식 터빈 상에 설치되는 안내 수단과 함께 작동하는 트랙을 구비한다.

주거 또는 상업 건물들에서의 해수 냉각 공기의 사용은 에너지 집약 처리인, 공조에 대한 요구를 감소시킨다.

표면으로부터 끌려온 습한 공기로부터 응축된 물은 중력에 의해 그것이 수집되고 물 추출 포트(84)를 거쳐 추출되는 공기 유입구의 하단까지 이동한다. 물은 물 펌프(85)에 의해 물 파이프(86)를 따라 펌핑된다. 물 펌프(85)는 공기 유입구(34)에 인접하게 배치된 것으로 도시되었지만, 그것은 공기 유입구 내, 또는 물 파이프(86)를 따라 더 먼 지점에 배치될 수도 있다.

응축된 물은 비-함염(non-saline)이고, 음료수(potable water)로 사용될 수 있다. 응축 및 펌핑 처리는 통상적인 물 정화 방법들보다 훨씬 더 적은 에너지를 요구하였다.

열 교환 시스템(87)은 공기 유입구(34) 내에 제공된다. 열 교환 시스템은 하부 라디에이터 개구를 거쳐 공기 유입구 내로 끌려오는 함염 냉수를 포함하는 라디에이터로 도시된다. 함염 냉수는 공기 유입구(34)를 통해 끌려와 공기 유입구(34) 내의 공기를 냉각한다. 라디에이터의 냉각 효과는 공기 유입구(34) 내 물 응축을 증가시킬 것이다. 함염 냉수가 공기 유입구(34) 내 공기에 의해 간접적으로 가열됨에 따라, 그것의 밀도는 감소하며 함염 온수는 상부 라디에이터 개구를 통해 배출되기 전에 라디에이터 내에서 상방으로 흐른다. 펌프(미도시)는 열 교환 시스템(87)을 통해 물을 펌핑하는데 사용되어 그것의 냉각 효과를 증가시킬 수도 있다.

유리하게는, 수증기가 액체인 물로 응축됨에 따라, 그것의 부피가 감소하여 공기 유입구(34) 내의 기압을 감소시키고 표면으로부터 공기 유입구(34) 아래로 공기를 끌어온다. 따라서, 대기를 샤프트(shaft) 내로 펌핑하는 공기 압축기에 대한 필요를 없앤다.

일 실시예에서, 도 3의 가스 압축기(32)는 도 8의 공기 펌프(82)로 사용된다.

도 6은 상부 및 하부 압력 릴리즈 밸브들(68, 69)의 세트를 도시한다. 터빈이 상승함에 따라, 밸러스트 박스들(16) 내에 수용된 공기는 팽창할 것이고 그것의 밀도는 감소할 것이다 (장치의 부력을 증가시켜 상승 속도를 증가시킴). 팽창된 공기는 상부 및 하부 압력 릴리즈 밸브들 중 어느 하나를 거쳐 선택적으로 방출 가능하다.

하부 압력 릴리즈 밸브들(68)은, 개방될 경우, 터빈 밸러스트 탱크로부터 팽창된 공기의 제트(jet)를 방출하며 상승 속도를 증가시키도록 터빈을 가속하는 상방으로의 힘을 제공한다. 상부 압력 릴리즈 밸브들(69)은 터빈의 상승 속도를 늦추기 위해 공기의 팽창된 제트를 상방으로 향하게 한다.

상부 및 하부 압력 릴리즈 밸브들의 배치 및 갯수는 터빈의 유체역학적 특성들을 조정하도록 변경될 수도 있다. 몇몇의 실시예들에서, 터빈은 하나 이상의 상부 압력 릴리즈 밸브(69) 또는 하나 이상의 하부 압력 릴리즈 밸브(들)(68)을 포함한다.

압력 릴리즈 밸브(들)(68)을 통해 방출되는 유체는 공기와 다른 유체일 수도 있으며, 예를 들면 물, 또는 임의의 다른 넘치는 가스일 수 있다.

도 10은 도 6의 압력 릴리즈 밸브들을 제어하기 위한 방법을 도시한다. 본 방법은 터빈 상승 속도를 증가시키거나 감소시키기 위하여 밸브들을 선택적으로 개폐함으로써 상승 속도를 제어한다.

단계(s.10.0)에서, 본 방법이 시작하고 단계(s.10.1)로 진행한다. 단계(s.10.1)에서, 본 방법은 터빈이 그것의 연관된 가이드를 따르는 이동 경로의 상한에 도달하였는지 여부를 확인한다. 상한에 도달되지 않은 경우, 본 방법은 그것이 종료되는 단계(s.10.2)로 진행한다. 상한에 도달되지 않은 경우, 본 방법은 단계(s.10.3)으로 진행하여 터빈 상승 순간 속도를 측정한다. 상승 속도가 미리 결정된 제1 속도 아래인 경우, 상향 밸브들이 폐쇄되고(단계 s.10.4) 하향 밸브들이 개방되며(단계 s.10.5) 본 방법은 단계(s.10.6)으로 진행한다. 이는 상승 속도를 증가시킬 것이다. 측정된 순간 상승 속도가 미리 결정된 제1 속도와 동일하거나 더 높은 경우, 본 방법은 단계(s.10.6)으로 진행하며 상하부 밸브들은 변경되지 않는다. 단계(s.10.6)에서, 상승 속도가 미리 결정된 제2 속도(미리 결정된 제1 속도와 동일하거나 더 큼) 위에 있는 경우, 하향 밸브들이 폐쇄되고(s.10.7) 상향 밸브들이 개방되며(s.10.8) 본 방법은 단계(s.10.1)로 되돌아간다. 이는 상승 속도를 감소시킬 것이다. 측정된 순간 상승 속도는 미리 결정된 제2 속도와 동일하거나 더 낮은 경우, 본 방법은 단계(s.10.1)로 되돌아간다.

도 10의 방법은, 주어진 수심에서의 압력을 알 수 있으므로, 상승 속도보다는, 터빈의 수심에서의 측정값이도록 적용될 수 있다. 따라서, 밸브들의 제어는 터빈이 물 표면으로부터 얼마나 멀리 이동할 수 있는지 여부에 따른다. 고정된 지점 위의 고도는 또한 밸브들을 제어하는데 사용될 수도 있으며, 고정된 지점은 수중층, 또는 가이드(20)에 의해 규정되는 부유식 터빈의 운동의 하한일 수 있다.

또 다른 실시예들을 제공하기 위하여 부가, 치환 또는 삭제로 인한 추가적인 변경들은 상술한 실시예들에 이루어질 수도 있으며, 그 중 전부 또는 임의의 것들은 첨부된 청구범위 내에 포함되도록 한다.

Claims (13)

1. 부유식 터빈으로서,
   공통 축에 대해 회전하도록 작동 가능하며, 터빈 블레이드들이 회전함에 따라 전기를 생성하도록 구성된 발전 시스템과 송수전 가능하게 연결되는 회전 가능한 터빈 블레이드들의 세트;
   상기 부유식 터빈으로 양의 부력을 제어 가능하게 전달하도록 구성된 부력 제어 시스템;
   하나 이상의 터빈 블레이드의 피치 각도를 조정하기 위한 터빈 블레이드 조정 수단; 및
   공통 축을 따라 터빈의 이동을 안내하기 위한 안내 수단을 포함하며,
   상기 부유식 터빈은 물에 가라앉기 적합하고, 상기 터빈 블레이드들은 물을 통해 터빈이 이동함에 따라 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부유식 터빈.
2. 제1 항에 있어서,
   물을 통해 이동하는 장치의 속도를 감지하기 위한 속도 감지 수단을 더 포함하며,
   상기 하나 이상의 터빈 블레이드의 피치 각도는 상기 속도 감지 수단에 의해 감지된 속도에 종속되는 것을 특징으로 하는 부유식 터빈.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 터빈 블레이드 조정 수단은 수압을 하나 이상의 회전자 블레이드의 피치 제어로 전환하도록 작동 가능한 기계 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 부유식 터빈.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 기계 장치는,
   제 위치로 바이어싱되는 선형 기어와 연결된 플레이트와,
   선형 기어와 체결되는 회전 가능하게 장착된 코그를 구비하며,
   상기 코그는 하나 이상의 터빈 블레이드와 연결되고,
   상기 플레이트는 하나 이상의 터빈 블레이드의 대응하는 회전을 야기하도록 상기 플레이트로의 수압 인가에 의해 이동 가능한 것을 특징으로 하는 부유식 터빈.
5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 터빈 블레이드 조정 수단은,
   상승 속도를 감지하도록 구성된 전자 감지 수단과,
   상기 전자 감지 수단과 연결된 프로세서와,
   하나 이상의 터빈 블레이드와 연결되고, 상기 프로세서에 의해 제어되며, 상기 하나 이상의 터빈 블레이드의 피치를 조정하도록 작동 가능한 액추에이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 부유식 터빈.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 전자 감지 수단은 전자 압력 센서를 구비하며,
   상기 프로세서는 상기 전자 압력 센서에 의해 수집된 데이터를 해석하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부유식 터빈.
7. 제5 항에 있어서,
   상기 프로세서는 최적의 상승 속도를 계산하고, 계산된 최적의 상승 속도를 제공하도록 하나 이상의 회전자 블레이드들의 피치를 조정하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 부유식 터빈.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 회전 가능한 터빈 블레이들의 세트는 블레이드들의 제1 세트이며,
   상기 터빈은,
   공통 축에 대해 회전하도록 작동 가능하며, 터빈 블레이드들이 회전함에 따라 전기를 생성하도록 구성된 상기 발전 시스템과 송수전 가능하게 연결되는 회전 가능한 회전 가능한 터빈 블레이드들의 제2 세트를 더 포함하며,
   상기 블레이드들의 제2 세트는 상기 터빈 블레이드들의 제1 세트와 반대 방향으로 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부유식 터빈.
9. 제8 항에 있어서,
   회전 가능한 터빈 블레이드들의 제1 세트의 피치 각도와 회전 가능한 터빈 블레이드들의 제2 세트의 피치 각도는 모두 터빈 블레이드 조정 수단을 사용하여 조정 가능한 것을 특징으로 하는 부유식 터빈.
10. 제1 항에 따른 부유식 터빈을 포함하는, 에너지 저장 시스템으로서,
    상기 부유식 터빈은 이동의 하한에서 음의 부력을 가지며, 도크에 의해 제 위치에 고정되도록 구성되고,
    상기 부유식 터빈의 부력 제어 시스템은 공기의 유입을 허용하도록 구성되어, 상기 부유식 터빈으로 양의 부력을 전달하고 시스템 내에 에너지를 저장하며,
    부유식 터빈은 에너지가 시스템으로부터 요구될 경우 도크로부터 방출되도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
11. 제10 항에 있어서,
    수면 위로부터 수면 아래의 수심으로 연장되는 파이프를 구비하며,
    상기 파이프는 수면 위로 개방되고 수면 위로부터의 공기로 채워지며, 타워 캐비티를 형성하는 공기 타워를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 부력 제어 시스템은 상기 공기 타워의 공기 펌프에 의해 펌핑된 공기를 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
13. 제11 항 또는 제12 항에 있어서,
    상기 공기 타워는 고정된 트랙을 구비하며,
    상기 부유식 터빈의 안내 수단은 상기 고정된 트랙과 함께 작동하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.

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