KR20190067796A - 파도 에너지 변환기 - Google Patents

파도 에너지 변환기 Download PDF

Info

Publication number
KR20190067796A
KR20190067796A KR1020197010274A KR20197010274A KR20190067796A KR 20190067796 A KR20190067796 A KR 20190067796A KR 1020197010274 A KR1020197010274 A KR 1020197010274A KR 20197010274 A KR20197010274 A KR 20197010274A KR 20190067796 A KR20190067796 A KR 20190067796A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pendulum
wave energy
wave
period
energy converter
Prior art date
Application number
KR1020197010274A
Other languages
English (en)
Inventor
폴 신콕
아드리안 콘라드 이솜
스튜어트 존 웨일스
헤이든 마르콜로
Original Assignee
아모그 테크놀로지스 피티와이. 리미티드
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 AU2016903861A external-priority patent/AU2016903861A0/en
Application filed by 아모그 테크놀로지스 피티와이. 리미티드 filed Critical 아모그 테크놀로지스 피티와이. 리미티드
Publication of KR20190067796A publication Critical patent/KR20190067796A/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
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/20—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" wherein both members, i.e. wom and rem are movable relative to the sea bed or shore
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • 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
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G3/00—Other motors, e.g. gravity or inertia motors
    • F03G3/06—Other motors, e.g. gravity or inertia motors using pendulums
    • 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
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G3/00—Other motors, e.g. gravity or inertia motors
    • F03G3/08—Other motors, e.g. gravity or inertia motors using flywheels
    • 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
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/08—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
    • H02K35/02—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems
    • 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
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F05B2220/7068—Application in combination with an electrical generator equipped with permanent magnets
    • 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
    • F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/40—Movement of component
    • F05B2250/44—Movement of component one element moving inside another one, e.g. wave-operated member (wom) moving inside another member (rem)
    • 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
    • F05B2270/20—Purpose of the control system to optimise the performance of a machine
    • F05B2270/202—Tuning to wave conditions
    • 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
    • Y02E10/38—

Landscapes

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

Abstract

물에 부유하고 파도 작용에 응답하여 롤링 및/또는 피칭하도록 구성되는 몸체; 몸체에 의해 지지되고 몸체의 롤링 및/또는 피칭에 응답하여 요동하도록 구성되는 진자; 진자와 연계되고 몸체에 대한 상대적인 진자의 요동을 전기 에너지로 변환하도록 구성되는 에너지 변환 수단; 진자의 요동 기간을 조정하도록 구성되는 진자 조정 수단으로서, 진자 조정 수단은 하나 이상의 플라이휠을 포함하고, 하나 이상의 플라이휠 각각은 진자에 선택적으로 동작가능하게 연결가능한, 진자 조정 수단; 몸체의 롤링 특성을 조정가능하게 조율하도록 구성되는 몸체 조율 수단; 및 몸체의 롤링 기간이 파도 에너지 피크 기간에 근접하거나 그에 일치하도록 몸체 조율 수단을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함하는 파도 에너지 변환기가 개시된다.

Description

파도 에너지 변환기
본 발명은 수역의 파도에 의해 제공된 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치에 관한 것이다.
파력은 석유와 석탄과 같은 재생 불가능한 에너지원에 대한 바람직한 대안인 재생 에너지의 한 형태이다. 파도의 에너지를 이용하는 장치는 파도 에너지 변환기(WEC)로서 공지되어 있을 수도 있다. 파도 에너지 변환을 위한 현재의 기술은 그 초기에 있으며, 따라서 매우 다양한 설계를 갖는 매우 다양한 WEC가 제안되어 왔다.
WEC는 해양과 같은 수역의 파도의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 설계된다. 에너지 생성을 위해 파도 운동을 이용하는 이점, 예를 들어 해양 파도의 풍부함, 에너지 생성에서의 (존재하는 경우) 낮은 배출물, 및 낮은 환경 영향이 있다.
파도 에너지를 이용하려는 한가지 시도가 미국 특허 공보 제2015/0054285호에 개시되어 있다. 본 특허 공보는 파도 작용을 받는 몸체에서 요동가능한 진자를 갖는 WEC의 다양한 실시예를 기재한다. 진자는 진자가 파도의 진동수 또는 그 부근에서 진동하도록 진자의 무게 중심을 조정하도록 구성된 진자 조정기를 포함한다. 적어도 하나의 실시예에서, 진자는 한 쌍의 전기 발전기를 구동하는 휠에 회전 샤프트를 통해 연결된다. 이 설계의 단점은 파도의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 별도의 (즉, 진자와 분리된) 기계 시스템이 필요하다는 것이다. 미국 특허 8,102,065 및 8,836,152는 유사한 WEC를 개시한다.
본 발명의 목적은 이전의 WEC의 특정 결점 또는 단점을 극복할 수 있거나 적어도 유용한 대안인 WEC를 제공하는 것이다.
본 명세서의 임의의 선행 기술에 대한 언급은 이 선행 기술이 임의의 관할권에서 일반적인 지식의 일부를 구성하거나 또는 이 선행 기술이 통상의 기술자에 의해 합리적으로 이해되고, 관련 있는 것으로 간주되고, 그리고/또는 다른 선행 기술과 조합될 수 있다는 것을 인정하거나 제안하는 것이 아니다.
일 양태에서, 본 발명은 파도 에너지 변환기를 제공하며, 파도 에너지 변환기는,
물에 부유하고 파도 작용에 응답하여 롤링 및/또는 피칭되도록 구성되는 몸체;
상기 몸체에 의해 지지되고 상기 몸체의 롤링 및/또는 피칭에 응답하여 요동하도록 구성되는 진자;
상기 진자와 연계되고 몸체에 대해 상대적인 진자의 요동을 전기 에너지로 변환하도록 구성되는 에너지 변환 수단;
상기 진자의 요동 기간을 조정하도록 구성되는 진자 조정 수단으로서, 상기 진자 조정 수단은 하나 이상의 플라이휠을 포함하고, 상기 하나 이상의 플라이휠 각각은 상기 진자에 선택적으로 동작가능하게 연결될 수 있는 진자 조정 수단;
상기 몸체의 롤링 특성을 조정가능하게 조율하도록 구성되는 몸체 조율 수단; 및
상기 몸체의 롤링 기간이 파도 에너지 피크 기간에 근접하거나 일치하도록 몸체 조율 수단을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함한다.
진자는 진자의 요동으로 인해 회전하도록 구성되는 회전가능 샤프트 상에 몸체에 의해 지지되는 것이 바람직하다. 하나 이상의 플라이휠 각각은 회전가능 샤프트에 선택적으로 동작가능하게 연결되어 회전가능 샤프트의 관성 모멘트를 조정함으로써 진자의 요동 기간(또는 진자의 고유 진동수)를 조정가능하게 조율한다.
에너지 변환 수단 또는 에너지 변환기는 진자와 연계된 하나 이상의 영구 자석 및 몸체와 연계된 하나 이상의 코일 형태의 고정자를 포함하는 것이 바람직하다. 하나 이상의 영구 자석은 진자의 원위 단부(즉, 진자가 회전가능 샤프트에 요동가능하게 지지되는 피봇에 대향하는 단부)에 또는 그 부근에 배치되는 것이 바람직하다. 하나 이상의 코일은 하나 이상의 영구 자석의 이동 자기장과의 상호작용으로 인해 하나 이상의 코일에서 기전력(EMF)이 유도되도록 진자의 요동 경로의 주위에서 몸체에 배치되는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 피봇은 진자가 회전가능 샤프트에 대해 임의의 방향으로 요동가능하도록 유니버셜 조인트인 것이 바람직하다. 이 실시예에서, 하나 이상의 코일은 하나 이상의 코일이 피봇으로부터 동일한 반경방향 거리로 떨어져 있도록 반전된 세미-반구형으로 몸체에 배치되는 것이 바람직하다. 대안적인 실시예에서, 진자는 단일 평면 내에서 요동하도록 구속될 수 있다. 이 실시예에서, 하나 이상의 코일은 하나 이상의 코일이 피봇으로부터 동일한 반경방향 거리로 떨어져 있도록 아치형 트랙에서 몸체에 배치될 수 있거나, 하나 이상의 코일은 진자의 하나 이상의 영구 자석의 요동 경로 위 및 아래에 배치된 아치형 트랙에 배치될 수 있다. 이들 실시예 중 어느 하나에서, 하나 이상의 코일은 코일 권선의 평면이 진자의 요동 경로에 일반적으로 수직이 되도록 정렬될 수 있다. 하나 이상의 자석의 세트가 하나 이상의 자석의 인접한 세트에 대해 수평으로 오프셋된 진자 상에 배치될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 코일의 세트는 하나 이상의 코일의 인접한 세트에 대해 수평으로 오프셋된 몸체 상에 배치될 수 있다. 추가의 대안적인 실시예에서, 하나 이상의 코일은 진자와 연계될 수 있고, 하나 이상의 영구 자석은 몸체와 연계될 수 있다.
파도 에너지 변환기에서 에너지가 기계 에너지로부터 전기 에너지로 변환되는 속도는 진자의 요동의 진폭을 제어함으로써 변화될 수 있다. 따라서, 에너지 변환 수단은 바람직하게는 진자의 요동을 감쇠시키기 위한 가변 감쇠 수단 또는 가변 댐퍼를 포함한다. 가변 감쇠 수단은 하나 이상의 코일을 포함하는 회로의 전기 인덕턴스 및/또는 저항을 변화시켜 진자의 요동을 감쇠하도록 구성된다. 가변 감쇠 수단은 회로에 연결된 하나 이상의 코일의 수를 변화시키는 스위치를 포함할 수 있다. 제어기는 가변 감쇠 수단 및 스위치를 제어하여 하나 이상의 코일에서 유도되는 전류를 변화시킴으로써 진자의 요동을 조정가능하게 감쇠시키는 것이 바람직하다.
에너지 변환 수단은 또한 전기 에너지를 정류하기 위한 조절 수단 또는 조절기를 포함할 수 있다. 에너지 변환 수단은 또한 전기 에너지를 변압하기 위한 변압 수단 또는 변압기를 포함할 수 있다. 전기 에너지는 에너지 변환 수단으로부터 하나 이상의 전력 케이블을 통해 해안에 위치한 전력 변전소에 전송될 수 있다. 하나 이상의 전력 케이블은 몸체(파도 작용으로 인한)와 하나 이상의 전력 케이블 사이의 상대적인 움직임을 분리하도록 구성된 관절식 연결부를 통해 몸체에 연결될 수 있다. 관절식 연결부는 미국 특허 제6,848,862호 또는 미국 특허 공보 제2012/0247809호에 개시된 연결부/인터페이스를 포함할 수 있으며, 이들 공보 각각의 전체 내용은 참조로 본원에 통합된다.
몸체는 바람직하게는 물에 부유하도록 구성된 선체를 포함한다. 일 실시예에서, 선체는 파도 작용에 대한 그 롤링 및/또는 피칭 응답이 다가오는 파도 작용의 방향에 둔감하도록 수직축에 대해 축대칭일 수 있다. 부가적으로, 선체는 다른 축 또는 방향(예를 들어, 빔)에 비해 하나의 주 축 또는 방향(예를 들어, 종방향)에서 더 길 수 있다. 다른 실시예에서, 선체는 축을 중심으로 비대칭일 수 있다.
선체는 물에 있을 때 확산 계류 시스템 또는 단일 점 계류 시스템을 통해 계류될 수 있다. 확산 계류 시스템은 선체의 대향하는 종방향 단부에 해제가능하게 연결되는 적어도 2개의 계류 라인을 포함하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 적어도 2개의 계류 라인이 선체의 각각의 종방향 단부에 해제가능하게 연결된다. 계류 라인은 선체의 각각의 종방향 단부에 배치된 계류 아암을 통해 선체에 연결될 수 있다. 각각의 계류 아암은 적어도 2개의 계류 라인을 해제가능하게 수용하는 것이 바람직하고, 적어도 2개의 계류 라인 각각은 계류 아암에 회전가능하게 연결되는 것이 바람직하다. 각각의 계류 아암은 물 라인에 또는 그 부근에 그리고 선체의 종방향 중심라인에 또는 그 부근에서 선체에 배치되는 것이 바람직하다.
확산 계류 시스템이 비대칭 형상을 갖는 선체와 함께 사용되는 경우, 비대칭 선체는 파도 작용의 방향이 변화함에 따라 다가오는 파도 작용에 대해 빔에 대면하도록 조정가능하게 정렬되는 것이 바람직하다.
몸체 조율 수단 또는 몸체 조율기는 밸러스트(ballast), 바람직하게는 물 형태의 액체 밸러스트를 수용하도록 구성되는 선체 내의 2개 이상의 별개의 챔버를 포함하는 것이 바람직하다. 몸체 조율 수단은 몸체의 무게 중심 및/또는 몸체의 메터센터 높이를 조정하여 몸체의 롤링 특성을 조정가능하게 조정하기 위해 2개 이상의 챔버 사이에서 액체 밸러스트를 이동시키도록 구성된다. 2개 이상의 챔버는 액체 밸러스트의 슬로싱(sloshing)을 감소시키기 위해 1개 이상의 격벽을 각각 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제어기는 몸체의 롤링 기간이 파도 에너지 피크 기간에 근접하거나 일치하도록 몸체 조율 수단을 제어하도록 구성된다. 유리하게는, 파도 에너지 피크 기간은 가장 높은 에너지를 갖는 파도 기간에 대응한다.
진자 조정 수단 또는 진자 조정기는 또한 진자의 무게 중심을 조정하여 진자의 요동 기간을 조정하도록 구성될 수 있다. 진자 조정 수단은 바람직하게는 진자의 무게 중심과 그에 따른 그 요동 기간을 조정하기 위해 진자의 샤프트를 따라 선택적으로 이동가능한 보브(bob) 형태의 질량물을 포함한다. 제어기는 바람직하게는 진자의 요동 기간이 몸체의 롤링 기간의 비율이 되도록 상기 진자 조정 수단을 제어한다. 바람직한 실시예에서, 이 비율은 0.8 내지 1.2의 범위이다. 유리하게는, 진자는 몸체의 움직임을 최소화하기 위해 조율된 질량 댐퍼/동적 진동 흡수기로서 작용한다.
파도 에너지 변환기는 또한 바람직하게는 제어기에 통신가능하게 커플링되고 파도 에너지 피크 기간을 측정하도록 구성되는 파도 측정 장치를 포함한다. 상기 제어기는 바람직하게는, 파도 측정 장치로부터, 파도 에너지 피크 기간 정보를 수신하고: 그다음 (1) 몸체 조율 수단을 제어하여 몸체의 롤링 기간이 수신된 파도 에너지 피크 기간에 근접하거나 그에 일치하도록 몸체의 롤링 기간을 조정가능하게 조율하고; (2) 진자의 최적 요동 기간 및 가변 감쇠 수단의 최적 감쇠 값을 계산하고, 상기 최적 요동 기간 및 최적 감쇠 값은 파도 에너지 변환기의 이론적 최대 전력 출력에 대응하고; (3) 진자 조정 수단을 제어하여 진자의 요동 기간을 계산된 최적 요동 기간에 일치하도록 조정가능하게 조율하며; (4) 가변 감쇠 수단을 제어하여 진자의 감쇠를 계산된 최적 감쇠 값에 일치하도록 조정가능하게 조율한다.
따라서, 유리하게는, 본 발명에 따르면, 몸체의 롤링 기간, 진자의 요동 기간, 및 진자의 요동의 진폭은 모두 가능한 많은 에너지를 파도 작용으로부터 전기 에너지로 변환하도록 조율가능하다. 더 유리하게는, 파도의 에너지를 전기 에너지로 변환하는데 별도의 기계 시스템(즉, 진자와 분리된)이 요구되지 않는다.
에너지 변환 수단은 또한 전력 인출(PTO) 장치를 포함할 수 있다. PTO 장치는 요동가능 진자의 회전가능 샤프트와 연계되거나 그에 연결될 수 있다. 회전가능 샤프트가 회전함에 따라, PTO 장치는 진자의 요동으로부터 추가적인 전기 에너지를 발생시키기 위해 선택적으로는 기어박스를 통해 전기 모터, 발전기, 또는 교류 발전기(3 상, AC 또는 DC)를 구동하도록 구성될 수 있다. 유리하게는, 발전기(또는 전기 모터 또는 교류 발전기)는 (진자 조정 수단의 하나 이상의 플라이휠 또는 선택적 이동가능 질량물에 대한 대안으로서) 진자의 요동 기간을 조정하기 위해 이용될 수도 있다. 추가적인 전기 에너지를 생성하는 과정에서, 전기 발전기는 토크 저항을 제공한다. 전기 발전기가 토크 저항을 조정하는 수단을 포함하는 경우, 이 토크 저항의 능동 제어를 통해 전반적인 시스템 역학이 영향을 받을 수 있다. 가변 자속 전기 발전기 및 기계 작동 가변 자속 발생기와 같은 장치가 이를 달성할 수 있다. 한가지 이러한 방법은 전기 발전기의 전기 코일과 근접하게 자석을 미끄럼이동시켜 넣거나 빼는 것이다. 파도 에너지 변환기에서의 진자 요동의 한 사이클 전체에 걸쳐 토크(또는 토크 저항)를 교번시키거나 변화시킴으로써, 시스템의 동적 강성이 변경될 수 있다. 이에 의해, 요동가능 진자의 회전가능 샤프트에 연결된 전기 발전기의 토크 저항을 조정함으로써, 진자의 요동 기간(또는 진자의 고유 진동수)을 조정할 수 있고 따라서 시스템은 상이한 원하는 고유 진동수에 일치하도록 조율될 수 있다.
진자 조정 수단의 하나 이상의 플라이휠은 기어박스의 저속측의 회전가능 샤프트에 선택적으로 연결될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 플라이휠은 기어박스와 발전기/교류 발전기(즉, 기어박스의 고속측) 사이에 선택적으로 연결될 수 있다. 하나 초과의 플라이휠을 포함하는 실시예에서, 각각의 플라이휠은 시스템 동적 관성을 조정하여 진자의 요동 기간을 미세하게 조정하기 위해 임의의 다른 플라이휠과 독립적으로 기어박스의 회전가능 샤프트 또는 고속측에 선택적으로 연결될 수 있다.
상술한 파도 측정 장치는 또한 파고 정보 및 파도 방향 정보와 같은 다른 파도 정보를 측정할 수 있고, 이러한 다른 파도 정보를 제어기에 전달할 수 있다. 파도 에너지 변환기는 또한 바람 정보와 같은 다른 환경 특성을 측정하도록 구성된 하나 이상의 다른 센서 장치를 포함할 수 있으며, 이 다른 환경 정보를 제어기에 전달할 수 있다. 제어기는 파도 에너지 변환기의 성능을 최적화하도록 에너지 변환 수단, 몸체 조율 수단 및 진자 조정 수단 중 하나 이상을 제어하기 위해 다른 파도 정보 및/또는 다른 환경 정보를 이용할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 문맥 상 달리 요구되는 경우를 제외하고, 용어 "포함한다" 및 "포함하는", "포함한다" 및 "포함한"과 같은 용어의 변형은 추가적인 추가물, 구성요소, 정수 또는 단계를 배제하려는 것이 아니다.
본 발명의 추가적인 양태 및 이전 단락들에서 설명된 양태의 추가의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 예로서 주어진 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파도 에너지 변환기의 전방 (부분) 단면도이다.
도 2a는 도 1의 파도 에너지 변환기의 선체의 측면 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 선체의 정면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 파도 에너지 변환기의 동작 효율의 도표이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 파도 에너지 변환기의 전력 출력의 도표이다.
도 5는 도 2b와 유사하지만, 도 1의 파도 에너지 변환기와 연계된 관절식 전력 케이블을 더 도시한다.
도 6은 도 1의 파도 에너지 변환기를 계류하기 위한 계류 시스템의 평면도이다.
도 7은 도 1의 파도 에너지 변환기의 다양한 구성요소의 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파도 에너지 변환기(WEC)(10)가 도시되어 있다. WEC(10)는 물에 부유하고 파도 작용에 응답하여 롤링 및/또는 피칭하도록 구성되는 선체(12)(부분 절결되어 도시됨) 형태의 몸체와, 선체(12)에 의해 지지되고 선체(12)의 롤링 및/또는 피칭에 응답하여 요동하도록 구성되는 진자(14)를 포함한다. WEC(10)는 진자(14)와 연계되고 선체(12)에 대해 상대적인 진자(14)의 요동을 사용을 위한 전기 에너지로 변환하도록 구성되는 에너지 변환 수단 또는 에너지 변환기(16)를 포함한다. WEC(10)는 또한 진자의 요동 기간을 조정하도록 구성되는 진자 조정 수단 또는 진자 조정기(90)(도 7)를 포함한다. 진자 조정 수단(90)은 각각 진자(14)에 선택적으로 동작가능하게 연결될 수 있는 하나 이상의 플라이휠(92)을 포함한다. WEC(10)는 또한 물에 있을 때 선체(12)(또는 WEC(10))의 롤링 특성을 조정가능하게 조율하도록 구성되는 몸체 조율 수단 또는 몸체 조율기(50)를 포함한다. WEC(10)는 또한 후술되는 바와 같이 WEC(10)의 다양한 특징을 제어 또는 조율하도록 구성되는 제어기[도시되지 않음]를 포함한다. 유리하게는, 본 발명에 따르면, 후술하는 바와 같이, 제어기는 선체(12)의 롤링 기간이 파도 에너지 피크 기간에 근접하거나 일치하도록 물에 있을 때의 선체(12)의 롤링 특성을 조정가능하게 조율할 수 있다.
진자(14)는 강성의 상방 연장 지지 구조체(18)에 장착되는 회전가능 샤프트(29)에 선체(12)에 의해 지지된다. 회전가능 샤프트(29)는 진자(14)의 요동으로 인해 회전하도록 구성된다. 지지 구조체(18)는 선체(12)의 상위 데크 표면(22) 상의 하우징(20) 내에 위치된다. 지지 구조체(18)는 지지 구조체(18)의 하위 단부(24)에서 상위 데크 표면(22) 상에 또는 그와 일체로 장착된다. 진자(14)는 대향 상위 단부(26)에서 회전가능 샤프트(29)를 통해 지지 구조체(18)에 피봇식으로 장착된다. 진자(14)는 회전가능 샤프트(29)의 길이를 따위 중심에 위치되는 피봇(28)을 중심으로 피봇한다. 도시된 실시예에서, 피봇(28)은 진자(14)가 피봇(28)을 중심으로 임의의 방향으로 요동가능하도록 유니버셜 조인트를 포함한다. 대안적인 도시되지 않은 실시예에서, 피봇(28)은 진자(14)가 단일 평면에서만 요동하게 구속되도록 구성될 수 있다. 유리하게는, 진자(14)는 질량 댐퍼/동적 진동 흡수기로서 작용하여 선체(12)의 운동을 최소화한다.
에너지 변환 수단(16)은 진자(14)의 원위 단부(17)에 배치된 영구 자석(30)(즉, 피벗(28)에 대향하는 단부), 및 진자(14)의 요동 경로 주위(또는 아래)에서 선체(12)의 상위 데크면(22) 상에 위치되는 반전된 세미-반구형 접시 유사 표면(34) 아래에 배치되는 하나 이상의 고정자 코일[도시되지 않음]을 포함한다. 하나 이상의 고정자 코일은 각각의 코일이 진자(14)의 피봇(28)으로부터 동일한 반경 방향 거리로 떨어져 있도록 반전된 세미-반구형 접시(34) 아래에 배치된다. 또한, 각각의 코일은 코일 권선에 대응하는 평면이 일반적으로 진자(14)의 요동 경로에 수직이 되도록 배향된다. 유리하게는, 하나 이상의 고정자 코일은 영구 자석(30)의 이동 자기장과의 그 상호작용으로 인해 하나 이상의 고정자 코일에서 기전력(EMF)이 유도되도록 진자(14)의 요동 경로 주위에 위치된다.
WEC(10)에서 에너지가 기계적 에너지로부터 전기 에너지로 변환되는 속도는 그 전체 내용이 참조로 본원에 통합되는 미국 특허 공보 제2015/0054285호에 상세화되어 있는 바와 같이 진자(14)의 요동의 진폭을 제어함으로써 변화될 수 있다. 따라서, 에너지 변환 수단(16)은 또한 진자(14)의 요동을 감쇠시키기 위한 가변 감쇠 수단 또는 가변 댐퍼[도시되지 않음]를 포함한다. 가변 감쇠 수단은 하나 이상의 고정자 코일을 포함하는 회로[도시되지 않음]의 전기 인덕턴스 및/또는 저항을 변화시켜 진자의 요동을 감쇠하도록 구성된다. 가변 감쇠 수단은 회로에 연결된 하나 이상의 고정자 코일의 수를 변화시키는 스위치[도시되지 않음]를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, WEC(10)는 또한 제어기를 포함한다. 제어기는 가변 감쇠 수단 및 스위치를 제어하여 하나 이상의 고정자 코일에서 유도되는 전류를 변화시키며, 이에 의해 진자(14)의 요동을 조정가능하게 감쇠시킨다.
에너지 변환 수단(16)은 또한 WEC(10)에 의해 생성되는 전기 에너지를 정류하기 위한 조절 수단 또는 조절기[도시되지 않음]를 포함한다. 에너지 변환 수단(16)은 또한 WEC(10)에 의해 생성된 전기 에너지를 변압하기 위한 변압 수단 또는 변압기[도시되지 않음]를 포함한다. 생성된 전기 에너지는 전력 케이블(110)(도 5)을 통해 에너지 변환 수단(16)으로부터 해안에 위치하는 전력 변전소로 전송될 수 있다. 전력 케이블(110)은 선체(12)(파도 작에 의함)와 전력 케이블(110) 사이의 상대적인 움직임을 분리하도록 구성되는 관절식 연결부(112)를 통해 선체(12)에 연결된다. 유리하게는, 관절식 연결부(112)는 선체(12)의 롤링/피칭이 전력 케이블(110)의 기계적 강도 및 신뢰성에 미치는 영향을 제한한다. 관절식 연결부는 제1 단부에서 선체(12)에 연결되는 커넥터 아암(114) 및 제2 대향 단부에서 커넥터 아암(114)에 연결되는 짐벌(116)을 포함한다. 짐벌(116)은 선체(12)의 이동이 전력 케이블(110)로부터 분리되거나 전력 케이블에 전달되지 않도록 회전가능한 연결을 제공하도록 구성된다. 커넥터 아암(114) 및 짐벌(116)은 전력 케이블의 경로설정을 위한 내부 도관(118)을 포함한다. 굽힘 규제기(120)는 케이블(110)의 굽힘을 규제 또는 제한하기 위해 짐벌(116)의 멀리 떨어진 단부에(즉, 커넥터 아암(114)으로부터 멀리 떨어져서) 위치된다.
이제 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 선체(12)는 일반적으로 반전된 "눈물-방울" 형상(측단면에서 볼 때)을 포함한다. 선체(12)는 명확성을 위해 하우징(20)이 없는 상태로 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 선체(12)는 데크 표면(22)과 라운드형 용골(40) 사이에서 연장되고, 선체의 긴 전체 길이로 이어지는 수직면에 대해 대칭이다. 선체는 대략 900 톤의 질량을 가지며 강을 포함할 수 있다. 유리하게는, 도시된 선체(12)는 파도 작용에 응답하는 그 롤링 및/또는 피칭이 다가오는 파도 작용의 방향에 대해 둔감하도록 구성되지만, 이는 선체가 일반적으로 중심을 통한 수직축에 대해 축대칭일 때만 실용적이다. 선체(12)는 대략 10 미터의 빔 폭, 데크 표면(22)과 용골(40) 사이에서 연장되는 대략 15 미터의 높이, 및 활(42)로부터 선미(44)까지 연장되는 대략 25 미터의 길이를 갖는다. 용골(40)은 대략 1.64 미터의 폭을 갖는다. "눈물-방울" 형상 선체(12)는 평행한 선체 측면 및 대략 6 미터의 길이를 갖는 제1 하위 부분(46)을 포함한다. 이들 치수는 단지 예시일 뿐이다. 다른 적절한 치수 또는 반육각형 설계 같은 다른 적절한 선체 형상 형태가 본 개시내용의 파도 에너지 변환기에서 이용될 수 있다. 눈물-방울 형상은 또한 부력을 최소화하고 선체의 안정성을 향상시키는 한편 큰 파도력을 유도함으로써 유체역학 이점을 최대화하도록 침수되지 않을 수 있다.
도 6을 참조하면, 선체(12)는 물에 있을 때 확산 계류 시스템을 통해 계류될 수 있다. 확산 계류 시스템(80)은 계류 아암(84)을 통해 선체(12)의 각각의 종방향 단부(13)에 해제가능하게 연결되는 2개의 계류 라인(82)을 포함한다. 각각의 계류 아암(84)은 위에서 아래로 보았을 때 일반적으로 Y 형상이다. 계류 아암(84)은 제1 단부(86)에서 선체(12)에 연결된다. 각각의 계류 라인(82)은 제2 대향 단부(88)에서 계류 아암(84)에 회전가능하게 연결된다. 각각의 계류 아암(84)은 물 라인에서 또는 그 부근에서 그리고 선체(12)의 종방향 중심선에서 또는 그 부근에서 선체(12)에 연결된다.
몸체 조율 수단(50)은 선체(12)에서 서로 위에 위치되는 3개의 별개의 챔버(52, 54, 56)를 포함하며, 각각의 챔버는 밸러스트를 수용하도록 구성된다. 최하위 밸러스트 챔버(52)는 고체 밸러스트 재료를 포함하고, 중간 및 상위 밸러스트 챔버(54, 56)는 각각 액체 밸러스트를 포함한다. 고체 밸러스트 재료는 바람직하게는 콘크리트이며, 대략 265 톤의 질량을 갖는다. 액체 밸러스트는 바람직하게는 물이고 또한 대략 265 톤의 질량이다.
본체 조율 수단(50)은 WEC(10)의 무게 중심 및/또는 WEC(10)의 메터센터 높이를 조정하여 선체(12)(또는 WEC(10))의 롤링 특성을 조정가능하게 조율하기 위해 중간 및 상위 밸러스트 챔버(54, 56) 사이에서 액체 밸러스트를 이동시키도록 구성된다. 중간 및 상위 밸러스트 챔버(54, 56)는 또한 액체 밸러스트의 슬로싱을 저감하기 위해 하나 이상의 격벽 또는 배플(baffle)[도시되지 않음]을 포함한다. 유리하게는, 본 발명에 따르면, 제어기는 선체(12)의 롤링 기간이 전형적으로는 8초 내지 12초의 범위 내에서 파도 에너지 피크 기간에 근접하거나 일치하도록 몸체 조율 수단(50)을 제어하도록 구성된다. 유리하게는, 파도 에너지 피크 기간은 가장 높은 에너지를 갖는 파도 기간에 대응한다.
진자 조정 수단(60)(도 1)은 또한 (플라이휠(92)을 이용하는 것의 대안으로써 또는 그에 추가하여) 진자(14)의 무게 중심을 조정하여 진자(14)의 요동 기간을 조정하도록 구성될 수 있다. 진자 조정 수단(60)은 진자(14)의 무게 중심(15)을 조정하여 그 요동 기간을 조정하기 위해 진자(14)의 샤프트(15)를 따라 선택적으로 이동가능한 보브(62)의 형태의 질량물을 포함한다. 제어기는 진자(14)의 요동 기간이 선체(12)의 롤링 기간의 소정 비율이 되도록 보브(62)를 제어하여 샤프트(15)를 따라 보브(62)를 이동시킨다. 바람직한 실시예에서, 이 비율은 0.8 내지 1.2의 범위이다. 도시된 WEC(10)에 대해, 보브(62)의 질량은 30 톤이다. 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, 보브(62)가 (피폿(28)으로부터 더 먼) 진자(14)의 원위 단부(17)를 향해 이동함에 따라, (선체(12) 및 보브 질량물(62)의 주어진 롤링 기간에 대해) 진자(14)의 요동 기간은 증가한다. 보브(62)가 샤프트(15)를 따라 피봇(28)을 향해 이동함에 따라, (선체(12) 및 보브 질량물(62)의 주어진 롤링 기간에 대해) 진자(14)의 요동 기간은 감소한다.
도 7을 참조하면, 에너지 변환 수단(16)은 또한 요동가능한 진자(14)의 회전가능 샤프트(29)와 연계되도록 그에 연결되는 동력 인출 장치(PTO)를 포함한다. 회전가능 샤프트(29)가 (진자(14)의 요동으로 인해) 회전함에 따라, PTO 장치는 전기 발전기(100)를 기어박스(102)를 구동하여 (자석(30)과 고정자 코일 사이의 상호작용에 의해 생성되는 에너지 이외에) 추가적인 전기 에너지를 생성한다. 추가적인 전기 에너지는 하나 이상의 전력 케이블을 통해 전력 변전소로 전송될 수 있다. 유리하게는, 발전기(100)는 발전기의 토크 저항을 조정하는 수단[도시되지 않음]을 포함한다. 전술한 바와 같이, 토크 저항의 능동 제어를 통해, (플라이휠(92) 또는 선택적 이동가능 보브 질량물(62)을 이용하는 것의 대안으로서 또는 그에 추가하여) 진자의 요동 기간(또는 진자의 고유 진동수)이 조율될 수 있다.
전술한 바와 같이, 진자 조정 수단(90)은 진자(14)의 회전가능 샤프트(29)에 각각 선택적으로 동작가능하게 연결가능한 하나 이상의 플라이휠(92)을 포함한다. 도 7에 도시된 실시예에서, 3개의 플라이휠(94)이 회전가능 샤프트(29)의 관성 모멘트를 조정하여 진자(14)의 요동 기간을 조정가능하게 조율하기 위해 회전가능 샤프트(29)에 동작가능하게 연결된다. 플라이휠(94) 각각은 진자(14)의 요동 기간을 미세하게 조율하기 위해 서로 독립적으로 회전가능 샤프트에 선택적으로 연결가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 WEC(10)는 진자의 요동 기간(또는 진자의 고유 진동수)를 조정하거나 미세하게 조율하기 위한 3개의 대안적인 수단을 포함한다. 구체적으로는, 이들은 선택적으로 동작가능하게 연결가능한 플라이휠(92), 선택적으로 이동가능한 보브(62), 및 발전기(100)의 토크 저항을 조정하기 위한 수단이다. 일 실시예에서, WEC(10)는 진자의 요동 기간을 조정하기 위한 상술한 수단 중 오직 하나가 주어진 시간에 이용되도록 구성될 수 있다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 진자의 요동 기간을 조정하기 위한 상술한 수단 중 하나 초과의 조합이 주어진 시간에 이용될 수 있다.
WEC(10)는 또한 하우징(20)의 상위 단부에 위치되는 파도 측정 장치(70)(도 1)를 포함한다. 도시되지 않은 대안적인 배치에서, 파도 측정 장치는 별도의 계류된 부표에 위치될 수 있거나 통상의 기술자에게 알려진 임의의 적절한 수단에 의해, 예를 들어 RF 전송에 의해 제어기에 통신가능하게 커플링될 수 있다. 도 1의 파도 측정 장치(70)는 제어기에 통신가능하게 커플링되며 다가오는 파도 작용의 스펙트럼 파도 높이 및 다가오는 파도 작용의 파도 에너지 피크를 측정하도록 구성된다. 제어기는 파도 측정 장치(70)로부터 스펙트럼 파도 높이 및 파도 에너지 피크 기간 정보를 수신하고, 그 다음:
1. 몸체 조율 수단(50)을 제어하여 수신된 파도 에너지 피크 기간에 근접하거나 일치하도록 선체(12)(또는 WEC(10))의 롤링 기간을 조정가능하게 조율하고(상술하는 바와 같음);
2. 진자(14)의 최적 요동 기간 및 가변 감쇠 수단에 대한 최적 감쇠값을 산출하고, 상기 최적 요동 기간 및 최적 감쇠값은 WEC(10)의 이론적 최대 전력 출력에 대응하고(후술하는 바와 같음);
3. 진자 조정 수단(60)을 제어하여 진자(14)의 요동 기간을 산출된 최적 요동 기간에 일치하도록 조정가능하게 조율하며;
4. 가변 감쇠 수단을 제어하여 진자의 감쇠를 산출된 최적 감쇠값에 일치하도록 조정가능하게 조율한다.
그러므로, 유리하게는, 본 발명에 따르면, 선체(12)(또는 WEC(10))의 롤링 기간, 진자(14)의 요동 기간, 및 진자(14)의 요동의 진폭은 모두 파도 작용으로부터 가능한 많은 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 조율가능하다.
가변 감쇠 수단의 가장 효율적/최적 감쇠값은 진자(14)의 요동 한계의 실질적 진폭을 초과하지 않는 상태에서 가능한 최소 감쇠에 대응한다는 것이 발견되었다. 또한, 도 3을 참고하면, WEC(10)의 피크 동작 효율은 1.3(1.0 초과)의 무차원 진동수 비율에서 발생한다. 동작 효율은 진자(14)에 의해 추출될 것으로 예상되는 전력을 입사 파도 에너지 전력으로 나눈 비율이다. 도 3의 "무차원 진동수" 축은 8초의 파도 기간이 1.0의 값으로 설정되도록 표준화되었다.
이제 도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 동작 효율에 대응하는 WEC(10)에 의해 생성되는 전형적인 전력값이 도시되어 있다. 도 4의 피크 순간 전력은 파도 사이클당의 시간 평균 전력이다. 피크 전력은 제타=0.24의 선형 감쇠 비율값을 갖는 25m 파면을 따른 1m 파도 높이 조건에 대응하는 대략 640kW인 것으로 도시되어 있다.
본 발명의 WEC(10)의 다양한 특징은 바람직하게는 WEC(10)가 동작되도록 의도되는 파도 환경의 소정 특성에 따라 설계/선택된다. 이하는 WEC(10)의 에너지 출력을 최대화 또는 최적화하기 위해 이용될 수 있는 단계별 프로세스이다:
1. 스펙트럼 파도 높이 및 파도 에너지 피크 기간 같은 사이트 특정 파도 환경 조건을 결정하고;
2.진자(14)의 요동의 진폭을 선체(12)에 대한 허용가능 값으로 제한하는 것에 기초하여 보브 질량물(62)을 선택하고(상대적으로 가벼운 보브 질량물(62)은 더 무거운 보브 질량물(62)에 비해 더 큰 요동 진폭을 초래하지만, 더 가벼운 보브 질량물(62)은 더 큰 에너지/전력 출력을 초래함);
3. 선체(12) 롤링 관성에 대한 진자(14) 관성의 비율에 대응하는 관성비(μ)를 계산하고;
4. 1/(1+μ)와 동등한 진자(14) 진동수 비를 계산하고;
5. 각각의 해상 상태에 대해, 파도 추출 진동수 비율 및 스펙트럼 파도 입력 에너지에 기초하여 진자(14) 무게(길이) 중심 범위(스펙트럼 해상 및 선체(12) 파도 응답 특성의 함수임)를 계산하고;
6. WEC(10)의 에너지/전력 출력을 최대화하는 것에 기초하여, 그리고 반드시 선체(12)의 움직임을 최소화하는 것에 기초하지는 않고서 진자(14)의 감쇠값을 계산하고(이상적인 감쇠값은 스펙트럼 파도 입력 에너지에 의존할 것임);
7. 선체(12)에 대한 진자(14)의 요동의 최대 진폭의 값을 확인하고, 최대 진폭이 초과되는 경우에는 보브 질량물(62)을 감소시키고;
8. 단계 2로 돌아가서 스펙트럼 응답에 기초하여 반복해서 관성비, 진자 진동수비, 및 진자 감쇠값을 조율하며(이 반복은 선체(12) 및 진자(14) 시스템이 스펙트럼 입력을 갖기 때문에 요구됨);
9. 에너지/전력 출력을 최대화하기 위한 최적 보브 질량, 진자 기간, 및 진자 감쇠값을 결정한다.
상기 열거된 단계는 단지 WEC(10)의 에너지 출력을 최대화하거나 최적화하기 위한 하나의 접근법이다. 다른 접근법이 통상의 기술자에게 공지될 수 있다.
본 발명은 경제적으로 실행가능하고, 신뢰성 있고, 효과적인 WEC를 제공한다. 유리하게는, 상술한 종래의 WEC와 달리, 다가오는 파도 작용의 에너지를 전기 에너지로 변환하는데 별도의 기계적 시스템(즉, 진자와 별개임)이 요구되지 않는다.
본 명세서에 개시되고 정의된 발명은 텍스트 또는 도면에서 언급되었거나 그로부터 명백한 개별 특징 중 2개 이상의 모든 대안적인 조합으로 확장된다는 것이 이해될 것이다. 이들 다양한 조합 모두는 본 발명의 다양한 대안적인 양태를 구성한다.

Claims (20)

  1. 파도 에너지 변환기이며,
    물에 부유하고 파도 작용에 응답하여 롤링 및/또는 피칭되도록 구성되는 몸체;
    상기 몸체에 의해 지지되고 상기 몸체의 롤링 및/또는 피칭에 응답하여 요동하도록 구성되는 진자;
    상기 진자와 연계되고 몸체에 대해 상대적인 진자의 요동을 전기 에너지로 변환하도록 구성되는 에너지 변환 수단;
    상기 진자의 요동 기간을 조정하도록 구성되는 진자 조정 수단으로서, 상기 진자 조정 수단은 하나 이상의 플라이휠을 포함하고, 상기 하나 이상의 플라이휠 각각은 상기 진자에 선택적으로 동작가능하게 연결될 수 있는 진자 조정 수단;
    상기 몸체의 롤링 특성을 조정가능하게 조율하도록 구성되는 몸체 조율 수단; 및
    상기 몸체의 롤링 기간이 파도 에너지 피크 기간에 근접하거나 일치하도록 상기 몸체 조율 수단을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함하는 파도 에너지 변환기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진자는 진자의 요동에 의해 회전하도록 구성되는 회전가능 샤프트 상에서 상기 몸체에 의해 지지되고, 상기 하나 이상의 플라이휠 각각이 상기 회전가능 샤프트의 관성 모멘트를 조정하여 상기 진자의 요동 기간을 조정가능하게 조율하기 위해 회전가능 샤프트에 선택적으로 동작가능하게 연결가능한 파도 에너지 변환기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에너지 변환 수단은 상기 진자와 연계되는 하나 이상의 영구 자석 및 상기 몸체와 연계되는 하나 이상의 코일 형태의 고정자를 포함하는 파도 에너지 변환기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 영구 자석은 상기 진자의 원위 단부에 또는 그 부근에 배치되고, 상기 하나 이상의 코일은 하나 이상의 영구 자석의 이동 자기장과의 상호작용에 의해 하나 이상의 코일에서 기전력(EMF)이 유도되도록 상기 진자의 요동 경로 주위에 배치되는 파도 에너지 변환기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 코일은 하나 이상의 코일이 상기 피봇으로부터 동일한 반경방향 거리로 떨어져 있도록 반전된 세미-반구형 구성으로 상기 몸체에 배치되는 파도 에너지 변환기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몸체의 대향하는 종방향 단부에 연결된 적어도 하나의 계류 라인을 갖는 계류 시스템을 더 포함하며, 각각의 계류 라인은 상기 파도 에너지 변환기가 물에 있을 때 상기 몸체의 종방향 중심선에 또는 그 부근에 그리고 물 라인에 또는 그 부근에 연결되는 파도 에너지 변환기.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 변환 수단은 상기 제어기에 의해 제어가능하고 상기 하나 이상의 코일을 포함하는 회로의 인덕턴스 및/또는 저항을 선택적으로 변화시켜 상기 진자의 요동을 감쇠시키도록 구성되는 가변 감쇠 수단을 더 포함하는 파도 에너지 변환기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진자 조정 수단은 상기 진자의 샤프트를 따라 이동하여 상기 진자의 무게 중심을 조정함으로써 상기 진자의 요동 기간을 조정하도록 상기 제어기에 의해 선택적으로 조정가능한 질량물을 더 포함하는 파도 에너지 변환기.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몸체의 상기 롤링 기간에 대한 상기 진자의 상기 요동 기간의 비가 0.8 내지 1.2의 범위인 파도 에너지 변환기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 몸체 조율 수단은 액체 밸러스트를 수용하도록 구성되는 몸체 내의 2개 이상의 별개의 챔버를 포함하는 파도 에너지 변환기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 몸체 조율 수단은 상기 2개의 별개의 챔버 사이에서 상기 액체 밸러스트를 선택적으로 이동시켜 상기 몸체의 무게 중심 및/또는 상기 몸체의 메터센터 높이를 조정함으로써 상기 몸체의 롤링 특성을 조정가능하게 조율하도록 상기 제어기에 의해 제어가능한 파도 에너지 변환기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기에 통신가능하게 커플링되며 상기 파도 에너지 피크 기간을 측정하도록 구성되는 파도 측정 장치를 더 포함하는 파도 에너지 변환기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 파도 측정 장치로부터 파도 에너지 피크 기간 정보를 수신하고; 그후
    상기 몸체의 롤링 기간이 상기 수신된 파도 에너지 피크 기간에 근접하거나 일치하도록 상기 몸체의 롤링 기간을 조정가능하게 조율하도록 상기 몸체 조율 수단을 제어하고;
    상기 진자의 최적 요동 기간 및 상기 가변 감쇠 수단을 위한 최적 감쇠값을 계산하고, 상기 최적 요동 기간 및 상기 최적 감쇠값은 상기 파도 에너지 변환기의 이론적 최대 전력 출력에 대응하고;
    상기 진자의 요동 기간을 상기 계산된 최적 요동 기간에 일치하도록 조정가능하게 조율하기 위해 상기 진자 조정 수단을 제어하며;
    상기 진자의 상기 감쇠를 상기 계산된 최적 감쇠값에 일치하도록 조정가능하게 조율하도록 상기 가변 감쇠 수단을 제어하도록 구성되는 파도 에너지 변환기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 변환 수단은 상기 전기 에너지를 정류하기 위한 조절 수단을 더 포함하는 파도 에너지 변환기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 변환 수단은 상기 전기 에너지를 변압하기 위한 변압 수단을 더 포함하는 파도 에너지 변환기.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 변환 수단은 상기 전기 에너지를 상기 파도 에너지 변환기로부터 멀리 떨어져 있는 전력 변전소로 전송하도록 구성되는 하나 이상의 전력 케이블을 더 포함하는 파도 에너지 변환기.
  17. 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 전력 케이블은 상기 몸체와 상기 하나 이상의 전력 케이블 사이의 상대적인 움직임을 분리하도록 구성되는 관절식 연결부를 통해 상기 몸체에 연결되는 파도 에너지 변환기.
  18. 제2항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 전력 인출 장치가 상기 회전가능 샤프트에 연결되며, 상기 진자의 상기 요동으로부터 추가적인 전기 에너지를 발생시키도록 발전기를 구동하도록 구성되는 파도 에너지 변환기.
  19. 제18항에 있어서, 상기 진자의 요동 기간은 상기 발전기의 토크 저항을 조정함으로써 조정가능한 파도 에너지 변환기.
  20. 제2항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 진자는 상기 회전가능 샤프트에 대해 임의의 방향으로 요동가능한 파도 에너지 변환기.
KR1020197010274A 2016-09-23 2017-09-25 파도 에너지 변환기 KR20190067796A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2016903861 2016-09-23
AU2016903861A AU2016903861A0 (en) 2016-09-23 Wave energy converter
AU2016904281A AU2016904281A0 (en) 2016-10-21 Wave energy converter
AU2016904281 2016-10-21
PCT/AU2017/051043 WO2018053602A1 (en) 2016-09-23 2017-09-25 Wave energy converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190067796A true KR20190067796A (ko) 2019-06-17

Family

ID=61690075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197010274A KR20190067796A (ko) 2016-09-23 2017-09-25 파도 에너지 변환기

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20200018281A1 (ko)
EP (1) EP3516206A4 (ko)
JP (1) JP2019529779A (ko)
KR (1) KR20190067796A (ko)
CN (1) CN109891087A (ko)
AU (1) AU2017331811A1 (ko)
CA (1) CA3037057A1 (ko)
CL (1) CL2019000748A1 (ko)
WO (1) WO2018053602A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109973288B (zh) * 2019-01-31 2020-07-10 武汉大学 主动共振c式浮力摆波浪能发电装置
CN110578645A (zh) * 2019-08-29 2019-12-17 新黎明科技股份有限公司 波浪能应用装置
WO2021204130A1 (zh) * 2020-04-06 2021-10-14 曲言明 一种基于漂浮体队列的输电系统
NL2026969B1 (en) * 2020-11-24 2022-07-01 Clearwater Tech B V System for harvesting wave energy and energy extracting means
CN112502891A (zh) * 2020-11-30 2021-03-16 中国石油大学(华东) 一种质量和刚度可调的涡激振动发电装置
CN114268191B (zh) * 2021-12-15 2023-02-28 浙江大学 一种双轴多稳态波浪振动能量收集装置
WO2024020640A1 (en) * 2022-07-27 2024-02-01 Amog Technologies Pty Ltd Wave energy converter
KR102465247B1 (ko) * 2022-08-11 2022-11-09 주식회사 리수엔지니어링 발전봉 및 이를 이용한 발전 장치
JP7483188B1 (ja) 2022-11-18 2024-05-15 株式会社ハイドロヴィーナス 係留式水力発電機およびそれを用いた計測機

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6848862B1 (en) * 2003-11-04 2005-02-01 Harris Corporation Multi-gimbal marine communication cable to ocean buoy transition interface
US9976535B2 (en) * 2005-11-07 2018-05-22 Gwave Llc System for producing energy through the action of waves
WO2009013766A1 (en) * 2007-07-20 2009-01-29 Vito Antonio Catinella Floating mechanical structure to produce directly electricity by means of the swinging of a magnetic pendulum caused by sea wave motion
RS51905B (en) * 2007-08-13 2012-02-29 Mile Dragic SYSTEM AND METHOD FOR CONVERTING WATER WAVES TO ELECTRICITY
US8026620B2 (en) * 2008-11-14 2011-09-27 Hobdy Miles Wave energy converter
US20150054285A1 (en) * 2008-11-14 2015-02-26 Miles HOBDY Wave energy converter
US8198745B2 (en) * 2009-08-20 2012-06-12 Huntington Ingalls Incorporated Tuned rolling wave energy extractor
ES2396326B9 (es) * 2010-06-28 2014-03-26 Novedades Tecnológicas, S.L. Flotador para generador pendular marino.
JP5989086B2 (ja) * 2011-03-28 2016-09-07 オーシャン パワー テクノロジーズ，インク． ボールアンドソケット電力ケーブルコネクタ
CN104234919B (zh) * 2013-06-24 2018-05-22 陈文伟 一种波浪发电装置
EP3066333A1 (en) * 2013-10-15 2016-09-14 Universiteit Gent Wave energy convertor
US20160186715A1 (en) * 2014-01-20 2016-06-30 Mitchell Fait Buoy for obtaining energy from a wave in a body of water

Also Published As

Publication number Publication date
AU2017331811A1 (en) 2019-04-11
CA3037057A1 (en) 2018-03-29
EP3516206A4 (en) 2020-02-26
WO2018053602A1 (en) 2018-03-29
CL2019000748A1 (es) 2019-07-12
US20200018281A1 (en) 2020-01-16
CN109891087A (zh) 2019-06-14
JP2019529779A (ja) 2019-10-17
EP3516206A1 (en) 2019-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20190067796A (ko) 파도 에너지 변환기
EP2356332B1 (en) Wave energy converter
US8907513B2 (en) Wave energy converter
AU2011286468B2 (en) System producing energy through the action of waves
JP5497781B2 (ja) 波の動きによってエネルギーを生成するシステム
US8836152B2 (en) Hydraulic wave energy converter with variable damping
US8915078B2 (en) System for producing energy through the action of waves
US20150054285A1 (en) Wave energy converter
US9976535B2 (en) System for producing energy through the action of waves
GB2409898A (en) A rocking motion energy converter
RU2646523C2 (ru) Устройство для преобразования энергии волн
Chen et al. Circular-slide wave energy converter in random waves
RU2802901C1 (ru) Волновая электростанция с маятниковым электрогенератором
WO2016106378A1 (en) System for producing energy through the action of waves
Chen et al. Submerged, Circular Slide Wave Energy Converters in Swell
WO2023105410A1 (en) Pendular gyroscopic device for energy conversion, and system for the generation of electric energy comprising such device
Liu et al. Circular-slide wave energy converter
Chen et al. Heave-Enhanced Linear-Sliding Wave Energy Converter
JP2018017130A (ja) 波力発電装置用浮体および波力発電装置用浮体におけるフライホイールの離接方法
AU2015264803A1 (en) System for producing energy through the action of waves