KR20230004577A - 에너지 수확용 부유식 선박 - Google Patents

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KR20230004577A
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아틀레 로터
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오프쇼어 파워 플랜트
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Abstract

본 발명은 에너지 수확용 부유식 선박(1)에 관한 것으로, 이는 선체(2), 및 파력 발전소(10)를 포함한다. 파력 발전소는 물의 파도를 수용하도록 배치되는 입구(11)를 포함하고, 이 입구(11)는 입구(11)에 들어가는 물을 전달하고 들어 올리기 위해 각도를 가지고 배치되는 이송 채널(12)에 이어져 있고, 이송 채널(12)은 물을 수용하도록 배치되는 상승된 수조(13)에 이어져 있으며, 수조(13)는 이 수조(13) 아래에 있는 터빈(14T)으로 가는 출구를 가지며, 터빈(14T)은 물의 위치 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 전기 발전기(14G)를 작동시킨다.

Description

에너지 수확용 부유식 선박
본 발명은 에너지 수확용 부유식 선박 및 에너지 수확 방법에 관한 것이다
충분한 청정한 재생 가능 에너지를 제공하는 것은 향후 수십 년 동안 사회가 직면한 가장 큰 과제 중의 하나이다. 재생 가능 에너지의 생산이 증가함에 따라 새로운 문제가 발생하고 있다. 무엇보다도 육지에 대형 풍력 터빈을 배치하는 것은 근처 주거 지역 및 농촌 지역에 배치되는 곳 모두에서 논쟁의 여지가 있는데, 그 대형 풍력 터빈이 일부에서는 시각적 오염으로 간주되고 조류(bird) 개체군에 해를 끼치는 것으로 간주되기 때문이다. 이로 인해 그리고 더 안정적이고 강한 바람 조건으로 인해, 풍력 터빈을 해상의 부유식 선박으로 이동시키는 것이 바람직하다.
원해에서 풍력 에너지를 수확하려면, 부유식 풍력 터빈이 필요하지만, 문제가 있다. 부유식 풍력 터빈을 경제적으로 실행 가능하게 사용하려면, 크기가 커야 한다. 부유식 풍력 터빈의 크기는 생산, 설치 및 유지 보수에 문제를 준다. 부유식 풍력 터빈을 제조하고 보관하기 위한 넓은 면적이 필요하고, 대형 부유식 크레인이 종종 필요하기 때문에 설치 및 유지 보수에 비용이 많이 든다.
대형 부유식 풍력 터빈은 로터 직경이 150 미터까지 이르며 점점 더 커지고 있다. 이러한 대형 로터의 문제는, 로터 블레이드의 팁 속도가 매우 커서 결국 강한 바람에서는 풍력 터빈을 제한하게 된다는 것이다. 특정 풍속 이상에서는 풍력 터빈은 바람의 에너지 잠재력을 최대한 이용할 수 없다.
경제성과 탄소 발자국(footprint) 모두에 영향을 미치는 다른 점은, 부유식 발전기에 필요한 재료의 양이다. 그것이 노출되는 크기 및 힘으로 인해, 많은 양의 강, 섬유 강화 플라스틱 및 콘크리트가 필요하다.
재생 가능 에너지를 수확하는 다른 방법은 파력을 다른 형태의 에너지로 변환시키는 것이다. 많은 설계가 시도되었지만, 파력 발전소에 대해 상업적으로 실행 가능한 해결책을 찾기가 여전히 어렵다는 것이 입증되었다.
건설에 사용되는 건축 자재(예컨대, 강 또는 다른 종류의 재료)의 톤당 가능한 한 높은 출력을 얻는 것이 바람직하다. 이 때문에, 부유식 풍력 터빈과 파력의 결합이, 발전소에 사용되는 건축 자재의 톤당 출력을 증가시킬 수 있는 가능성으로 간주될 수 있다. 문제는, 대부분의 알려진 근해 파력 발전소는, 어떤 종류의 부유 물체는 파도에 의해 수직으로 진동한다는 원리로 건설된다는 것이다. 반면에 부유식 풍력 발전기를 위한 기초는 풍력 발전기의 구성 요소에 대한 유해한 응력을 피하기 위해 파도에서 가능한 한 적게 움직이도록 설계된다. 따라서, 지금까지, 하나의 근해 부유식 구조물에서 파도 에너지와 풍력 에너지의 수확을 결합하는 것은 어렵다는 것이 입증되었다.
근해 부유식 풍차/풍력 발전기 및 파력 발전소 모두의 비용을 증가시키고 유연성을 감소시키는 다른 점은 앵커링이다. 혹독한 기상 조건이 있는 지역에서 이러한 대형 설비의 위치를 유지하려면 앵커링이 필요하다. 여러 개의 크고 무거운 앵커와 긴 앵커 라인이 필요하다. 이는 비용을 크게 증가시키고 유연성을 감소시킨다. 한편, 모터를 사용한 동적 위치 지정을 사용하여 이러한 부유식 발전소의 위치를 유지하려면, 에너지가 너무 많이 소비되어 에너지의 순 출력이 낮아질 것이다.
본 발명의 일 목적은 에너지 수확용 부유식 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 계류(mooring) 없이 그리고 적은 에너지 소비로 해저에 대한 선박의 위치를 유지할 수 있는 에너지 수확용 부유식 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 돛 또는 날개의 사용을 통해 바람의 에너지를 이용하여 해저에 대한 자신의 위치를 유지하는 에너지 수확용 부유식 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 돛 또는 날개의 사용을 통해 바람의 에너지를 이용하여 기동하고 움직이는 에너지 수확용 부유식 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 바람 에너지와 파도 에너지를 모두 수확할 수 있는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 바람 에너지와 파도 에너지를 모두 수확할 수 있고 동시에 계류 라인 없이 자신의 위치를 유지할 수 있는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기존의 에너지 수확용 부유식 선박에 비해, 선박에 사용되는 자재의 톤당 더 많은 에너지를 수확할 수 있는 에너지 수확용 부유식 선박을 제공하는 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 에너지 수확용 부유식 선박을 제공한다. 이 부유식 선박은 선체 및 파력 발전소를 포함한다. 파력 발전소는 선체에 있는 입구를 포함하고, 이 입구는 물의 파도를 수용하도록 배치된다. 입구는 입구에 들어가는 물을 전달하고 들어 올리기 위해 각도를 가지고 배치되는 이송 채널에 이어져 있다. 이송 채널은 물을 수용하도록 배치되는 상승된 수조에 이어져 있으며, 수조는 이 수조 아래에 있는 터빈으로 가는 출구를 갖는다. 터빈은 물의 위치 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 전기 발전기를 작동시킨다.
부유식 선박은 유입하는 파도로부터 파력 발전소를 차폐하기 위한 차폐 수단을 입구에서 더 포함할 수 있고, 그 차폐 수단은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 움직이도록 배치되는 도어를 포함한다.
부유식 선박은 선체에 장착되는 적어도 하나의 파도 포일을 더 포함할 수 있고, 이 파도 포일은 물에 대한 수직 운동으로부터 전진 추력을 생성하도록 배치된다.
부유식 선박은 적어도 하나의 방향타를 더 포함할 수 있다.
부유식 선박은 부유식 선박으로부터 위로 돌출된 적어도 하나의 에어포일형 본체를 더 포함할 수 있고, 그 에어포일은 부유식 선박을 추진하기 위해 바람으로부터 추력을 생성하도록 배치된다.
에어포일은 날개 또는 돛일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 본 발명은 파도로부터 에너지를 수확하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은,
- 전술한 바와 같은 부유식 선박을 제공하는 단계, 및
- 들어오는 바다 파도가 이송 채널을 통해 물을 상승된 수조에 이송할 수 있도록 입구를 그 들어오는 바다 파도 쪽으로 향하게 하고, 물을 출구를 통해 터빈에 안내하여 전기 발전기를 작동시켜, 수조 내의 물의 위치 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 단계를 포함한다.
본 방법은 들어오는 파도로부터 파력 발전소를 차폐하기 위해 입구에서 도어를 포함하는 차폐 수단을 폐쇄하는 단계를 더 포함하고, 이는 발전소에 대한 설계 범위를 초과하는 파도의 경우에 도어를 폐쇄하는 것을 포함한다.
본 방법은 물에 대한 포일의 수직 운동으로부터 전진 추력을 생성하기 위해 선체 상의 적어도 하나의 파도 포일을 이용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 방법은, 적어도 하나의 방향타를 조향하고, 또한 부유식 선박으로부터 위로 돌출된 적어도 하나의 에어포일형 본체를 조향하여 부유식 선박을 추진하기 위한 추력을 바람으로부터 생성하여 입구를 통해 파도를 수용하도록 선박을 배향시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 방법은 해저에 대한 부유식 선박의 위치를 유지하기 위해 추력을 이용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 방법은 부유식 선박이 입구에 들어가는 물의 양을 증가시키기 위해 파도 방향 쪽으로 움직이도록 에어포일을 배향시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 추력을 생성하고 바람 에너지를 수확하기 위한 에어포일에 관한 것이다. 이 에어포일은,
- 에어포일을 관통하는 적어도 하나의 가로 구멍 - 가로 구멍은 공기를 에어포일의 고압면으로부터 저압면으로 보내도록 배치됨 -; 및
- 각 구멍에 배치되는 터빈 로터와 발전기를 포함하는 풍력 터빈을 포함한다.
에어포일은 덮개를 더 포함할 수 있고, 이 덮개는 하나 이상의 구멍을 통과하는 공기 흐름을 완전히 또는 부분적으로 차단하기 위해 에어포일의 적어도 하나의 면을 덮도록 연장되도록 배치된다.
덮개는 에어포일을 덮고 노출시키기 위해 붙었다 떨어졌다 변위되도록 배치되는 직물 시트일 수 있다.
덮개는 에어포일을 덮고 노출시키기 위해 슬레드(sled)되도록 배치되는 고체 재료의 섹션을 포함할 수 있다.
이제, 본 발명의 실시 형태가 다음 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 실시 형태를 원리적으로 나타낸다. 스케치는 내부 구성 요소의 일부를 보여주기 위해 부분적으로 단면으로 나타나 있다.
도 2는 본 발명의 실시 형태를 사시도로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 형태를 사시도로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 형태를 사시도로 나타낸다.
도 5는 멀티로터 풍력 발전기를 단면으로 나타낸다.
본 발명은 바다 또는 호수와 같은 다른 물에서 바람과 파도로부터 에너지를 수확하기 위한 부유식 선박(1)에 관한 것이다. 한 가능한 실시 형태(도 1 참조)에서 부유식 선박(1)은 파력 발전소(10), 멀티로터 풍차/풍력 발전기(20), 파도 포일(30) 및 하나 이상의 동력 생성 프로펠러(40)를 포함한다.
파력 발전소(10)는 일 실시 형태에서 입구(11), 이송 채널(12), 상승된 저수조/수조(13) 및 터빈(14T)을 포함한다. 파력 발전소(10)는 전력을 생성하기 위해 터빈(14T)에 연결된 발전기(14G)를 더 포함할 수 있다.
멀티로터 풍력 발전기(20)는 날개(21)와 같은 에어포일형 본체(21)에 포함된 발전기(22G)를 갖는 다수의 터빈 로터(22)를 포함한다.
일 실시 형태에서 부유식 선박(1)은 도 2-4 에 나타나 있는 바와 같은 선박과 유사한 형상을 가질 수 있다. 부유식 선박(1)이 에너지를 수확할 때, 선수(bow)는 들어오는 파도의 방향으로 향한다. 부유식 선박(1)은 도어, 바람직하게는 선수 포트 또는 선수 도어(3)와 같은 격리 수단을 가질 수 있으며, 이는 열리면 입구(11)를 노출시킨다. 입구는 예컨대 선박(1)의 측면으로부터 파도를 수용하도록 배치될 수 있음에 따라, 격리 수단은 반드시 선수에(선박이 도 2-4에서와 같은 배로 형성된 경우) 있을 필요는 없다.
파도 높이가 부유식 선박(1) 및/또는 발전소(10)의 설계 범위를 초과하면, 선수 도어(3)는 파력 발전소(10)를 폐쇄하고 들어오는 파도로부터 격리시키도록 배치될 수 있다.
선수 도어(3)가 열리면 파도가 수집되어 입구(11)에 의해, 각도를 가지고 배치되는 이송 채널(12) 안으로 안내되며, 그래서 그 이송 채널은 해수면에서 물을 들어 올려, 상승된 저수조 또는 수조(13) 안으로 보낸다. 상승된 수조(13)는 하나 이상의 튜브 또는 파이프(15)를 통해, 발전기(도면에 나타나 있지 않음)에 연결된 터빈(14T)에 배수된다. 터빈(14T)은 터빈(14T) 위쪽에 가능한 많은 수두(head of water)를 주기 위해 수선에 가능한 한 가깝게 배치된다. 물은 터빈(14T)을 통과한 후 주변 바다 또는 호수로 유입될 수 있다.
하나 이상의 터빈(14T)과 하나 이상의 발전기(14G)를 사용하여 파력 발전소(10)의 용량을 조정할 수 있다. 임의의 주어진 시간에 사용 중인 터빈(14T)의 수는 상승된 수조(13) 안으로 들어 올려지는 물의 양에 따라 조정될 수 있다.
파력 발전소(10)를 다른 파도 높이와 조건에 맞게 최적화하기 위해, 상승된 수조(13)의 높이가 조정될 수 있고 마찬가지로 이송 채널(12)의 각도가 조정될 수 있다. 이송 채널(12)에는, 이송 채널(12)을 따라 아래로 흐르는 물을 방향 전환시키기 위한 장치가 추가로 제공될 수 있다. 이는 유입하는 파도의 물이 입구 방향으로 이송 채널(12)을 따라 아래로 흐르는 물에 의해 감속되는 것을 피하기 위한 것이다. 한 가능한 실시 형태에서, 그 장치는 이송 채널(12)의 바닥에 있는 플랩일 수 있다. 파도의 물이 상승된 수조(13) 안으로 흘러들어 갈 때 그 플랩은 이송 채널(12)의 바닥과 평평하게 놓이고, 물이 이송 채널(12)을 따라 아래로 흐를 때에는 이송 채널(12)의 바닥에 대해 각도를 이루어 위로 뒤집히게 된다. 방향 전환되는 물은 터빈 안으로 안내되어 전력을 생성한다.
부유식 선박(1)에는, 발전을 위해 주변의 물에 대한 부유식 선박의 움직임을 이용하기 위해 프로펠러(40)가 제공될 수 있다. 이 프로펠러(40)는 도 1에 도시된 바와 같이 선체(2)로부터 바다 속으로 돌출될 수 있다. 프로펠러(40)는 사용되지 않을 때는 선체(2) 안으로 후퇴될 수 있다.
부유식 선박(1)에 의해 수집된 에너지는 선박에 저장되거나, 부유식 선박이 그의 위치에서 연결되는 기반 시설을 통해 전달될 수 있다.
에너지가 저장되는 경우, 그 에너지는 언급한 바와 같이 발전기에 의해 전기 에너지로 변환되어 배터리에 저장될 수 있다. 다른 가능성은, 탱크에 저장되는 수소를 생산하기 위해 전해조에서 전류를 이용하여 에너지를 저장하는 것이다.
계류 라인이 없는 부유식 선박(1)의 경우, 경제적 실행이 가능한 에너지를 수확할 목적으로 위치 지정 또는 추진을 위해 공급되는 에너지에 의존해서는 안 된다. 이에 대한 아이디어는, 위치 지정 및 추진을 위해 부유식 선박에 작용하는 힘을 이용하는 것이다.
부유식 선박은 추진을 위해 또는 해저에 대한 위치를 유지하기 위해 부유식 선박(1)에 작용하는 자연의 힘을 이용하기 위한 여러 수단을 포함할 수 있다. 이러한 수단은 돛 또는 날개(21)와 같은 하나 이상의 에어포일(21), 하나 이상의 파도포일(30) 및 하나 이상의 방향타(4)일 수 있다.
항해에서 용어 "∼히빙 투(heaving to)" 또는 "호브 투(hove to)"는 항행하는 선박의 전진 이동을 느리게 하기 위해 사용되는 기술을 지칭한다. 이 기술을 적용할 때, 선박에 작용하는 힘은 서로 반대 방향으로 설정되며, 그래서 힘의 합은 0이거나 0에 가깝고 선박은 정지하거나 거의 정지 상태에 있게 된다. 다시 말해, 하나 이상의 돛으로부터의 구동 작용이 다른 돛의 구동력과 대략적으로 균형을 이룰 때 선박은 "호브 투(hove to)"한다.
"히빙 투(heaving to)" 기술의 원리는, 에너지를 수확하기 위해 부유식 선박(1)의 위치를 유지하기 위해 이용될 수 있다. 부유식 선박에는, 에너지를 수확할 때 위치를 유지하고 이동해야 할 때에는 부유식 선박(1)을 항해시키기 위해 사용될 수 있는 에어포일(21)이 장착될 수 있다.
돛 또는 날개(21)를 모두 사용하거나 돛과 날개(21)를 조합하여 사용할 수도 있다. 날개(21)는 더 강직하거나 더 강성적인 구조물일 수 있으며, 도 1-4에 나타나 있는 바와 같은 부유식 선박의 상부 갑판으로부터 수직으로 돌출되어 배치되는 항공기 날개와 유사할 수 있다. 에어포일/날개(21)의 단면이 도 5에 나타나 있다. 도 5의 에어포일(21)에는 내부 풍력 터빈(22, 22G)이 제공되며, 그 에어포일은 멀티로터 풍력 터빈(20)으로 생각될 수 있다. 이러한 에어포일(21)에는 반드시 풍력 터빈 및 구멍(23)이 제공될 필요는 없다. 부유식 선박(1) 상의 일부 에어포일(21)은 그냥 평범한 에어포일(21)일 수 있고 일부 에어포일에는 풍력 터빈(22, 22G)이 장착될 수 있다. 이는, 무엇보다도, 충분한 추력을 생성하기 위해 필요한 면적에 달려 있다. 에어포일(21) 및 멀티로터 풍력 발전기(20)는 나중에 더 자세히 더 논의될 것이다.
에어포일(21)에 추가하여, 파도 포일(30)이 위치 지정 및 추력을 위해 이용될 수 있다. 파도 포일(30)은 부유식 선박(1)의 선체(2)에 연결될 수 있고 부유식 선박(1)과 함께 물에서 상하로 움직일 것이다.
파도 포일의 원리는 당업자에게 알려져 있다. 부유식 선박(1)은 파도로 인해 물에서 상하로 움직일 것이고 하나 이상의 파도 포일(30)은 상하 움직임의 일부를 전진 추력으로 변환시킬 것이다. 파도 포일은 수중에서 상하로 움직일 때 양력을 발생시키도록 성형되며, 그 양력은 항력보다 큰 전진 추력 성분을 가지며 그래서 부유식 선박(1)에 대한 전진 추진력을 생성한다.
파도 포일(30)은, 전진 추력의 생성에 추가로, 부유식 선박(1)을 안정화시키는 바람직한 효과를 또한 갖는다. 가능한 한 많은 물을 상승된 수조(13) 안으로 들어 올리기 위해, 부유식 선박(1)은, 파도를 타는 대신에, 파도를 가능한 한 많이 가르고 나가야 한다. 파도 포일(30)은 상하 요동과 피치를 제한할 것이며 그리하여 더 많은 물이 입구(11) 안으로 들어갈 것이다. 동시에 파도 포일(30)은 수직 움직임을 감소시키면서 파도 내로의 방향으로 전진 추력을 생성할 것이다. 이는 부유식 선박(1)의 위치를 유지하는데에 기여하고 단위 시간당 입구(11)에 들어가는 물의 양을 증가시킨다. 파도 포일(30)은 또한 조정 가능 및/또는 회전 가능하며, 그래서, 부유식 선박(1)의 위치를 유지하거나 선박(1)을 배향하거나 부유식 선박(1)을 움직이기 위해 추력의 방향을 조정할 수 있다.
한 가능한 실시 형태에서, 부유식 선박(1)은 에어포일(21), 방향타(4) 및 파도 포일(30)에 제어 신호를 보내는 동적 위치 지정 시스템을 사용하여 자신의 위치를 유지한다. 또한, 부유식 선박(1)에는 백업으로서 모터에 연결되는 백업 추진 프로펠러(5)가 장착될 수 있다. 이 백업 추진 프로펠러(5)와 모터는 예를 들어 비상시에 사용될 수 있다. 모터는 전기 모터일 수 있으며 선박에 저장되는 에너지를 이용할 수 있다.
날개/에어포일(21)의 일반적인 원리는, 한쪽의 공기에 대한 더 긴 이동 거리로 인해 에어포일(21)을 가로질러 압력차가 발생한다는 것이다. 동일한 일반적인 원리가 항공기 날개, 항해용 돛 및 많은 다른 용례에 적용된다.
도 5는 원하는 방향의 추력을 생성하기 위해 사용될 수 있는 멀티로터 풍력 발전기(20)의 일 가능한 실시 형태를 단면으로 나타낸다. 이 멀티로터 풍력 발전기(20)는 에어포일(21)을 포함한다. 에어포일(21)은 에어포일(21)의 선단 가장자리(24)로부터 후단 가장자리(25)까지 연장되어 있는 에어포일의 축선에 실질적으로 수직으로 배치되는 하나 이상의 구멍(23)을 포함한다. 그리하여, 에어포일(21)의 고압면(27)에서부터 저압면(26)으로 가는 공기 유동이 일어날 수 있다. 구멍(23) 또는 채널은 에어포일(21)의 길이방향 축선 또는 선단 가장자리(24)에서부터 후단 가장자리(25)까지 연장되어 있는 축선에 수직일 필요는 없지만, 구멍은 이들 축선 중의 하나 또는 둘 모두에 수직일 수 있다.
올바른 조건하에서 구멍(23)을 통과하는 공기의 속도는 풍속보다 클 것이다. 에어포일(구멍(23)에 있는)을 가로지르는 풍속이 주변의 일반적인 풍속보다 높다는 것을 입증하는 예는 범선의 예이다. 범선은 뒤에서 돛 안으로 직접 들어가는 바람으로는 최고 항해 속도를 달성하지 못한다(바람과 함께 달려서는). 범선은 돛과 함께 날개/에어포일 원리를 이용할 때 더 높은 속도에 도달한다(예를 들어, 바람과 함께 달리는 대신에 근접 범위(reach), 넓은 범위 또는 비임(beam) 범위로 항해할 때).
하나의 가능한 실시 형태에서, 하나 이상의 멀티로터 발전기(20)는 돛이 범선에 사용될 때 사용될 수 있다. 각 구멍(23)에는, 구멍을 통한 공기 흐름을 방지하기 위한 덮개가 장착될 수 있다. 그 구멍을 개폐함으로써 에어포일(21)로부터의 추력을 조절할 수 있다. 덮개는 한쪽에서 다른 쪽으로 점진적으로 에어포일(21) 위로 퍼질 수 있는 돛일 수 있거나, 구멍(23) 또는 채널을 가로질러 슬라이딩하는 슬라이딩 덮개일 수 있다. 이러한 멀티로터 발전기(20)는, 바람이 추력/추진에 필요한 것보다 높을 때, 터빈 로터(22)를 가로지르는 고압면(27)과 저압면(27) 사이의 유동 면적을 조정하여 더 작은 추력/추진을 생성하고 더 많은 풍력 에너지를 수확하도록 조정될 수 있다.
소형 터빈 로터(22)가 풍력 터빈(22, 22G)의 대형 로터에 대해 갖는 하나의 중요한 이점이 있다. 그 이점은, 소형 로터는 대형 로터와 동일한 방식으로 팁 속도에 의해 제한되지 않는다는 것이다. 직경이 150 미터까지 될 수 있는 대형 기존 풍력 터빈은 낮은 RPM에서도 엄청난 팁 속도를 얻을 것이다. 이 때문에 기존의 대형 풍력 터빈은, 팁 속도가 로터의 팁을 손상시키기 때문에, 강한 바람 조건을 이용하지 못할 수 있다. 특정 영역을 덮기 위해 하나의 큰 로터 대신에 그 특정 영역을 덮기 위해 많은 작은 로터를 사용함으로써, 강한 바람 조건이 발전/수확에 더 잘 이용될 수 있고 동시에 작은 로터와 발전기는 움직임에 덜 민감하다.
재생 가능 에너지를 경제적으로 실행 가능하도록 수확하기 위한 부유식 선박(1)의 경우, 모든 조건에서 가능한 한 많은 에너지를 수확할 필요가 있다. 폭풍우 중에는, 파력 발전소(10)를 사용하지 못할 수도 있다. 그러면 파력 발전소(10)는 선수 도어(3)를 폐쇄하여 격리될 수 있다. 선수 도어(3)가 부유식 선박(1)을 보호하기 위해 폐쇄되어 있더라도, 멀티로터 풍력 발전기(20) 및 프로펠러(40)는 에너지를 수확할 수 있다. 멀티로터 발전기(20)는 로터의 팁 속도에 의해 제한되지 않으며, 프로펠러(40)는, 선수 도어(3)가 폐쇄되어 있기 때문에 더 많은 수직 운동으로 인해 더 많은 에너지를 생성할 것이다.
파도 포일은, 선수 도어가 열려 있을 때 가능한 한 많은 물을 상승된 수조(13) 안으로 들어올리고 또한 파력 발전소(10)가 파도로부터 격리될 때에는 프로펠러(40)로부터의 동력 생성을 최적화하도록 부유식 선박의 거동을 최적화하는 데에 도움이 될 수 있다.
특히 파력 발전소, 멀티로터 발전기(20), 프로펠러(40) 및 파도 포일(30)에 제어 신호를 보내는 제어 시스템은 임의의 주어진 시간에서 안전, 위치 지정 및 전력 수확에 대해 부유식 선박을 최적화할 필요가 있다.
에너지 수확 및 에너지의 수확이라는 용어는, 에너지가 한 형태에서 다른 형태로 변환된다는 것을 의미한다. 바람이나 파도의 에너지는 예들 들어 전기와 같은 더 쉽게 저장되거나 이용될 수 있는 에너지 형태로 변환된다.
대안적인 실시 형태에서, 플레트너(Flettner) 로터가 풍력 에너지를 수확하기 위해 풍력 터빈으로 사용되며 동시에 플레트너 로터의 매그너스(Magnus) 효과가 위치 지정 목적 및/또는 추진을 위해 사용된다. 수직 플레트너 로터는 바람의 방향에 수직인 힘 성분을 생성할 것이다. 이 힘 성분은 부유식 선박(1)의 위치를 유지하기 위해 또는 추진에 기여하기 위해 이용될 수 있다.
플레트너 로터는 앞에서 설명한 부유식 선박(1)에서 날개 또는 돛 대신에 또는 그와 함께 사용될 수 있다.
1 부유식 선박
2 선체
3 선수 도어
4 방향타
5 추진 프로펠러
10 파력 발전소
11 입구
12 이송 채널
13 상승된 수조
14T 터빈
14G 전기 발전기
15 파이프
20 멀티로터 풍력 터빈
21 에어포일/날개
22 터빈 로터
22G 발전기
23 구멍
24 선단 가장자리
25 후단 가장자리
26 저압면
27 고압면
28 에어포일
30 파도 포일
40 동력 생성 프로펠러

Claims (16)

  1. 에너지 수확용 부유식 선박(1)으로서,
    선체(2), 및
    물의 파도를 수용하도록 배치되는 입구(11)를 포함하는 파력 발전소(10)를 포함하고,
    상기 입구(11)는 입구(11)에 들어가는 물을 전달하고 들어 올리기 위해 각도를 가지고 배치되는 이송 채널(12)에 이어져 있고,
    상기 이송 채널(12)은 물을 수용하도록 배치되는 상승된 수조(13)에 이어져 있으며,
    상기 수조(13)는 이 수조(13) 아래에 있는 터빈(14T)으로 가는 출구를 가지며,
    상기 터빈(14T)은 물의 위치 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 전기 발전기(14G)를 작동시키는, 에너지 수확용 부유식 선박.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부유식 선박은 유입하는 파도로부터 파력 발전소(10)를 차폐하기 위한 차폐 수단(3)을 상기 입구(11)에서 더 포함하고, 그 차폐 수단은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 움직이도록 배치되는 도어(3)를 포함하는, 부유식 선박(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부유식 선박은 상기 선체(2)에 장착되는 적어도 하나의 파도 포일(30)을 더 포함하고, 이 파도 포일(30)은 물에 대한 수직 운동으로부터 전진 추력을 생성하도록 배치되는, 부유식 선박(1).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 방향타(4)를 더 포함하는 부유식 선박(1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부유식 선박은 부유식 선박(1)으로부터 위로 돌출된 적어도 하나의 에어포일형 본체(21)를 더 포함하고, 그 에어포일(21)은 부유식 선박(1)을 추진하기 위해 바람으로부터 추력을 생성하도록 배치되는, 부유식 선박(1).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 에어포일(21)은 날개(21) 또는 돛인, 부유식 선박(1).
  7. 파도로부터 에너지를 수확하기 위한 방법으로서,
    제 1 항의 부유식 선박(1)을 제공하는 단계, 및
    들어오는 바다 파도가 이송 채널(12)을 통해 물을 상승된 수조(13)에 이송할 수 있도록 입구(11)를 상기 들어오는 바다 파도 쪽으로 향하게 하고, 상기 물을 출구를 통해 터빈(14T)에 안내하여 전기 발전기(14G)를 작동시켜, 수조(13) 내의 물의 위치 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 단계를 포함하는, 파도로부터 에너지를 수확하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    들어오는 파도로부터 파력 발전소(10)를 차폐하기 위해 입구(11)에서 도어(3)를 포함하는 차폐 수단(3)을 폐쇄하는 단계를 더 포함하고, 이는 발전소(10)에 대한 설계 범위를 초과하는 파도의 경우에 상기 도어(3)를 폐쇄하는 것을 포함하는, 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    선체(2) 상의 적어도 하나의 파도 포일(30)을 이용하여 물에 대한 상기 포일(30)의 수직 운동으로부터 전진 추력을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 방향타(4)를 조향하고, 또한 부유식 선박(1)으로부터 위로 돌출된 적어도 하나의 에어포일형 본체(21)를 조향하여 부유식 선박(1)을 추진하기 위한 추력을 바람으로부터 생성하여 입구(11)를 통해 파도를 수용하도록 선박(1)을 배향시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    해저에 대한 상기 부유식 선박(1)의 위치를 유지하기 위해 상기 추력을 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 부유식 선박(1)이 상기 입구(11)에 들어가는 물의 양을 증가시키기 위해 파도 방향 쪽으로 움직이도록 에어포일(21)을 배향시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 추력을 생성하고 바람 에너지를 수확하기 위한 에어포일(21)로서,
    에어포일(21)을 관통하는 적어도 하나의 가로 구멍(23) - 가로 구멍(23)은 공기를 상기 에어포일(21)의 고압면(27)으로부터 저압면(26)으로 보내도록 배치됨 -; 및
    각 구멍(23)에 배치되는 터빈 로터(22)와 발전기(22G)를 포함하는 풍력 터빈을 포함하는 에어포일.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 에어포일(21)은 덮개를 더 포함하고, 이 덮개는 하나 이상의 구멍(23)을 통과하는 공기 흐름을 완전히 또는 부분적으로 차단하기 위해 에어포일(21)의 적어도 하나의 면(26, 27)을 덮도록 연장되도록 배치되는, 에어포일(21).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 덮개는 에어포일(21)을 덮고 노출시키기 위해 붙었다 떨어졌다 변위되도록 배치되는 직물 시트인, 에어포일(21).
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 덮개는 상기 에어포일(21)을 덮고 노출시키기 위해 슬레드(sled)되도록 배치되는 고체 재료의 섹션을 포함하는, 에어포일(21).
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