NO20093313A1 - Metode for omforming av bølgekraft - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse augar en metode far omfamning av bølgekraft til energitilstsndier egnet for utnytting. Metoden er relatert ril bclgekraftomfortnere som hai en flottar (1) som svinger vertikalt, horisontalt eller dreier om horisontale akser under påvirkning av sjøbølger og hvor uttak av energi skjer ved demping av bevegelser mellom flottaren (1) og et eller flere mothold, som for eksempel kan være flytende sjøanker.

Fra tidligere teori innen fagområdet er det kjent følgene krav for at energiuttaket fra nevnte type bølgekraftomfbnnere skal bli størst mulig: egenfrekvensen til flottøren skal kunne være lik frekvensen til innkommende bølger

slik at det oppstår resonans med følgende stor svingeamplitude

- demping av relative bevegelser mellom flottør og mothold må skje med riktig størrelse på dempingskraften og til riktig tidspunkt i forhold til bølgebevegelsene

Overnevnte krav bar imidlertid vært vanskelig å oppfylle ettersom frekvensen til bølgene vil variere slik at egenfrekvensen til flottøren automatisk må kanne endres, samt at bølgebevegelsene ikke følger en jevn sinuskinve men kan være irregulære slik at det stilles store krav til reguleringssystemet som skal styre denæingskraften.

Foreliggende opptfinnelse er en praktisk metode for å oppnå stor svingeamplitude og for å dempe relative bevegelser mellom flotter og mothold. Metoden er beskrevet med hensyn pa en bølgekralfomfbrmer som har en ringformet flottør (1) montert rundt en flyende søyle (2) med to eller flere flytende sjøanker (3, 4) seriekoblet til nederste ende av søylen.

Flottøren (1) er dreibart koblet til søylen (2) hvor det inngår en fjærforbindelse (Kl) og en bevegelsesdemper (Dl) mellom flottaren og søylen. Hvert sjøanker (3, 4) har et kammer fylt med sjøvann som i tillegg til hydrodynamisk tiUeggsmasse utenfor kammeret svinger med sjøankeret. Sjøankerene er seriekoblet til nedre del av søylen (2) med fjærforbindelser (K2, K3) og bevegelsesdempere (D2, D3). Fjærførbmdelsene kan bestå av forskjellige typer fjærer som stålfjærer, hift- eller gassfjærer eller kombinasjoner av disse.

Bevegelsesdemperene er typisk pneumatiske eller hydrauliske sylindere som pumper luft eller vann til en turbin (5) som kan være plassert pa selve bølgekrafiomformeren eller på land. Turbinen (5) er koblet til et eller flere svinghjul (6, 7) som igjen er koblet til roterende utstyr som utnytter energien som for eks. en elektrisk generator. Mellom turbinen og mellom svinghjulene er det fjærkobhnger (K5, K6) og det kan også inngå gir. Hvert svinghjul er fri til å rotere med større hastighet enn turbinen eller det svinghjulet som yter drivkraft.

Et karakteristisk trekk ved foreliggende oppfinnelse er at motholdet ril flottøren (1) omfatter en rekke vertikalt seriekoblede sjøanker (3,4), som er innrettet slik at hvert sjøanker svinger med en egenfrekvens som induserer resonans i minst et av de øvrige sjøankerene og flottaren. Dette oppnås ved at hvert enkelt sjøanker har en dynamisk masse og fjærforbindelser (K2, K3) som er tilpasset slik at sjøankeret har en bestemt egenfrekvens i forhold til overliggende eller underliggende sjøanker. Fordelen som oppnås er at høye svmgeamplihider oppnås serv om frekvensen til sjøbølgene er forskjellige fra egenfrekvensen til flottøren eller om bølgene er irregulære.

Et annet karakteristisk trekk vedl foreliggende oppfinnelse er at uttak av energi skjer ved at denmeikreftene mellom flottøren (1) og motholdene (2, 3, 4) absorberes av en rekke seriekoblede svinghjul (6,7) som er tilpasset demperkreftene.

Dette oppnås ved at hvert enkelt svinghjul har et bestemt treghetsmoment og fjærforbindelse(r) (5, 6) i forhold til massene og treghetsmomentene til flottøren (1), søylen (2) og sjøankerene (3,4).

Fordelen som oppnås er at kraftpriser med ulik størrelse og som kommer på forskjellige tidspunkt fra bevegelsesdemperene kan absorberes uten bruk av et kontroll- og reguleringssystem som må beregne riktig størrelse på demperkraften, start og varighet av demperkraften ut ifra konfinnerlig varierende bølgekrefter.

Foreliggende oppfinnelse er vist på følgende vedlagte skisser

Figur 1 og 2 viser beregmugsmodell for en bølgekraftomfbrmer som har en ringformet flottør (1) montert rundt en flyende søyle (2) med to eller flere sjøanker (3, 4) koblet i serie til nederste ende av søylen. Figur 2 viser beregnmgsmodeO for turbin (5) og svinghjiil (6, 7). Eventuelle gir mellom komponentene er ikke vist. Betegnelsene i figuren betyr følgende:

Fi = innkommende krafrpulser fra bevegelsesdemperene (Dl, D2, D3)

Fsl = kraft fra turbin (5) ril svinghjul (6)

Fs2 = kraft fra svinghjul (6) til svinghjul (7)

Fo = kraft fra svinghjul ( 7) til utstyr som utnytter energien for eks. elektrisk generator

Det kan også inngå fjæiforbindelse mellom svmghjulet (7) og tilkoblet utstyr som for eks en elektrisk generator. Figurene er primært ment for å forklare prinsippet for foreliggende oppfinnelse og inneholder derfor ikke alle nødvendige detaljer.

Claims (6)

1. Metode for omforming av energien i hav og sjøbølger til energitilstander egnet for utnytting, hvor metoden innbefatter en flottør (1) som svinger vertikalt, horisontalt eller dreier om horisontale akser under påvrrkning av sjøbølger, og hvor uttak av energi skjer ved demping av relative bevegelser mellom flottøren og et flytende mothold, hvor dempeikreftene mellom flottør og mothold overføres hyarautisk eller pneumatisk til en turbin,karakterisert veden rekke vertikalt seriekoblede mothold (3, 4) hvor massen til hvert mothold omfatter egenvekt og hydrodynamisk tiUeggsmasse, og hvor motholdene (3, 4) er koblet til hverandre og til flottøren (1) med fjærforbindelser (EL2, K3), hvor massen til hvert mothold (3, 4) og stivhetene til tilhørende fjÆrforbindelseT(K2, K3) er tilpasset slik at hvert mothold (3, 4) inkludert hydrodynamisk tiUeggsmasse, svinger med en egenfrekvens som induserer svinginger og resonans i minst et av de øvrige motholdene (2,3,4) og flottør (1).

2. Metode ifølge krav 1 karakterisert vedat metoden i tillegg omfatter minst et flytende mothold for dreiebevegelser (2), hvor nevnte mothold er koblet ril flottøren (1) med fjærforbindelser (Kl), og hvor treghersmomentet til hvert mothold og stivhetene til tilhørende fjærfoibindelse (Kl) er tilpasset slik at hvert mothold (2) inkludert hydrodynamisk tiUeggsmasse, svinger med en egenfrekvens som induserer svinginger og resonans i minst et av de øvrige vertikale motholder (3, 4), øvrige mothold for dreiebevegelser og flottør (1).

3. Metode ifølge kravene 1 og 2 karakterisert vedat dempingskreftene fra bevegelsesdemperene (Dl, D2, D3) absorberes av en rekke seriekoblede svinghjul (6, 7), hvor hvert enkel svinghjul har fjærforbindelser (K5, K6) til hverandre, til turbinen (5) og til armet tilkoblet utstyr som for eksempel en elektrisk generator, og hvor hvert enkelt svinghjul har et bestemt treghetsmoment og stivhet i fjærforbindelsene som er tilpasset massene, treghetsmomentene og egenfrekvensene til flottøren (1) og motholdene (2,3,4).

4. Metode ifølge kravene 1, 2 og 3 karakterisert vedat åeraperkreftene mellom flottar (1) og motholdene (2, 3, 4) overføres pneumatisk eller hydraulisk til minst 2 paraUellkobledie turbiner (5) sam igjen er koblet til et eller flere seriekoblede svinghjul (6, 7) i henhold til krav 3,

5. Metode ifølge kravene 1, 2 og 4 karakterisert vedai det i hvert av motholdene for vertikale bevegeleser og dreiebevegelser (2, 3, 4) inngår minst et flytende vannkammer hvor vannmassen i kammeret er innrettet for å svinge med motholdene,

6. Metode ifølge kravene 1, 2, 4 og 5 karakterisert vedat bølgekraftomformeren er ustyrt med et kontrollsystem som automatisk justerer stivhetene i ijærforbmdelsene (K2, K3) mellom motholdene (3, 4) for vertikale bevegeleser, fjærforbindelsene (Kl) mellom motholdene (2) tor dreiebevegelser og stivhetene i fjÆribrhmdelsene (K5, K6) mellom turbinen (5) og svinghjulene (6, 7) og stivheten til fjærforbindelsene til øvrig utstyr tilkoblet nevnte svinghjul