NO20100906A1

NO20100906A1 - SEA WAVE ENERGY SYSTEM AND PROCEDURES FOR OPERATION THEREOF

Info

Publication number: NO20100906A1
Application number: NO20100906A
Authority: NO
Inventors: Geir Arne Solheim
Original assignee: Havkraft As
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2011-12-19
Also published as: NO333299B1; NO331398B1; NO20110487A1

Description

BØLGEREFLEKTOR (WARE) HAVBØLGEENERGISYSTEM WAVE REFLECTOR (WARE) SEA WAVE ENERGY SYSTEM

Oppfinnelsens fagfelt The field of invention

Den foreliggende oppfinnelse vedrører havbølgeenergisystemer for å produsere energi fra havbølgebevegelser, hvor systemene inkluderer undervannsstrukturer som for eksempel plane elementer, for å tilveiebringe en forbedret tilpassing av innkommende havbølger til energioppsamlingsanordninger inkludert i systemene. Videre vedrører den foreliggende oppfinnelsen også fremgangsmåter for å anvende slike systemer til å produsere energi fra havbølgebevegelser, hvor fremgangsmåten ibefatter justering av undervannsstrukturene for å tilveiebringe en forbedret tilpassing mellom innkommende havbølger og energioppsamlingsanordningene inkludert i systemene. Videre vedrører den foreliggende oppfinnelsen strukturer som omfatter for eksempel ett eller flere plane elementer som er nedsenket når i drift, og som tilveiebringer en forbedret tilpassing mellom innkommende havbølger og energioppsamlingsanordningene. The present invention relates to ocean wave energy systems for producing energy from ocean wave movements, where the systems include underwater structures such as planar elements, to provide an improved adaptation of incoming ocean waves to energy collection devices included in the systems. Furthermore, the present invention also relates to methods for using such systems to produce energy from ocean wave movements, where the method includes adjusting the underwater structures to provide an improved adaptation between incoming ocean waves and the energy collection devices included in the systems. Furthermore, the present invention relates to structures which comprise, for example, one or more planar elements which are submerged when in operation, and which provide an improved adaptation between incoming ocean waves and the energy collection devices.

Oppfinnelsens bakgrunn The background of the invention

Havbølger produseres i et havområde av vind som virker på den øvre overflaten av havområdet. Vinden er tilvirket av romlige forskjeller i atmosfærisk temperatur som er en konsekvens av solstråling som absorberes av jorden. Havbølger virker som overflatebølger uten en generell overordnet flyt av havvann, men bare er en svingende vannbevegelse rundt en midtstilling. Energiinnholdet til havbølger reduseres eksponentialt med dybden fra en øvre havoverflate med en hastighetsgrad som er avhengig av havbølge bølgelengden. På lignende vis som for andre bølgetyper, som for eksempel elektromagnetiske bølger, kan havbølger reflekteres, avbøyes, brytes og absorberes. Ocean waves are produced in an ocean area by wind acting on the upper surface of the ocean area. The wind is produced by spatial differences in atmospheric temperature which are a consequence of solar radiation absorbed by the earth. Ocean waves act as surface waves without a general overall flow of ocean water, but are simply an oscillating movement of water around a central position. The energy content of ocean waves decreases exponentially with depth from an upper ocean surface at a rate that depends on the ocean wave wavelength. In a similar way to other types of waves, such as electromagnetic waves, ocean waves can be reflected, deflected, refracted and absorbed.

Fornybare energisystemer tilpasset energigenerering fra havbølger må hanskes med mange tekniske utfordringer. For eksempel er havbølger korroderende. I tilegg varierer havbølger over tid svært mye i amplitude, bølgelengde og kompleksitet. Havbølgeenergi kan ofte bli en størrelsesorden større under stormforhold sammenlignet med normale forhold. Videre kan situasjoner oppstå hvor havbølgeenergien er ubetydelig. I tilegg må designere av havbølgeenergisystemer vurdere den kommersielle levedyktigheten til slike systemer sammenlignet med alternative systemer så som vindturbinkraftgenereringssystemer, hydroelektriske kraftsystemer, tidevannskraftgenereringssystemer, kraftgenereringssystemer som får energi fra a brenne fossilt brennstoff, og kjernekraftsystemer. Mange fornybare energisystemer har et problem med at de krever kostbare robuste strukturer, for eksempel for å klare seg i løpet av stormforhold, mens de produserer relativt begrensede mengder kraft når de er i drift når sammenlignet med kraftstasjoner av sammenlignbar størrelse for kjernekraft eller fossilt brennstoff. For å forbedre den kommersielle levedyktigheten til havbølgeenergisystemer er det derfor svært ønsket å sikre at slike systemer utvikles og implementeres for å utvise en forbedret driftseffektivitet ved omdanning av energi fra havbølger til elektrisk energi eller lignende alternative anvendbare energityper, mens de samtidig utviser tilstrekkelig robusthet for å overleve stormforhold. Renewable energy systems adapted to energy generation from ocean waves have to deal with many technical challenges. For example, ocean waves are corrosive. In addition, ocean waves vary greatly over time in amplitude, wavelength and complexity. Ocean wave energy can often be an order of magnitude greater under storm conditions compared to normal conditions. Furthermore, situations can arise where the ocean wave energy is negligible. In addition, designers of ocean wave energy systems must consider the commercial viability of such systems compared to alternative systems such as wind turbine power generation systems, hydroelectric power systems, tidal power generation systems, power generation systems that obtain energy from burning fossil fuels, and nuclear power systems. Many renewable energy systems have a problem that they require expensive robust structures, for example to cope during storm conditions, while producing relatively limited amounts of power when in operation when compared to comparably sized nuclear or fossil fuel power stations. Therefore, in order to improve the commercial viability of ocean wave energy systems, it is highly desirable to ensure that such systems are developed and implemented to exhibit improved operational efficiency in converting energy from ocean waves to electrical energy or similar alternative usable energy types, while at the same time exhibiting sufficient robustness to survive storm conditions.

Mange systemer har blitt foreslått for å ta ut brukbare energimengder fra bølger, for eksempel anvendelse av konfigurasjoner av flottører som forflytter seg med havbølgene og er koblet for å pumpe hydraulikkfluider for å produsere elektrisk strøm, ramper for å motta bølger med øvre overflytskanter slik at bølgene som flyter derover samles opp for å drive en turbin, og vertikale oscillerende søyler hvori havbølger med jevne mellomrom kompromitterer luften i søylene og derved aktiverer en luftturbin som produserer elektrisitet. I det offentliggjorte Norske patent nr. NO 327593 tilhørende Geir Arne Solheim beskrives en luftsøyle 10 som ved drift er plassert i en skrå vinkel a i forhold til et generelt overflateplan 20 på et havområde 30, som vist i FIG. 1. En første ende av søyle 10 er innrettet til å motta bølger 40 under drift. En andre ende av søyle 10 er koblet via luftventiler til en luftturbin 50 for å produsere elektrisitet. Vinkelen a er fortrinnsvis i området fra 10° til 35°. Selv om luftsøyle 10 er plassert ved skråvinkelen «og tilveiebringer en betydelig forbedring i driftseffektiviteten når sammenlignet med tidligere vertikale svingende luftsøyler for fremstilling av elektrisk kraft fra havbølger, er det ønskelig å ytterligere forbedre driftseffektiviteten til systemet som illustreres i FIG. 1, for å sikre dets kommersielle konkurransedyktighet i forhold til andre energiformer, som for eksempel fossile brennstoffer og kjernekraftsystemer. Many systems have been proposed to extract usable amounts of energy from waves, such as the use of configurations of floats that move with the ocean waves and are connected to pump hydraulic fluids to produce electrical current, ramps to receive waves with upper overflow edges so that the waves that floats above is collected to drive a turbine, and vertical oscillating columns in which ocean waves periodically compromise the air in the columns, thereby activating an air turbine that produces electricity. In the published Norwegian patent no. NO 327593 belonging to Geir Arne Solheim, an air column 10 is described which, during operation, is placed at an oblique angle a in relation to a general surface plane 20 on a sea area 30, as shown in FIG. 1. A first end of column 10 is arranged to receive waves 40 during operation. A second end of column 10 is connected via air valves to an air turbine 50 to produce electricity. The angle a is preferably in the range from 10° to 35°. Although air column 10 is located at the angle of inclination and provides a significant improvement in operating efficiency when compared to previous vertical swinging air columns for generating electrical power from ocean waves, it is desirable to further improve the operating efficiency of the system illustrated in FIG. 1, to ensure its commercial competitiveness in relation to other forms of energy, such as fossil fuels and nuclear power systems.

Sammendrag av oppfinnelsen Summary of the invention

Den foreliggende oppfinnesen er rettet mot å videreforbedre effektiviteten til havbølgeenergisystemer som bruker svingende (oscillerende) luftsøyler. The present invention is directed to further improving the efficiency of ocean wave energy systems using swinging (oscillating) air columns.

I følge en første utførelse av den foreliggende oppfinnelsen, tilveiebringes et havbølgeenergisystem som krevd i etterfølgende krav 1: der er tilveiebrakt et havbølgesystem for å produsere kraft fra havbølger, hvor systemet inkluderer en plattform som støtter en regelmessig oppstilling av hule søyler hvis nedre ender er i fluidforbindelse med havbølger, og hvis øvre ender er i luftforbindelse med en turbininnrettning slik at bølgebevegelse ved de nedre endene fører til luftbevegelse inne i søylene som driver turbininnrettningen til å produsere kraft,karakterisert vedat systemet videre omfatter en eller flere posisjonsjusterbare og/eller vinkeljusterbare undervannsstrukturer nær de nedre endene til søylene for å danne havbølger som under drift forflyttes mot de nedre endene til søylene for å, på kontrollert vis, koble bølgene inn i de hule søylene. According to a first embodiment of the present invention, there is provided an ocean wave energy system as claimed in subsequent claim 1: there is provided an ocean wave system for producing power from ocean waves, the system including a platform supporting a regular array of hollow columns whose lower ends are in fluid connection with ocean waves, and whose upper ends are in air connection with a turbine array so that wave movement at the lower ends leads to air movement inside the columns that drive the turbine array to produce power, characterized in that the system further comprises one or more position-adjustable and/or angle-adjustable underwater structures near the lower ends of the columns to form ocean waves which, in operation, are moved towards the lower ends of the columns to, in a controlled manner, couple the waves into the hollow columns.

Oppfinnelsen har den fordel at de en eller flere undrevannsstrukturene er i stand til å forbedre havbølgekoblingen til den regelmessige oppstillingen av søyler, og derved gjøre en større andel av bølgeenergien i stand til å bli omdannet til kraft fra systemet når det er i drift. The invention has the advantage that the one or more underwater structures are able to improve the ocean wave coupling to the regular array of columns, thereby enabling a greater proportion of the wave energy to be converted into power from the system when it is in operation.

Valgfritt realiseres havbølgeenergisystemet slik at undervannsstrukturene er en eller flere plane strukturer utstyrt med et aktuatorelement som forflytter og/eller heller de en eller flere plane strukturene i forhold til det regelmessige oppsettet av søyler. Optionally, the ocean wave energy system is realized so that the underwater structures are one or more planar structures equipped with an actuator element that moves and/or tilts the one or more planar structures in relation to the regular set-up of columns.

Valgfritt blir havbølgeenergisystemet realisert slik at det inkluderer en måleanordning for å bestemme en eller flere egenskaper til havbølgene som under drift forflyttes mot søylene og deres medfølgende undervannsstrukturer, og en kontrollanordning for å motta bølgeegenskapindikatoriske signaler fra måleanordningen, og for prosessering av signalene for justering av posisjonene og/eller vinklene til undervannsstrukturene for å tilveiebringe en dynamisk reagerende kontroll av undervannsannordningen. Mer fortrinnsvis utføres havbølgeenergisystemet slik at kontrollanordningen anvendes ved bruk av datahardware som tilveiebringer minst en av: (a) kontrollert justering av undervannsannordningen ved å bruke en nummerisk Optionally, the ocean wave energy system is implemented to include a measuring device for determining one or more characteristics of the ocean waves which during operation move against the columns and their associated underwater structures, and a control device for receiving wave characteristic indicative signals from the measuring device, and for processing the signals to adjust the positions and/or the angles of the underwater structures to provide a dynamically responsive control of the underwater device. More preferably, the ocean wave energy system is implemented such that the control device is employed using computer hardware that provides at least one of: (a) controlled adjustment of the underwater device using a numerical

modell som representerer driftsegenskapene til systemet, og model representing the operating characteristics of the system, and

(b) bruk av et nervenettverk hvis neurale belastninger er tilpasset kontroll av drift av systemet i respons til målte bølgeforhold. (b) use of a neural network whose neural loads are adapted to control operation of the system in response to measured wave conditions.

Valgfritt kan havbølgeenergisystemet tilveiebringes slik at det regelmessige oppsettet av hule søyler plasseres med deres forlengte akser i en skråvinkel i området fra 10° til 35° i forhold til et gjennomsnittlig nivå på en øvre overflate til et havområde hvori systemet er plassert under drift. Optionally, the ocean wave energy system may be provided so that the regular array of hollow columns is placed with their extended axes at an oblique angle in the range of 10° to 35° relative to an average level of an upper surface of an ocean area in which the system is located during operation.

Valgfritt implementeres havbølgeenergisystemet slik at turbinanordningen inkluderer minst en turbin som kan drives til å rotere rund en hovedsakelig vertikal akse, som drives til å gyroskopisk stabilisere plattformen når den er i drift i havomgivelser. Optionally, the ocean wave energy system is implemented such that the turbine assembly includes at least one turbine that can be driven to rotate about a substantially vertical axis, which is driven to gyroscopically stabilize the platform when operating in an ocean environment.

Valgfritt tilveiebringes havbølgeenergisystemet slik at plattformen er tilpasset slik at den kan roteres under driften, for å gjøre det regelmessige oppsettet av søyler i stand til å orienteres i forhold til havbølgene mottatt av systemet. Mer fortrinnsvis utføres systemet slik at de omfatter en måleinnretning for måling av den hovedsaklige forflyttningsretningen til bølgene som skal mottas av det regelmessige oppsettet av søyler i forhold til den hovedsakelige forflyttningsretningen til bølgene. Optionally, the ocean wave energy system is provided such that the platform is adapted to rotate during operation to enable the regular array of columns to be oriented relative to the ocean waves received by the system. More preferably, the system is designed to include a measuring device for measuring the main direction of travel of the waves to be received by the regular arrangement of columns in relation to the main direction of travel of the waves.

Valgfritt blir havbølgeenergisystemet tilveiebrakt: Optionally, the ocean wave energy system is provided:

(a) langs en kystlinje, (a) along a coastline,

(b) som en eller flere flytende øyer, (b) as one or more floating islands,

(c) som en flytende halvøy eller utbøying, (c) as a floating peninsula or bulge,

(d) som en flytende tilveiebringer av en transportvei mellom landmasser, (d) as a floating provider of a transport route between land masses,

(e) fastmontert på fundamenter i havbunnen. (e) fixed on foundations in the seabed.

Valgfritt tilveiebringes havbølgeenergisystemet slik at det omfatter akvakulturfasiliteter tilpasset nedsynking for beskyttelse hovedsakelig under systemet i dårlige værforhold som kan skade akvakulturfasilitetene. Optionally, the ocean wave energy system is provided to include aquaculture facilities adapted to submergence for protection mainly under the system in adverse weather conditions that may damage the aquaculture facilities.

I følge en andre utførelse av den foreliggende oppfinnelsen, blir det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å drive et havbølgeenergisystem i følge den første utførelsen av den foreliggende oppfinnelsen, hvori fremgangsmåten omfatter: (a) mottak av en eller flere havbølger i nærheten av de en eller flere undervannsstrukturene, for justering av et energifelt til de en eller flere bølgene som danner de en eller flere bølgene, slik at det mottas av et regelmessig According to a second embodiment of the present invention, there is provided a method of operating an ocean wave energy system according to the first embodiment of the present invention, wherein the method comprises: (a) receiving one or more ocean waves in the vicinity of the one or more the underwater structures, for adjusting an energy field to the one or more waves forming the one or more waves, so that it is received by a regular

oppsett av søyler i systemet, og setting up of pillars in the system, and

(b) mottak av de en eller flere bølgene ved det regelmessige oppsettet av søyler for regelmessig kompresjon og/eller fortynning av luften i de en eller flere søylene som driver en turbinanordning for å produsere kraft. (b) receiving the one or more waves by the regular arrangement of columns for regular compression and/or dilution of the air in the one or more columns driving a turbine device to produce power.

I samsvar med en tredje utførelse av den foreliggende oppfinnelsen, blir det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å kontrollere et havbølgeenergisystem i samsvar med den første utførelsen av oppfinnelsen, hvori fremgangsmåen omfatter: In accordance with a third embodiment of the present invention, there is provided a method for controlling an ocean wave energy system in accordance with the first embodiment of the invention, wherein the method comprises:

(i) måling av en eller flere egenskaper til havbølgene som nærmer seg havbølgeenergisystemet for å produsere tilsvarende målesignaler, (ii) prosessering av målesignalene i en prosessannordning for å produsere tilsvarende kontrollsignaler, og (iii) påføring av signalene til aktuatorer koblet til en eller flere posisjonsjusterbare og/eller vinkeljusterbare undervannsstrukturer nær de nedre endene av søylene til systemet, for å danne de målte havbølgene som forflyttes ved drift mot de nedre endene til søylene for å koble bølgene, på kontrollert vis, inn i de hule søylene for å produsere tilsvarende utgangskraft. (i) measuring one or more characteristics of the ocean waves approaching the ocean wave energy system to produce corresponding measurement signals, (ii) processing the measurement signals in a processing device to produce corresponding control signals, and (iii) applying the signals to actuators connected to one or more position-adjustable and/or angle-adjustable underwater structures near the lower ends of the columns of the system, to form the measured ocean waves which are moved by drift towards the lower ends of the columns to couple the waves, in a controlled manner, into the hollow columns to produce the corresponding output power .

Valgfritt utføres fremgangsmåten slik at prosessanordningene kan drives for å bruke en nummerisk modell og/eller et nervenettverk, for å produsere kontrollsignalene fra målesignalene. Optionally, the method is performed so that the processing devices can be operated to use a numerical model and/or a neural network, to produce the control signals from the measurement signals.

Valgfritt omfatter fremgangsmåten: Optionally, the procedure includes:

(iv) måling av forflyttningsretningen til havbølgene som skal mottas i det regelmessige oppsettet av søyler, og (v) roterbar posisjonering av det regelmessige oppsettet av søyler i forhold til forflyttningsretningen til havbølgene. (iv) measuring the direction of travel of the ocean waves to be received in the regular array of columns, and (v) rotatably positioning the regular array of columns relative to the direction of travel of the ocean waves.

I samsvar med en fjerde utførelse av den foreliggende oppfinnelsen blir det tilveiebrakt et programprodukt innspilt på en maskinlesbar databærer, hvori programproduktet kan iverksettes på datahardware, for implementering av en fremgangsmåte i samsvar med den andre eller tredje utførelsen av den foreliggende oppfinnelsen. In accordance with a fourth embodiment of the present invention, a program product recorded on a machine-readable data carrier is provided, in which the program product can be implemented on computer hardware, for implementing a method in accordance with the second or third embodiment of the present invention.

Egenskaper ved oppfinnelsen kan kombineres i forskjellige kombinasjoner innenfor rammen av oppfinnelsen som definert i de påfølgende kravene. Properties of the invention can be combined in different combinations within the scope of the invention as defined in the following claims.

Beskrivelse av figurene Description of the figures

Utførelser av den foreliggende oppfinnelsen vil nå beskrives, bare som eksempler, med referanse til de følgende figurene, hvor: FIG. 1 er en skisse av en anordning for å produsere elektrisk kraft fra havbølger som beskrevet i Norsk patent nr. NO 327593, FIG. 2 er en skisse av sirkulær hawannbevegelse forbundet med havoverflatebølger som forflytter seg innen et havområde, FIG. 3 er en skisse av sirkulær hawannbevegelse forbundet med havoverflatebølgebevegelse, hvor illustrasjonen avbilder minskende sylindrisk vannbevegelse som en funksjon av dybden D inn i havområdet, FIG. 4A og FIG. 4B er eksempler på grafer som illustrerer forskjellig energitettheter som en funksjon av bølgefrekvensen i et havområde, FIG. 5 er et riss av et bølgereflektorhavbølgesystem (WARE) i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, FIG. 6 er et riss av en turbinrotor i systemet til FIG. 5, hvis blader er utstyrt med perifere magneter for å indusere elektrisk kraft i stasjonære perifere uttaksspoler, FIG. 7 er et riss av vinkel- og posisjonsjusteringer i en plan skjerm i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, FIG. 8 er et riss av vinkeljustering i en plan skjerm i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, FIG. 9 er et riss av posisjons- og vinkeljustering av en plan skjerm i en WARE anordning i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, FIG. 10 er et sideriss av et havbølgeenergisystem i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, FIG. 11 er et riss av et kystbølgerefleksjons havbølgeenergisystem i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, hvor systemet er støttet av et flertall stolper, og FIG. 12 er et riss av et kystbølgerefleksjons havbølgeenergisystem i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, hvor systemet er støttet av en senterstolpe for å gjøre systemet i stand til å rotere for å tilpasses bølger som beveger seg fra dynamiske retninger i endring. Embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the following figures, where: FIG. 1 is a sketch of a device for producing electrical power from ocean waves as described in Norwegian patent no. NO 327593, FIG. 2 is a diagram of circular ocean water movement associated with ocean surface waves traveling within an ocean area, FIG. 3 is a sketch of circular ocean water motion associated with ocean surface wave motion, the illustration depicting decreasing cylindrical water motion as a function of depth D into the ocean region, FIG. 4A and FIG. 4B are examples of graphs illustrating different energy densities as a function of wave frequency in an ocean area, FIG. 5 is a view of a wave reflector ocean wave system (WARE) in accordance with the present invention, FIG. 6 is a view of a turbine rotor in the system of FIG. 5, the blades of which are provided with peripheral magnets to induce electric power in stationary peripheral tap coils, FIG. 7 is a diagram of angle and position adjustments in a flat screen in accordance with the present invention, FIG. 8 is a diagram of angle adjustment in a planar display in accordance with the present invention, FIG. 9 is a diagram of position and angle adjustment of a planar screen in a WARE device in accordance with the present invention, FIG. 10 is a side view of an ocean wave energy system in accordance with the present invention, FIG. 11 is a diagram of a coastal wave reflection ocean wave energy system in accordance with the present invention, wherein the system is supported by a plurality of posts, and FIG. 12 is a diagram of a coastal wave reflection ocean wave energy system in accordance with the present invention, where the system is supported by a center post to enable the system to rotate to accommodate waves traveling from dynamically changing directions.

I de medfølgende tegningene betyr et understreket tall en enhet som det understrekede tallet er posisjonert ovenfor, eller en enhet som det understekte tallet står ved siden av. Et tall som ikke er understreket vedrører en enhet identifisert av en linje som kobler det ikke- understrekede tallet til enheten. Når et tall ikke er understreket og har en pil forbundet dermed, er det ikke- understrekede tallet brukt for å identifisere en generell enhet som pilen peker mot. In the accompanying drawings, an underlined number means a unit that the underlined number is positioned above, or a unit that the underlined number is next to. A number that is not underlined relates to a unit identified by a line connecting the non-underlined number to the unit. When a number is not underlined and has an arrow associated with it, the non-underlined number is used to identify a general unit to which the arrow points.

Beskrivelse av utførelsene av oppfinnelsen Description of the embodiments of the invention

Når det gjelder å beskrive utførelser av den foreliggende oppfinnelsen, er innholdet av det før nevnte Norske patentet nr. NO 327593 herved innlemmet ved referanse dertil. When it comes to describing embodiments of the present invention, the content of the aforementioned Norwegian patent no. NO 327593 is hereby incorporated by reference thereto.

For å nærmere belyse den foreliggende oppfinnelsen, vil nå noen basisprinsipper vedrørende havbølgeenergi og havbølgeforflyttningsegenskaper beskrives. Når en havbølge 40 forflytter seg, korresponderer dette til en energiflyt: betydelig sirkulær syklisk vannbevegelse som beskrevet av 70 foregår når energi i havbølge 40 forflytter seg som beskrevet i FIG. 2. En forflyttningsretning til bølgen 40 er benevnt ved pilen 80. Bølgen 40 har en romlig bølgelengde på L og en dal-til-topp amplitude på H. Når bølgen 40 forflytter seg med hastighet c, defineres en frekvens f for bølgen 40 ved ligning 1 (Eq. 1): In order to further elucidate the present invention, some basic principles regarding ocean wave energy and ocean wave displacement properties will now be described. When an ocean wave 40 moves, this corresponds to an energy flow: significant circular cyclic water movement as described by 70 takes place when energy in ocean wave 40 moves as described in FIG. 2. A direction of travel of the wave 40 is indicated by the arrow 80. The wave 40 has a spatial wavelength of L and a trough-to-peak amplitude of H. When the wave 40 travels at speed c, a frequency f for the wave 40 is defined by equation 1 (Eq. 1):

Da jordens hav ikke har en foretrukket frekvens for havbølgeforflyttning, det vil si ikke en foretrukket karakteristisk resonansfrekvens, fremtrer havbølger med et vidt spektrum av frekvenser f og amplituder H. Siden bølgegenereringsfenomen skjer samtidig på forskjellige steder, er i tilegg havbølgebevegelser en superposisjon av mange sinusbølgegrupper. Et fenomen av bølger som brytes på en strand er ikke representativt for en kompleks superposisjon av forskjellige bølger slik de observeres offshore på dypt vann. As the Earth's oceans do not have a preferred frequency for ocean wave movement, i.e. not a preferred characteristic resonant frequency, ocean waves appear with a wide spectrum of frequencies f and amplitudes H. Since wave generation phenomena occur simultaneously in different places, in addition, ocean wave movements are a superposition of many sine wave groups . A phenomenon of waves breaking on a beach is not representative of a complex superposition of different waves as observed offshore in deep water.

Havbølger som genereres av vindinteraksjonen med havoverflaten er kjent som "vindbølger". Når disse vindbølgene har forflyttet seg fra det romlige området hvor de ble laget, blir de kalt "dønninger". Disse dønningene utviser den egenskap at de er i stand til å forflytte seg over relativt store distanser, for eksempel over stillehavet, med relativt lite energitap, nesten på linje med en solitær bølge. En grunn for dette lille tapet er at havdønninger er hovedsakelig overflatebølger i et relativt ikke-sammenpressbart viskøst medium av havvann. Sirkulær vannbevegelse forbundet med en forflyttende havbølge reduseres hovedsakelig eksponentielt med dybden D som vist i FIG. 3. For eksempel, ved en dybde på D = L blir det meste av den sirkulære vannbevegelsen forbundet med en overflatehavsbølge forminsket. Grunnet en slik minskende egenskap forbundet med dybde D blir undervannsbåter som reiser neddykket ofte ikke påvirket av kraftige stormer på havoverflaten over dem. Ocean waves generated by the interaction of wind with the ocean surface are known as "wind waves". When these wind waves have moved from the spatial area where they were created, they are called "swells". These swells exhibit the property that they are able to move over relatively large distances, for example across the Pacific Ocean, with relatively little energy loss, almost in line with a solitary wave. One reason for this small loss is that ocean swells are mainly surface waves in a relatively incompressible viscous medium of seawater. Circular water motion associated with a traveling ocean wave decreases essentially exponentially with depth D as shown in FIG. 3. For example, at a depth of D = L, most of the circular water motion associated with a surface ocean wave is reduced. Due to such a diminishing property associated with depth D, submarines traveling submerged are often not affected by strong storms on the ocean surface above them.

Energiinnholdet til havbølger kan beregnes fra ligning 2 (Eq. 2): The energy content of ocean waves can be calculated from equation 2 (Eq. 2):

hvor where

E = havbølgeenergiinnhold, E = ocean wave energy content,

kE = en konstant lik pg, hvor p er en tetthet til salt havvann på 1020 kg/m<3>, og pg er en tyngdekraftskonstant på 9,8 m/s<2>, og kE = a constant equal to pg, where p is a density of salt sea water of 1020 kg/m<3>, and pg is a gravitational constant of 9.8 m/s<2>, and

H = havbølgevertikalamplitude som definert tidligere med referanse til FIG. 2. H = ocean wave vertical amplitude as defined previously with reference to FIG. 2.

For eksempel har en havbølge med amplitude H = 2 meter et energiinnhold på 5 kJ/m<2>. En hastighet for energitransport J i havbølger kan da beregnes fra ligning 3 (Eq. 3): For example, an ocean wave with amplitude H = 2 meters has an energy content of 5 kJ/m<2>. A speed for energy transport J in ocean waves can then be calculated from equation 3 (Eq. 3):

hvor where

cg = gruppehastighet som kan beregnes fra cg = gT/ 4n hvor T = Uc for dypt havvann, cg = group velocity which can be calculated from cg = gT/ 4n where T = Uc for deep ocean water,

E = havbølgeenergiinnhold som kan beregnes fra ligning 2 (Eq. 2), og E = ocean wave energy content which can be calculated from equation 2 (Eq. 2), and

J = energiflyt, J = energy flow,

hvor fra ligning 3 (Eq. 3) kan gjenuttrykkes som ligning 4 (Eq. 4): where from equation 3 (Eq. 3) can be re-expressed as equation 4 (Eq. 4):

hvor where

kf= p g2, det vil si omlag 1 kW/m<3>skf= p g2, i.e. approximately 1 kW/m<3>s

En havbølge 40 med et intervall på T= 10 sekunder og en amplitude på 2 m har for eksempel forbundet dermed en energiflyt på 40 kW/m, noe som er en betydelig kraft. An ocean wave 40 with an interval of T= 10 seconds and an amplitude of 2 m, for example, has thus connected an energy flow of 40 kW/m, which is a significant force.

I virkelighetene r havbølger komplekse superposisjoneringer av et flertall individuelle bølger som forflytter seg. Slike superposisjoneringer er ikke satt pris på i tidligere patentlitteratur som angår havbølgeenergisystemer. Flertallet av individuelle bølger i bevegelse vil ofte ha et spektrum av bølgelengder L og høyder H, i realiteten befinner bølgelengdene seg hovedsakelig i et område på Lmintil Lmax, og høyden H befinner seg i et område fra 0 meter til Hmax. Som et resultat derav kan ofte bevegelsen til en havoverflate ved en gitt romlig posisjon variere betraktelig slik at høyden H kan overfladisk, for en observatør, se ut til å være svært variabel som en funksjon av tid t, det vil si at det ser uregelmessig ut. Dersom et havbølgespektrum representeres av en funksjon S(f), er den effektive bølgelegden observert av en observatør ved en gitt posisjon i et hav gitt av ligning 5 (Eq. 5): In reality, ocean waves are complex superpositions of a plurality of individual waves moving. Such superpositions have not been appreciated in previous patent literature relating to ocean wave energy systems. The majority of individual waves in motion will often have a spectrum of wavelengths L and heights H, in reality the wavelengths are mainly in a range from Lmin to Lmax, and the height H is in a range from 0 meters to Hmax. As a result, the motion of an ocean surface at a given spatial position can often vary considerably so that the height H may superficially, to an observer, appear to be highly variable as a function of time t, i.e. to appear irregular . If an ocean wave spectrum is represented by a function S(f), the effective wave length observed by an observer at a given position in an ocean is given by equation 5 (Eq. 5):

Hg = gruppebølgelengde Hg = group wavelength

Selv om ligning 4 (Eq. 4) beskriver en teoretisk forventet havbølgeenergitransport J, er energitransporthastigheten som faktisk observeres om lag halvparten derav når spektral superposisjonering av mange havbølger av ulike spektrale egenskaper blir tatt hensyn til. Although equation 4 (Eq. 4) describes a theoretically expected ocean wave energy transport J, the energy transport rate that is actually observed is about half of that when spectral superposition of many ocean waves of different spectral properties is taken into account.

Når målinger utføres av havbølgespektra, kan man observere en karakteristisk graf som vist i FIG. 4A for hawærforhold med vind. Grafen for FIG. 4A omfatter en abscisse akse 100 som viser bølgefrekvensen, og en ordinatakse 110 beskriver en tilsvarende funksjon i ligning 5 (Eq. 5). Dessuten illustrerer grafen i FIG. 4A en nedre bølgefrekvens på 0,05 Hz, og en øvre bølgefrekvens på betraktelige 0,25 Hz. Videre omfatter grafen til FIG. 4A en maksimaltopp 120 ved en frekvens på 0,08 Hz tilsvarende dønninger med en haleegenskap 130 hovedsakelig på mellom 0,1 Hz og 0,2 Hz. For å sanke inn havbølgeenergi på mest mulig effektivt vis kreves et havbølgeenergisystem som reagerer på et frekvensområde som omfatter hovedsakelig to oktaver. Nåværende havbølgeenergisystemer har ofte ikke reaksjonsegenskaper som kan hamle opp effektivt med et så stort bølgefrekvensområde. When measurements are made of ocean wave spectra, one can observe a characteristic graph as shown in FIG. 4A for sea conditions with wind. The graph of FIG. 4A comprises an abscissa axis 100 which shows the wave frequency, and an ordinate axis 110 describes a corresponding function in equation 5 (Eq. 5). Also, the graph in FIG. 4A a lower wave frequency of 0.05 Hz, and an upper wave frequency of a considerable 0.25 Hz. Furthermore, the graph of FIG. 4A a maximum peak 120 at a frequency of 0.08 Hz corresponding to swells with a tail characteristic 130 of substantially between 0.1 Hz and 0.2 Hz. In order to harvest ocean wave energy in the most efficient way possible, an ocean wave energy system is required that responds to a frequency range comprising mainly two octaves. Current ocean wave energy systems often do not have response characteristics that can cope effectively with such a large wave frequency range.

I FIG. 4B vises en graf for havbølgespektra for en blanding av hav med vind og dønninger. I grafen for FIG. 4B er der en abscisse akse 150 som tilsvarer bølgefrekvens f, og en ordinatakse 160 som representerer den før benevnte funksjonen S(f) i ligning 5 (Eq. 5). Der er en lavere bølgefrekvens på 0,05 Hz, og en maksimal øvre bølgefrekvens på hovedsakelig 0,35 Hz. Der vises to tydelige topper, det vil si en første topp 170 sentrert rundt 0,08 Hz som tilsvarer dønningene, og en andre topp 180 sentrert rundt 0,19 Hz som tilsvarer vindigangsatte bølger. FIG. 4B tilsvarer et havbølgefrekvensområde på hovedsakelig to oktaver, det vil si nesten en størrelsesorden. Selv om det meste av energien overføres av dønninger, viser FIG. 4B at svært signifikante energimengder er omfattet av høyere frekvenser i form av vindigangsatte bølger. In FIG. 4B shows a graph of ocean wave spectra for a mixture of ocean with wind and swell. In the graph of FIG. 4B there is an abscissa axis 150 which corresponds to wave frequency f, and an ordinate axis 160 which represents the aforementioned function S(f) in equation 5 (Eq. 5). There is a lower wave frequency of 0.05 Hz, and a maximum upper wave frequency of mainly 0.35 Hz. Two distinct peaks appear there, i.e. a first peak 170 centered around 0.08 Hz which corresponds to the swells, and a second peak 180 centered around 0.19 Hz which corresponds to wind-driven waves. FIG. 4B corresponds to a sea wave frequency range of mainly two octaves, that is almost an order of magnitude. Although most of the energy is transferred by swells, FIG. 4B that very significant amounts of energy are comprised of higher frequencies in the form of wind-driven waves.

Med henvisning til FIG. 5, vises et eksempel på et havbølgesystem i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, systemet henvises generelt til som 200. Systemet 200 kan settes ut langs kystlinjer, utsettes som flytende øyer offshore, utsettes som halvøyer, og/eller utsettes som flytende bruer for å linke sammen landmasser og for å synergistisk også produsere kraft. I tilegg omfatter system 200 minst en flytende, havbunnstøttet eller kyststøttet plattform 210 som bærer på en eller flere skråstilte luftsøyler 220 på et vis lignende søylene beskrevet i benevnte patent nr. NO 327593 innlemmet heri ved referanse dertil. De en eller flere luftsøylene 220 drives på lignende vis med de beskrevet av patent nr. NO 327593, det vil si at havbølger 40 gjensidig påvirker de nedre endene til en eller flere av luftsøylene 220 for å sammenpresse og fortynne luften syklisk i de en eller flere søylene 220. Videre kobles de en eller flere luftsøylene 220 ved deres øvre ender i luftkommunikasjon med en eller flere luftdrevne turbiner 230 med stor diameter. Valgfritt blir en eller flere av turbinene 230 innrettet med en eller flere av rotasjonsakser 240 plassert ved drift i en vertikal retning slik vist. Ved en frontperifer kant på plattform 210 induseres ved undervannsdrift minst en undervanns plan skjerm 300 som vist i FIG. 5. Valgfritt kan en plan skjerm 300 være betraktelig skråstilt som vist, det vil si være motstående til en vinkel relativt til et nominalt overflateplan til havet 30. Alternativt, eller i tilegg, til å bruke skjerm 300, kan andre typer enheter anvendes, for eksempel tubulære enheter, skivelignende enheter, sfæriske enheter, eller hemisfæriske elementer. Referring to FIG. 5, an example of an ocean wave system in accordance with the present invention is shown, the system is generally referred to as 200. The system 200 can be deployed along coastlines, deployed as floating islands offshore, deployed as peninsulas, and/or deployed as floating bridges to link together land masses and to synergistically also produce power. In addition, system 200 comprises at least one floating, seabed-supported or coastal-supported platform 210 which supports one or more inclined air columns 220 in a manner similar to the columns described in said patent no. NO 327593 incorporated herein by reference thereto. The one or more air columns 220 are operated in a similar manner to those described by patent no. NO 327593, that is to say that ocean waves 40 mutually affect the lower ends of one or more of the air columns 220 to compress and dilute the air cyclically in the one or more the columns 220. Furthermore, the one or more air columns 220 are connected at their upper ends in air communication with one or more large diameter air driven turbines 230. Optionally, one or more of the turbines 230 are arranged with one or more of the rotation axes 240 positioned during operation in a vertical direction as shown. At a front peripheral edge of platform 210, during underwater operation, at least one underwater planar screen 300 is induced as shown in FIG. 5. Optionally, a planar screen 300 can be considerably inclined as shown, that is to say, be opposed to an angle relative to a nominal surface plane to the sea 30. Alternatively, or in addition, to using screen 300, other types of devices can be used, for for example, tubular units, disk-like units, spherical units, or hemispherical elements.

Under drift, når systemet 200 er utført som en flytende struktur, fungerer de en eller flere turbinene 230 fordelaktig som gyroskoper som drives når de roterer for å opprettholde stabiliteten til plattformen 210, da en slik stabilitet er svært fordelaktig for å gjøre plattformen 210 robust under stormforhold, så vel som for å sikre at de nedre endene av de en eller flere søylene 220 er korrekt orientert og posisjonert i forhold til en øvre overflate 330 til havet 30. Den plane skjermen 300 tjener to synergistiske hensikter: (i) en første hensikt er å stabilisere plattform 210 i høy sjøgang når den utføres som en flytende struktur, da minst en del av den plane skjermen 300 er hovedsakelig under et hovedenergifelt av bølger 40 som forflytter seg på den øvre overflaten 330 til havområdet 30, den plane skjermen 300 er med fordel under et 25 % dempningsnivå for en hovedbølgelengde til bølgene som forflytter seg på overflaten 330 til havområdet 30, (ii) en andre hensikt er å oppnå, ved et lavere romlig energinivå, et energifelt av bølger som forflytter seg på overflaten 330 til havet 30, for å føre til koherens og derved en tendens for bølgene til å øke deres høyde mot en brytningstilstand, som foreksempel skjer nær en strand når vannet blir grunnere, og en slik økning i kohesjon fører til en større bølgeamplitude som drastisk forbedrer bølgeenergien som kobles inn i de en eller flere søylene 220. During operation, when the system 200 is implemented as a floating structure, the one or more turbines 230 advantageously act as gyroscopes which are driven as they rotate to maintain the stability of the platform 210, as such stability is highly beneficial in making the platform 210 robust during storm conditions, as well as to ensure that the lower ends of the one or more columns 220 are correctly oriented and positioned relative to an upper surface 330 to the ocean 30. The planar screen 300 serves two synergistic purposes: (i) a first purpose is to stabilize platform 210 in high seas when carried out as a floating structure, since at least a part of the planar screen 300 is mainly under a main energy field of waves 40 moving on the upper surface 330 of the sea area 30, the planar screen 300 is advantageously below a 25% attenuation level for a main wavelength of the waves traveling on the surface 330 of the sea region 30, (ii) a second purpose is to achieve, by a la be spatial energy level, an energy field of waves moving on the surface 330 to the sea 30, to lead to coherence and thereby a tendency for the waves to increase their height towards a breaking state, as for example occurs near a beach when the water becomes shallower, and such an increase in cohesion leads to a larger wave amplitude which drastically improves the wave energy that is coupled into the one or more columns 220.

Valgfritt inkluderer systemet 220 en eller flere plane skjermer 300, og/eller alternative elementer som beskrevet før heri, som er igangsatt for å justere deres posisjoner relativt til plattformen 210 under drift som en funksjon av havbølgeamplitude og/eller hovedbølgelengde. Områder for justering av de en eller flere skjermer 300 og/eller alternaive elementer vil bli beskrevet i større detalj senere. Med fordel kan, for å spare kostnader, hovedelementer i system 200, for eksempel veggene av de en eller flere søylene 20 og til plattform 210 konstrueres fra forsterket marinkvalitet ikke-porøs betong, for eksempel av samme sort som brukes i dagens offshore oljeplattformer. Komponentdelene av system 200 er med fordel fremstilt fra marinkvalitet betong som støypes in situ i et havområde, og derved unngås transport av store prefabbrikerte komponenter. Optionally, the system 220 includes one or more planar screens 300, and/or alternative elements as described hereinbefore, which are actuated to adjust their positions relative to the platform 210 during operation as a function of ocean wave amplitude and/or main wavelength. Areas for adjustment of the one or more screens 300 and/or alternative elements will be described in greater detail later. Advantageously, in order to save costs, main elements of system 200, for example the walls of the one or more columns 20 and of platform 210, can be constructed from reinforced marine quality non-porous concrete, for example of the same type that is used in today's offshore oil platforms. The component parts of system 200 are advantageously made from marine-quality concrete that is cast in situ in a sea area, thereby avoiding the transport of large prefabricated components.

De en eller flere turbinene 230 kobles til elektriske kraftgeneratorer for å fremstille elektrisitet for utgang fra system 200. Valgfritt omfatter turbinene 230 blader 400 drevet av lufttrykkforskjeller derover, for å føre til at de samsvarende rotorene 410 til turbiner 230 roterer under drift som illustrert i FIG. 6. Turbinene 230 brukes med fordel til å omfatte spoler 420 og/eller magneter 430, slik at funksjonene til turbinene og generatoren er romlig samplassert, for eksempel blir de utenforliggende delene av bladene 400 utstyrt med permanente magneter 430, som trekkes periferisk forbi stasjonerte spoler 420, for å fremstille elektrisk utgang fra system 200. En slik enkel turbin 230 konstruksjon er i stand til å tilføre økt driftssikkerhet til system 200. Valgfritt blir turbinene 230 utstyrt med sammenpresset via et plenum som er koblet via ventiler til et relativt stort antall søyler 220, for eksempel mer enn 20 søyler, for å unngå pulserende utgang fra generatoren. Bølgebevegelse innenfor det store antallet søyler 220 er fordelaktig asynkronisert for å redusere en tendens til å skape et pulserende utgang fra system 200 ved en frekvens som samsvarer med bølge 40 frekvensen. Systemet 200 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen utbygd i storskala i havområder er i stand til å produsere elektrisk kraft ved en svært konkurransedyktig pris, og kan derved muligens hjelpe den nåværende verdensenergimangel forbundet med "peak oil", uten å tilføre mer atmosfærisk karbondioksid under drift. Nåværende verdensforbruk fra fossile brennstoff er beregnet til å være rundt 4 TeraWatt, noe som kan til en stor utstrekning leveres av system 200 dersom de utbygges storskala i havområder over hele verden. Det er en fordel at system 200 ikke fører til forurensing, og fremstiller elektrisk kraft på et helt bærekraftig vis. The one or more turbines 230 are coupled to electric power generators to produce electricity for output from system 200. Optionally, the turbines 230 include blades 400 driven by air pressure differences therethrough to cause the corresponding rotors 410 of the turbines 230 to rotate during operation as illustrated in FIG. . 6. The turbines 230 are advantageously used to include coils 420 and/or magnets 430, so that the functions of the turbines and the generator are spatially co-located, for example the outer parts of the blades 400 are equipped with permanent magnets 430, which are drawn circumferentially past stationed coils 420, to produce electrical output from system 200. Such a simple turbine 230 construction is able to add increased reliability to system 200. Optionally, the turbines 230 are provided with compressed via a plenum which is connected via valves to a relatively large number of columns 220, for example more than 20 bars, to avoid pulsating output from the generator. Wave motion within the large number of columns 220 is advantageously asynchronous to reduce a tendency to create a pulsating output from system 200 at a frequency corresponding to the wave 40 frequency. The system 200 in accordance with the present invention deployed on a large scale in marine areas is capable of producing electric power at a very competitive price, thereby possibly helping the current world energy shortage associated with "peak oil", without adding more atmospheric carbon dioxide during operation . Current world consumption from fossil fuels is calculated to be around 4 TeraWatt, which can to a large extent be supplied by system 200 if they are developed on a large scale in ocean areas all over the world. It is an advantage that system 200 does not lead to pollution, and produces electric power in a completely sustainable way.

Igjen med henvisning til FIG. 5, har undervanns plane skjerm 300 en øvre utstrekning som vist ved punkt P og en nedre utstrekning Q som er valgfritt ved en konstant avstand fra punkt P. Valgfritt blir utstrekningen til det plane skjerm 300 gjort dynamisk justerbart, for eksempel ved å innføre den plane skjerm 300 som et sett av flaker av materialer plassert gjensidig parallelt i gjensidig kontakt, og som kan gjensidig gli for å tilveiebringe skjerm 300 med en variabel utstrekning fra punkt P for å tilveiebringe en optimal impedanstilpassing mellom søyler 220 og bølgene som forflytter seg innenfor havområde 30. Som vist i FIG. 5, er skjermen 300 tilveiebrakt med en aktuator (ikke vist) for å variere avstanden S1 til punkt P i forhold til en nedre åpen ende til søyle 220. Videre blir vinkel (3 til skjermen 300 dynamisk endret for å tilveiebringe den beste tilpassingen av bølger 40 til søylen 220. Videre er en dybde S2 ved punkt P under overflaten 330 til havområdet 30 også tilbøyelig til å endres dynamisk. Men det må settes pris på at system 200 omfatter flere slike søyler 220 i et todimensjonalt regelmessig oppsett, med rader av søyler 220 plassert i parallell og ortogonalt til bølgefrontene til bølgene 40. Valgfritt er skjerm 300 i stand til å krummes under drift for å tilveiebringe finjustering av bølge 40 tilpasset søyler 220. Referring again to FIG. 5, the underwater planar screen 300 has an upper extent as shown at point P and a lower extent Q which is optional at a constant distance from point P. Optionally, the extent of the planar screen 300 is made dynamically adjustable, for example by introducing the planar screen 300 as a set of flakes of materials placed mutually parallel in mutual contact, and which can mutually slide to provide screen 300 with a variable extent from point P to provide an optimal impedance match between columns 220 and the waves moving within the sea area 30 As shown in FIG. 5, the screen 300 is provided with an actuator (not shown) to vary the distance S1 to point P relative to a lower open end of column 220. Furthermore, the angle (3) of the screen 300 is dynamically changed to provide the best matching of waves 40 to the pillar 220. Furthermore, a depth S2 at point P below the surface 330 of the sea area 30 is also liable to change dynamically.However, it will be appreciated that the system 200 comprises several such pillars 220 in a two-dimensional regular arrangement, with rows of pillars 220 positioned in parallel and orthogonal to the wavefronts of the waves 40. Optionally, screen 300 is capable of being curved during operation to provide fine adjustment of wave 40 to match columns 220.

Bølgeenergireflektorer (WARE,©TM av Havkraft AS) i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen vil nå belyses i mer detalj. WARE©TM (bølgereflektor) er et apparatur eller en anordning for å reflektere bølgeenergi oppover mot overflateområdet til et hav for å tilveiebringe en forbedret energiuttak ytelse. WARE©TM (bølgereflektor) er særlig brukt med fordel i kombinasjon med havbølgeenergisystemet som beskrevet i tidligere nevnte patent nr. NO 327593 tilhørende Geir Arne Solheim. Under drift er WARE©TM (bølgereflektor) et apparatur eller en anordning som er fastmontert på en fortøyningsanordning, og er under vannet direkte under havoverflaten. WARE©TM (bølgereflektor) er en enkel unitar konstruksjon med bevegelige deler som kan manipuleres ved aktivering for å justere hvordan bølgene forflytter seg gjennom et havområde. Wave energy reflectors (WARE, ©TM by Havkraft AS) in accordance with the present invention will now be explained in more detail. WARE©TM (wave reflector) is an apparatus or device for reflecting wave energy upwards towards the surface area of an ocean to provide an improved energy extraction performance. WARE©TM (wave reflector) is particularly advantageously used in combination with the ocean wave energy system as described in the previously mentioned patent no. NO 327593 belonging to Geir Arne Solheim. In operation, the WARE©TM (wave reflector) is an apparatus or device fixed to a mooring device, and is underwater directly below the sea surface. WARE©TM (wave reflector) is a simple unitary construction with moving parts that can be manipulated by activation to adjust how the waves move through an ocean area.

WARE©TM (bølgereflektor) er med fordel gjennomført som en eller flere plane skjermer 300 av ønskelig bredde hvis vinkel p i forhold til horisonten og posisjon S1, S2 reguleres ved drift av forbundene aktuator mekanismer på et vis som illustrert i WARE©TM (wave reflector) is advantageously implemented as one or more planar screens 300 of the desired width whose angle p in relation to the horizon and position S1, S2 is regulated by operation of the connected actuator mechanisms in a manner as illustrated in

FIG. 5 og FIG. 7 til 9. Forskjellige strategier kan med fordel anvendes for å plassere FIG. 5 and FIG. 7 to 9. Different strategies can be used with advantage to place

WARE©TM (bølgereflektor), det vil si plane skjerm 300, i en optimal posisjon og vinkel for å forbedre kraftfremstillingen fra havbølger 40 oppnådd av system 200. WARE©TM (wave reflector), i.e. planar screen 300, in an optimal position and angle to enhance the power generation from ocean waves 40 obtained by system 200.

WARE©TM (bølgereflektor) blir med fordel justert og styrt ved to punkter P, Q på de øvre og nedre delene av skjerm 300 henholdsvis på et i forhold til hverandre uavhengig vis for å tilveiebringe uavhengig justering av en posisjon S1 og en vinkel til skjerm 300. Valgfritt er en dybde S2 til skjermen 300 som definert ved dets øvre utstrekning P også justerbart for å tilveiebinge en optimal tilpassing av havbølger til de en eller flere søylene 220 til system 200. WARE©TM (bølgereflektor) er i stand til drift på enkelt vis ved bruk av enkle mekanismer, for eksempel på rekkverk med drivende styrke koblet av kabler og/eller belter og/per lenker fra aktuatorene 500 som vist i FIG. 9.1 en optimal implementering er den plane skjermen 300 festet ved dens øvre punkt P og dens nedre ende Q er fritt justerbar som vist i FIG. 8. WARE©TM (wave reflector) is advantageously adjusted and controlled at two points P, Q on the upper and lower parts of screen 300 respectively in a mutually independent manner to provide independent adjustment of a position S1 and an angle to screen 300. Optionally, a depth S2 of the screen 300 as defined by its upper extent P is also adjustable to provide an optimal adaptation of ocean waves to the one or more columns 220 of system 200. The WARE©TM (wave reflector) is capable of operation on simply by using simple mechanisms, for example on railings with driving force connected by cables and/or belts and/per links from the actuators 500 as shown in FIG. 9.1 an optimal implementation, the planar screen 300 is fixed at its upper point P and its lower end Q is freely adjustable as shown in FIG. 8.

Med henvising til FIG. 10, er systemet 200 med fordel konstruert på en plattform 520 støttet av en eller flere søyler 530 på sjøbunnfundamenter 540, alternativt kan systemet 200 utføres som en flytende struktur. Systemet 200 omfatter en eller flere rader med søyler 220 hvis nedre åpne ender vender mot et romlig område hvori de en eller flere plane skjermer 300 er omfattet, hvori de en eller flere plane skjermer 300 er gjennomført som før nevnt for å koble havbølger 40 mest mulig effektivt fra havområde 30 til de en eller søyler 220. With reference to FIG. 10, the system 200 is advantageously constructed on a platform 520 supported by one or more columns 530 on seabed foundations 540, alternatively the system 200 can be designed as a floating structure. The system 200 comprises one or more rows of columns 220 whose lower open ends face a spatial area in which the one or more planar screens 300 are included, in which the one or more planar screens 300 are implemented as previously mentioned to couple ocean waves 40 as much as possible effectively from sea area 30 to the one or pillars 220.

WARE©TM (bølgereflektor), det vil si plane skjermer 300 og deres tilhørende aktuator anordninger, hvor valgfritt hver av dem har en romlig plan utstrekking i områdetIO meter x 2 meter til 30 meter x 8 meter. Mer foretrukket, er den romlige utstrekningen av hver skjerm på hovedsakelig 20 meter x 5 meter. De plane skjermene 300 er tilpasset til en typisk havbølge 40 bølgelengde for å være i stand til å betraktelig påvirke et energifelt av slike bølger. Når de plane skjermen 300 orientere på et slikt vis at deres hovedoverflateplan er parallell med en øvre overflate til havområde 30, når de plane skjermene 300 er under vannet, er havbølgene 40 sterkest påvirket av skjermene 300.1 motsatt tilfelle, når skjermene er i en vertikal plassering slik at deres hovedoverflate plan 300 er ortogonale med den øvre overflaten av havområdet 30, blir havbølgene minst påvirket. Valgfritt kan avstanden S2 økes for å begrense påvirkningen til skjermene 300, og senket for å forbedre effekten til skjermene 300. Valgfritt er skjermene 300 justerbare opp til 15 % av deres viddeplassering, det vil si avstandene S1, S2, og kan justeres i området på180°, det vil si vinkelen p. WARE©TM (wave reflector), that is planar screens 300 and their associated actuator devices, where optionally each of them has a spatial planar extent in the area 10 meters x 2 meters to 30 meters x 8 meters. More preferably, the spatial extent of each screen is substantially 20 meters x 5 meters. The planar screens 300 are adapted to a typical ocean wave 40 wavelength to be able to significantly influence an energy field of such waves. When the planar screens 300 are oriented in such a way that their main surface plane is parallel to an upper surface of the sea area 30, when the planar screens 300 are under water, the ocean waves 40 are most strongly affected by the screens 300.1 the opposite case, when the screens are in a vertical position so that their main surface plane 300 is orthogonal to the upper surface of the sea area 30, the ocean waves are least affected. Optionally, the distance S2 can be increased to limit the influence of the screens 300, and lowered to improve the effect of the screens 300. Optionally, the screens 300 are adjustable up to 15% of their width location, that is, the distances S1, S2, and can be adjusted in the range of 180 °, i.e. the angle p.

WARE©TM (bølgereflektor) representerer en nyutvikling som angår havbølgesystemer som drives for å utvine energi fra havbølger. I bruk er bølgereflektoren som utført av skjermene 300 og deres medfølgende aktuatorer og kontrollsystemer drivbare for å tilveiebringe en eller flere av de følgende funksjonene: (a) å tilveiebringe en bedre tilpassing av bølgene 40 til søylene 220 for å trykkbelaste luften inne i et plenum koblet via ventiler til søyler 220, hvori plenumet er koblet til turbinen 230, (b) å tilveiebringe en form for kraftkontroll for å føre til overføring eller refleksjon av havbølger 40 i forhold til systemet 200, og derved hjelpe til med å regulere kraftutgangen fra systemet 200 og/eller hjelpe systemet 200 til å stå i mot ekstreme værforhold (for eksempel orkanforhold), og (c) Å tilveiebringe systemet 200 med en større stabilitet i dårlige værforhold når utført som en flytende struktur, grunnet at havområdevann i et område ved enden Q er relativt stille under stormforhold. WARE©TM (wave reflector) represents a new development concerning ocean wave systems that are operated to extract energy from ocean waves. In use, the wave reflector as effected by the screens 300 and their accompanying actuators and control systems is operable to provide one or more of the following functions: (a) to provide a better adaptation of the waves 40 to the columns 220 to pressurize the air within a plenum coupled via valves to columns 220, in which the plenum is connected to the turbine 230, (b) to provide some form of power control to cause the transmission or reflection of ocean waves 40 relative to the system 200, thereby helping to regulate the power output of the system 200 and/or help the system 200 to withstand extreme weather conditions (for example, hurricane conditions), and (c) To provide the system 200 with a greater stability in bad weather conditions when implemented as a floating structure, due to the fact that ocean water in an area at the end Q is relatively quiet in stormy conditions.

Vannbevegelse ved overflaten av havområdet 30 kan være komplekst, med bølger av flere forskjellige bølgelengder tilstedeværende samtidig. Videre kan havbølgeegenskapene endres dynamisk, noe som kan føre til svinginger i utgang fra system 200, dersom det ikke var for skjermene 300 og deres medfølgende aktuatorer 500 og kontrollsystem 510 som svarer ved å endre vinkelen p og/eller avstanden S1 og/eller avstanden S2 i en temporal, dynamisk respons på endringer i havbølgeforholdene. Aktuering av skjermene 300 er med fordel oppnådd ved å anvende rekkverk for å tilveiebringe justering av distanse S1, og ved å anvende kabler for å justere vinkelen ved det nedre område Q som er fri til å beveges mens det øvre området P er anordnet for å dreies som vist i FIG. 8. Water movement at the surface of the ocean area 30 can be complex, with waves of several different wavelengths present simultaneously. Furthermore, the ocean wave properties can change dynamically, which could lead to fluctuations in output from system 200, if it were not for the screens 300 and their accompanying actuators 500 and control system 510 which respond by changing the angle p and/or the distance S1 and/or the distance S2 in a temporal, dynamic response to changes in ocean wave conditions. Actuation of the screens 300 is advantageously achieved by using handrails to provide adjustment of distance S1, and by using cables to adjust the angle at the lower area Q which is free to move while the upper area P is arranged to rotate as shown in FIG. 8.

Skjermene 300 og deres medfølgende aktuatorer kan kontrolleres på forskjellige vis under drift. The screens 300 and their accompanying actuators can be controlled in various ways during operation.

I samsvar med en første fremgangsmåte blir bevegelsen av bølgene 40 inne i havområdet 30 overvåket fra system 200 ved bruk av optiske avbildingsapparater, foreksempel teleskopiske kamera, som bestemmer et frekvensspektrum til bølgene 40, for eksempel på lignende vis som vist i FIG. 4A og FIG 4B. En datamodell av system 200 vil så beregne i sanntid hvordan systemet 200 vil oppføre seg i forhold til de observerte bølgene 40 som nærmer seg system 200 for forskjellige plasseringer av skjermene 300 plassert nær åpne munnstykker til søylene 220 for å tilveiebringe den ønskede effekten. Når en optimal posisjon til skjermene 300 er beregnet, vil så kontrollsystemet juster posisjonene til skjermene 300 slik at de befinner seg i en optimal posisjon når de observerte bølgene 40 kommer frem til systemet 200 for kobling inn i søylene 220 på ønsket vis. Datamodellen kan være en eksplisitt nummerisk systemmodell av systemet 200. Alternativt kan datamodellen utføres som et neuron nettverk hvori kontrollsystemet som lært ved kontroll av driften av system 200 og/eller ved simulering av en optimal justering av skjermer 300 når kontrollsystemet er fremlagt forskjellige bilder av havbølgene 40. Kontrollsystemet kan utføres i elektronisk hardware eller ved å bruke dataprogramprodukter som utføres i data hardwaren. Som et alternativ, eller i tilegg til å anvende et optisk avbildingsapparatur, kan en eller flere overvåkende bøyer plasseres i en avstand fra skjermene 300 for å måle bølgespektrale egenskaper, hvor de en eller flere bøyene 700 kan drives fil å overføre deres målingsdata til systemet 200 via trådløst kommunikasjon 710. De en eller flere bøyene 700 er med fordel utstyrt med en intern måleenhet som omfatter akseleratorer og, valgfritt, gyroskopiske anordninger for å tillate de en eller flere bøyene 700 å måle bølge 40 høyde og frekvens, som overføres trådløst til system 200 før de målte bølgene 40 mottas av system 200, og derved tilveiebringer en mulighet for kontrollsystemet til å justere skjermene 300 til en optimal posisjon for å motta de målte bølgene 40. Ved en slik kontrollfremgangsmåte, er det mulig å finjustere system 200 dynamisk i sanntid for å tilveiebringe best mulig ytelse. In accordance with a first method, the movement of the waves 40 within the sea area 30 is monitored from system 200 using optical imaging devices, for example telescopic cameras, which determine a frequency spectrum of the waves 40, for example in a similar manner as shown in FIG. 4A and FIG. 4B. A computer model of system 200 will then calculate in real time how the system 200 will behave in relation to the observed waves 40 approaching system 200 for different locations of the screens 300 placed near open nozzles of the columns 220 to provide the desired effect. When an optimal position for the screens 300 has been calculated, the control system will then adjust the positions of the screens 300 so that they are in an optimal position when the observed waves 40 arrive at the system 200 for coupling into the columns 220 in the desired manner. The data model can be an explicit numerical system model of the system 200. Alternatively, the data model can be implemented as a neural network in which the control system as learned by controlling the operation of system 200 and/or by simulating an optimal adjustment of screens 300 when the control system is presented with different images of the ocean waves 40. The control system can be implemented in electronic hardware or by using computer program products that are implemented in the computer hardware. As an alternative, or in addition to using an optical imaging apparatus, one or more monitoring buoys can be placed at a distance from the screens 300 to measure wave spectral properties, where the one or more buoys 700 can be driven to transmit their measurement data to the system 200 via wireless communication 710. The one or more buoys 700 are advantageously equipped with an internal measurement unit comprising accelerators and, optionally, gyroscopic devices to allow the one or more buoys 700 to measure wave 40 height and frequency, which is transmitted wirelessly to system 200 before the measured waves 40 are received by the system 200, thereby providing an opportunity for the control system to adjust the screens 300 to an optimal position to receive the measured waves 40. With such a control method, it is possible to fine tune the system 200 dynamically in real time to provide the best possible performance.

I samsvar med en andre fremgangsmåte, påfører kontrollsystemet for skjermer 300 små avvik i vinkelen (3 og/eller en eller flere av posisjonene S1, S2 til skjermene 300 når i drift for å minst delvis tilpassede bølger 40 til søylene 220. Kontrollsystemet vil på et hvert tidspunkt bestemme om et påført avvik fører til en ekstra forbedring i driften av systemet 200, og fortsetter med å påføre etterfølgende små avvik til systemet 200 drives så optimalt som det er mulig å gjøre ved ethvert gitt forhold i havområdet 30. Ved en slik kontrollfremgangsmåte er det mulig å finjustere systemet 200 dynamisk i sanntid for å tilveiebringe best mulig ytelse. Valgfritt kan man bruke en blanding av den første og den andre fremgangsmåten. In accordance with a second method, the control system for screens 300 applies small deviations in the angle (3 and/or one or more of the positions S1, S2 to the screens 300 when in operation to at least partially match waves 40 to the columns 220. The control system will on a at each point in time determine whether an applied deviation leads to an additional improvement in the operation of the system 200, and continue to apply subsequent small deviations until the system 200 is operated as optimally as it is possible to do at any given condition in the sea area 30. In such a control procedure is possible to dynamically fine-tune the system 200 in real-time to provide the best possible performance Optionally, a mixture of the first and second methods may be used.

Valgfritt utstyres systemet 200 med både en havbølgekraftframstillende fasilitet og også et kystforvitringsforsvar. Akvakultur fasiliteter 800 kan med fordel plasseres i sammen med systemet 200, for eksempel i områder med mer stille vann laget av driften av systemet 200. Slik akvakultur er med fordel utført i fiskebur, slik at fiskeburene kan neddykkes i mer stille van dypt under systemet 200 for å beskyttes under ekstreme stormforhold. Optionally, the system 200 is equipped with both an ocean wave power generating facility and also a coastal weathering defense. Aquaculture facilities 800 can advantageously be placed together with the system 200, for example in areas with quieter water created by the operation of the system 200. Such aquaculture is advantageously carried out in fish cages, so that the fish cages can be immersed in quieter water deep below the system 200 to be protected in extreme storm conditions.

Det vil forstås at systemet 200 er i stand til å fastmonteres til havbunnen i havområdet 30, for eksempel slik vist i FIG. 10 og FIG. 11, eller det kan flyte offshore og fastbindes via anker til havbunnen. Ankrene blir med fordel utstyrt med sugekopper, og havbunn anker festet inn i borrehull som er forhåndsboret inn i havbunnen, og/eller tunge hule tanker som samtidig fungerer som trykkluftsreservoarer for søylene 220 for å jevne ut variasjoner i trykkluftsflyt tilveiebrakt av søylene 220 for å la systemet 200 levere en mer stabil energiflyt. Valgfritt, som nevnt, utføres system 200 som en eller flere flytende øyer, eller som en flytende halvøy koblet ved en ende til land for tilkobling av elektriske kabler fra generatorene 230 til land. Valgfritt, som for eksempel vist i FIG. 12, kan systemet 200 tilvirkes slik at det er i stand til å rotere rundt en enslig pilar 520 og medfølgende fundament 530, og derved tillate system 200 å justere dynamisk til endrende bølgeforplantningsretninger, i slike tilfeller blir systemet 200 tilveiebrakt med passende rotasjonskontrollanordninger og rotasjonsaktuatorer, og systemet 200 er utstyrt med måleenheter, for eksempel optiske bildemåleenheter, for å bestemme den hovedsaklige øyeblikkelige bølgeforplantningsretningen. It will be understood that the system 200 is capable of being fixed to the seabed in the sea area 30, for example as shown in FIG. 10 and FIG. 11, or it can float offshore and be anchored to the seabed. The anchors are advantageously equipped with suction cups, and seabed anchors fixed into boreholes which have been pre-drilled into the seabed, and/or heavy hollow tanks which at the same time act as compressed air reservoirs for the columns 220 to smooth out variations in compressed air flow provided by the columns 220 to allow the system 200 delivers a more stable energy flow. Optionally, as mentioned, system 200 is implemented as one or more floating islands, or as a floating peninsula connected at one end to land for connecting electrical cables from the generators 230 to land. Optionally, as shown for example in FIG. 12, the system 200 can be fabricated to be capable of rotating about a single pillar 520 and accompanying foundation 530, thereby allowing the system 200 to dynamically adjust to changing directions of wave propagation, in which case the system 200 is provided with suitable rotation control devices and rotation actuators, and the system 200 is equipped with measurement devices, such as optical imaging devices, to determine the main instantaneous wave propagation direction.

Modifikasjoner på utførelsene av oppfinnelsen beskrevet ovenfor er mulige uten å avvike fra omfanget av oppfinnelsen som definert i de medfølgende kravene. Utrykk så som "inkluderer", "omfatter", "befatter", "bestående av", "har", "er", er brukt for å beskrive og kreve den foreliggende oppfinnelsen og er tiltenkt å oppfattes på et ikke ekskluderende vis, det vil si for å tillate at enheter, komponenter eller elementer ikke eksplisitt beskrevet heri også kan være tilstedeværende. Henvisninger til entall er også ment å vedrøre flertall. Tall i parentes i de etterfølgende kravene er tiltenkt å avhjelpe forståelsen av kravene, og bør ikke oppfattes på noen måte til å begrense emnet krevd av disse kravene. Modifications to the embodiments of the invention described above are possible without deviating from the scope of the invention as defined in the accompanying claims. Expressions such as "includes", "comprises", "comprises", "consisting of", "has", "is", are used to describe and claim the present invention and are intended to be understood in a non-exclusive manner, the that is, to allow that devices, components or elements not explicitly described herein may also be present. References to the singular are also intended to refer to the plural. Numerals in parentheses in the following claims are intended to aid in the understanding of the claims, and should not be construed in any way to limit the subject matter claimed by those claims.

Claims

1. Ocean wave energy system (200) for producing power from ocean waves (40), wherein the system (200) comprises a platform (520) supporting a regular array of hollow columns (220) whose lower ends are in fluid communication with ocean waves (40), and whose upper ends are in air communication with a turbine arrangement (230), so that wave movement at the lower ends leads to air movement inside the columns (220), which drives the turbine arrangement (230) to produce power, characterized in that the system (200) further comprises one or more positionally adjustable and/or angularly adjustable underwater structures (300) near the lower ends of the columns (220) to form ocean waves which, in operation, are moved towards the lower ends of the columns (220) to, in a controlled manner, couple the waves (40) into the hollow columns (220).

2. Ocean wave energy system (200) in accordance with claim 1, characterized in that the underwater structures (300) are designed as one or more planar structures equipped with an actuator element (500) which moves and/or tilts the one or more planar structures (300) in relation to the regular set-up of columns (220).

3. Ocean wave energy system (200) in accordance with claim 1, characterized in that the system (200) comprises a measuring device (700) for determining one or more properties of the sea waves (40) which during operation are moved towards the columns (220) and their accompanying underwater structures (300), and a control device for receiving wave property indicative signals from the measuring device (700), and for processing the signals for adjusting the positions and/or angles of the underwater structures (300) to provide a dynamically responsive control of the underwater device (300).

4. Ocean wave energy system (200) in accordance with claim 3, characterized in that the control device is performed using computer hardware that provides at least one of: (a) controlled adjustment of the underwater device (300) using a numerical model representing the operating characteristics of the system (200), and (b) using a neural network whose neural loads is adapted to control operation of the system (200) in response to measured wave (40) conditions.

5. Ocean wave energy system (200) in accordance with one or more of claims 1-4, characterized in that the regular arrangement of hollow columns (220) is placed with their extended axes at an oblique angle in the range from 10° to 35° in relation to an average level of an upper surface of a sea area (30) in which the system (200) is placed during operation.

6. Ocean wave energy system (200) in accordance with one or more of the preceding claims, characterized in that the turbine device (230) includes at least one turbine (230) which can be driven to rotate around a substantially vertical axis, which is driven to gyroscopically stabilize the platform ( 520) when operating in marine environments (30).

7. Ocean wave energy system (200) in accordance with one or more of the preceding claims, characterized in that the platform (520) is adapted so that it can be rotated during operation, to enable the regular arrangement of columns (220) to be oriented in relative to the ocean waves received by the system (200).

8. Ocean wave energy system (200) in accordance with claim 7, characterized in that the system (200) comprises a measuring device (510) for measuring the main direction of movement of the waves (40) to be received by the regular setup (220), and an actuator device for adjusting the angular orientation of the regular setup of columns (220 ) relative to the main direction of travel of the waves (40).

9. Ocean wave energy system (200) in accordance with one or more of the preceding claims, characterized in that the system (200) can be deployed: (a) along a coastline, (b) as one or more floating islands, (c) as a floating peninsula or deflection, (d) as a floating provider of a transport route between land masses, (e) fixed on foundations in the seabed.

10. Ocean wave energy system (200) in accordance with one or more of the preceding claims, characterized in that the system (200) comprises aquaculture facilities adapted to submersion for protection mainly under the system (200) in bad weather conditions that may damage the aquaculture facilities.

11. Method for operating an ocean wave energy system (200) in accordance with one or more of the preceding claims, characterized in that the method comprises: (a) receiving one or more ocean waves (40) in the vicinity of the one or more underwater structures (200) , for adjusting an energy field to the one or more waves (40) forming the one or more waves (40), so that it is received by a regular array of columns (220) in the system (200), and (b) receiving of the one or more waves (40) by the regular arrangement of columns for regular compression and/or dilution of the air in the one or more columns (220) driving a turbine device (230) to produce power.

12. Method for operating an ocean wave energy system (200) in accordance with one or more of claims 1-10, characterized in that the method comprises: (i) measuring one or more properties of the ocean waves (40) approaching the ocean wave energy system (200) for to produce corresponding measurement signals, (ii) processing the measurement signals in a processing device (510) to produce corresponding control signals, and (iii) applying the signals to actuators (500) connected to one or more position-adjustable and/or angle-adjustable underwater structures (300) near the lower ends of the columns (220) of the system (200), to form the measured ocean waves (40) which are moved by drift towards the lower ends of the columns (220) to couple the waves (40), in a controlled manner, into the hollow columns (220) to produce the corresponding output power.

13. Method for operating an ocean wave energy system (200) in accordance with claim 12, characterized in that the processing device (510) can be operated to use a numerical model and/or a neural network, to produce the control signals from the measurement signals.

14. Method for operating an ocean wave energy system (200) in accordance with claim 12, characterized in that the method comprises: (iv) measuring the direction of travel of the ocean waves (40) to be received in the regular arrangement of columns (220), and (v) rotatable positioning of the regular array of columns (220) relative to the direction of travel of the ocean waves (40).

15. Program product recorded on a machine-readable data carrier, characterized in that the program product can be implemented on computer hardware, for implementing a method in accordance with one or more of claims 11-14.