NO20110487A1 - Havbolge-energisystem med bolgerefleksjon - Google Patents

Description

HAVBØLGE-ENERGISYSTEM MED BØLGEREFLEKSJON.

Oppfinnelsens omfråde.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører havbølge-kraftsystemer for generering av energi fra havbølger, der systemene omfatter et eller flere hule rør som er anordnet i en eller flere ikke-vertikale vinkler for mottak av havbølger på sine en eller flere nedre åpne ender, hvor havbølgene bevirker på en syklisk måte til å komprimere et fluid innvendig i de et eller flere hule rør for det formål å fremstille energi, og hvor de et eller flere hule rør er tilpasset slik at deres naturlige resonansfrekvens for bølge-bevegelsen deri er i det vesentlige lik i drift til en frekvens av havetsbølger som mottas ved de nedre ender av de en eller flere hule rør for å oppnå øket virkningsgrad av energikonverteringen, for eksempel ved skråinnstilling og dermed endre den hydrodynamisk masse og stivhet i et eller flere hule rør for å modifisere deres naturlige resonansfrekvenser. Videre vedrører oppfinnelsen også havbølge-kraft-systemer for generering av energi fra havbølger, der systemene er nedsenkede konstruksjoner, for eksempel plane elementer, for å gi en forbedret tilpasning av mottatte havbølger til et eller flere av de hule rør i systemene anordnet i en eller flere ikke-vertikale vinkler for mottak av bølger ved sine nedre åpne ender, hvor hav-bølgene kan bevirke til å komprimere fluid på en syklisk måte inni et eller flere hule rør for det formål å fremstille energi. Videre gjelder foreliggende oppfinnelse også fremgangsmåter for å bruke slike systemer for generering av energi fra havbølge-bevegelser, der fremgangsmåtene hovedsakelig vedrører en driftstilpasning av de naturlige resonansfrekvenser av bølgebevegelsen inni et eller flere hule rør i systemene til en eller flere frekvenser til havbølger som mottas på en eller flere av de nedre ender av de et eller flere hulrør. Videre vedrører foreliggende oppfinnelse også fremgangsmåter til å bruke slike systemer for å generere energi fra havbølgebeveg-elser, hvor fremgangsmåten vedrører å justere de neddykkede konstruksjoner for å frembringe en bedre tilpasning mellom mottatte havbølger og innfangning av de energioppfangende ordninger inkludert i systemene. Videre vedrører foreliggende oppfinnelse også konstruksjoner som for eksempel omfatter, ett eller flere plane elementer som er nedsenket under driften og som frembringer en forbedret tilpasning mellom mottatt havbølger og energioppfangende anordninger.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Havbølger genereres i havområder som følge av vind som påvirker de øvre delene av havflate-området. Vind i seg selv forårsakes av forskjeller i atmosfæresrom-temperatur som en følge av solstråling som absorberes av jorden. Havbølger er effektive overflatebølger som er uten noen form for generell totalflytning av havvann, men utelukkende en oscillerende bevegelse av vann om en middelposisjon. Energiinnholdet i havbølger reduseres eksponentielt med dybden fra en øvre havoverflate med en rate som er avhengig havbølgenes bølgelengde. På tilsvarende måte som andre typer bølger, for eksempel elektromagnetiske bølger, kan havbølger reflekteres, diffrakteres, refrakteres og absorberes.

Systemer for fornybar energi tilpasset for generering av energi fra havbølger er utsatt for mange tekniske utfordringer. For eksempel er virker havvann korroderende. Videre har havbølger en stor variasjon i amplitude, bølgelengde og kompleksitet over tid. Havbølgeenergi kan ofte være ganger høyere under stormforhold i forhold til normale forhold. Videre kan det oppstå situasjoner der havbølgeenergien er negli-sjerbar. I tillegg må konstruktører av havbølgekraftanlegg vurdere den kommersiell levedyktigheten til slike anlegg i forhold til alternative systemer som vindturbin-systemer for fremstilling av kraft, vannkraftanlegg, kraftanlegg drevet av tidevann, kraftverk drevet av fossile brensler og kjernekraftanlegg; idet det er problem med mange systemer for utnyttelse av fornybar energi at de krever kostbare robuste konstruksjoner, for eksempel at de må tåle storm, mens de genererer relativt beskjedne mengder kraft når de er i drift sammenlignet med tilsvarende størrelser på kjernekraftanlegg eller kraftanlegg drevet av fossile brensler. Derfor, for å forbedre den kommersiell levedyktigheten til hav- bølgekraftanlegg, er det svært ønskelig å sikre at slike systemer er konstruert og implementert slik at de oppviser en forbedret drifts-virkningsgrad til konvertere havbølgeenergi til elektrisk energi eller lignende alternative nyttige energityper og samtidig oppvise tilstrekkelig robusthet til å overleve forholdene når det blåser storm.

Det har vært foreslått mange systemer for å utvinne anvendelig energi fra bølger, for eksempel å anvende konstruksjoner av flottører som bevegelse med bølgene og som er tilkoblet til å pumpe hydrauliske fluider for å generere elektrisk kraft, ramper til å motta bølger med øvre overløpsrygger som bølgene kan strømme over og opp-samles for å drive en turbin; og vertikalt oscillerende søyler hvor havbølger periode-vis komprimere luften i søylene for å drive enluft turbin for å generere elektrisitet. I publisert norsk patentskrift NO-327.593 tilhørende til Geir Arne Solheim, er det beskrevet en luft søyle 10 som i drift er anordnet i en skråvinkel a forhold til en generell plan overflate 20 i et havmiljø 30, som vist i figur 1. En første ende av søylen 10 er arrangert for i drift å motta bølger 40. En andre enden av søylen 10 er via luft-ventiler tilkoblet til en luftturbin 50 for å generere elektrisitet. Vinkelen a er fortrinnsvis i størrelsesorden 10° til 35°. Selv om luftsøylen 10 er anordnet i en skråvinkel a gir den en betydelig forbedring i driftsvirkningsgrad sammenlignet med til de tidligere kjente vertikale oscillerende luftsøyler for generering av elektrisk kraft fra havbølger, er det ønskelig å ytterligere forbedre denne driftseffektiviteten for en konstruksjon som vist i figur 1 for å sikre dens kommersielle konkurranseevne opp mot andre energikilder, for eksempel for anlegg basert på fossile brensler og kjernekraft.

Oppsummering av oppfinnelsen.

Foreliggende oppfinnelse søker å ytterligere forbedre virkningsgraden til hav-bølgekraftanlegg ved anvendelse av oscillerende luftsøyler.

Ved foreliggende oppfinnelse søker man å ytterligere forbedre virkningsgraden for havbølgekraftsystemer ved å utnytte oscillerende luftsøyler innstilt (tuned) til en periode på innkommende havbølger gjennom den ved å anvende en skråstillingen til de oscillerende luftsøylene for å justere naturlige perioder som responser frembragt av søylene når disse opereres.

Ifølge et første aspekt av oppfinnelsen, er det frembragt et havbølgekraftanlegg som angitt i det vedlagte krav 1: Det er frembrakt et havbølgekraftanlegg for å generere kraft fra havbølger, hvor systemet omfatter en plattform som understøtter en matriserekke hule søyler hvis respektive lavere ender er i fluidforbindelse med havbølger og hvis respektive øvre ender er i luftforbindelse med et turbinarrangement slik at bølgebevegelsen som forekommer i de nedre ender medvirker til å forårsake at luften beveger seg inni søylene og driver turbinenenheten for å generere utnyttbar kraft,karakterisert vedat de hule søylene installeres med en ikke-vertikal orientering, idet minst en del av de hule søylene under drift er innrettet til å oppvise en naturlig bølgebevegelsesfrekvens deri som stort sett er tilpasset til en innkommende havbølgefrekvens i nevnte del av hulsøylene.

En fordel med oppfinnelsen er at tuningen av systemet muliggjør at systemet kan omdanne havbølgeenergi til utnyttbar energi på en mer effektiv måte.

Alternativt, implementeres havbølgeenergianlegget slik at hulsøylene tilpasses slik at deres naturlige bølgebevegelsesfrekvens aktivt kan innstilles (tuneable).

Alternativt, implementeres havbølgeenergianlegget slik at matriserekken av hulesøyler anordnes med sine langsgående akser i en skråvinkel i en størrelsesorden på 10° til 90°, og mer foretrukket i en størrelsesorden på 25° til 75° i forhold til et gjennomsnittlig nivå for en øvre overflate av et omgivende havmiljø hvori systemet drives. Alternativt, implementeres havbølgeenergianlegget slik at matriserekken av hulsøyler anordnes med sine langsgående akser i en skråvinkel i en størrelsesorden på 10° til 35°.

Alternativt implementeres havbølgeenergianlegget slik at matriserekken av hulsøyler inkluderer hule søyler med innbyrdes forskjellige naturlige resonansfrekvenser i forhold til bølgebevegelsen deri for selektivt å tilpasse til ulike bølgefrekvenser mottatt fra et omgivende hav.

Alternativt, implementeres havbølgeenergianlegget slik at turbinenenheten inkluderer minst en turbin som kan drives til å rotere om en hovedsakelig vertikal akse i drift for å gyroskopisk stabilisere plattformen når den opererer i et havmiljø.

Alternativt, implementeres havbølgeenergianlegget til å inkludere en eller flere vindturbiner montert oppå plattformen for å generere strøm fra vind som mottas i systemet. Ifølge en alternativ utførelse implementeres havbølgeenergianlegget slik at en eller flere vindturbiner er montert på i de minste mest adskilte ytterpunktene av plattformen. Ifølge enda en alternativ utførelse implementeres havbølgeenergi-anlegget slik at en eller flere vindturbiner omfatter en eller flere Darrieus-type vindturbiner med vertikale akser. Slike Darrieus-turbiner er gunstig i og med at deres rotasjon i drift antas å bidra til å stabilisere plattformen ved hjelp av Coriolis-krefter.

Fortrinnsvis implementeres havbølgeenergisystemet til å omfatte ett eller flere akvakulturanlegg. Enda mer foretrukket er de et eller flere er akvakulturanleggene tilpasset til å være nedsenkbart i et havmiljø som respons på endringer i værforholdene som systemet som er i drift utsettes for.

Ifølge et andre aspekt ved foreliggende oppfinnelsen, er det frembrakt et havbølge-kraftsystem som angitt i vedlagte krav 1: Det er frembrakt et havbølgesystem for generering av kraft fra havbølger, hvor systemet omfatter en plattform som understøtter en matriserekke hule søyler hvis respektive lavere ender er i fluidforbindelse med havbølger og hvis respektive øvre endene er i luftforbindelse med et turbinarrangement slik at bølgebevegelser som forekommer ved de nedre ender forårsaker luftbevegelser inne i søylene for å drive turbinanlegget til å generere kraft,karakterisert vedat systemet ytterligere omfatter et eller flere posisjonsregulerbare og/eller vinkel-regulerbare neddykkete konstruksjoner nær de lavere ender av søylene for å forme havbølger som propagerer i drift mot de lavere nedre endene av søylene til å lede bølgene på en kontrollerbar måte inn i de hule søylene, og hvor de nedsenkete konstruksjoner er implementert som en eller flere plane konstruksjoner utstyrt med et aktuatorarrangement for å forskyve og/eller vippe den ene eller flere plane konstruksjoner i forhold til matriserekken av søylene.

Oppfinnelsen er fordelaktig ved at et eller flere neddykkete strukturer kan forbedre havbølgenes innføring til matriserekken av søyler, og dermed muliggjøre at en større andel av bølgeenergien kan konverteres til produsert energi fra systemet når dette er i drift.

Alternativt implementeres havetbølgeenergisystemet slik at de neddykkete kon-struksjoener er implementert som en eller flere plane konstruksjoner utstyrt med et aktuatorarrangement for å fortrenge og/eller vippe de ene eller flere plane konstruk-sjonene i forhold til matriserekken av søyler.

Alternativt implementeres havbølgeenergisystemet til å omfatte et sensorarrangement for å fastsette en eller flere egenskaper til havbølgene som beveger seg inn mot søylene og deres tilhørende neddykket konstruksjoner, og et styrearrangement for å motta de bølge-egenskapsindikative signaler fra sensorarrangementet og for å behandle signalene for å regulere posisjoner og/eller vinkler til de neddykket konstruksjoner for å frembringe en dynamisk responsiv kontroll av neddykkingsarrange-menet. Mer eventuelt implementeres havbølgeenergisystemet slik at styrearrangementet implementeres til å anvende data-maskinvare for minst en av følgende: (a) kontrollert regulering av det neddykkingsarrangement i form av å anvende en numerisk modell representativ for systemets driftsegenskaper, og (b) bruk av et neuralt nettverk hvis nevrale vektlegging er tilpasset for å kontrollere driften av systemet som respons på de registrerte bølgeforholdene.

Alternativt implementeres havbølgeenergisystemet slik at matriserekken av hule søyler blir innrettet med sine langsgående akser i en skråvinkel i størrelsesorden 10° til 35° i forhold til et gjennomsnittlig nivå for en havoverflate der systemet er lokalisert for å drives.

Alternativt implementeres havbølgeenergisystemet slik at turbinenheten omfatter minst en turbin som drives om en hovedsakelig vertikal akse for gyroscopisk å

stabilisere plattformen når den drives i et havmiljø.

Alternativt implementeres havbølgeenergisystemet slik at plattformen er tilpasset å kunne dreies i drift for å muliggjøre at matriserekken av søyler kan orienteres i forhold til havbølgene som treffer systemet. Mer foretrukket er systemet implementert til å omfatte et sensorarrangement for å avføle den dominerende retning av bølgene som treffer matriserekken av søyler, og et aktuatorarrangement for å justere en vinkelorientering av søylerekken i forhold til den aktuelle forplantningsretning av bølgene.

Alternativt kan havetbølgeenergisystemet nedsenkes:

(a) langs en kystlinje; (b) som en eller flere flytende øyer;

(c) som et flytende halvøy eller nes.

(d) som et flottør som danner en transportvei mellom landmassene;

(e) montert til fundamenteringer på en havbunnen.

Alternativt implementeres havbølgeenergianlegget til å inkludere havbruksanlegg tilpasset til å være neddykket for vesentlig beskyttelse under systemet under ugunstige værforhold som ellers kan skade havbruksanleggene.

Ifølge en tredje aspekt ved oppfinnelsen, er det frembrakt en fremgangsmåte for å drive et havbølgekraftsystem ifølge det første aspekt av oppfinnelsen, hvor fremgangsmåten inkluderer: (a) å motta en eller flere bølger tilstøtende til en eller flere neddykkede konstruksjoner for regulerbart å influere et energifelt fra en eller flere bølger til å frembringe at de en eller flere bølger til å opptas av en matriserekke av luftsøyler i systemet, og (b) å mottar de en eller flere bølger ved matriserekken av søyler for periodisk komprimering og/eller ekspandere (rarefy) luften i en eller flere av søylene for å drive et turbinarrangement for å generere kraft,

der de nedsenkede konstruksjoner implementeres som en eller flere plane konstruksjoner utstyrt med et aktuatorarrangement for å forskyve og/eller vippe de en eller flere plane konstruksjoner i forhold til matriserekken av søyler.

I følge et fjerde aspekt ved foreliggende oppfinnelse, er det frembragt en metode for å styre et havbølgekraftsystem ifølge det første aspekt ved oppfinnelsen, hvor fremgangsmåten omfatter:

(I) det avføles et eller flere kjennetegn ved havbølgene som nærmer havbølgekraftsystemet for å generere tilsvarende sensorsignaler; (li) sensorsignalene behandles i et prosesseringsanlegg for å generere tilsvarende styresignaler, og (lii) å bibringe signalene til aktuatorer koblet til en eller flere posisjonsregulerbare og/eller vinkel-regulerbare nedsenkede konstruksjoner nær de nedre ender av søylene i systemet for å forme de avfølte havbølgene som under drifte forplanter seg mot de nedre endene av søylene til å lede bølgene på en kontrollerbar måte inn i hule søylene for å generere en korresponderende utgangsenergi.

Alternativt implementeres fremgangsmåten slik at prosesseringsarrangementet kan drives til anvende en numerisk modell og/eller et neuralt nettverk for å generere styresignaler ut i fra sensorsignalene.

Eventuelt innbefatter fremgangsmåten:

(iv) avføling av en propageringsretning til havbølgene som skal opptas matriserekken av søyler, og

(v) dreieorientere matriserekken av søyler mot havbølgenes retning.

Ifølge et femte aspekt av oppfinnelsen, er det frembrakt et programvare-produkt innspilt på en maskinlesbar databærer, hvor programvareproduktet er kjørbart på en computing data-maskinvare for å implementere en fremgangsmåte ifølge det andre eller tredje aspekt ved oppfinnelsen.

Trekk ved oppfinnelsen skal oppfattes å kunne kombineres i flere kombinasjoner innenfor oppfinnelsens ramme, som definert i de vedlagte krav.

Beskrivelse av figurer.

Utførelser av foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives kun som eksempel, med henvisning til følgende diagrammer, hvori: Figur 1 viser en illustrasjon av et arrangement for å generere elektrisk kraft fra havbølger som beskrevet i norsk patent NO-327.593. Figur 2 viser en illustrasjon av sirkulær hawannbevegelse i tilknytning til overflatebølger som beveger seg i et havmiljø. Figur 3 viser en illustrasjon av en sirkulær hawannbevegelse forbundet med en hav-overflatebølges fremoverbevegelse, hvor illustrasjonen viser den synkende sykliske vannbevegelsen som en funksjon av dybden D i havetmiljøet. Figur 4A og figur 4B viser eksempler på grafer for å illustrere varierende bølgeenergitettheter som funksjon av bølgefrekvens i et havmiljøet. Figur 5 viser en skjematisk illustrasjon av en bølgereflektor for et havbølgesystem (betegnet WARE) i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Figur 6 viser en skjematisk illustrasjon av en turbinrotor i systemet ifølge figur 5 hvis blader er utstyrt med perifermagneter for å indusere elektrisk kraft i stasjonære perifere opptaksspoler. Figur 7 viser en skjematisk illustrasjon av vinkel- og posisjonsregulering av en plan plate ved implementering foreliggende oppfinnelse. Figur 8 viser en skjematisk illustrasjon av en vinkelregulering av en plan plate i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 9 viser en skjematisk illustrasjon av posisjon- og vinkelregulering av en plan plate i et WARE-arrangement ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 10 viser en siderissillustrasjon av et havbølgekraftsystem ifølge til foreliggende oppfinnelse. Figur 11 viser en skjematisk illustrasjon av et kystbeliggende bølgerefleksjons-energisystem for havbølger i samsvar med foreliggende oppfinnelse, hvor systemet understøttes av et antall søyler. Figur 12 viser et kystbeliggende bølgerefleksjons-energisystem for havbølger i samsvar med foreliggende oppfinnelse hvor systemet understøttes av en sentral pillar for å muliggjøre at systemet kan rotere for å tilpasses til bølger som forplanter seg fra dynamisk skiftende retninger. Figur 13 viser en illustrasjon av en konfigurasjon av et kystbeliggende bølgerefleksjons-energisystem som omfatter en eller flere vindturbiner til å generere ekstra energi fra vind bevegelser, og Figur 14 viser et eksempel på en vertikal-akset Darrieus vindturbin for anvendelse sammen med energisystemene ifølge foreliggende oppfinnelse.

I de medfølgende skissene, er understreket henvisningstall er anvendt for å representere et element som det understrekete henvisningstallet er plassert på, eller et element som er tilstøtende til det understrekete henvisningstall. Et ikke-understreket henvisningstall er knyttet til et element som er identifisert av en strek som knytter det ikke-understrekete henvisningstallet til elementet. Når et henvisningstall er ikke-understreket, og ledsaget av en tilhørende pil, anvendes det ikke-understrekete henvisningstallet til å identifisere et generelt element som pilen peker på.

Beskrivelse av utførelser av oppfinnelsen.

For å beskrive utførelser av foreliggende oppfinnelse, skal det henvises til innholdet i nevnte norske patentskrift NO-327.593.

For å ytterligere belyse den foreliggende oppfinnelsen, skal det beskrives noen grunnleggende prinsipper for havbølgekraft og plantningskarakteristikker. Når en havbølge 40 forplantes, tilsvarer det en energistrøm, i form av en hovedsakelig sirkulær syklisk vannbevegelse betegnet 70 som forekommer i havbølgen 40 som forplanter seg som vist i figur 2. En forplantningsretning av bølgen 40 er merket med en pil 80. Bølgen 40 har en romlig bølgelengde på L og en bølgetopp til bølgebunn (trough-to-peak) amplitude lik H. Når bølgen 40 forplanter seg med en hastighet c, er bølgens 40 frekvens f definert ved ligningen 1 (Eq. 1):

Siden havene på Jorden ikke har noen foretrukket frekvens for havbølgenes forplantning, dvs. ingen foretruknet resonansfrekvenskarakteristika, vil oppviser hav-bølger frekvenser f og amplituder H over et bredt spekter. Videre, med bakgrunn i at bølgendannelser oppstår samtidig på ulike lokalsjoner, er havbølgebevegelse en superposisjon av mange sinusformete bølgegrupper. Det fenomen hvor bølger bryter inn på en strand er ikke representativt for en kompleks superposisjon av ulike bølgegrupper som observeres ute på åpent dyphav.

Havbølger som genereres som følge av vindinteraksjoner på havoverflaten er kjent som vindbølger. Når disse vindbølgene har forplantet seg fremover fra et spacial-område hvor de ble skapt, betegnes de for dønninger (swells). Disse dønningene viser det karakteristiske trekk at de kan bevege over relativt store avstander, for eksempel over Stillehavet med relativt lite energitap, nesten på en måte beslektet til en såkalt "soliton-bølge. En årsak til at slike lite tap er lave, er at havdønninger er hovedsakelig overflatebølger i et relativt ikke-kompressibel viskøst medium av havvann. Sirkulær-vannbevegelser i tilknytning til en forplantende havbølge reduseres hovedsakelig eksponentielt med dybden D som vist i figur 3; for eksempel, på en dybde av D = L, er mesteparten av sirkulær-vannbevegelsen assosiert med en overflatehavbølge redusert. Med bakgrunn i slik reduksjonskarakteristikk ved dybden D, er ubåter som går neddykket ofte upåvirket av sterke stormer som raser på

havoverflaten over dem.

Energiinnholdet i bølgene på havet kan kalkuleres fra Ligning 2 (Eq. 2):

hvor

E = havbølgenes energiinnhold;

Ke = en konstant lik pg, hvor p er tettheten til salt havvann 1020 kg/m<3>, og g er gravitasjonskonstanten på 9,8 m/s<2>, og

H = havbølgens vertikalamplitude som definert tidligere med henvisning til figur 2.

For eksempel, har en havbølge med en amplitude H=2 meter et energiinnhold på 5 kJ/m<2>. Størrelsen på energitransporten J i havbølger kan kalkuleres fra Likning 3 (Eq.

3):

der

cg = gruppehastighet beregnet fra cg = gT/4 n der T=L/c for dypt havvann; E = havbølgeenergi-innholdet som kalkulert fra Likning 2 (Eq. 2), og J = energiflyten;

hvorfra Likning 3 (Eq. 3) kan re-uttrykkes som Likning 4 (Eq. 4):

hvor

Kf= pg<2>, nemlig ca 1 kW/m<3>s.

For eksempel har en havbølge 40 som oppviser en periode T=10 sekunder og en amplitude på 2 m en assosiert energistrøm på 40 kW/m som representerer betydelig energi.

I praksis, er havbølger en kompleks superposisjon av et mangfold av forplantende enkeltbølger. Slik superposisjon er ikke særlig lagt vekt på i eldre patentlitteratur som vedrører havbølgekraft-systemer. Det mangfold av forplantende individuelle bølger antas å ha et spekter av bølgelengder L og -høyder H; i praksis er bølgelengdene hovedsakelig inkludert i en størrelsesorden L min til Lmax, og høyden H inngår i en størrelsesorden på fra 0 meter til Hmax- Som en konsekvens kan bevegelsen av en havoverflate ved en gitt romlig posisjon ofte finnes å variere betydelig slik at høyden H overfladisk for en observatør kan virke sterkt variabel som en funksjon av tiden t., nemlig på en tilsynelatende tilfeldig måte. Dersom et havbølgespekter representeres av en funksjon S (f), kan en effektiv bølgehøyde observert av en observatør i en gitt posisjon på havet gis ved Ligning 5 (Eq. 5):

hvor

Hg = gruppebølgehøyden.

Selv om Likning 4 (Eq. 4) beskriver en teoretisk forventet havbølgekrafttransport J, er et observert energitransportomfang i praksis omtrent halvparten av denne verdien når spektrale superposisjoner av mange havbølger med ulike spektralkarakteristika tas i betraktning.

Når det gjennomføres målinger med hensyn til havbølgespektra, kan en karakterist-isk kurve som illustrert i figur 4A observeres ved vindfulle forhold på havet. Kurven på figur 4A inkluderer en abscisseakse 100 for bølgefrekvensen, og en ordinatakse 110 som beskriver en tilsvarende funksjon i ligning 5 (Eq. 5). Videre illustrerer kurven på figur 4A en lavere bølgefrekvens på 0,05 Hz og en øvre bølgefrekvens på stort sett 0,25 Hz. Videre inneholder kurven på figur 4A en maksimal topp 120 ved en frekvens på 0,08 Hz som tilsvarer dønninger med en "tail"-karakteristikk 130 vesentlig mellom 0,1 Hz og 0,2 Hz. For på en mest mulig effektivt måte å oppfange havets bølge-energi, bør et havbølgekraftsystem kunne respondere over et frekvensområde som omfatter i det vesentlige to oktaver. Kontemporære havbølgekraftsystemer har ofte ikke en responskarakteristisk som effektivt kan håndtere slike store bølgefrekvensområder.

På figur 4B er det vist en kurve over havbølgespekteret for en blanding av vindfullt hav og dønninger. I kurven på figur 4B, tilsvarer abscisseaksen 150 bølgefrekvensen f, og en ordinatakse 160 representerer den nevnte funksjonen S(f) ifølge Likning 5 (Eq. 5). Det er en nedre bølgefrekvens på 0,05 Hz og en maksimal øvre bølge frekvens på stort sett 0,35 Hz. Det er vist to distinkte topper, nemlig en første topp 170 sentrert rundt 0,08 Hz korresponderende til dønninger, og en andre topp 180 sentrert rundt 0,19 Hz som svarer til vind-eksiterte bølger. Figur 4B tilsvarer et havbølgefrekvensområde på hovedsakelig to oktaver, nemlig nesten en såkalt "an order of magnitude". Selv om mesteparten av energien formidles ved hjelp av dønninger, viser figur 4B at svært betydelige energimengder er inkludert ved høyere frekvenser i form av vind-induserte bølger.

Med henvisning til figur 5, er det vist et eksempel på et havbølgesystem ifølge foreliggende oppfinnelse, hvilket system generelt er angitt med tallet 200. Systemet 200 er tilpasset til å anordnes langs kystlinjer, utplassert som flytende øyer ute på havet, utplassert som halvøyer, og/eller plassert som flytende broer for sammenkobling av landmasser og for synergistisk å generere energi. Dessuten består systemet 200 av minst én flytende, havbunnforankret eller kyst-land-forankret plattform 210 som understøtter en eller flere skråorienterte luftrør/-søyler 220 på en måte som ligner de søylene som er beskrevet i nevnte norske patent NO-327593 som det herved skal refereres til. De en eller flere luftsøylene 220 fungerer på en lignende måte som de som beskrives i norsk patent NO-327593, nemlig havbølger 40 som samvirker med de nedre ender av de en eller flere luftsøylene 220 til å komprimere og ekspanderer (rarefy) luften på syklisk måte i de en eller flere søyler 220. Videre er de en eller flere luft søylenes 220 øvre ender tilkoplet i luftkommunikasjon med en eller flere luft-drevne turbiner 230 med stor diameter. Eventuelt er de en eller flere turbiner 230 orientert med sine en eller flere rotasjonsakser 240 i drift innstilt i vertikal stilling slik det er illustrert. I den frontperifere kanten av plattformen 210 er det i drift i en neddykket tilstand, inkludert minst en undersjøisk plan plate 300 som vist på figur 5. Alternativt er den plane platen 300 innstilt (subtending) i en vesentlig skråstilt orientering slik det er illustrert, nemlig skråstilt i en vinkel (3 i forhold til havets 30 nominelle overflate. Som et alternativ eller i tillegg til å utnytte platen 300, kan andre typer elementer anvendes, for eksempel rørformede elementer, skiveformete elementer, sfæriske elementer eller hemisfæriske elementer. Fortrinnsvis er de en eller flere luftsøylene 220 innstilt slik at deres naturlige resonansfrekvens av bølge-bevegelsen inni der, for eksempel en funksjon av en diameter eller et tverrsnitts-areale til de en eller flere søylene 220, hovedsakelig tilpasset til en frekvens på de innkommende havbølgene mottatt ved de en eller flere søyler 220 slik at de mest effektivt kan omdanne energien i de innkommende havbølger til anvendelig energi i systemet 200. En vesentlig tilpasning skal for eksempel oppfattes å være innenfor -6 dB punktresonanse, og mer foretrukket innen -3 dB punkter. Eventuelt er de en eller flere søyler 220 aktivt innstilt slik at deres naturlige bølgefrekvenser deri er matchet i drift til innkommende bølger som mottas derigjennom; idet en slik tuning for eksempel oppnås ved å inkludere aktivert panelplater innenfor en eller flere søyler 220. Eventuelt er de en eller flere søyler 220 fremstilt til å ha innbyrdes forskjellige naturlige frekvenser av bølgebevegelse deri, slik at minst enkelte av de en eller flere kolonner 220 vil passe optimalt i sin tuning til de innkommende havbølgene.

Når systemet 200 i drift er implementert som en flytende konstruksjon, fungerer de en eller flere turbiner 230 fortrinnsvis som gyroskoper i drift når de roterer for å opprettholde plattformen 210 stabilt, idet en slik stabilitet er svært fordelaktig til å gjøre plattformen 210 robust i stormvær samtidig som at det sørger for at de nedre ender av de en eller flere søyler 220 er riktig orientert og plassert i forhold til en øvre overflate 330 av havet 30. Den plane platen 300 tjener to synergiske formål: (I) et første formål er å stabilisere plattformen 210 i røff sjø når den implementeres som en flytende konstruksjon fordi minst en del av den plane plate 300 er vesentlig under et prinsipielt energifelt 40 av bølger som forplanter seg på havoverflaten 330 av havomgivelsene 30; og fortrinnsvis er den plane platen 300 under et 25% dempingsnivå for en prinsipal bølgelengde for bølgene 330 som forplanter seg på overflate 330 av havmiljøet 30; (ii) et andre formål er å påvirke på et lavere romnivå et energifelt av bølger som forplanter seg på overflaten 330 av havet 30 for å forårsake en koherens og dermed en tendens for bølgene å øke i høyde mot en bryte-tilstand, for eksempel som forekommer i nærheten av en strand etter hvert som vannet blir grunnere; slik økning i koherens som resulterer i større bølgeamplitude forbedrer bølgekraftkopling (-føringen) inn i de en eller flere søylene 220.

Alternativt inkluderer systemet 200 en eller flere plane plater 300, og/eller alternative elementer som beskrevet foran, som aktiveres for å justere sine posisjoner i forhold til plattformen 210 i drift som en funksjon av havbølgeamplituden og/eller den prinsipale bølgelengde. Omfanget av justering for de en eller flere plane plater 300 og/eller alternativ elementer skal beskrives mer detaljert senere. Fordelaktig, for å redusere kostnadene, kan de vesentlige komponentene i systemet 200, for eksempel veggene i de en eller flere søylene 220 og av plattformen 210 være konstruert fra forsterkede porøs betong av marinekvalitet, for eksempel på en type som benyttes i moderne off-shore oljeplattformer. Fortrinnsvis er komponentdeler av systemet 200 fabrikkert av betong av marinekvalitets betong som er støpt in-situ i et havmiljø, for derved å unngå behov for å transportere store pre-fabrikerte komponenter.

De en eller flere turbiner 230 er koplet til elektriske strømgeneratorer for å danne elektrisitet som utgang fra systemet 200. Alternativt omfatter turbinene 230 blader 400 som drives av lufttrykkforskjeller over dem slik at de tilsvarende rotorer 410 i turbinene 230 roterer under driften slik det vises på figur 6. Fortrinnsvis er turbinene 230 implementert til å omfatte spoler 420 og/eller magneter 430 slik at funksjonene til turbin og generator er spacielt (romlig) samlokalisert, for eksempel, er de perifere områder av bladene 400 utstyrt med permanentmagneter 430 som er trukket perifert forbi de stasjonære spoler 420 for å generere elektrisk utgangskraft fra systemet 200. En slik enkel konstruksjon av turbinene 230 kan gi systemet 200 en sterkt forbedret driftspålitelighet. Eventuelt forsynes turbinene 230 med komprimert luft et plenum som er koblet via ventiler til et relativt stort antall søyler 220, for eksempel i overkant av 20 søyler, for å unngå pulserende utganger fra generatoren. Fortrinnsvis er bølgebevegelsen i det store antallet kolonner 220 asynkronisert å redusere tenden-sen til å generere pulserende utgang fra systemet 200 på en frekvens som tilsvarer bølge 40 frekvens. Systemet 200 ifølge foreliggende oppfinnelse neddykket utplassert i stor skala i havmiljøet kan generere elektrisk strøm til svært konkurransedyktige priser, og dermed potensielt å gi et bidrag til ved verdens energimangel assosiert med "peak oil", uten å tilføre karbondioksid til atmosfæren når den er i drift. Dagens strømforbruk fra fossile brensler i verden er anslått til rundt 4 terrawatt som potensielt i betydelig grad suppleres av systemet 200 når dette utplasseres over hele verdens havmiljøer. Fordelaktig er det at systemet 200 ikke bidrar til forurensning og full-stendig bærekraftig genererer elektrisk energi.

Med igjen å referere til figur 5, har den nedsenkete plane platen 300 en øvre utstrekning merket med et punkt P og en nedre utstrekning Q som alternativt har en konstant avstand fra punktet P. Alternativt kan utstrekningen til den plane platen 300 dynamisk endres, for eksempel ved å implementere den plane platen 300 som et sett av plater av materiale som er anordnet i parallell innbyrdes kontakt, og som kan gjensidig skyves til å frembringe platen 300 med variabel utstrekning fra punktet P for å frembringe en optimal impedans-match mellom søylene 220 og bølger som forplanter seg i havmiljøet 30. Som illustrert i figur 5 er platen 300 utstyrt med en aktuator (ikke avbildet) for å variere avstanden S1 fra punktet P med hensyn til en nedre åpne ende av søylen 220. Dessuten kan platens 300 vinkel (3 dynamisk endres til å gi best mulig matching av bølger 40 til kolonnen 220. Videre er en dybde S2 til punktet P under overflaten 330 av havet 30 også innrettet til å kunne forandres dynamisk. Imidlertid skal det erkjennes at systemet 200 omfatter flere slike kolonner 220 i en innstilling som en 2-dimensjonal matriserekke, med rader av søyler 220 anordnet parallelt og ortogonalt til bølgenes 40 bølgefronter. Alternativt kan platen 300 være krummet i drift for å frembringe en finjustering av bølgens 40 matching til søylene 220.

Bølgekraftreflektoren (WARE, © TM av Havkraft AS) ifølge foreliggende oppfinnelse skal belyses mer i detalj. WARE © TM (bølgereflektor) er et apparat eller et arrangement for å reflektere bølgeenergi oppover mot et overflateområde på et hav for å frembringe et øket energi-uttak. WARE © TM (Wave Reflector) anvendes særlig foretrukket i kombinasjon med et havbølgekraftsystem som beskrevet i nevnte innvilget norsk patent NO-327.593 tilhørende Geir Arne Solheim. I drift er WARE © TM (Wave Reflector) et apparat eller arrangement som er montert på et fortøyd arrangement og anordnes sub-sea direkte under en havoverflate. WARE © TM (Wave Reflector) er en enkel enhetlig konstruksjon med bevegelige deler som er manipulert ved aktivering for å regulere en måte hvormed bølger forplanter seg gjennom et havmiljø.

Bølgekraftreflektoren WARE © TM (Wave Reflector) implementeres fortrinnsvis som en eller flere plane plater 300 av ønskelige bredde hvis vinkel p i forhold til horison-talen og posisjon S1,S2 reguleres under driften med tilhørende aktuatormekanismer på en måte som vist i figur 5, og figurene 7-9. Ulike strategier kan med fordel benyttes til å utplassere WARE © TM (Wave Reflector), nemlig den plane platen 300, i en optimal posisjon og vinkel for å øke kraftproduksjonen fra havbølger 40 som frembringes ved systemet 200.

Bølgekraftreflektoren WARE © TM (Wave Reflector) justeres og styres hensiktsmessig ved to punkter P, Q på de øvre og nedre deler av platen 300 respektive på en gjensidig uavhengig måte for å frembringe en uavhengig justering av en posisjon S1, og en vinkel (3 av platen 300. Alternativt kan en dybde S2 til platen 300 som definert av dens øvre utstrekning P også være justerbar for å frembringe optimal matching av havbølgene i forhold til en eller flere søyler 220 i systemet 200.

Bølgekraftreflektorene WARE © TM (Wave Reflector) kan drives på en enkel måte ved anvendelse av enkle mekanismer, for eksempel på skinner idet manøvrerings-platen tilkoples via vaiere og/eller belter og/elle kjeder fra aktuatorene 500 som vist på figur 9. Ifølge en valgfri implementering, er den plane platen 300 fastgjort med sitt øverste punkt P og dens nedre ende Q er fritt justerbar som vist på figur 8.

Med henvisning til figur 10, er systemet 200 fordelaktig konstruert på en plattform 520 som understøttes av en eller flere søyler 530 på havbunns-fundamenter 540, alternativt kan systemet 200 implementeres som en flytende konstruksjon. Systemet 200 innbefatter en eller flere matriserekker av søyler 220 hvis nedre åpne ender vender mot et romlig område hvori det omfatter en eller flere plane plater 300, der de en eller flere plane plater 300 er aktivert som nevnt for å fremføre havbølger 40 mest effektiv måte fra havmiljøet 30 til den ene eller alle søylene 220.

Bølgereflektoren WARE © TM (Wave Reflector), med hver av de plane plater 300 og tilhørende aktuatororganer, omfatter alternativt eventuelt hver har en romlig plan utstrekning i en størrelsesorden på 10 meter x 2 meter til 30 meter x 8 meter. Mer alternativt er den romlige plane utstrekning av hver plate hovedsakelig 20 meter x 5 meter. De plane platene 300 er hver tilpasset en typisk havbølge 40 bølgelengde for i betydelig grad å være i stand til betydelig å påvirke et energifelt av slike bølger. Når de plane plater 300 orienteres på en måte slik at deres hovedoverflate plan er parallelle med en øvre overflate av havmiljøet 30, er de plane plater 300 neddykket, idet havbølgen 40 sterkest berøres av platene 300. Og omvendt, når platene har en vertikal innstilling slik at deres store overflate flater står vinkelrett på den øvre overflaten av havmiljøet 30, er havbølger minst berørt. Alternativt kan avstanden S2 økes for å redusere virkningen av platene 300, og reduseres for å forbedre en virkning av platene 300. Eventuelt kan platene 300 reguleres opptil 15% av bredden sin i posisjon, nemlig avstandene S1.S2, og justeres i en størrelsesorden på 180°, nemlig vinkelen p.

Bølgereflektoren WARE © TM (Wave Reflector) representerer en innovasjon i forhold havbølgesystemer som drives for å utvinne energi fra havbølger. I bruk kan bølge-reflektoren, og implementert ved hjelp av platene 300 og deres tilhørende aktuatorer og styresystemet, drives til å frembringe en eller flere av følgende funksjoner: (a) å gi bedre matching av bølgene 40 til søylene 220 til trykksette luft innenfor et hulrom (plenum) koblet via ventiler til søylene 220, hvor hulrommet er koblet til turbinen 230; (b) å frembringe en måte til å kontrollere energien til å frembringe overføring eller refleksjon av havbølger 40 i forhold til systemet 200, og dermed medhjelpe til å regulere utgangseffekten fra systemet 200 og/eller å medhjelpe system 200 til å tåle ekstreme værforhold (for eksempel orkaner), og (c) å bibringe systemet 200 med større stabilitet under ugunstige værforhold når det implementeres som en flytende konstruksjon, med hensyn til det omgivende havmiljø i en region ved plateenden Q blir relativt rolig under stormforhold.

Bølgebevegelse på en overflate av havmiljøet 30 kan være kompleks med bølger av flere ulike bølgelengder samtidig. Videre kan havbølgeegenskapene endres dynamisk som kan føre til fluktuasjoner i produksjon fra systemet 200 var det ikke for platene 300 og deres tilhørende aktuatorer 500 og kontrollsystemet 510 som responderer ved å endre vinkelen p og/eller avstanden S1 og/eller avstanden S2 i en temporal dynamisk respons overfor endringer i havbølgeforholdene.. Aktivering av platene 300 frembringes hensiktsmessig ved å anvende skinner for å frembringe justering av avstanden S1, og ved å bruke ledninger/vaiere for å justere vinkelen ved at den nedre platedelen Q er fri til å beveges mens den øvre platedelen P er innrettet til å dreie som vist på figur 8.

Platene 300 og deres tilhørende aktuatorer er innrettet til å styres på ulike måter under driften.

Ifølge en første metode, overvåkes bevegelsen til bølgene 40 i havmiljøet 30 med systemet 200 med optiske bildeopptakerapparater, for eksempel teleskopiske kameraer, som bestemmer et frekvensspekter for bølgene 40, for eksempel på tilsvarende måte som illustrert i figur 4A og figur 4B. En datamaskin modeller av systemet 200 beregner så i sanntid hvordan systemet 200 vil opptre seg overfor de observerte bølgene 40 som nærmer seg systemet 200 for ulike stillinger av platene 300 som er anordnet tilstøtende til de åpne munningene til søylene 220 for å gi en ønsket utgangseffekt. Når en optimal plassering av platene 300 er beregnet, justerer styresystem deretter platenes 300 posisjoner slik at de er i en optimal posisjon når de observerte bølgene 40 ankommer systemet 200 for innføring inn i søylene 220 på ønsket måte. Datamodellen kan være en eksplisitt numerisk modell av systemet 200. Alternativt kan datamodellen implementeres som et nevralt nettverk der kontrollsystemet har "lært" ved styreoperasjonen av systemet 200 og/eller ved simulering av en optimal justering av platene 300 når kontrollsystemet presenteres overfor forskjellige visninger av havbølgene 40.

Styresystemet kan implementeres i elektroniske maskinvare eller ved å bruke data softwareprodukter som gjennomføre ved komputering via hardware. Som et alternativ eller tillegg til å anvende optiske bildeopptagere, kan en eller flere overvåknings-bøyer plasseres i en avstand fra platene 300 for å avføle bølgespekteregenskapene,

i det de en eller flere bøyer 700 kan drives slik at de formidler sine avfølte data til systemet 200 via en trådløs kommunikasjonskobling 710. De ene eller flere bøyer 700 er fortrinnsvis hver utstyrt med en treghetsensorenhet bestående av aksele-ratorer og eventuelt gyroskop-enheterfor å aktivere at de en eller flere bøyer 700 kan avføle bølgenes 40 høyde og frekvens som så formidles trådløst til systemet 200 før de avfølte bølger 40 har nådd fram til systemet 200, og gir dermed en mulighet for kontrollsystemet til å justere platene 300 til en optimal posisjon til å motta de avfølte bølgene 40. Ved en slik kontrollmetode, er det mulig å innstille/tune systemet 200 dynamisk i sanntid for å gi en best mulig ytelse.

Ifølge en annen metode, hensyntar kontrollsystemet for platene 300 når det forekommer mindre forstyrrelser i vinkelen p og/eller én eller flere av innstillingene S1 ,S2 til platene 300 når den er i drift og minst delvis matcher bølgene 40 inn til søylene 220. På ethvert gitt tidspunkt avgjør kontrollsystemet hvorvidt en anvendt forstyrrelse eller ikke fører til en ytterligere forbedring i driften av systemet 200, og fortsetter å utnytte etterfølgende slike små forstyrrelsene til systemet 200 fungerer så optimalt som det kan gjøre til å fungere under gitte tilstander av havmiljøet 30. Ved en slik styremetode, er det mulig å tune systemet 200 dynamisk i sanntid for å gi en best mulig ytelse. Alternativt anvendes det en kombinasjon av de første og andre metoder.

Alternativt kan systemet 200 anvendes både som et havbølgekraftgenererende verk og som et anlegg for å beskytte kysten mot erosjon. Akvakulturanlegg 800 kan fordelaktig samlokaliseres med systemet 200, for eksempel i regioner hvor bruk av systemet 200 i drift danner smulere farvann. Slike akvakultur kan fordelaktig implementeres i fiskemerder, slik at fiskemerdene kan neddykkes og beskyttes i roligere vann dypere under systemet 200 i tilfelle hvor det oppstår sterke stormer. Systemet 200 kan ha den fordel at naturlig fisk, for eksempel krill, vil naturlig søke beskyttelse i roligere farvann som systemet 200 skaper i dens kjølvann, nemlig i et sjøområde mellom systemet 200 og land 600. Dette skaper et rolig miljø for spesielt produktivt fiske med fiskebåter. Akvakulturanlegget 800 har også en enorm fordel i at parasitter og forurensning som forekommer i fjord baserte akvakulturanlegg er et mindre problem i de åpne havmiljøene. Dessuten kan skip fordelaktig fortøye til systemet 200 når de skal serve havbruksanlegget 800, og dermed øke sikkerheten betraktelig under kommersielle fiskeaktiviteter.

HIT

Det skal forstås at systemet 200 kan være fast forankret til havbunnen på havet 30, for eksempel som vist i figur 10 og figur 11, eller kan være flytende offshore og tjoret via ankere til havbunnen. Ankrene implementeres fortrinnsvis ved hjelp av suge-kopper, havbunnsankere festet i borehull som er forhåndsboret i havbunnen, og/eller tunge hule tanker som synergisk fungerer som trykkluft-reservoarer for søylene 220 for å jevne ut variasjoner i trykkluftstrømmen produsert i søylene 220 slik at systemet 200 kan levere en mer stabil energiflyt.

Alternativt kan systemet 200, som nevnt foran, implementeres som en eller flere flytende øyer, eller som en flytende halvøy hvis ene ende er tilknyttet land for tilkopling av elektriske kabler fra generatorene 230 og inn til land 600. Alternativt, for eksempel som vist i figur 12, kan systemet 200 implementeres slik at det kan rotere om en enkelt pillarsøyle 530 og tilhørende fundamentering 530, slik at systemet 200 kan justeres dynamisk i forhold til skiftende retninger av bølgeforplantninger, og i et slikt tilfelle, er systemet 200 utstyrt med en passende dreiekontroll-arrangementer og dreieaktuatorer, og systemet 200 er utstyrt med sensorer, for eksempel optiske bildesensorer, for å bestemme de gjeldende momentane bølgeforplantningsretning-ene. Som et alternativ eller tillegg til å bruke strømkablene fra generatorer 230 til land 600, kan systemet 200 fortrinnsvis drives til å elektrolysese sjøvann for å generere hydrogen som drivstoff som føres til land 600 i rør eller periodisk transporteres til land med båt. Ifølge enda et alternativ omfatter systemet 200 apparater for kjemisk konvertering av karbondioksid og sjøvann som tilføres systemet 200 til hydrokarbon-forbindelser, for eksempel til syntetiske organiske brensler til bruk i biler, fly og til produksjon av plastmaterialer; hvor apparatet for kjemisk konvertering forsynes med strøm dannet av systemet 200.

Ved henvisning til figur 13, er det vist en modifisert versjon av systemet 200 ved tallet 1000. Systemet 1000 omfatter en eller flere vindturbiner 1010. Alternativt er de en eller flere vindturbiner 1010 anordnet i det minste i hvert hjørne av ytterpunktene av plattformen 520 som illustrert for å oppnå en optimal stabilitet for plattformen 520. Alternativt er de en eller flere vindturbiner 1010 konsentrert tilstøtende til et sentral parti av plattformen 520 og en majoritet av ballast, når plattformen 520 implementeres som en flytende konstuksjon, er anordnet ved de perifere ytterpunktene av plattformen 520 for å gi systemet 1000 en best mulig flytestabilitet. Eventuelt er plattformen 520 utført som et generelt rettlinjet plant element i et planriss, og alternativt, en fremre ende av plattformen 520 som vender mot havmiljøet 30, er innoverkrummet som illustrert for å fremme konsentreringen av havbølgeenergien. Eventuelt er plattformen 520 utført med et "T"-formet eller "Y"-formet planriss. Alternativt, som illustrert, er de en eller flere vindturbiner 1010 utført som konvensjonelle moderne nacelle-type vindturbiner, for eksempel som produseres av selskaper som GE Wind Energy Inc., Vestas AS og Gamesa SA.

Alternativt er de en eller flere av vindturbiner 1010 implementert som vertikalakset vindturbiner av Darrieus-type. Slike Darrieus-type vindturbiner omfatte fortrinnsvis to eller flere hovedsakelig vertikale blader, for eksempel tre blader. En fordel med Darrieus-type vindturbiner er at de ikke trenger å aktivt styres i en retning av den innkommende vinden, idet de i hovedsak er veldig enkle enheter som har en pålitelig driftssikkerhet. Alternativt er de en eller flere av vindturbiner 1010 utformet som en Darrieus-type vindturbin 1200 illustrert i figur 14. Turbinen 1200 inkluderer en bærende montering 1220 understøttet av plattformen 520. Dessuten omfatter fundamentet 1220 en generator for å generere nyttbar fra systemet 1000. Braketten 1220 understøtter rotaterbart en sirkelformig sokkel 1210 som danner et svinghjulet når det roterer under drift, idet svinghjulet, når det roterer, genererer Carioles krefter (gyrokrefter) som er svært gunstig til å bidra til å stabilisere plattformen 520 til å motstå at den vinkelmessig vipper som respons på bølgenes 40 innvirking på disse. Når implementert som Darrieus-type vindturbiner, implementeres turbinene 1010 fortinnsvis til for å rotere i innbyrdes tilsvarende rotasjonsretning slik at deres Coriolis-krefter er innbyrdes additive til å bidra til å stabilisere plattformen 520, eventuelt påføres bremsekrefter på turbinene 1010 implementert som Darrieus-type vindturbiner i det tilfelle de spontant forsøker å rotere i en innbyrdes feil rotasjonsretning. Turbinen 1200 omfatter et sentralt aksialt langstrakt legeme 1230, og tre turbinblader 1240A, 1240B, 1240C anordnet i 120° intervaller i en radius fra det langstrakte Iegeme1230 og stort sett vertikalt orientert. Bladene 1240A, 1240B, 1240C understøttes på langstrakte støtteelementer 1250A, 1250B, 1250C respektive. Alternativt er de langstrakte støtte

legemene 1250A, 1250B, er 1250C dreibart montert med sine nedre endene til dreieblokker 1260A, 1260B, 1260C respektive, hvor blokkene 1260A, 1260B 1260C understøttes på en øvre perifer kant av den sirkulformige sokkelen 1210. Eventuelt er blokkene 1260A, 1260B, 1260C integrert til den sirkelformige basen 1210. De langstrakte støtteelementene 1250A, 1250B, 1250C kan fordelaktig dreibart svinges fra en hovedsakelig vertikal posisjon til en hovedsakelig horisontal stilling for gjennomføring av vedlikehold, eller for å beskytte bladene 1240A, 1240B, 1240C under ekstreme værforhold, alternativt kan de langstrakte støtteelementene 1250A, 1250B, 1250C vinsjes til posisjon til å støte an mot og tilkoples til radielle støtte-elementer 1270A, 1270B, 1270C respektive. Turbinen 1210 kan utnyttes ved at betydelig del av dens masse er nær en høyde av plattformen 520, og følgelig øker systemets 1000 driftsstabilitet. Videre er turbingeneratoren 1200 lett tilgjengelig i en høyde av plattformen for vedlikehold og reparasjoner, og dette er i motsetning til nacelle-typen vindturbiner som er illustrert på fig. 13 idet deres girkasser og generatorer er plassert relativt utilgjengelige på toppen av et tårnlegemet. Som et alternativ til å dreie de langstrakte elementene 1250, kan deres blader 1240 skyveglides ned langs de langstrakte elementene 1250 for beskyttelse og/eller vedlikehold, og skyves oppad langs de langstrakte legemene 1250 for å settes i drift.

Systemet 1200 kan frembringe mange synergiske fordeler i form av kraftproduksjon og akvakultur sammenlignet med konvensjonelle fornybarenergi-systemer, for eksempel moderne nacelle-type vindmølleparker. Systemet 1200 kan ikke sammenlignes med andre typer systemer for fremstilling av fornybar energi, for eksempel vannkraft systemer, fordi systemet 1200 gir synergiske fordeler for kystnær beskyttelse og akvakultur så vel som for kraftproduksjon. Slike synergieffekter forbedrer i betydelig grad den kommersielle levedyktigheten til systemet 1200 sammenlignet med alternative former for systemer for fremstilling av fornybar energi, og muligens til et nivå som er konkurransedyktig i forhold til dagens kjernekraft og kraftanlegg som brenner fossile brensler, men er helt blottet for avfallsstoffer og forurensning som følge av kraftproduksjon. Den foreliggende oppfinnelse innebærer dermed et betydelig fremskritt og forbedringer i forhold til kjente moderne systemer som baseres på fornybar energi.

I de foregående, er det henvist til en naturlig oscillasjonsfrekvens for vann inne i en luftsøyle. Fra en teoretisk analyse, er en naturlig periode for slike svingninger gitt ved Ligning 6 (Eq. 6):

Hvor

Tn= den naturlig oscillasjonsperiode;

ti = 3,14159;

d = dybde fra det gjennomsnittlig havnivå (MSL) til midten av hule søyle;

D = indre diameter hule søyle;

g = tyngdekraftens akselerasjon, 9,81 m/s<2>, og

a = en hellingsvinkelen til søylen, hvor a = 90° betegner en vertikal søyle, og a = 0° betegner en horisontal søyle.

Fra den naturlige perioden Tn, kan den naturlige frekvensen fn lett beregnes ut i fra Likning 7 (Eq. 7):

Fra likningene 6 og 7 (Eq. 6 og Eq 7), vil det forstås at, i henhold til foreliggende oppfinnelse, at tuningen av søylen frembringes ved å regulere eller innstille en eller flere av: (I) dybden d ved hjelp av ballastering og/eller aktuering av den hule søylen opp eller ned i forhold til det gjennomsnittlig havnivået (MSL);

(li) varierende den indre diameter D av søylen, og

(lii) å justere søylens hellingsvinkel a.

Modifiseringer av utførelser av oppfinnelsen som er beskrevet i det foregående kan gjennomføres uten å avvike fra oppfinnelsens ide som er definert i de medfølgende krav. Uttrykk som "inkludert", "bestående", "innkorporere", "bestående av", "har", "er" er anvendt for å beskrive og kreve oppfinnelsen er ment å tolkes på en ikke-begrens-ende måte, nemlig slik at for legemer, komponenter eller elementer som ikke eksplisitt er beskrevet også skal omfattes. Referanse til et element i entall skal også tolkes til å omfatte dette i flertall. Henvisningstall i parentes i de etterfølgende patentkrav er ment kun å skulle hjelpe forståelse av kravene skal ikke på noen måte tolkes til å begrense oppfinnelsen definert i disse kravene.

Claims (26)

1. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) for å generere strøm fra havbølger (40), hvor systemet (200) omfatter en plattform (520) som understøtter en matrise av hule søyler (220) hvis respektive nedre ender er i fluidforbindelse med havbølger (40) og hvis de respektive øvre ender er i luftforbindelse med en turbinarrangement (230) slik at bølgebevegelser som forekommer ved de nedre ender bringes til å forårsake luftbevegelse inne i søylene (220) for å drive turbinarrangement (230) å generere en utgangseffekt,karakterisert vedat de hule søyler (220) er utplassert i en ikke-vertikal orientering, idet minst en del av de hule søyler (220) i drift er arrangert for å oppvise en naturlig bølgebevegelsesfrekvens som hovedsakelig er tilpasset til en frekvens av havbølger (40) som mottas i nevnte del av de hule søyler (220).

2. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med krav 1,karakterisert vedat de hule søyler (220) implementeres slik at deres naturlige bølgebevegelsesfrekvens er aktivt innstillbar (tuneable).

3. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med krav 1,karakterisert vedat rekken av hule søyler (220) er innstillet med sine lengdeakser i en skråvinkel i en størrelsesorden på 25° til 75° i forhold til et midlere nivå av den øvre overflate av havmiljøet (30) hvori systemet (200,1000) er lokalisert for å drives.

4. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med krav 1,karakterisert vedat matrisen av hule søyler (220) omfatter hulsøyler (200) som har innbyrdes forskjellige naturlige resonansfrekvenser i forhold til bølgebevegelsen deri for selektivt å tilpasse til ulike frekvenser av de bølger (40) som mottas fra et havmiljø (30).

5. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat turbinarrangementet (230) omfatter minst én turbin (230) innrettet til å rotere om en hovedsakelig vertikal akse i drift for gyroscopisk å stabilisere plattformen (520) under drift i et havmiljø (30).

6. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat systemet (200,1000) omfatter en eller flere vindturbiner (1010,1200) montert oppå plattformen (520) for å generere energi fra vind som mottas på systemet (200,1000).

7. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med krav 6,karakterisert vedat de en eller flere vindturbiner (1010,1200) er montert i det minste på ytterområdene av plattformen (520).

8. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med krav 6,karakterisert vedat de en eller flere vindturbiner (1010,1200) er montert på et sentralt område av plattformen (520), og en ballastordning er implementert i plattformens (520) ytterområder.

9. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med krav 6, 7 eller 8,karakterisertved at de en eller flere vindturbiner (1010,1200) omfatter en eller flere vertikal-akslede vindturbiner (1200) av Darrieus-typen.

10. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat systemet (200,1000) ytterligere omfatter et eller flere oppdrettsanlegg (800).

11. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med krav 10,karakterisert vedat de en eller flere er havbruksanleggene (1200) er innrettet til å være nedsenkbare i et havmiljø (30) som respons på endringer i værforholdene som influerer systemet (200, 1000) i drift.

12. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) for å generere energi fra havbølger (40),karakterisert vedat systemet (200) omfatter en plattform (520) som understøtter en matrise hule søyler (220) hvis respektive nedre ender er i fluidforbindelse med havbølger (40) og hvis respektive øvre ender er i luftkommunikasjon med et turbinarrangement (230) slik at bølgebevegelse som forekommer ved de nedre ender er opererbare til å forårsake luftbevegelse inne i søylene (220) til å drive turbinarrangementet (230) for å generere utgangseffekt,karakterisert vedat systemet (200) ytterligere omfatter et eller flere posisjonsjusterbare og/eller vinkel-justerbare nedsenkete konstruksjoner (300) tilstøtende til de nedre ender av søylene (220) for å danne havbølger som i drift forplanter seg mot de nedre ender av søylene

(220) til å koble bølgene (40) på kontrollerbar måte inn de hule søylene (220), og hvor de nedsenkede konstruksjoner (300) er implementert som en eller flere plane konstruksjoner utstyrt med et aktuatorarrangement (500) for å forskyve og/eller tilte de en eller flere plane konstruksjoner (300) i forhold til matrisen av søyler (220).

13. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med krav 12,karakterisert vedat de hule søyler (220) er utplassert i en ikke-vertikal orientering, og minst noen av de hule søyler (220) er arrangert for i drift å oppvise en naturlig frekvens av bølgebevegelser deri som hovedsakelig er tilpasset til en frekvens til havbølger (40) som mottas i nevnte del av de hule søyler (220).

14. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med krav 12 eller 12,karakterisertved at systemet (200) omfatter et føler-arrangement (700) for å bestemme en eller flere egenskaper til havbølger (40) som forplanter seg under driften mot søylene (220) og der deres tilhørende nedsenkete konstruksjoner (300), og et styrearrangement for å motta bølgeegenskap-indikative signaler fra følerarrangementet (700) og for å prosessere signalene for å regulere posisjoner og/eller vinkler til de nedsenkede konstruksjoner (300) for å frembringe en dynamisk responsiv kontroll av det nedsenkede arrangementet (300).

15. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med krav 14,karakterisert vedat styrearrangementet implementerer en anvendelse av programmerbar hardware som implementerer minst en av: (a) styrt regulering av det nedsenkede arrangement (300) ved det anvendes en numerisk modell som er representativ for driftsegenskapene til systemet (200), og (b) anvendelse av et nevralt nettverk der nevral vektlegging er tilpasset til styringsdriften av systemet (200) som respons på avfølte bølge (40) tilstander.

16. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med et av kravene 12 til 15,karakterisert vedat matrisen av hule søyler (220) er anordnet med sine langsgående akser i skråvinkel i en størrelsesorden på 10° til 35° relativ til et gjennomsnittsnivå for en øvre overflate i et havmiljø (30) hvori systemet (200) er lokalisert under driften.

17. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med et av kravene 12-16,karakterisert vedat turbinarrangementet (230) inkluderer minst én turbin (230) som operares til å rotere om en hovedsakelig vertikal akse i drift for gyroscopisk å stabilisere plattformen (520) når den opererer i et havmiljø (30).

18. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med et av kravene 12-17,karakterisert vedat plattformen (520) er innrettet til å roterere i drift for å muliggjøre matrisen av søyler (220) til å orienteres i forhold til havbølger som ankommer systemet (200).

19. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med krav 17,karakterisert vedat systemet (200) omfatter et sensorarrangement (510) for avføling av en fremherskende forplantningsretning til bølgene (40) som kommer inn mot matrisen av søyler (220), og et aktuatorarrangement for justering et vinkelorienteringen til matrisen av søyler (220) i forhold til den fremherskende forplantning retning av bølgene (40).

20. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med et av kravene 12-19,karakterisert vedat systemet (200) kan installeres: (a) langs en kystlinje; (b) som en eller flere flytende øyer; (c) som en flytende halvøy eller et nes; (d) som en flottør for å frembringe transportrute mellom landområder; (e) ved å monteres til fundamenteringer på en havbunn.

21. Hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med et av kravene 12 til 20,karakterisert vedat system (200) omfatter et havbruksanlegg tilpasset til å neddykkes for beskyttelse hovedsakelig under vesentlig systemet (200) under ugunstige værforhold som kan skade havbruksanlegget.

22. Fremgangsmåte til drift et hav-bølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: (a) å motta en eller flere havbølger (40) tilstøtende til de en eller flere nedsenkede konstruksjoner (200) for regulerbart å påvirke et energifelt til en eller flere bølger (40) for å danne de en eller flere bølger (40) som opptas ved matrisen av luftsøyler (220) i systemet (200); (b) oppta de en eller flere bølger (40) ved matrisen av søyler (220) for periodisk å komprimere og/eller rarefying luft i de en eller flere søyler (220) for å drive et turbinarrangement (230) for å generere energi; hvor de nedsenkete konstruksjoner (300) implementeres som en eller flere plane konstruksjoner utstyrt med et aktuatorarrangement (500) for å forskyve og/eller tilte de en eller flere planar konstruksjoner (300) i forhold til matrisen av søyler (220).

23. Fremgangsmåte til å styre et havbølgeenergisystem (200, 1000) i samsvar med et av kravene 12-21,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: (I) det avføles en eller flere egenskaper til havbølgene (40) som nærmer seg havbølgeenergi verket (200) for å generere korresponderende sensorsignaler; (ii) sensorsignalene prosesseres i et prosesseringsarrangement (510) for å generere korresponderende styresignaler; (iii) signaler anvendes overfor aktuatorer (500) koblet til én eller flere av de posisjonsregulerbare og/eller vinkel-justerbare nedsenkede konstruksjoner (300) tilstøtende til de nedre endene av søylene (220) i systemet (200) for å tilforme de avfølte havbølgene (40) som under driften forplanter seg mot de nedre ender av søylene (220) for å koble/lede bølgene (40) på en kontrollerbar måte inn i de hule søyler (220) for å generere tilsvarende utgangseffekt.

24. Fremgangsmåte til å kontrollere et havbølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med krav 23,karakterisert vedat prosesseringsarrangementet (510) er opererbart til å anvende en numerisk modell og/eller et nevralt nettverk for å generere styringssignaler fra sensorsignalene.

25. Fremgangsmåte til å kontrollere et havbølgekraftsystem (200,1000) i samsvar med krav 23,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: (lv) det avføles en forplantningsretning for havbølgene (40) som skal mottas ved matrisen av søyler (220), og (V) matrisen av søyler (220) orienteres roterbart i forhold til havbølgenes (40) forplantningsretning.

26. Et programvareprodukt som er lesbart på en maskinlesbar databærer,karakterisert vedat sa at programvaren er kjørbar på en computerende hardware for å implementere en fremgangsmåte som ifølge et av kravene 22-25.