NO321534B1

NO321534B1 - Anlegg for produksjon av energi fra stromninger i vann

Info

Publication number: NO321534B1
Application number: NO20013437A
Authority: NO
Inventors: Svein Henriksen
Original assignee: Hydra Tidal Energy Technology As
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2006-05-22
Also published as: CN1991164A; NO20013437D0; NO20013437L

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører anordninger for utvinning av energi fira vannstrammer. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen anlegg som angitt i innledningen til de medfølgende selvstendige krav 1 og 17. Anlegget utnytter stramninger under overflaten i hav, sjøer, elver eller andre vannmasser. Slike strømninger kan f.eks. være forårsaket av tidevannsvariasjoner og/eller undervannstopografi (f.eks. sund, elveleier eller andre innsnevringer under vann).

Strømning i store vannmasser, som for eksempel generert av tidevannsvariasjoner, er en fornybar energikilde som hittil ikke er utnyttet i Norge. Dette til tross for at slike strømninger er svært forutsigbare og i og for seg lett tilgjengelige langs norskekysten.

Når strømmer i store vannmasser (f.eks. hav eller elver) presses gjennom sund eller andre innsnevringer, vil strømningshastigheten øke og i svært stor grad ensrettes. Strømningen i innsnevringens midtre region vil ha en tilnærmet lik hastighet over hele det aktuelle tverrsnittet, slik at det er gunstig å plassere en energigenerator her.

Det furnes en rekke kjente anordninger og fremgangsmåter for produksjon av energi fra havstrømmer.

Norsk Patentsøknad 1999 1984 (Hammerfest Strøm) beskriver et anlegg for produksjon av elektrisk energi fra hav- og elvestrømmen Anlegget er i sin helhet lokalisert under vannets overflate og omfatter flere turbiner med skovler, et bæresystem, et bardunsystem og en generator. Turbinenes aksler er orientert normalt på vannets bevegelsesretning og skovlene er vingeformet slik at turbinen roterer i den samme retningen, uavhengig av vannets bevegelsesretning. Turbinakslene er opplagret i rammeverk med flytetanker, montert til bære- og opplagringssystemet, anlegget er bygget opp av moduler. Anlegget har positiv oppdrift regulert av flytetankene og et bardunsystem festet under vannoverflaten, slik at anlegget holdes under vannets overflate av bardunsystemet. Anlegget benytter tradisjonelle skovler.

Dansk Patent 155454 (Hans Marius Pedersen) beskriver et flytende vannstrømkraftverk som består av en ringpontong som ved hjelp av en pullert er forankret til ankre på bunnen. Alle turbinene kan skiftes ut og er anbrakt på en felles bjelke og kan som en enhet svinges opp til overflaten inne i det området som defineres av ringpontongen. Kraftverket kan bevege seg om pullerten, hvis øverste ende er forbundet med en forpontong og hvis nederste ende er fastgjort til ankrene.

U.S. Patent 5,440,176 beskrives et nedsenkbart vannturbinanlegg som omfatter turbiner/generatorer i ulike kombinasjoner opphengt under en nedsenket plattform av strekkstagstypen.

GB 2 347 976 omhandler en turbin som utnytter strømninger i vann. Turbinen er utformet med et vingeblad og kan beveges opp og ned på en søyle, en såkalt "monopile".

Ifølge opprinnelsen er det således tilveiebragt et anlegg for produksjon av energi fra strømninger i vann av den ovenfor beskrevne type og som inngitt i innledningen til de medfølgende krav 1 og 17.

Det er således frembrakt et anlegg for produksjon av energi fra strømninger i en vannmasse, innbefattende en struktur som kan hvile på en bunn under nevnte vannmasse, og et antall av strukturen bårede utskiftbare generatorenheter som kan drives av vannstrømningene, der nevnte anlegg er kjennetegnet ved at strukturen innbefatter minst tre sammenkoplede nodeelementer med et respektivt nodepunkt og derfra utragende, i hovedsaken horisontale armer, og at hvert nodepunkt er utformet som en gjennomføring for et høydeinnstillbart ben mot bunnen.

Nodeelementene er innbyrdes forbundne med forbindelseselementer mellom utvalgte av de nevnte armer.

I en utførelsesform bæres generatorenhetene av fra armene og/eller fra de eventuelle forbindelseselementer nedover i vannmassen forløpende, langstrakte bærere.

I en utførelsesform er armene, støttebenene, de eventuelle forbindelseselementer og de langstrakte bærerne rørelementer.

Det er videre frembrakt et anlegg for produksjon av energi fra strømninger i en vannmasse, innbefattende en struktur som kan hvile på en bunn under nevnte vannmasse, og et antall av strukturen bårede utskiftbare generatorenheter som kan drives av vannstrømningene, kjennetegnet ved at nevnte anlegg kan anbringes på bunnen under en vannflate ved hjelp av minst tre støtteben som er bevegbare gjennom respektive gjennomføringer, og at anlegget selektivt ved hjelp av støttebena kan bringes til en valgt høyde i vannmassen for å optimalisere generatorenes plassering i vannmassen, eller over vannets overflate slik at nevnte generatorenheter befinner seg over vannets overflate.

Utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de vedlagte patentkrav, samt av den følgende beskrivelse under henvisning til de vedlagte tegninger. Det skal forstås at tegningene kun viser typiske utførelseseksempler, uten at de dermed skal oppfattes å begrense oppfinnelsen. I tegningene er like deler angitt med like henvisningstall, som også vil bli benyttet i det etterfølgende. Figur 1 er et perspektivriss av en utførelsesform av tidevannskraftverket ifølge oppfinnelsen.

Figur 2 er et grunnriss av tidevannskraftverket i figur 1.

Figur 3 er grunnriss av tidevannskraftverket i figur 2 og viser to knutepunkter (fig. 3a og 3c) og ett mellomstykke (fig. 3b).

Figur 4 er et sideriss av tidevannskraftverket i figur 1.

Figur 5 er et perspektivriss av en utførelsesform av en turbinenhet og rotasjonselement, og viser en variant der generatorenhetene er utstyrt med ett rotasjonselement roterbragt anbragt på hver sin side av nevnte generatorhus, og der rotasjonselementene er kontraroterende i forhold til hverandre.

Anlegget ifølge oppfinnelsen omfatter i en utførelsesform en struktur som kan hvile på en bunn 500 under overflaten 550 på en vannmasse. Strukturen bærer et antall utskiftbare generatorenheter 350 som drives av vannstrømningene. Anleggets struktur er bygget opp av et antall nodeelementer 100 med et respektivt nodepunkt og derfra utragende, i hovedsaken horisontale bæreelementer 120 og forbindelseselementer 130. Gjennom hvert nodepunkt går øvre- og nedre gjennomføringer 111,112 for et høydeinnstillbart ben 600 mot bunnen 500.

Nodeelementene 100 er innbyrdes forbundne ved hjelp av midtre forbindelseselementer 200 mellom forbindelseselementene 130.

Generatorenhetene 350 er festet til hovedsakelige vertikale bæreelementer 300 som hvert kan være festet til de horisontale bæreelementene 120 eller de midtre forbindelseselementene 200.

Av produksjonsmessige- og hydrodynamiske årsaker er armene, støttebenene, de eventuelle forbindelseselementer og de langstrakte bærerne utførte som rørelementer. Andre tverrsnittsformer (f.eks. ellipse, rektangel) og konfigurasjoner (f.eks. fagverk)

skal imidlertid anses å favnes av den foreliggende oppfinnelse, selv om slike former og konfigurasjoner ikke anses å være ideelle.

Av hensyn til anleggets mobilitet i forbindelse med installasjon og senere forflytning, inneholder støttebenene ett eller flere ballasterbare rom. Samtidig utgjør bære- og forbindelseselementene flyteelementer. Når støttebena 600 er de-ballasterte, er anlegget mobilt. Når støttebena 600 er ballasterte, er anlegget stasjonært og kan fungere for formålet ved de strømningsforhold det er designet for, uten ytterligere forankring.

Den enkelte generatorenhet skal normalt ved drift være fast montert på bæreelementet, og generatorens rotasjonselement(-er) skal kunne rotere både med- og moturs, avhengig av vannstrømmens retning. I en utførelsesform er imidlertid generatorhuset svingbart opplagret om en vertikal akse ved den frie ende av det respektive vertikale bæreelement.

Figurene 1 og 2 viser en anlegg bestående av tre nodeelementer 100 montert sammen ved hjelp av et tilsvarende antall forbindelseselementer 200. Anlegget beskriver dermed en likesidet trekant med ett støtteben 600 anordnet i hvert hjørne. En slik konfigurasjon er gunstig, da anlegget er statisk determinant når det er ballastert mot bunnen.

For å kunne dekke et så stort tverrsnittsareal som mulig er generatorenhetene anbragt

slik at de enkelte rotasjonsplanene som dannes ved rotasjonselementenes 400 rotasjon i det alt vesentlige overlapper hverandre. Derved strømmer minst mulig vann utenom generatorene.

Selv om hver generatorenhet normalt vil ha to eller flere rotasjonselementer (se fig. 1)

er det også innefor den foreliggende oppfinnelses omfang å ha generatorelementer utstyrt med kun ett rotasjonselement 400, og disse kan også være anbragt på hver sin side av generatorhus (se fig. 5). I så tilfelle er rotasjonselementene naturligvis kontraroterende i forhold til hverandre.

Et sentralt aspekt ved oppfinnelsen er at anlegget kan plasseres på bunnen 500 ved hjelp av støttebena 600. Disse er begvegbare gjennom gjennomføringene 111,112, slik at anlegget selektivt ved hjelp av støttebena kan bringes til en valgt høyde i vannmassen.

Et slik "jack-up" prinsipp et vel kjent, men ikke i samband med slike anlegg som søknaden omfatter. Ved å kunne justere anleggets høyde i vannet, kan generatorene lett heves over vannflaten i forbindelse med vedlikehold, reparasjon eller erstatning. Videre kan generatorenes plassering vannmassene optimaliseres i forhold til strømningsforhold og bunnens topografi. Med de regulerbare støttebena ifølge oppfinnelsen kan anlegget

dermed lett installeres på en svært ujevn bunn.

Claims

1. Anlegg for produksjon av energi fra strømninger i en vannmasse, innbefattende en struktur som kan hvile på en bunn (500) under nevnte vannmasse, og et antall av strukturen bårede utskiftbare generatorenheter (350) som kan drives av vannstrømningene, der nevnte anlegg er karakterisert ved at strukturen innbefatter minst tre sammenkoplede nodeelementer (100) med et respektivt nodepunkt og derfra utragende, i hovedsaken horisontale armer (120,130), og at hvert nodepunkt er utformet som en gjennomføring (111,112) for et høydeinnstillbart ben (600) mot bunnen (500).

2. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at nodeelementene (100) er innbyrdes forbundne med forbindelseselementer (200) mellom utvalgte av de nevnte armer.

3. Anlegg ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at generatorenhetene (350) bæres av fra armene og/eller fra de eventuelle forbindelseselementer nedover i vannmassen forløpende, langstrakte bærere (300).

4. Anlegg ifølge krav 3, karakterisert ved at armene, støttebenene, de eventuelle forbindelseselementer og de langstrakte bærerne er rørelementer

5. Anlegg ifølge ett eller flere av kravene 1-4, karakterisert ved at støttebenene har ett eller flere ballasterbare rom.

6. Anlegg ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den enkelte generatorenhet er svingbart opplagret om en vertikal akse ved den frie ende av den respektive langstrakte bærer.

7. Anlegg ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den enkelte generatorenhet er fast montert ved den frie ende av den respektive langstrakte bærer.

8. Anlegg ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at et støtteben (600) er anordnet i et respektivt hjørne av en tenkt likesidet trekant.

9. Anlegg ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det er mobilt når støttebena (600) er de-ballasterte

10. Anlegg ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det er stasjonært og ikke fordrer annen forankring mot bunnen (500) når støttebena (600) er ballasterte.

11. Anlegg ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at bære-og forbindelseselementene (120,130,200, 300) er oppdriftselementer for derved å gi anlegget en positiv oppdrift nå støttebena er de-ballasterte.

12. Anlegg ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at generatorenhetene er anbragt slik at de enkelte rotasjonsplanene som dannes ved rotasjonselementenes (400) rotasjon i det alt vesentlige overlapper hverandre på en slik måte at minst mulig vann kan strømme utenom generatorene.

13. Anlegg ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at anlegget omfatter minst tre nodeenheter, dermed minst tre støtteben, og at anlegget dermed er statisk determinant når det er ballastert mot nevnte bunn (500).

14. Anlegg ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at hver generatorenhets aksel er utstyrt med minst ett rotasjonselement (400).

15. Anlegg ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at hver generatorenhet er utstyrt med minst ett rotasjonselement (400) roterbragt anbragt på hver sin side av nevnte generatorhus.

16. Anlegg ifølge krav 14 og 15, karakterisert ved at rotasjonselementene er kontraroterende.

17. Anlegg for produksjon av energi fra strømninger i en vannmasse, innbefattende en struktur som kan hvile på en bunn (500) under nevnte vannmasse, og et antall av strukturen bårede utskiftbare generatorenheter som kan drives av vannstrømningene, karakterisert ved at nevnte anlegg kan anbringes på bunnen (500) under en vannflate (550) ved hjelp av minst tre støtteben (600) som er bevegbare gjennom respektive gjennomføringer (111,112), og at anlegget selektivt ved hjelp av støttebena kan bringes til en valgt høyde i vannmassen for å optimalisere generatorenes plassering i vannmassen, eller over vannets overflate (550) slik at nevnte generatorenheter (350) befinner seg over vannets overflate.