NO326491B1 - Anordning ved tidevannskraftverk - Google Patents

Abstract

Anordning ved flytende tidevannskraftverk (1) omfattende en dykket turbin (8) og et oppdriftslegeme (6) samt fortøyninger (24, 32), og hvor tidevannskraftverket (1), på en avstand fra oppdriftslegemet (6), er forsynt med minst én dykket motvekt (10) som i samvirkning med oppdriftslegemet (6) er innrettet til å kunne utbalansere momentkrefter som tidevannskraftverket (1) utsettes for grunnet turbinens (8) effektuttak fra vannet.

Description

ANORDNING VED TIDEVANNSKRAFTVERK

Denne oppfinnelse vedrører et tidevannskraftverk. Nærmere be-stemt dreier det seg om et flytende tidevannskraftverk som omfatter en dykket turbin og et oppdriftslegeme samt fortøy-ninger, og hvor tidevannskraftverket, på en avstand fra oppdriftslegemet, er forsynt med en dykket motvekt som i samvirkning med oppdriftslegemet er innrettet til å kunne utbalansere momentkrefter som tidevannskraftverket utsettes for, grunnet turbinens effektuttak fra vannet.

Det er kjent å anordne turbiner på fastmonterte konstruksjoner i områder hvor det er en betydelig tidevannstrøm. Det er også kjent å kople en turbin til et forankret, flytende ob-jekt .

GB 204505 beskriver en dykket tidevannsturbin som er anbrakt på en søyle. Søylen er normalt bunnfast, men kan også være koplet til en flottør. GB 204505 beskriver ingen motvekt, idet momentkrefter fra turbinen opptas av søylen via dens innfestninger og fortøyninger.

Tidevannskraftverk ifølge kjent teknikk er imidlertid relativt kompliserte konstruksjoner som er forholdsvis kostbare. Grunnet turbinenes dykkede posisjon kan det også være vanske-lig å vedlikeholde dem.

Når turbinen er koplet til en flytende konstruksjon, må den flytende konstruksjon være relativt stor og stabil for å kunne oppta opptredende aksial- og momentkrefter fra turbinen. Konstruksjonen blir derved i betydelig grad utsatt for påkjenninger fra de rådende vær- og bølgekrefter.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

Et flytende tidevannskraftverk i overensstemmelse med oppfinnelsen omfatter en dykket turbin og et oppdriftslegeme samt

fortøyninger, og hvor tidevannskraftverket, på en avstand fra oppdriftslegemet, er forsynt med minst én dykket motvekt idet tidevannskraftverket kjennetegnes ved at motvekten i samvirkning med oppdriftslegemet er innrettet til å kunne utbalansere momentkrefter som tidevannskraftverket utsettes for grunnet turbinens effektuttak fra vannet.

Fortrinnsvis befinner motvekten seg på et lavere høydenivå

enn oppdriftslegemet, idet turbinen befinner seg på et høyde-nivå mellom oppdriftslegemet og motvekten. Når turbinen under effektuttak fra det strømmende tidevann dreies om sin senterakse, vil tidevannskraftverket dreies i turbinens dreieret-ning. Ved at motvektens tyngdepunkt da ikke lenger befinner seg vertikalt under oppdriftslegemets tyngdepunkt dannes en første momentarm som multiplisert med vekten av motvekten,

justert for oppdriftskrefter, søker å motvirke og i driftsposisjon å utligne dreimomentet fra turbinen. Tidevannkraftver-ket vil derved innstille seg i en utbalansert, noe skråstilt stilling i vannet.

Tidevannskraftverkets fortøyning er typisk todelt, idet en første fortøyning er koplet til tidevannskraftverket på en avstand fra turbinen i retning mot tidevannets strømningsret-ning, og hvor en andre fortøyning er koplet til tidevannskraftverket på en avstand fra turbinen i retning med tidevannets strømningsretning.

Fortøyningenes innfestning til tidevannskraftverket bevirker at den første fortøyning i hovedsak opptar fortøyningskreft-ene når tidevannet strømmer i en første retning, mens den andre fortøyning i hovedsak opptar fortøyningskreftene når tidevannet strømmer i en andre retning. Turbinens senterakse forblir derved i hovedsak parallell til strømningsretningen både når tidevannet strømmer i den første eller i den andre retning.

Vannet som strømmer mot turbinen, utøver også en kraft i tur-binaksens lengderetning. Kraften i den fortøyning som opptar disse aksialkrefter, har en nedoverrettet vertikal komponent. Denne komponent søker å dreie tidevannskraftverket om en horisontal akse som er tilnærmet perpendikulær i forhold til turbinens senterakse. Dreiningen motvirkes av at motvektens tyngdepunkt ikke lenger befinner seg vertikalt under opp-drif tslegemets tyngdepunkt, hvorved en andre momentarm dannes. Den andre momentarm sammen med vekten av motvekten, justert for oppdrift, søker å utbalansere momentet fra forankringen.

Ved å tildele oppdriftslegemet en større strømningsmotstand enn motevekten, kan den strømningspåvirkede dreining av tidevannskraftverket grunnet forankringens vertikale kraftkompo-nent reduseres i betydelig grad.

Det er fordelaktig at hver av fortøyningene er V-formet, idet hver av fortøyningenes frie endepartier er koplet til hvert sitt anker, mens de motstående endepartier er koplet til tidevannskraftverket . Tidevannskraftverket opprettholder derved en sideveis mer stabil posisjon sammenlignet med om hver for-

tøyning bare omfatter ett anker.

Fortøyningene er med fordel utformet for å kunne anbringes ved monteringsstedet før tidevannskraftverket ankommer. For-tøyningene koples deretter til tidevannskraftverket på i og for seg kjent måte og strammes opp til ønsket forspenning.

Oppdriftslegemet og/eller motvekten er typisk båtformet med en baug og en baugformet hekk for å redusere kraften fra det strømmende tidevann.

Motvekten er forsynt med et kammer som valgbart kan fylles med en væske, typisk vann, eller en gass, for eksempel luft. Når tidevannskraftverket er i sin driftsstilling, er kammeret typisk fylt med vann. Når turbinen skal heves til vannoverflaten for eksempel ved vedlikehold, drives vannet ut av kammeret typisk ved hjelp av trykkluft. Motvekten stiger derved i vannet, idet tidevannskraftverket inntar en horisontal stilling i vannoverflaten, noe som i betydelig grad forbedrer tilkomsten til de i driftsstilling dykkede komponenter.

I en alternativ utførelsesform er turbinen anbrakt i et om en vertikalakse dreibart oppheng. Opphenget kan med fordel ut-gjøres av en ramme som er opplagret i oppdriftslegemet og i motvekten.

Turbinen vendes om vertikalaksen hver gang tidevannet snur, slik at samme side av turbinen vender mot tidevannstrømmen når tidevannet strømmer i den første retning og i den andre retning. Som det vil være kjent for en fagmann kan det oppnås en betydelig forbedring av en turbins virkningsgrad når den kan utformes for å motta vannstrømmen fra én retning, sammenlignet med om den må utformes for å gi en akseptabel virkningsgrad ved vannstrøm fra begge sine aksielle retninger.

Oppfinnelsen tilveiebringer et tidevannskraftverk av en relativt enkel konstruksjon som enkelt kan anbringes på de fleste aktuelle steder, idet tidevannskraftverket i det vesentlige er uavhengig av vanndybde og bunnforhold. Konstruksjonen mu-liggjør at oppdriftslegemets tverrsnitt i horisontalplanet, samt fribord, kan være forholdsvis lite. Oppdriftslegemet på-virkes derved relativt lite av vær og vind.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegninger, hvor: Fig. 1 skjematisk viser et sideriss av et tidevannskraftverk ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 skjematisk viser et planriss av tidevannskraftverket; Fig. 3 skjematisk viser et enderiss av tidevannskraftverket;

og

Fig. 4 skjematisk viser et sideriss av tidevannskraftverket i

en alternativ utførelsesform.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 et tidevannskraftverk som flyter i vannet 2 og som er forankret til havbunnen 4 ved hjelp av ikke viste forankringer. Tidevannskraftverket 1 omfatter et båtformet oppdriftslegeme 6 som ligger relativt dypt i vannet 2, en dykket turbin 8 og en motvekt 10 som befinner seg på et lavere høydenivå enn oppdriftslegemet 6.

Oppdriftslegemet 6, turbinen 8 og motvekten 10 er innbyrdes

forbundet ved hjelp av en bæreramme 12. Bærerammen 12 er ved sitt i bruksstilling øvre parti koplet til oppdriftslegemet 6 og ved sitt nedre parti til motvekten 10. Turbinen 8 er koplet til bærerammen 12 mellom oppdriftslegemet 6 og motvekten 10.

Turbinen 8 omfatter en rotor 14 med turbinblad 16 som er til-koplet en kraftmaskin 18 i form av en elektrisk generator eller en fluidpumpe. Rotoren 14 er dreibar om turbinens 8 senterakse 20. Generert elektrisk energi eller trykkfluid le-des bort fra kraftmaskinen 18 på i og for seg kjent måte.

På en horisontal avstand fra turbinen 8 i en høyde nær senteraksen 20 er bærerammen 12 forsynt med et første fortøy-ningsfeste 22 som er koplet til en første fortøyning 24. Den første fortøyning 24 forløper videre fra det første fortøy-ningsfestet 22 via føringer 26 og opp til en første oppstrammingsanordning 28 som befinner seg på oppdriftslegemet 6.

Tilsvarende er bærerammen 12 forsynt med et andre fortøy-ningsfeste 30 som befinner seg på en horisontal avstand fra turbinen 8 i motsatt retning relativt det første fortøynings-festet 22. Det andre fortøyningsfestet 30 er koplet til en andre fortøyning 32 som via føringer 26 forløper til en andre oppstrammingsanordning 34.

Fortøyningene 24, 32 kan ved hjelp av sine respektive opp-strammingsanordninger 28, 34 forspennes til ønsket strekk for å oppnå en hensiktsmessig kraftfordeling i fortøyningene 24, 32. Når tidevannskraftverket 1 skal dreies til sin vedli-keholdsstilling, se nedenfor, slakkes fortøyningene 24, 32.

Motvekten 10 omfatter et motvektslodd 36 og et kammer 38. Kammeret 38 er i det minste delvis fylt med vann når tidevannskraftverket 1 befinner seg i sin driftsposisjon. Ved å evakuere vannet fra kammeret 38 for eksempel ved hjelp av trykkluft, bringes motvekten 10 til å flyte opp og derved dreie tidevannskraftverket 1 til en stilling hvor det flyter tilnærmet horisontalt i vannflaten. Denne stilling er gunstig for ettersyn og vedlikehold av tidevannskraftverket 1.

Når tidevannskraftverket 1 er i drift, se fig. 3, dreies rotoren 14 om sin senterakse 20. Grunnet dreiemotstand fra kraftmaskinen 18 dreies også tidevannskraftverket 1 i samme retning, her medurs. Motvektens 10 tyngdepunkt 40 befinner seg derved ikke lenger vertikalt under oppdriftslegemets 6 tyngdepunkt 42, men på en horisontal avstand A fra dette. Med tyngdepunkt 40, 42 menes i denne sammenheng et resulterende tyngdepunkt av masse og oppdrift i det respektive legemet.

Det settes derved opp et dreimoment som søker å dreie tidevannskraftverket 1 i moturs retning. Tidevannskraftverket 1 stiller seg under drift inn i en vinkel i forhold til vertikal stilling hvor de nevnte dreiemoment utligner hverandre.

En utligning av dreimoment fra den nedoverrettede komponent av kraften i den aktuelle oppstrøms fortøyningen 24, 32 vil på tilsvarende måte utlignes av en dreining av tidevannskraftverket 1 om en horisontal ikke vist akse som er tilnærmet perpendikulær mot senteraksen 20.

I et alternativt utførelseseksempel, se fig. 4, er turbinen 16 anbrakt i et oppheng 44 i form av en dreieramme som befinner seg mellom oppdriftslegemet 6 og motvekten 10.

Rotoren 14 er her opplagret i en utvendig fortrinnsvis vann-smurt turbinlagring 46 og i kraftmaskinen 18. Opphenget 44 er ved hjelp av lagringer 48 dreibart om en vertikal akse 50. Opphenget 44 er innrettet til, ved hjelp av ikke vist dreie-maskineri i oppdriftslegemet 6, å kunne dreies slik at tidevannet strømmer mot turbinbladene 16 fra samme side uansett om strømmen kommer i en første eller en andre retning.

Den nevnte dreiing utføres fortrinnsvis nå det ikke er tide-vannstrøm og rotoren 14 ikke dreier. I den viste utførelses-form må også turbinbladene 16 være i en tilnærmet vertikal stilling under dreiingen.

Claims (6)

1. Anordning ved flytende tidevannskraftverk (1) omfattende en dykket turbin (8) og et oppdriftslegeme (6) samt for-tøyninger (24, 32), og hvor tidevannskraftverket (1) på en avstand fra oppdriftslegemet (6) er forsynt med minst én dykket motvekt (10), karakterisert ved at motvekten (10) i samvirkning med oppdriftslegemet (6) er innrettet til å kunne utbalansere momentkrefter som tidevannskraftverket (1) utsettes for grunnet turbinens (8) effektuttak fra vannet.

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at motvekten (10) befinner seg på et lavere høydenivå enn oppdriftslegemet (6), idet turbinen (8) befinner seg på et høydenivå mellom oppdriftslegemet (6) og motvekten (10).

3. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at fortøyningen (24, 32) er todelt, idet en første fortøyning (24) er koplet til tidevannskraftverket (1) på en avstand fra turbinen (8) i retning mot tidevannets strømningsretning, og hvor en andre fortøyning (32) er koplet til tidevannskraftverket (1) på en avstand fra turbinen (8) i retning med tidevannets strømningsretning.

4. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at minst én av oppdriftslegemet (6) og motvekten (10) er båtformet.

5. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at motvekten (10) er forsynt med et kammer (38) som er valgbart fyllbart med væske eller gass.

6. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at turbinen (8) er anbrakt i et om en vertikalakse (50) dreibart oppheng (44).