NO327842B1 - Bolgekraftverk i kombinasjon med flytende, roterende forankret vindmollesoyle - Google Patents

Abstract

Bølgekraftverk bestående av flyterør påsatt skueformede høyregjenget skovler (2),(4) eventuelt tilsvarende venstregjenget skovler (3),(5) på motsatt side av anleggets langsgående senterlinje og der turbinrørene er opplagret på vertikalt trimbare flytepontonger (1). Flytepontong (1) sitt horisontale opplagringsrør har i front påflenset et gir (14) og el-generator (15) som får overført rotasjonskraft fra bakenforliggende bølgeturbinskrue gjennom drivaksling (13). Underside skrueturbinrør er trimmet i. høyderetning ved hjelp av flytepontonger (1) og i høyde med vannoverflaten for å kunne produsere elektrisk strøm fra vannbølger som treffer skovler (2),(4) eller (3),(5) og setter skrueturbinrør i rotasjon. De flytende bølgeturbinskruene kan plasseres ut i V-form for å samle opp en større bølgebredde med samme antall bølgeturbinskruer og er. selvsentrerende sideveis om egen senterlinje når bølgene treffer anlegget ved at stigningen på turbinskruene (2),(4) og (3), (5) har henholdsvis høyre og venstregjenget stigning på sin side av senterlinjen. Skruestigningen på turbinskovlen som vender ned i vannet er under 90 grader i angrepsvinkel mot bølgen som kommer inn. For økt effekt kan flere rader med bølgeturbinskruer monteres sideveis ved hjelp av monteringsbøyle (6). Ved at lengden på turbinskruerørene (2) og (3) går over flere bølgetopper samt at den turbinskovlsektoren som bølgen trykker på skrur seg bakover og innover samtidig som også bølgen forflytter seg bakover mens den trykker på skovlen gjør at forankringskraft fra dette bølgekraftverk blir jevn og kan benyttes til redusering av radialbevegelser i toppen på den forankrede vindmøllesøyle (28). For ytterligere å redusere de radielle søylebevegelsene på søyle (28) er et U-formet ror (27) anbrakt vertikalt i front søyle fra under vannivå til over vannivå og til under vannivå bakenfor søyle der en svingende vannsøyle i dette rør (27) lager trykkluft som presser ut vann på den siden hvor trykket på utsiden er minst når bølgen passerer For å ytterligere få ned bølgekreftene som får søyle (28) til å krenge presses trykkluft inn i bunnen av innkommende bølge gjennom rør (32) styrt av utvendig vanntrykk gjennom trykkreguleirngsventil (38). Gjennom slepering (37) overføres strøm fra bølgekraftverket og vindmøllen gjennom strømkabel (40) tilforbruker.

Description

Bølgekraftverk i kombinasjon med flytende, roterende forankret vindmølle-søyle.

Anordning for omgjøring av kinetisk bølgeenergi til elektrisk energi samt å benytte forankringskraften fra denne anordning til radiell demping og rotering av fronten på en vertikalt flytende vindmøllesøyle opp mot innkommende bølge der søylen har en utforming og annordning som kombinert sammen med bølgekraftverkets fortøyningskraft er med på å redusere søylens radielle bevegelser.

Offshore flytende forankret vindmøllesøyle er utsatt for bølgekrefter som kan gi radielle bevegelser i søyletopp der en vindmølle er opplagret. Ved for store radielle bevegelser i vindmøllerotorens opplagring må vindmøllen stoppes fordi kreftene på rotoropplagring og rotor blir for store selv om det da kunne produseres mest strøm ettersom mer vind normalt også gir størst bølger og altså større bevegelser iflytesøyle.

Det er ikke kjent at bølgekraftverk med to eller flere pontongopplagrede forankrede flyterør montert paralellt eller i V- form og med påsatt skrueformede skovler med motsatt skovelskruestigning på høyre og venstre side av anleggets centerlinje er benyttet til omgjøring av kinetisk bølgeenergi til elektrisk energi.

Det er heller ikke kjent at forankringskraften fra denne type bølgekraftverk ( som går over flere bølgetopper) benyttes til redusering av en flytende vindmøllesøyles radielle bevegelse samt rotering av dennes søylefront opp mot innkommende bølge og hvor bølgetrykket mot fronten på en vindmøllesøyle benyttes til å redusere søylens bevegelser i form av at en svingede vannsøyle omgjør bølgeenergien til komprimert luft som deretter benyttes til stabilisering ved at vannet inni et U- formet rør sin nedre del trykkes ut i den ende som har lavest mottrykk dvs. lavest omsluttende bølgehøyde ( bakom eller foran søylen) når bølgen passerer. Norsk patent no. 303845 benytter prinsippet " svingende vannsøyle" til drift av turbinvifte. Det er heller ikke kjent å benytte kontrollert innpressing av trykkluft i bølgebunn for å redusere egenvekten på vannet som treffer fronten på en flytende vindmøllesøyle for derved å få ned bølgekreftene som virker på søylen.

Det som særlig oppnåes ifølge oppfinnelsen med selve bølgekraftverket er bedre utnyttelse av forskjellige bølgehøyder ved at turbinskovlene ved hjelp av flytepontonger kan løftes oppover i vannet slik at der vann treffer turbinrørets skovelsektor er momentarmen størst mulig i forhold til den vannmengde som forsøker å passere.. Ved at skovlene har motsatt skruestigning på henholdsvis høyre og venstre side av anleggets senterlinje gjør at konstruksjonen blir selvsentrerende omkring dens egen forankringssenterlinje og gir økt virkningsgrad ved at returbølgen fra ene siden blir fanget opp av bølgeskrue- turbinen lenger bak eller på motsatt side. At bølgeturbinskruene kan svinges utover i V- form gjør at en større bølgebredde og dermed større bølgeenergi kan fanges opp med samme antall bølgeturbinerskruer. At bølgefronten i hovedsak kun treffer den del av skovelsektoren som vender nedover på undersiden av flyterøret gjør at når bølgeturbinskruen roterer skrues skovelsektoren seg bakover og innover og blir dermed angrepet av ny frisk bølge etterhvert som det smalnes av innover noe som gir et jevnere drag i fortøyningene

Kombinasjonen V- form og at lengden på bølgeturbinskruene går over flere bølgetopper slik at ny bølge hele tiden anngriper en roterende bølgeeturbinskovel bakover gir et jevnere drag i fortøyningene og en jevnere rotasjon på bølgeturbinskruene og dermed også på generatoren. Jevnt drag i fortøyningene har også betydning når bølgekraftverket benyttes til radiell søylestabilisering og rotering av vindmøllesøylens front opp mot innkommende bølge.

Kobles to eller flere flytende bølgeskrueturbiner sammen sideveis vil rad nummer to fange opp bølgeenergi som passerer rad nummer 1. Dette gir annlegget økt effekt og har betydning når bølgekraftverket benyttes som bevegelsestøtdemper for en flytende forankret vindmøllesøyle ved at fortøyningene for bølgekraftverket er festet med stag oppe på en vindmøllesøyle slik at når vindmøllesøylen trykkes bakover på grunn av bølgepåvirkning skyves alle bølgeskruene også bakover og når vindmøllesøylen vil svinge fremover yter bølgeturbinskruene ekstra motstand mot innkommende bølger i prinsipp tilnærmet lik en støtdemper.

Kombineres dette med et u- formet rør oppetter søyle med den ene åpne ende stående under vann i søyle front og den andre åpne ende under vann bakom søyle slik at det kan etableres en svingende vannsøyle som komprimerer luft inni røret vil denne komprimerte luft kunne utnyttes som en motkraft når oppdrifts- bølgetrykket reduseres på den ene siden.

Bølge og vindenergi kan også benyttes til å komprimere luft som presses inn i bunnen på innkommende bølge foran søylens front slik at innkommende vann som anngriper vindmøllesøylen inneholder expanderende luftbobler og dermed en lavere vekt noe som i sum gir mindre radiell bevegelse på søylen.

Dette oppnåes ved å anordne to eller flere roterbare luftfylte rør som er påmontert skrueformede skovler og opplagret i begge ender på trimbare flytepontonger ( hev og senkbare ved hjelp av vann/ luft i flytepontongene). Bølgeturbinskruene har motsatt stigning på henholdsvis høyre og venstre side av anleggets centerlinje. Det horisontale opplagringsrøret på flytepontongen har påflenset gir med el- generator ( eller hydraulisk pumpe) på fremre ende og får kraftoverføringen overført fra bakenforliggende bølgeskrueturbin gjennom overføringsaksling inne i opplagringsrøret Benyttes en flytende, fast forankret, roterende vindmøllesøyle som forankring for bølgekraftverket overføres strøm til denne gjennom el-kabler i forankringsstag. Desse stag festes inn på vindmøllesøyle og tjener samtidig som kraftoverføringsstag for rotering av søyle opp mot vind/ bølge samt radiell bevegelsedemping av vindmøllesøyle.

Vindmøllesøyle har annordnet et u- formet rør oppetter søyle fra under vann- nivå i center på fremre bølgebryter til over vann- nivå og tilbake til under vann- nivå gjennom center på bakre motvekt der rørets endetrykk ( bølgehøyde foran eller bak) bestemmer til hvilken side av søylen vann blir presset ut En luftkompressor fyller en trykklufttank innvendig i vindmøllesøyle. Rør er annordnet foran fronten på fremre bølgebryter slik at desse automatisk blåser trykkluft inn i bunnen på innkommende bølge når bølgetrykket øker. 4 stk. bølgeturbinskruer er ifølge oppfinnelsen vist sammenkoblet og sett fra siden i fig 1, sammenkoblet og sett i plan fig. 2 og sett fra enden i fig. 3. Snitt i større målestokk gjennom aksielt sammenkoblings- arrangemang mellom to bølgeskruer er vist i fig. 4. 4 stk. paralellmonterte bølgeturbinskruer forankret i tilsvarende vindmøllesøyle er vist i fig. 5. 8 stk. bølgeturbinskruer som er forankret i V- form til en flytende roterende vindmøllesøyle er vist sett i plan i fig. 6. Fig. 7 viser en flytende forankret vindmøllesøyle sett i front med bakenforliggende forankret bølgeturbinskruer og samme vindmøllesøyle med bølgeturbinskruer sett fra siden og med snitt av detaljløsninger er vist i fig. 8. Bølgeturbinskruene ( 2),( 4) ( høyregjenget) eller bølgeturbinskrue ( 3) og ( 5) ( venstregjenget) er sammenkoblet aksiellt over flytepontong ( 1) bestående av aksiaglidelager ( 8) indre aksialflens ( 9), radialglidelagerfor bølgeturbinskrue ( 10), ytre aksialflens ( 11), ytre lagerring ( 12), kraftoverføringsaksling ( 13), monteringsflens for gear og generator ( 14), gear og generator ( 15), monteringsklammerfor bølgeturbinskrue ( 16). Alt sammenkoblet med bolter ( 17), ( 18),( 19) og ( 20). Ønskes flere enn to rader med bølgeturbinskruer sammenkobles disse sideveis med monteringsbøyle ( 6). Forankring av et anlegg med to rader bølgeturbinkruer gjennom stag ( 7) og eller ( 24). For generering av ekstra strøm eller hydraulikk monteres en bakre og fremre skrueturbin ( 4) ( høyregjenget) eller ( 5) ( venstregjenget).

Som forankring av bølgeturbinskrue- arrangemang i V- form bak en flytende roterende vindmøllesøyle ( 28) benyttes stag ( 21), ( 22), ( 23) og ( 24) samt virer ( 25). Stag ( 24) og virer ( 25) er koblet til åk ( 26) som er fast montert Ul vindmøllesøyle ( 28). Forankringskraften fra bakenforliggende bølgeskruetubiner går gjennom åk ( 26) for rotering av søyle ( 28).

Søyle ( 28) har i front annordnet bølgebryter ( 30) samt trykkutjevningsrør ( 27) som går fra center på front bølgebryter til center på motvekt ( 31) bakom søyle ( 28). I tillegg er det annordnet trykklufttank og luftkompressor ( 33) inni søyle og luftutblåsingsrør ( 32) i front søyle for utblåsing av trykkluft i bunnen av innkommende bølge En trykkstyrt ventil ( 38) styrt av utvendigt bølgetrykk åpner for luftutblåsning fra rør ( 32).

Søyle ( 28) har i nedre del anordnet et aksielt/ radiellt glidelager beståend av innerring mot søyle ( 36), glidematerial ( 35) ogytterring medfesteøre ( 34) hvor 3 eller flere forankringsliner ( 38) er festet til havbunn. Søyle ( 28) har montert ballast ( 39) i bunnen slik at søylen flyter vertikalt samt anordnet slepering ( 37) for strømkabel ( 40) videre ut til forbruker.

Claims (6)

1. Bølgeturbinskrue ( 2, 3, 4, 5) i kombinasjon med en flytende, roterende og forankret offshore vindmøllesøyle ( 28) for å omgjøre kinetisk bølgeenergi til elektrisk energi og samtidig fungere som en radiell bevegelsedemper på denne flytende vindmøllesøyle ( 28) der bølgekraftverket består av to eller flere luftfylte roterbare rør ( 2, 3, 4 og 5) påsatt skrueformede turbinskovler KARAKTERISERT VED at disse flyterør ( 2, 3, 4 og 5) med påsatte skrueformede skovler der ( 2 og 3 ) er opplagret i hver ende og ( 4, 5) i ene enden på trimbare flytepontonger ( 1) som kan løfte det opplagrede turbinskruerør ( 2, 3, 4 5) sin underside opp til vannoverflaten slik at berre skovlesektoren på rørets underside stikker ned i vannet.

2. Bølgeturbinskrue ifølge krav 1, KARAKTERISERT ved at disse trimbare flytepontonger ( 11 i fremre del har påflenset et gear ( 14) med el- generator ( 15) som får overført rotasjonskraft fra bakenforliggende bølgeturbinskrue ( 2, 3, 4 og 5) gjennom kraftoverføringsaksling ( 13) og at dette gear/ el- generatorarrangemang er plassert inni det omsluttende turbinskruerør ( 2, 3, 4 og 5).

3. Bølgeturbinskrue ifølge krav 1, KARAKTERISERT ved at to eller flere bølgeturbinskruer ( 2, 3, 4, og 5) er anordnet paralellt eller i en V- form mot innkommende bølge og der turbinskovelens skruestigning på den ene siden av anleggets centerlinje har tilsvarende men motsatt stigning av hva den andre siden har slik at anleggets sidekrefter blir utlignet når bølgene treffer skovelsektoren på rørets underside.

4. Bølgeturbinskrue ifølge krav 1, KARAKTERISERT ved at bølgeturbinskruene er samlet fortøyd med stive stag ( 24) til et åk ( 26) på en vindmøllesøyle ( 28) og at fortøyningskraften som da etableres benyttes til å rotere og holde bølgebryterfronten ( 30) på vindmøllesøyle ( 28) opp mot innkommende bølge samt å redusere vindmøllesøylens radielle bevegelser ifra og mot innkommende bølge

5. Bølgeturbinskrue ifølge krav 1„ KARAKTERISERT ved at energi fra bølgekraftverk, vindmølle eller annen energikilde driver en kompressor ( 33) som lager trykkluft til en innvendig trykkluft tank i søyle ( 28) der vanntrykket fra innkommende bølge regulerer en trykkluftmengde fra denne trykklufttank inn i bunnen av innkommende bølge gjennom rør ( 32) slik at ekspanderende luftbobler stiger opp og blandes inn i vannet og dermed reduserer egenvekten på det vann- volumet som treffer bølgebryter ( 30) og søyle ( 28).

6. Bølgeturbinskrue ifølge krav 1, KARAKTERISERT ved atforankringssøyle ( 28) for bølgekraftverket i centerlinje på fronten ( 30) har en vertikal kanal ( 27) som går fra under vann- nivå til over vann- nivå og ned igjen i centerlinjen på søylens bakside til under vann- nivå og at den komprimerte luft som oppstår over den svingende vannsøyle i søylefrontkanal ( 27) benyttes til å etablere en tidsforsinket motkraft foran eller bak søyle når bølgen passerer og bølgetrykket avtar henholdsvis foran eller bak søyle