NO330622B1 - Neddykket kraftproduksjonsanordning - Google Patents

Abstract

Det beskrives en anordning (1) for produksjon av kraft under vann. Anordningen (1) omfatter to turbiner (3) som er montert side om side på hver sin side av en avstiver med et hydrofoilformet tverrsnitt, idet hver turbin (3) har et sett turbinskovler som roterer i motsatt retning av hverandre for å utligne det respektive dreiemoment som frembringes av hver turbin. Anordningen (1) er dreibart forbundet med et par fortøyningsliner (7) ved punkt (9), hvilke liner er fortøyd til havbunnen (6). Turbinene (3) har positiv oppdrift, slik at de ved nullstrømning peker oppover i vertikalretningen, som vist ved (8). Når strømmen går i retningen som er angitt ved pil A, vil dragsuget mot turbiner (3) og avstiver få kraftproduksjonsanordningen (1) til A dreie seg om dreiepunkt (9) og falle over til den stilling som er angitt ved hjelp av (10) og vist med stiplede linjer. I denne stilling vil kraften fra vannet som strømmer forbi turbinene (3), få turbinskovlene (5) til å rotere og dermed produsere elektrisitet i en elektrisk generator. Når tidevannsstrømmen begynner å snu, vil vannstrømmen som strømmer forbi turbinsammenstillingen (1), avta i styrke. Følgelig vil turbinsammenstillingen (1) begynne å flyte tilbake til vertikalstillingen som er vist ved (8). Til slutt vil vann, på grunn av tidevannets virkning, begynne å strømme i retningen som er angitt ved pil B, og anordningen (1) vil falle over til den stilling som er angitt ved hjelp av (12) og vist med stiplede linjer.

Description

NEDDYKKET KRAFTPRODUKSJONSANORDNING

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for produksjon av elektrisk kraft fra vannstrømning, og vedrører spesielt, men ikke utelukkende, produksjon av elektrisitet fra tidevannsstrømmer.

For å gjøre fornybare energiressurser økonomisk utnyttbare må kostnadene forbundet med produksjon av kraft fra fornybare ressurser gjøres så små som mulig. Spesielt er det på grunn av sjøens generelt farefulle og aggressive karakter, store kostnader knyttet til drift og vedlikehold av tidevannskraftverk.

Tidligere kjente anordninger for produksjon av tidevannskraft er avhengige av en turbin for å tilpasse seg tidevannsstrømmene gjennom å dreie seg om en vertikal akse gjennom et fortøyningspunkt, eller ved å dreie en stolpe eller annen tilsvarende feste-anordning. Denne type anordning lider under den ulempe at bevegelse av turbinen fra en fremovervendende til en bakovervendende orientering har en tendens til å finne sted om en i hovedsak vertikal akse, som en følge av turbinens sterke tendens til å rette seg inn etter vannstrømningsretningen, slik at turbinens skovler roterer om en i hovedsak horisontal akse i forhold til turbinlegemet (for å maksimere turbinens virk-ningsgrad). Som et resultat av dette vil gjentatt dreining av turbinen som følge av endringer i strømnmgsretningen føre til at fortøyningslinen eller en eventuell kraftka-bel som er gjort fast til turbinen, vrir seg og dermed gjør det nødvendig å bruke kost-bare sleperingsanordninger for å unngå at kabler vikler seg sammen, eller driften av kraftproduksjonsanordningen må stanses for å gjøre det mulig å løse opp de sammen-tvunne kabler.

Foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse søker å overvinne én eller flere av ovenfor nevnte ulemper ved tidligere kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Ifølge et første aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det anordnet en anordning for produksjon av elektrisk kraft fra vannstrømning, hvor anordningen omfatter: - minst én turbin med positiv oppdrift, omfattende en respektiv første del og en respektiv andre del som er tilpasset for å dreie om en respektiv akse i forhold til nevnte første del ved hjelp av vannstrømning, og hvor turbinens eller hver av nevnte turbiners massesenter og oppdriftssenter befinner seg i avstand fra hverandre på en slik måte at aksen gjennom hver av nevnte turbiner er tilpasset for å anta en i alt vesentlig vertikal orientering i ikke-strømmende vann; og - minst én fortøyningslme for fortøyning av turbinen eller hver av de nevnte turbiner i neddykket tilstand til et forankringspunkt på bunnen av vannmassene, kjennetegnet ved at - minst én av nevnte fortøyningslme er tilpasset for utløsbar festing til nevnte bunn for å holde nevnte turbin under vannoverflaten, og for løsgjøring fra nevnte bunn for å la turbinen flyte opp til nevnte overflate, idet minst én av nevnte fortøyningsline er videre festet til et forlenget parti av en line, og nevnte forankringspunkt er forsynt med utløsermidler som muliggjør at Imen kan mates gjennom nevnte forankringspunkt.

Ved å anordne en turbin med positiv oppdrift, hvor denne er fortøyd til havbunnen eller elveleiet i neddykket tilstand, vil fortøynmgslinene på grunn av de motvirkende krefter som utøves gjennom oppdriftskraften og fortøyningskraften fra linene, alltid være stramme. Ved å anordne massesenter og oppdriftssenter for turbinen eller hver av turbinene på en slik måte at de befinner seg i avstand fra hverandre på et slikt vis at aksen gjennom turbinen eller hver av turbinene er tilpasset for å anta en i alt vesentlig vertikal orientering i ikke-strømmende vann, vil man oppnå den fordel at turbinen kan bevege seg fra en fremovervendende retning (som representerer innkom-mende tidevann) til en bakovervendende retning (som representerer utgående tidevann) med aksen fremdeles i et i hovedsak vertikalt plan. Dette vil i sin tur gi den fordel at man reduserer de til turbinen forbundne kablers sammentvinningstendens til et minimum, hvilket eliminerer behovet for roterende deler eller noen form for dnv-mekanisme for å rette turbinen inn med strømmen. Videre oppnår man den fordel at det alltid finnes en reaksjonskraft som gjør det mulig for vannstrømmen å rotere skov-lene. Enn videre er det også en fordel at undervannsfortøyningen av turbinen gjør at man unngår skader som ellers forårsakes av overflatebølger og vær.

I en foretrukket utførelse kan minst én av nevnte turbin forbindes med bunnen av vannmassen ved hjelp av en flerhet av nevnte fortøyningsliner.

Dette gir den fordel at man reduserer sammentvinning av liner forbundet med turbinen ytterligere.

Anordningen kan videre omfatte minst ett avstandselement som skiller et par av nevnte fortøyningsliner fra hverandre.

Dette gir den fordel at man reduserer omfanget av kabelsammentvinning til et minimum.

I en foretrukket utførelse kan en flerhet av nevnte turbiner være fast forbundet med hverandre.

De andre partier av minst ett par av nevnte sammenkoplede turbiner kan tilpasses slik at de roterer i motsatt retning av hverandre.

Dette gir den fordel at man reduserer til et minimum det resulterende dreiemoment som utvikles gjennom rotasjon av de respektive turbinskovler.

Videre kan minst én av nevnte turbin omfatte en elektrisk generator.

Apparatet kan videre omfatte minst én elektrisk kabel som er koplet til nevnte turbin og er tilpasset for overføring av generert elektrisitet til et sted fjernt fra nevnte turbin.

Minst én av nevnte fortøyningsline kan være forbundet med en bøye som er tilpasset for å flyte på nevnte overflate når nevnte fortøyningsline er festet i nevnte bunn.

Ifølge et andre aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å dykke et apparat som beskrevet ovenfor, kjennetegnet ved at fremgangsmåten omfatter: tilbaketrekking av i det minste én av nevnte fortøyningsline for å dykke turbinen; og

festing av nevnte fortøyningsline til nevnte bunn for å holde turbinen i neddykket tilstand.

Ifølge et tredje aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å hente opp et apparat et apparat som beskrevet ovenfor, kjennetegnet ved at fremgangsmåten omfatter: løsgjøring av minst én av nevnte fortøyningsline fra nevnte bunn for å la turbinen flyte opp til nevnte overflate.

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, kun gjennom eksempel og ikke i noen begrensende forstand, under henvisning til de ledsagende tegninger, hvor: Figur 1 er et sidenss av en anordning for produksjon av elektrisk kraft i en første utførelse av den foreliggende oppfinnelse, hvor anordningen er vist orien-tert på tre måter i forhold til en fortøyning; Figur 2 er et frontoppriss av anordningen på figur 1; Figur 3 er et sideriss av en anordning i en andre utførelse av oppfinnelsen;

Figur 4 er et frontoppriss av anordningen på figur 3; og

Figurer 5a til 5c viser en opphentingsprosess for anordningen på figur 3.

Idet det henvises til figurer 1 og 2, omfatter et neddykket kraftproduksjonsapparat 1 to turbiner 3 som er montert side om side på hver sin side av en avstiver 4 med et hydrofoilformet tverrsnitt. Hver turbin 3 har et sett turbinskovler 5 som i den utførelse som er vist på figur 2, roterer motsatt av hverandre for å utligne det respektive dreiemoment som frembringes av hver turbin 3. Apparatet 1 er dreibart forbundet med et par fortøyningsliner 7 ved et dreiepunkt 9, hvilke liner 7 er fortøyd til havbunnen 6.

Turbinene 3 har positiv oppdrift, slik at de ved nullstrømning peker oppover i vertikalretningen, som vist ved 8. Når strømmen går i retningen vist ved pil A, vil dragsuget mot turbinene 3 og avstiveren 4 få kraftproduksjonsapparatet 1 til å dreie seg om dreiepunktet 9 og falle over til den stilling som er angitt ved hjelp av 10 og vist med stiplede linjer.

I denne stillingen vil kraften fra vannet som strømmer forbi turbinene 3, få turbinskovlene 5 til å rotere og dermed produsere elektrisitet i en elektrisk generator (ikke vist). Denne elkraften føres vekk fra turbinene 3 ved hjelp av en kabel 11.

Når tidevannsstrømmen begynner å snu, vil vannstrømmen som strømmer forbi kraftproduksjonsapparatet 1, avta i styrke. Følgelig vil kraftproduksjonsapparatet 1 begynne å flyte tilbake til vertikalstillmgen som er vist ved 8. Til slutt vil vannet, på grunn av tidevannets virkning, begynne å strømme i retningen som er vist ved pil B, og apparatet 1 vil falle over til den stilling som er angitt ved hjelp av 12 og vist med stiplede linjer.

På denne måten kan man se at kraftproduksjonsapparatet 1 forandrer retning for å rette seg inn med strømmen, gjennom å dreie seg i et i hovedsak vertikalt plan om en akse som går gjennom punkt 13, det punktet hvor fortøyningslinen 7 er fortøyd til havbunnen. Kraftproduksjonsapparatet 1 forhindres fra å dreie seg om en vertikal akse, hvilket gjør at fortøyningslinene 7 forhindres fra å tegne opp en kjegleflate, på grunn av at det er to fortøyningsliner 7 og at disse alltid er stramme på grunn av kraftproduksjonsapparatets 1 oppdrift. Dette vil derfor redusere sammentvinning av kabler som f.eks. fortøyningslinene 7 eller kabelen 11, til et minimum.

Idet det henvises til figurer 3 og 4, er det vist en andre utførelse av kraftproduksjonsanordningen 1.1 denne utførelse er fortøyningslinene 7 atskilt ved hjelp av en av-standsbjelke 14, og ytterligere fire kabler/liner 15 (hvorav to kan sees på figur 4) anordnet i to V-formede konfigurasjoner fortøyer avstandsbjelken 14 til havbunnen 6 ved punkter 16 og 17. Som følge av dette dreier kraftproduksjonsapparatet 1 seg om avstandsbjelken 14 for å følge vannstrømmen. I dette henseende oppfører kraftproduksjonsapparatet 1 seg på samme måte som anordningen på figurene 1 og 2.

Under henvisning til figurer 5a, 5b og 5c vil det nå bli gitt en beskrivelse av en vedli-keholdsprosess for kraftproduksjonsapparatet 1.

Avstandsbjelken 14 er fortøyd til havbunnen 6 ved punktene 16 og 17. Én av fortøy-ningslinene 15, i dette tilfelle den som er fortøyd til havbunnen 6 ved forankringspunkt 17, er videre forbundet med en forlengelse av en line 18 som har én ende festet til fortøyningslinen 15 og en andre ende forbundet med en bøye 19 som flyter på havoverflaten.

For å heve turbinsammenstillingen 1 til overflaten må et overflatefartøy 20 hente opp bøyen 19 og kople Imen 18 til en vinsj (ikke vist). Forankringspunktet 17 er utstyrt med en utløsningsinnretnmg som gjør det mulig å mate linen 18 gjennom forankringspunktet 17, slik at kraftproduksjonsapparatet 1 kan flyte opp til havoverflaten. Kraftproduksjonsapparatets 1 vertikale oppstigningshastighet styres ved hjelp av en vinsj (ikke vist) ombord på overflatefartøyet 20. Utløsning av forankrmgsmekanismen (ikke vist) ved forankringspunktet 17 (hvilket kan være en kulegrabb eller tilsvarende system) oppnås ved hjelp av et fjernstyrt fartøy, kabel eller annet lignende system, hvilket vil være kjent for fagfolk. Når kraftproduksjonsapparatet 1 befinner seg på havoverflaten, kan eventuelle hensiktsmessige reparasjoner eller vedhkeholdsoperasjoner gjennomføres.

For å føre kraftproduksjonsapparatet 1 tilbake til driftsstillingen under vann, kjøres vinsjen (ikke vist) ombord på overflatefartøyet 20 i motsatt retning, og kraftproduksjonsapparatet 1 trekkes tilbake i stilling. Forankringsmekanismen (ikke vist) ved forankringspunktet 17 blir så reaktivert, og fester således fortøyningslinene 15 til havbunnen 6.

Fagfolk vil innse at ovennevnte utførelser kun er blitt beskrevet gjennom eksempler,

og ikke i noen begrensende forstand, og at ulike endringer og modifikasjoner er muli-ge uten å avvike fra oppfinnelsens ramme slik den defineres gjennom de medfølgende patentkrav. Ovennevnte utførelser beskriver spesielt to turbiner plassert side om side, slik at motrotasjonen av turbinskovlene opphever effekten eller dreiemomentet som utvikles av turbinene.

Claims (10)

1. Apparat for produksjon av elektrisk kraft fra vannstrømning, hvor apparatet omfatter: - minst én turbin (3) med positiv oppdrift, omfattende en respektiv første del og en respektiv andre del (5) som er tilpasset for å dreie om en respektiv akse i forhold til nevnte første del ved hjelp av vannstrømning, og hvor turbinens (3) eller hver av nevnte turbiners (3) massesenter og oppdriftssenter befinner seg i avstand fra hverandre på en slik måte at aksen gjennom hver av nevnte turbiner (3) er tilpasset for å anta en i alt vesentlig vertikal orientering i ikke-strømmende vann; og - minst én fortøyningsline (15) for fortøyning av turbinen (3) eller hver av de nevnte turbiner (3) i neddykket tilstand til et forankringspunkt (17) på bunnen (6) av en vannmasse, ,karakterisert vedat minst én av nevnte fortøyningsline (15) er tilpasset for utløsbar festing til nevnte bunn (6) for å holde nevnte turbin (3) under vannoverflaten, og for løs-gjøring fra nevnte bunn (6) for å la turbinen (3) flyte opp til nevnte overflate, idet minst én av nevnte fortøyningsline (15) er videre festet til et forlenget parti av en line (18), og nevnte forankringspunkt (17) er forsynt med utløsermid-ler som muliggjør at linen (18) kan mates gjennom nevnte forankringspunkt (17).

2. Apparat som angitt i krav 1,karakterisert vedat minst én av nevnte turbin (3) er forbundet med bunnen (6) av vannmassen ved hjelp av en flerhet av nevnte fortøyningsliner (15).

3. Apparat som angitt i krav 2,karakterisert vedat det videre omfatter minst ett avstandselement (14) som skiller et par av nevnte fortøyningsliner (15) fra hverandre.

4. Apparat som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat en flerhet av nevnte turbiner (3) er fast forbundet med hverandre.

5. Apparat som angitt i krav 4,karakterisert vedat de andre deler av minst ett par av nevnte sammenkoplede turbiner (3) er tilpasset for å kunne rotere i motsatt retning av hverandre.

6. Apparat som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat minst én av nevnte turbin (3) videre omfatter en elektrisk generator.

7. Apparat som angitt i krav 6,karakterisert vedat det videre omfatter minst én elektrisk kabel (11) som er koplet til en nevnt turbin (3) og er tilpasset for å føre vekk generert elektrisitet til et sted fjernt fra nevnte turbin (3).

8. Apparat som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat minst én av nevnte fortøynings-line (15) er forbundet med en bøye (19) som er tilpasset for å flyte på nevnte overflate når nevnte fortøyningsline (15) er festet i nevnte bunn (6).

9. Fremgangsmåte for å dykke et apparat ifølge et hvilket som helst ev de foregående krav,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: tilbaketrekking av i det minste én nevnte fortøyningsline (15) for å dykke turbinen (3); og festing av nevnte fortøyningsline (15) til nevnte bunn (6) for å holde turbinen (3) i neddykket tilstand.

10. Fremgangsmåte for å hente opp et apparat ifølge et hvilket som helst av de foregående krav 1-8,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: løsgjørmg av minst én av nevnte fortøyningsline (15) fra nevnte bunn (6) for å la turbinen (3) flyte opp til nevnte overflate.