NO332536B1

NO332536B1 - Bolgekraftverk

Info

Publication number: NO332536B1
Application number: NO20110813A
Authority: NO
Inventors: Hans Age Ovretveit
Original assignee: Hans Age Ovretveit
Priority date: 2011-06-06
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2012-10-15
Also published as: EP2718560A1; EP2718560A4; WO2012169898A1; NO20110813A1

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en ny konstruksjon ved et bølgekraftverk omfattende en flyteenhet som flyter i eller nær vannoverflaten, der flyteenheten innbefatter et drivverk koblet til en kraftgenerator for generering av elektrisk kraft under påvirkning av bølgebevegelser i vannet, hvor en kabel løper fra et forankringspunkt på bunnen og opp og rundt en drivaksling til drivverket, idet lineær bevegelse til kabelen omdannes til dreiemoment i drivverket. The present invention relates to a new construction of a wave power plant comprising a floating unit that floats in or near the surface of the water, where the floating unit includes a drive unit connected to a power generator for generating electrical power under the influence of wave movements in the water, where a cable runs from an anchoring point on the bottom and up and around a drive shaft to the drive train, with linear movement of the cable being converted into torque in the drive train.

Det er tidligere kjent løsninger hvor en forankret line løper opp fra bunnen og opp til et drivverk/generator på en flyteenhet og deretter ned til en motvekt, eller at drivverket/generatoren er anordnet på linen mellom en forankring og flyteenheten. There are previously known solutions where an anchored line runs up from the bottom up to a drive unit/generator on a floating unit and then down to a counterweight, or that the drive unit/generator is arranged on the line between an anchorage and the floating unit.

Når det gjelder teknikken stilling skal det refereres til Internasjonal publikasjon WO-2009105011A1 som viser en flyter forbundet med liner/wire til sjøbunnen, og har en innebygget generator. Videre fremkommer motlodd på linene både via tyngdekraft og via oppdrift. Regarding the technical position, reference should be made to International publication WO-2009105011A1, which shows a float connected by liner/wire to the seabed, and has a built-in generator. Furthermore, counter weight appears on the lines both via gravity and via buoyancy.

Av annen allmenn kjent teknikk vises til US2007164568 A1, WO2011065838 A1 og WO 2011126451 A1. For other generally known techniques, reference is made to US2007164568 A1, WO2011065838 A1 and WO 2011126451 A1.

Formålet med oppfinnelsen er å frembringe et bølgekraftanlegg hvor flyte- eller oppdriftsevnen til flyterdelene i anlegget kan reguleres for å øke anleggets aktive driftsperiode selv ved for lave eller for stor bølger som påvirker anlegget. The purpose of the invention is to produce a wave power plant where the buoyancy or buoyancy of the floating parts in the plant can be regulated in order to increase the plant's active operating period even in the event of too low or too large waves affecting the plant.

Det er påkoplet enheter hvor oppdriftsvolumet kan varieres. Units are connected where the buoyancy volume can be varied.

Flyterdelene i anlegget er følgelig utformet med oppdriftsenheter med fast volumer og enheter hvor volumet kan varieres. Det betyr at enhetene med variabelt volum kan være festet til flyteren med fast volum. The floating parts in the plant are consequently designed with buoyancy units with fixed volumes and units where the volume can be varied. This means that the variable volume units can be attached to the fixed volume float.

Anlegget ifølge oppfinnelsen kan, i tillegg til den fasteflyteren nevnt over omfatte et ekstra nedsenket oppdriftselement med variabelt oppdriftsvolum, og som også omfatteren en enhet med konstant oppdriftsvolum og en enhet med variabelt oppdriftsvolum. The plant according to the invention can, in addition to the fixed float mentioned above, comprise an additional submerged buoyancy element with variable buoyancy volume, and which also comprises a unit with constant buoyancy volume and a unit with variable buoyancy volume.

For å drifte disse to oppdriftsystemene kan konstruksjonen omfatte et ballasttank-system for å kunne regulere den regulering av netto oppdrift med å fylle/ tømme tanker i forhold til totale kraft belastning på bølgekraftanlegget. To operate these two buoyancy systems, the construction can include a ballast tank system to be able to regulate the regulation of net buoyancy by filling/emptying tanks in relation to the total power load on the wave power plant.

Videre kan anlegget omfatte et elektronisk/elektromekanisk system som overvåker kraftbelastningen på kraftproduksjonsenheten i forhold til tilgjengelig kraft fra havbølgene som virker på flyteren, dvs. som en funksjon av bølgehøyde og bølgehastighet. Systemet vil regulere netto oppdrift i form av krafttilgangen til bølgekraftsverkets energiproduserende enhet, ved å variere oppdriftskraften til enhetene med varierende oppdriftsvolum eller nivå i ballastsystem, med det formål å: Furthermore, the facility may include an electronic/electromechanical system that monitors the power load on the power generation unit in relation to the available power from the ocean waves acting on the float, i.e. as a function of wave height and wave speed. The system will regulate net buoyancy in the form of power access to the wave power plant's energy-producing unit, by varying the buoyancy power of the units with varying buoyancy volume or level in the ballast system, with the aim of:

Sikre optimal kraftproduksjon ved varierende bølgehøyder/bølgeintervall Ensure optimal power production at varying wave heights/wave intervals

Sikre anlegget mot overbelastninger på anlegget ved ekstreme værforhold. Secure the facility against overloads on the facility in extreme weather conditions.

Det er et formål med oppfinnelsen å frembringe et bølgekraftverk som kan drives over lengre perioder uten å måtte settes ut av drift på grunn av ekstreme værforhold eller perioder med liten bølgehøyde. It is an object of the invention to produce a wave power plant which can be operated for longer periods without having to be taken out of operation due to extreme weather conditions or periods of low wave height.

Bølgekraftverket ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at flyteenheten omfatter utstyr for å variere egen oppdrift avhengig av bølgehøyde, og at kabelen er koblet til en oppdriftsinnretning anordnet nede i vannet, og der oppdriftsinnretningens oppdrift er innrettet til å bli regulert, hvorved oppdriftskraften som påvirker drivverket er innrettet til å bli regulert ved styring av flyteenhetens oppdrift og/eller oppdriftsinnretningens oppdrift. The wave power plant according to the invention is characterized by the fact that the floating unit includes equipment to vary its own buoyancy depending on wave height, and that the cable is connected to a buoyancy device arranged below the water, and where the buoyancy device's buoyancy is arranged to be regulated, whereby the buoyancy force that affects the propulsion unit is adjusted to be regulated by controlling the buoyancy of the floating unit and/or the buoyancy of the buoyancy device.

De foretrukne utførelsene er angitt i de uselvstendige kravene 2-10. The preferred embodiments are indicated in the independent claims 2-10.

Flyteenhetens utstyr for å variere oppdriften kan omfatte et mekanisk-elektrisk styringssystem som er innrettet til å øke eller redusere oppdriftsvolum til flyteenheten avhengig av tilgjengelig bølgeenergi. The flotation unit's equipment for varying the buoyancy may comprise a mechanical-electrical control system which is arranged to increase or decrease the buoyancy volume of the flotation unit depending on available wave energy.

Utstyret for å variere oppdriften kan omfatte et ballastsystem, der vannmengde i flyteenheten er innrettet til bli regulert. Utstyret for å variere oppdriften kan alternativt omfatte et luftsystem, der luftmengde i flyteenheten er innrettet til bli regulert. The equipment to vary the buoyancy can include a ballast system, where the amount of water in the floating unit is designed to be regulated. The equipment to vary the buoyancy can alternatively include an air system, where the amount of air in the float unit is designed to be regulated.

Utstyret for å variere oppdriften i oppdriftsinnretningen kan omfatte et luftsystem koblet til styringsenheten via en luftslange, der luftsystemet er innrettet til å tilføre eller evakuere luft fra oppdriftsinnretningen. Oppdriftsinnretningen tilknyttet flyteenheten kan omfatte en eller flere permanent monterte tanker hvis flyteevne er innrettet til å nedsettes ved ifylling av vann og flyteevnen økes ved at vannet erstattes med luft. The equipment for varying the buoyancy in the buoyancy device may comprise an air system connected to the control unit via an air hose, where the air system is designed to supply or evacuate air from the buoyancy device. The buoyancy device associated with the flotation unit may comprise one or more permanently mounted tanks whose buoyancy is designed to be reduced by filling in water and buoyancy is increased by replacing the water with air.

Flyteenheten kan videre omfatte et antall permanent monterte luftfylte tanker som ballasteres ved at luft fortrenges med vann og motsatt. Flyteenheten kan også omfatte en eller flere sammenklappbare legemer, så som ballonger, som blåses opp med luft til å bevirke oppdrift, og hvor luften slippes ut igjen når oppdriften skal reduseres. The floating unit can further comprise a number of permanently mounted air-filled tanks which are ballasted by displacing air with water and vice versa. The floating unit can also include one or more collapsible bodies, such as balloons, which are inflated with air to cause buoyancy, and where the air is released again when the buoyancy is to be reduced.

En første del av kabelen kan være forbundet med forankringspunktet på bunnen, og en andre del av kabelen kan løpe fra drivverket og ned i vannet og rundt en blokkskive og til oppdriftsinnretningen, der blokkskiven er forankret til nevnte forankringspunkt på bunnen. Blokkskiven kan være anordnet i kabelen ved hjelp av en kabeltilkobling. A first part of the cable can be connected to the anchor point on the bottom, and a second part of the cable can run from the drive mechanism down into the water and around a block disc and to the buoyancy device, where the block disc is anchored to said anchor point on the bottom. The block washer can be arranged in the cable by means of a cable connection.

Bølgeenergi er en funksjon avf(Bølgehøyde, bølgelende og tid mellom to bølge-topper). Wave energy is a function of (Wave height, wave length and time between two wave crests).

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av den vedlagte figuren som viser en eksempelutførelse av foreliggende oppfinnelse: The invention will now be described in more detail with the help of the attached figure, which shows an exemplary embodiment of the present invention:

Figur 1 viser en prinsippskisse av et bølgekraftverk i følge oppfinnelsen. Figure 1 shows a schematic diagram of a wave power plant according to the invention.

Som det fremgår fra figur 1 omfatter foreliggende bølgekraftverk en flyteenhet 10 som flyter i eller nær overflaten, i alle fall tilstrekkelig nært overflaten til at flyteenheten påvirkes av bølgebevegelser. Flyteenheten kan være fremstilt av for så vidt hvilket som helst materiale som gir tilstrekkelig oppdrift. As can be seen from Figure 1, the present wave power plant comprises a floating unit 10 which floats in or near the surface, in any case sufficiently close to the surface for the floating unit to be affected by wave movements. The flotation unit can be made of virtually any material that provides sufficient buoyancy.

Flyteenheten 10 er utformet som et innvendig hult legeme der det er anordnet et drivverk 12 koblet til en kraftgenerator 14. Drivverket 12 er fortrinnsvis av rotasjonsdrevet type og er via en drivaksling 22 og en kabel 16 forbundet med havbunnen i et forankringspunkt 18. Når flyteenheten 10 heves og senkes grunnet bølgebevegelse vil drivakslingen 22 rotere og som igjen fører til at kraft genereres i kraftgeneratoren 14. Kraften som genereres kan oppmagasineres eller sendes videre til et kraftfordelingsnett, eksempelvis der mange bølgekraftverk i følge oppfinnelsen er forbundet med hverandre og utgjør et system der den samlede kraften videreformidles for videre bruk. The floating unit 10 is designed as an internal hollow body in which a drive unit 12 connected to a power generator 14 is arranged. The drive unit 12 is preferably of the rotationally driven type and is connected via a drive shaft 22 and a cable 16 to the seabed at an anchoring point 18. When the floating unit 10 is raised and lowered due to wave motion, the drive shaft 22 will rotate, which in turn leads to power being generated in the power generator 14. The power that is generated can be stored or sent on to a power distribution network, for example where many wave power plants are connected to each other according to the invention and form a system where the the combined power is passed on for further use.

Flyteenheten kan omfatte et antall ballasttanker 34 anordnet innvendig i flyteenheten 10, eller alternativt utvendig på flyteenheten. Disse ballasttankene kan ved hjelp av en styringsenhet 30 fylles og tømmes for vann og luft slik at flyteenhetens oppdrift kan reguleres, og derved også oppdriftskraften som påvirker drivverket 12. Ballasttankene er fortrinnsvis tilkoblet styringsenheten via ledninger 34a. The floating unit can comprise a number of ballast tanks 34 arranged inside the floating unit 10, or alternatively on the outside of the floating unit. These ballast tanks can be filled and emptied of water and air with the help of a control unit 30 so that the buoyancy of the floating unit can be regulated, and thereby also the buoyancy force affecting the drive mechanism 12. The ballast tanks are preferably connected to the control unit via lines 34a.

Flyteenheten 10 kan alternativ eller i tillegg også omfatte et antall luftfylte legemer i form av eksempelvis ballonger 36 som er anordnet utvendig, eller alternativ innvendig, på flyteenheten. Ballongene 36 vil tilsvarende medvirke til at flyteenhetens oppdrift kan reguleres, og derved også oppdriftskraften som påvirker drivverket 12. Ballongene 36, fremstilt eksempelvis av et plastmateriale, er tilkoblet et luftsystem for å styre ballongens volum og oppdrift. Nevnte luftsystem kan være anordnet i styringssystemet 30 og kan omfatte en luftkompressor, en luft-akkumulatortank, ventiler (eksempelvis sleideventiler) for tilførsel av luft, og en elektronisk styreanordning. Samme luftsystem kan også brukes for regulering av ballasttankene 34. Ballongene 36 er fortrinnsvis tilkoblet styringsenheten via ledninger 36a. The floating unit 10 can alternatively or in addition also comprise a number of air-filled bodies in the form of, for example, balloons 36 which are arranged externally, or alternatively internally, on the floating unit. The balloons 36 will similarly contribute to the buoyancy of the floating unit being regulated, and thereby also the buoyancy force which affects the drive mechanism 12. The balloons 36, made for example of a plastic material, are connected to an air system to control the balloon's volume and buoyancy. Said air system can be arranged in the control system 30 and can comprise an air compressor, an air accumulator tank, valves (for example slide valves) for the supply of air, and an electronic control device. The same air system can also be used for regulating the ballast tanks 34. The balloons 36 are preferably connected to the control unit via lines 36a.

Hensikten med styringssystemet 30 og luftsystemet er å regulere kraftpåvirkning, dvs. oppdriften, maksimalt eller optimalt avhengig av bølgehøyde og ønsket kraftuttak. The purpose of the control system 30 and the air system is to regulate force influence, i.e. buoyancy, maximally or optimally depending on wave height and desired power output.

I en foretrukket utførelse er flyteenheten 10 koblet til en oppdrifteinnretning 24 anordnet nede i vannet, der oppdriftsinnretningen 24 er innrettet til å påvirke driv verket 12, via kabelen 16, for å kunne ytterligere påvirke oppdrift til bølgekraftverket og derved generere mer kraft. For dette formål er en første del 16a av kabelen 16 er forbundet med forankringspunktet 18 på bunnen. En andre del 16b av kabelen 16 løper fra drivverket 12 og ned i vannet og rundt en blokkskive 26 eller trinse og opp igjen til oppdriftsinnretningen 24, der blokkskiven 26 er forankret til nevnte forankringspunkt 18 på bunnen. Oppdriftsinnretningen 24 i vannet vil dermed medvirke til at det påføres en ekstra kraft til drivverket, særlig når flyteenheten 10 synker i bølgene. Bølgekraftverket vil således kunne generere maksimalt med kraft uavhengig av om flyteenheten 10 heves eller senkes i bølgene. I en utførelse kan oppdriftinnretningen 24 ha fast oppdriftsvolum. In a preferred embodiment, the floating unit 10 is connected to a buoyancy device 24 arranged below the water, where the buoyancy device 24 is arranged to influence the drive 12, via the cable 16, in order to further influence the buoyancy of the wave power plant and thereby generate more power. For this purpose, a first part 16a of the cable 16 is connected to the anchoring point 18 on the bottom. A second part 16b of the cable 16 runs from the drive mechanism 12 down into the water and around a block disc 26 or pulley and up again to the buoyancy device 24, where the block disc 26 is anchored to said anchoring point 18 on the bottom. The buoyancy device 24 in the water will thus contribute to an additional force being applied to the drive mechanism, particularly when the floating unit 10 sinks in the waves. The wave power plant will thus be able to generate maximum power regardless of whether the floating unit 10 is raised or lowered in the waves. In one embodiment, the buoyancy device 24 can have a fixed buoyancy volume.

For å påvirke og regulere oppdriftsinnretningens 24 oppdrift kan denne være utstyrt med en eller flere luftfylte legemer så som ballonger 38. Ballongen(e) 38 kan være tilkoblet styringsenheten 30 via en ledning eller luftslange 28 og styres tilsvarende som omtalt i forbindelse med ballongene 36 på flyteenheten 10. In order to influence and regulate the buoyancy of the buoyancy device 24, it can be equipped with one or more air-filled bodies such as balloons 38. The balloon(s) 38 can be connected to the control unit 30 via a wire or air hose 28 and is controlled similarly as discussed in connection with the balloons 36 on the floating unit 10.

Claims

1. Wave power plant comprising a floating unit (10) floating in or near the water surface (20), where the floating unit includes a drive unit (12) connected to a power generator (14) for generating electrical power under the influence of wave movements in the water, in which - a cable (16) runs from an anchoring point (18) on the bottom and up and around a drive shaft (22) to the drive mechanism (12), the linear movement of the cable (16) being converted into torque in the drive mechanism (12), characterized in that - the floating unit (10) ) includes equipment to vary its own buoyancy depending on wave height, and - that the cable (16) is connected to a buoyancy device (24) arranged below the water, and where the buoyancy device (24)'s buoyancy is arranged to be regulated, whereby the buoyancy force that affects the drive (12) is designed to be regulated by controlling the buoyancy of the floating unit (10) and/or the buoyancy of the buoyancy device (24).

2. Wave power plant in accordance with claim 1, characterized in that the floating unit's (10) equipment for varying the buoyancy comprises a mechanical-electric control system (30) which is designed to increase or decrease the buoyancy volume of the floating unit depending on available wave energy.

3. Wave power plant in accordance with claim 2, characterized in that the equipment for varying the buoyancy comprises a ballast system, where the amount of water in the floating unit (10) is arranged to be regulated.

4. Wave power plant in accordance with claim 2, characterized in that the equipment for varying the buoyancy comprises an air system, where the amount of air in the floating unit (10) is arranged to be regulated.

5. Wave power plant in accordance with claim 1, characterized in that the equipment for varying the buoyancy in the buoyancy device (24) comprises an air system connected to the control unit (30) via an air hose (28), where the air system is designed to supply or evacuate air from the buoyancy device.

6. Wave power plant in accordance with claim 1, characterized in that the buoyancy device (24) associated with the floating unit comprises one or more permanently mounted tanks whose buoyancy is designed to be reduced by filling in water and the buoyancy is increased by replacing the water with air.

7. Wave power plant in accordance with claim 1, characterized in that the floating unit (10) comprises a number of permanently mounted air-filled tanks (34) which are ballasted by displacing air with water and vice versa.

8. Wave power plant in accordance with claim 1, characterized in that the floating unit (10) comprises one or more collapsible bodies (36), such as balloons, which are inflated with air to cause buoyancy, and where the air is released again when the buoyancy is to be reduced.

9. Wave power plant in accordance with claim 1, characterized in that - a first part (16a) of the cable (16) is connected to the anchoring point (18) on the bottom, and - a second part (16b) of the cable (16) runs from the drive ( 12) and down into the water and around a block disk (26) and to the buoyancy device (24), where the block disk (26) is anchored to said anchoring point (18) on the bottom.

10. Wave power plant in accordance with claim 9, characterized in that the block disc (26) is arranged in the cable (16) by means of a cable connection (32).