NO333137B1 - Bolgekraftanording med en flottor og innretninger for a lase flottoren i en stilling over havflaten - Google Patents

Abstract

En bølgekraftanordning innbefatter minst en dreibart opplagret arm (122) som bærer en flottør (124) i sin frie ende, slik at en translatorisk bevegelse av flottøren forårsaket av en bølge fører til dreining av armen (122). Anordningen omfatter kraftomformende innretninger for omforming av kraft overført fra bølgen til armene til elektrisk kraft, for eksempel et hydraulisk system, i hvilket et hydraulisk medium blir fortrengt av bevegelsen til armen, idet det hydrauliske system er koplet til en elektrisk generator. Anordningen omfatter et hydraulisk løftesystem for å løfte systemet flottøren ut av sjøen og for å låse flottøren i en øvre stilling over vannflaten, for eksempel under ekstreme havbølgeforhold, slik som storm. Løftesystemet kan omfatte minst en pumpe for å pumpe hydrauliske sylindere for å løfte annen ut av sjøen.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en bølgekraftanordning for omforming av kraft fra sjøen eller havbølger til nyttbar energi, så som elektrisitet. Anordningen i samsvar med oppfinnelsen er spesielt konstruert for å motstå ekstreme havbølgetilstander som opptrer under stormer og orkaner.

Det er velkjent at havbølger synes å utgjøre en nesten ubegrenset energikilde som, dersom utnyttet på effektiv måte, muligens kan løse en betydelig andel av verdens energiproblemer. Til tross for mange forsøk på å utnytte havbølgeenergi, har imidlertid intet kommersielt vellykket system for omdanning av havbølgeenergi til elektrisk kraft blitt funnet opp så langt.

Generelt har tre ulike typer bølgekraftanordninger blitt foreslått i den tidligere kjente teknikk. En slik anordning er vist i US 6,476,511 der anordningen omfatter et antall av flytende sylindriske hovedelementer forbundet sammen i deres ender for å danne en leddet kjedeliknende struktur. Hvert par med tilstøtende sylindriske elementer er forbundet til hverandre med et koplingselement, som tillater relativ rotasjonsbevegelse av de sylindriske elementer omkring en tverrakse. Tilstøtende koplingselementer kan tillate relativ rotasjon omkring innbyrdes ortogonale tverrakser. Hvert koplingselement er forsynt med elementer, slik som et sett med hydrauliske sylindere, som motstår og trekker ut kraft fra den relative rotasjonsbevegelse til hovedelementene. Anordningen flyter fritt på havoverflaten og er forankret til sjøbunnen.

En andre type av bølgekrafatnordning omfatter en eller flere overflateflottører som er i stand til å bevege seg langs sjøoverflaten under virkning av bølger, og et referanseelement, som er fullstendig neddykket i sjøen ved en viss dybde, og som er i hovedsak upåvirket av bølgene, jf for eksempel US 4,453,894. Bevegelsen til flottøren på sjøoverflaten bevirker fortrengning av et hydraulisk fluid i et hydraulisk system som omfatter hydrauliske anordninger som sammenknytter overflateflottøren eller flottørene og referanseelementet, hvorved nyttbar energi kan trekkes ut fra det hydrauliske system. Det vil forstås at denne anordning også er forankret til sjøbunnen.

Til sist er en tredje type bølgekraftanordning en som har en eller flere armer båret av en bærestruktur som bærer en eller flere flottører som bevirkes til å bevege seg av bølgene. Energien i bevegende bølger blir overført til armene og kan bli ledet inn i et hydraulisk system, som i systemet ifølge US 4,013,382, eller inn i et mekanisk system av aksler som via et mekanisk overføringssystem, driver en eller flere elektriske generatorer for produksjonen av elektrisitet, som i systemet i WO 01/92644.

Den foreliggende oppfinnelse angår generelt den tredje type bølgekraftanordning nevnt ovenfor. Det har blitt funnet at et hovedproblem med slike systemer er å hindre at ekstreme støt som oppstår under stormer og orkaner skader flottørene, armene og andre deler av bølgekraftanordningene. Det er derfor et formål med foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en bølgekraftanordning som er i stand til å motstå ekstreme havbølgetilstander. Det er et ytterligere formål med foretrukne utførelser å tilveiebringe en bølgekraftanordning som kan behendig tas ut av drift, for eksempel for å hindre dannelsen av is på ulike deler av anordningen under drift. Det er nok et ytterligere formål med foretrukne utførelser av oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning som sørger for behendig vedlikeholdsatkomst til armene og flottørene, mest foretrukket å gi mulighet for vedlikeholdsatkomst til de enkelte armer og flottører i systemene som omfatter et antall armer, hver utstyrt med en flottør.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer følgelig en bølgekraftanordning som

omfatter minst en arm, som er dreibart opplagret i en ende av en aksel, og som bærer en flottør i sin andre ende, som er motsatt av den opplagrede enden, slik at en translatorisk bevegelse av flottøren bevirket av en bølge fører til dreining av armen rundt akselen, der anordningen omfatter kraftomformende innretninger for omforming av kraft overført fra bølgen til armene til elektrisk kraft, der bølgekraftanordningen kjennestegnes ved et hydraulisk løftesystem for å løfte flottøren ut av sjøen og for å låse flottøren i en øvre stilling over vannflaten.

Takket være det hydrauliske løftesystem kan flottøren bli trukket tilbake fra sjøen og holdt i en låst stilling over havoverflaten ved forekomsten av for eksempel storm eller før forekomsten av ising. Således er det eneste støt mot flottøren når den blir trukket tilbake fra sjøen vindstøt, hvis krefter er betydelig mindre enn kreftene i bølger. I en utførelse kan armene bli løftet ut av vannet ved generering av et hydraulisk trykk i det hydrauliske løftesystem, som får armene til å bli fortrengt ut av sjøen, og ved korrekt stenging av en ventil, fortrinnsvis ved hjelp av en konisk låsetapp, for slik å opprettholde løftetrykket. Det hydrauliske løftesystem kan bli styrt fra et fjerntliggende sted på land, eller med et styringssystem som danner del av bølgekratfmaskinen, og som virker som svar på et signal indikerende for en stormfull tilstand, for eksempel på et signal fra en elektronisk anordning for kontinuerlig bestemmelse av vindens hastighet. Styringssystemet kan bli programmert til å trekke tilbake flottøren og armen fra vannet ved en forutbestemt bølgehøyde. For eksempel kan denne bølgehøyde være en viss andel av, for eksempel 30%, av den største forutsagte bølge referert til operasjonsstedet til anordningen, den såkalte "100 års bølgen". Ved et havdyp på 20m er denne høyden omtrent 18m, og styringssystemet tar følgelig flottøren og armen ut av sjøen ved en bølgehøyde på om lag 6m. Bølgehøyden kan bli bestemt av et mekanisk, optisk, elektromekanisk eller akustisk system, for eksempel et trykktransdusersystem med en trykktransduser anordnet på sjøbunnen, et ekkolydsystem anordnet på flottørene, e ekkolydsystem anordnet på en fast bærekonstruksjon på anordningen og som peker oppad mot bølgenes overflate, eller opererer i luft pekende nedad mot vannflaten, eller et følersystem med lystransmitterende eller lysmottakende innretninger anordnet på flottørene og/eller på den faste bærestruktur, idet slikt lys er for eksempel laserlys. Alternativt kan det anordnes et radarsystem ved konstruksjonen. Trykket i et hydraulisk medium i løftesystemet kan bli generert med en pumpe som danner del av det hydrauliske løftesystem. Alternativt kan trykket bli generert ved å frigi trykksatt hydraulisk medium fra en passende hydraulisk akkumulator. Akkumulatoren kan for eksempel bli ladet av et hydraulisk drivsystem som, i en utførelse av oppfinnelsen, utgjøres av kraftoniformingsinnretningene. For eksempel kan akkumulatoren for levering av hydraulisk løftetrykk være en akkumulator, eller et antall akkumulatorer i et såkalt akkumulatorbatteri, for å presse flottøren inn i bølgen ved en bølgedal som beskrevet i detalj nedenfor.

I foretrukne utførelser omfatter anordningen et antall armer, hver utstyrt med en flottør. I slike utførelser er det hydrauliske løftesystem med fordel tilpasset til individuelt å løfte hver flottør ut av sjøen. For eksempel kan løftesystemet omfatte et antall av hydrauliske kretser, hver av disse er forbundet med en av armene, og hver av disse omfatter ventil og/eller pumpeinmetninger for trykksetting av den hydrauliske krets for løfting av armen og flottøren ut av sjøen. I en utførelse omfatter det hydrauliske løftesystem færre pumper enn kretser slik at den eller hver pumpe er forbundet til et antall kretser, der hver krets med tilhørende ventiler er bestemt for en arm. I foretrukne utførelser av oppfinnelsen er kraftoniformingsinnretningene og armene arrangert slik at disse armer, som blir holdt i sjøen, kan levere kraft til kraftomfonrimgsinnretningene, mens en eller flere andre armer blir holdt løftet ut av sjøen. Utførelser som innbefatter kraftomformingsinnretningene ifølge WO 01/92644, som hermed inngår som referanse, kan gi mulighet for frigang, rundt en drivaksel i kraftomformingsinnretningene, av armene som blir løftet ut av sjøen. Utførelser som baserer seg på hydrauliske kraftomformingsinnretninger, der bevegelsen til armene genererer trykk i et hydraulisk drivsystem, kan omfatte innretninger for å ta ut av drift de kraftomformingsinnretninger, for eksempel de hydrauliske aktuatorer, som er forbundet med en arm, som har blitt løftet ut av sjøen. I en for tiden foretrukket utførelse kan en arm bli løftet ut av sjøen og låst i en elevert stilling med armens aktuator, for eksempel en dobbeltvirkende sylinder, som kan bli brukt til å løfte og låse armen.

Foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en løsning på problemet med å gi en stabil dreieopplagring av armen eller armene, som er mindre sårbar overfor horisontale kraftkomponenter. Det har blitt funnet at konstruksjonen ifølge US 4,013,382 sannsynligvis blir ustabil på grunn av horisontale kraftkomponenter generert av bølger. Mer spesifikt utgjøres lagrene i forbindelsesstengene av enkle pinner, og enhver slakk i slike lagre kan forårsake ureparerbar skade på forbindelsesstengene og deres opplager. Anordningen ifølge US 4,013,382 er derfor uegnet for installasjon på åpen sjø, dvs ved relativt store bølgekrefter. Konstruksjonen vist i WO 01/02644 lider også av den ulempe at selv den minste slakke i enveis lagre som bærer vippearmer og som forbinder vippearmen og kraftakselen kan skade lagrene. Videre krever anordningen ifølge WO 01/02644, hvor en total på omtrent 40 vippearmer er opplagret i en enkelt kraftaksel, en umåtelig sterk kraftaksel som, på grunn av. dens dimensjoner nødvendig for at den skal kunne være i stand til å overføre nødvendig kraft, ville være umulig på grunn av dens vekt tildelt av dens store dimensjoner, der slike store dimensjoner er nødvendig på grunn av momentet overfør fra armene til kraftakselen. Foretrukne utførelser av anordningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en forbedret støtte eller opplager for armene som gjør anordningen mindre sårbar for horisontale kraftkomponenter. Derfor, i en foretrukket utførelse, omfatter anordningen ifølge oppfinnelsen et par med forspente og i hovedsak klaringsfrie lagre. Lagrene er således i stand til effektivt å motvirke radiale og aksiale krefter og følgelig motstå horisontale kraftkomponenter tildelt av bølger. Begrepet "klaringsfrie lagre" skal forstås til å omfatte ethvert lager, som er fritt for slakke i en horisontal og aksial retning. For eksempel kan lagerparet omfatte to koniske lagre med deres koniske flater motsatt av hverandre. I en utførelse er lagrene trykksmurte.

I en annen utførelse omfatter lagrene en indre og en ytre ring eller sylinder, der innerringen er festet til en dreieaksel på armen, og ytterringen er festet til et fast opplager, idet lagret videre omfatter et fleksibelt materiale mellom den indre og den ytre ring. Under drift dreier den indre ring i forhold til den ytre ring, som derved vrir det fleksible materiale. For å justere stivheten til det fleksible materiale kan det tilveiebringes minst et hulrom eller perforering i materialet. Det fleksible materiale kan for eksempel omfatte et fjærelement, slik som en flat fjær. Ved passende posisjonering av perforeringen(e) eller ved passende utforming av fjærelementet(ene), kan lagerbæringen designes til å ha en større kraftbærende kapasitet i en retning enn i en annen retning.

Armen er med fordel båret av lagrene ved to montasjepunkter som er sideforskjøvet fra en senterakse til armen, der senteraksen til lagrene er sammenfallende med en rotasjonsakseakse for armene. Ettersom hver arm er forbundet til og båret av individuelle lagre oppnås en stabil rotasjonsmessig opplagring for armene. Spesielt, ettersom de to lagrene er med fordel anordnet i en innbyrdes avstand langs rotasjonsaksen til armen, kan et støt ved aksen som skyldes en horisontal kraftkomponent mot flottøren bli motvirket.

Det vil følgelig forstås at konstruksjonen ifølge den foreliggende anordning er mer stabil enn konstruksjonen til tidligere kjente anordninger. Ettersom den foreliggende anordning primært er beregnet som en offshorekonstruksjon, er stabilitet en hovedbekymring på grunn av kostnaden ved vedlikehold på steder til havs. Vedlikeholdskostnader på steder til havs er vanligvis i snitt 10 ganger høyere enn vedlikeholdskostnader på steder på land.

I anordningen i samsvar med oppfinnelsen er det fortrinnsvis anordnet et antall av armer som er arrangert i en rad slik at en bølge som passerer raden av armer fører til at armene suksessivt svinger rundt dreieaksen. Armene er med fordel anordnet i innbyrdes avstander slik at til enhver tid leverer minst to av armene samtidig et kraftbidrag til kraftomformingsinnretningene. Kraftomformingsinnretningene omfatter fortrinnsvis en hydraulisk aktuator forbundet til hver arm, de hydrauliske aktuatorer mater et hydraulisk medium inn i minst en hydraulisk motor via delte hydrauliske rørledninger. Følgelig kan en jevn kraftutgang fra kraftomformingsinnretningene oppnås. Dette er spesielt tilfelle i utførelser av anordningen som omfatter et stort antall armer, flottører og aktuatorer, f. eks 60, ettersom summen av kraftbidragene fra de enkelte aktuatorer er stort sett konstant over tiden. Mulige trykkrusninger på trykksiden av den hydrauliske motor kan stort sett elimineres ved hjelp av en spissundertrykkende anordning som er kjent i og for seg, der den spissundertrykkende anordning er anordnet i fluidkommunikasj on med de delte hydrauliske rørledninger. Fortrinnsvis er summen av alle kraftbidrag i hovedsak konstant ved et visst bølgeregime, dvs bølgehøyde og bølgefrekvens. Den hydrauliske motor er med fordel en hydraulisk motor med varierbart fortrengningsvolum per omdreining. Endringene i bølgeregimet kan bli kompensert for ved hjelp av en styringskrets som styrer fortrengningsvolumet per omclreining av motoren for å holde omdreiningstallet til motoren stort sett konstant. For å generere vekselstrøm ved en gitt frekvens uten å benytte en frekvensomformer, bør omdreiningstallet til motoren være styrbar innenfor +/- 0,1 - 0,2 %. I tilfellet at en annen type hydraulisk motor blir brukt eller i tilfellet omdreiningstallet ikke blir styrt nøyaktig, kan en frekvensstyirngsanordning bli benyttet for finjustering av frekvensen til den genererte vekselstrøm.

I foretrukne utførelser omfatter anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse minst 5 armer, slik som minst 20 armer, fortrinnsvis minst 40 armer, med fordel 50-80 armer, slik som 55-65 armer, for eksempel 60 armer. Anordningens armer er med fordel fordelt, slik at det er anordnet minst fem armer, fortrinnsvis minst 10 armer, per bølgelengde av havbølgene. I åpen sjø er bølgelengden til havbølger typisk 50-300m, slik som 50-200m. I skjermede farvann er bølgelengden til bølgene vanligvis 5-50m.

I foretrukne utførelser spenner anordningen over minst to bølgelengder. Dette setter i gang muligheten for å arrangere en rad med armer og flottører ved en forholdsvis stor vinkel med hensyn til bølgeretningen, f. eks ved +/- 60°, mens bølgelengden projisert på orienteringen av raden med flottører spenner over minst 2 X cos 60° bølgelengder, dvs minst en bølgelengde, hvorved det er sikret at et kraftbidrag blir levert til enhver tid.

Antallet med armer er med fordel arrangert i en eller flere rader, for eksempel i en stjerne, V eller heksagonal formasjon som vist i WO 01/92644. For effektivt å utnytte bølgeenergien er raden med armer med fordel orientert slik i forhold til bølgeretningen at raden danner en vinkel innenfor +/- 60° med hensyn til bølgeretningen.

Det er funnet at virkningsgraden til anordningen ifølge oppfinnelsen øker med økende oppdrift av flottøren med hensyn til dens tørrvekt. Følgelig er oppdriften, i foretrukne utførelser av oppfinnelsen, i flottøren minst 10 ganger dens tørrvekt, slik som minst 20, 30 eller 50 ganger, fortrinnsvis 20-40 ganger. For eksempel er tørrvekten til en flottør vanligvis 100 kg eller mindre per kubikkmeter oppdrift, idet oppdriften til saltvann vanligvis ligger omkring 1050 kg/m<3>. En flottør blir vanligvis tilvirket av skummaterialer med lav vekt eller balsatre, som blir belagt med en kompositt, så som forsterket glassfiberkompositter eller en kombinasjon av glassfiber og karbonfiberkompositter. Alternativt kan en flottør bli tilvirket av et "sandwich" lag av armert fibermateriale med hardskum anordnet i midten av "sandwichen" og i bunnen og i toppen av flottøren, med skumlagene skilt fra hverandre med en bikakestruktur av armerte fibermaterialer.

Virkningsgraden øker også med økende diameter av flottøren i forhold til dens høyde. Med fordel er diameteren til flottøren minst fem ganger dens høyde, slik som minst 7 ganger, slik som minst 10 ganger, eller 5-20 ganger. I foretrukne utførelser har flottøren et stort sett sirkulært tverrsnitt, og for å bedre fluiddynamiske egenskaper til flottøren, kan den ha et avrundet kantparti, som virker som en strømlinje.

Den kraftomformende innretning omfatter fortrinnsvis et hydraulisk drivsystem med en hydraulisk dreven motor. For eksempel kan hver arm forbindes til det hydrauliske drivsystem ved hjelp av minst en aktuator som bevirker et hydraulisk medium av det hydrauliske drivsystem å bli fortrengt inn i en hydraulisk motor, idet aktuatoren(e) er arrangert til å fortrenge det hydrauliske medium til motoren via hydrauliske rørledninger. I tilfellet av flere armer og flere aktuatorer blir det hydrauliske medium fortrinnsvis fortrengt til motoren via delte hydrauliske rørledninger. Med andre ord kan flere hydrauliske aktuatorer mate hydraulisk medium inn i en enkelt hydraulisk motor via et delt system av hydrauliske rørledninger. Mest foretrukket blir det hydrauliske medium ikke akkumulert i en hydraulisk lagringstank for å akkumulere hydraulisk medium under trykk, fra hvilken trykk blir frigitt til motoren. Følgelig mater aktuatorene hydraulisk medium direkte inn i den hydrauliske motor. Imidlertid, som diskutert nedenfor, kan et batteri av hydrauliske akkumulatorer med fordel bli benyttet for et helt annet formål, dvs for å presse en flottør inn i en bølge nær en bølgedal. Som i foretrukne utførelser overfører et antall aktuatorer samtidig kraft til motoren, det er intet behov for en hydraulisk lagringstank ettersom motoren vil være i stand til å kjøre ved en hovedsakelig konstant hastighet og ved en hovedsakelig konstant kraftinngang takket være leveringen av kraft i det delte hydrauliske system fra et antall aktuatorer av gangen.

Det skal forsås at det kan forutses mer enn én enkelt hydraulisk motor. Med fordel kan to, tre eller flere motorer være anordnet parallelt i en ende av den delte hydrauliske rørledning. Således kan kraften levert gjennom den delte hydrauliske rørledning drive flere motorer. Dersom for eksempel det hydrauliske drivsystem produserer 4 MW kan åtte motorer som leverer 500 kW hver koples i parallell ved den delte hydrauliske rørledning. Motorene kan levere den samme nominelle kraftutgang, eller de kan levere ulike nominelle kraftutganger. For eksempel kan en motor levere 400 kW, en kan levere 500 kW, etc.

Alle hydrauliske motorer kan også sammenknyttes gjennom den samme gjennomgående aksel, som driver minst en felles elektrisk generator, eller alle hydrauliske motorer kan drive et tannhjul som driver minst en felles elektrisk generator.

For å tillate det hydrauliske system å presse armen(e) og flottøren(e) i en ønsket retning, kan hver aktuator omfatte en dobbeltvirkende sylinder som kan bli brukt til å trekke ut energi fra armen inn i det hydrauliske system og til å mate energi fra det hydrauliske system inn i armen, for eksempel til å drive flottøren inn i en bølge nær en bølgedal som forklart i detalj nedenfor i forbindelse med de hydrauliske akkumulatorer. Det hydrauliske løftesystem omfatter fortrinnsvis en eller flere pumper for å pumpe hydraulisk medium inn i sy Undrene for å løfte dem ut av sjøen.

I foretrukne utførelser omfatter anordningen innretninger for å presse flottøren(e) inn i bølgene ved bølgedaler for slik å øke den vertikale avstand beveget med flottøren til å øke kraftutgangen i en bølgesyklus. Slike innretninger kan for eksempel omfatte en eller flere hydrauliske akkumulatorer for intermitterende lagring av energi i det hydrauliske drivsystem. Energien lagret i de hydrauliske akkumulatorer kan med fordel bli avledet fra frigjøringen av potensiell energi når flottøren tas ut av vannet ved en bølgetopp. Med andre ord, når en flottør beveger seg fra en neddykket posisjon i en bølge nær en bølgetopp til en posisjon over vannet, frigjøres potensiell energi. Denne energien kan bli akkumulert i akkumulatoren eller i et batteri av akkumulatorer, der forskjellige akkumulatorer blir ladet ved forskjellige trykk, for eksempel ved tryldctrinn i samsvar med antallet akkumulatorer. I utførelser som innehar slike hydrauliske akkumulatorer kan det hydrauliske drivsystem være styrbart til å frigjøre energien lagret i akkumulatoren(e), når en flottør blir ført av en bølgedal for slik å drive flottøren båret av armen inn i bølgen. For å bedre virkningsgraden til akkumulatorsystemet kan det bli brukt et antall akkumulatorer, slik som minst 2, slik som 3-20, slik som typisk 6-12, som med fordel lagrer hydraulisk medium ved forskjellige trykktrinn. I foretrukne utførelser blir flottøren drevet en viss avstand inn i bølgen nær en bølgedal, og deretter tillates flottøren å bevege seg oppad i bølgen, men likevel neddykket i bølgen, og ved bølgetoppen frigjøres flottøren, dvs tillates å bevege seg ut av vannet. Som beskrevet ovenfor, energien frigjort når flottøren frigjøres ved bølgetoppen blir brukt til å lade den ene eller de flere hydrauliske akkumulatorer, ved hvilke energi lagres for å drive flottøren inn i bølgen. Følgelig går den potensielle energi frigjort når flottøren beveger seg ut av bølgen nær bølgetoppen ikke tapt. Faktisk motsatt, den blir brukt for å drive flottørn inn i bølgen ved bølgedalen, hvorved den totale vertikale avstand beveget med flottøren økes. Følgelig blir kraftutgangen fra en bølgesyklus øket. Det er estimert at, ved en bølgehøyde på l,5m, kan den vertikale avstand som flottøren beveger seg økes fra omtrent 0,75m til omtrent l,5m, som derved dobler kraftutgangen. Energien benyttet til å drive flottøren inn i bølgen ved bølgedalen bevirker stort sett intet tap i drivsystemet, ettersom energien leveres ved frigjøringen av flottøren ved bølgetoppen.

For å sørge for nøyaktig styring av systemet kan hver sylinder, eller i det minste utvalgte sylindrene, bli utstyrt med en føler for å bestemme en posisjon og/eller grad av bevegelse i sylinderens stempel, der føleren er anordnet til å overføre et signal til en styringsenhet for sylindrene og tilhørende ventiler, slik at overføringen av energi fra de enkelte sylindere til de gjenværende deler av det hydrauliske drivsystem er individuelt styrbart som svar på signalet som representerer den enkelte sylinders stempelposisjon og/eller graden av bevegelse. Således kan sylindrene være individuelt styrbare, og en sylinder kan trekkes tilbake fra drift, for eksempel for vedlikehold, mens de gjenværende sylindere er i drift, slik at hele systemet vil være stort sett upåvirket ved uttak av en enkelt sylinder. Føleren blir med fordel også brukt til å styre nedpressingen av flottøren i vannet, dvs til å styre frigjøringen av trykk fra batteriet av akkumulatorer som beskrevet ovenfor. Føleren kan videre bli brukt til å styre ladningen av akkumulatorene, dvs til å bestemme passeringen av en bølgetopp. Videre er føleren nyttig til å styre frigjøringen av flottøren ved en bølgetopp, dvs til å hindre en katapultliknende utskytning av flottøren. Føleren kan også bli brukt for å overvåke kraftutgangen fra hver enkelt aktuator i det hydrauliske drivsystem, slik at kraftutgangen fra de enkelte aktuatorer og hele anordningen som sådan kan bli optimalisert.

Mens enkelte tidligere kjente systemer baserer seg på neddykkede referanseelementer for bæring av de innretninger som omdanner sjøbølgekraft til utnyttbar kraft eller på landstøtter, har det blitt funnet at bølgeenergi mest effektivt blir utnyttet på åpen sjø. Følgelig omfatter anordningen ifølge oppfinnelsen en bærekonstruksjon som er fast til sjøbunnen. I en for tiden foretrukket utførelse er bærestrukturen festet til sjøbunnen ved hjelp av et sugeanker, eller alternativt av et gravitasjonsfundament, eller festet til en steinet sjøbunn med nagler. Bærestrukturen kan med fordel omfatte en fagverkskonstruksjon, hvor sugeankeret er anordnet ved et første knutepunkt i konstruksjonen. I det minste en arm og fortrinnsvis alle armer i anordningen blir båret ved andre knutepunkter i fagverkskonstruksjonen, mest fordelaktig ved en topp av en trekantet underkonstruksjon (fundament) av fagverkskonstruksjonen. Den trekantede underkonstruksjon kan definere to toppunkt ved sjøbunnen, med en innretning for å feste strukturen til sjøbunnen i hvert av hjørnene. Med fordel er innretningene for fest i det minste delvis innleiret i sjøbunnen, for eksempel under ved gravitasjonsfundamentet eller et sugeanker. Siden innretningene for feste er anordnet ved knutepunktene til fagverkskonstruksjonen, kan vertikale krefter i fagverkskonstruksjonen bevirket av oppdriften til flottørene effektivt bli motvirket. En fagverkskonstruksjon som beskrevet ovenfor sikrer en maksimal grad av stabilitet til systemet mens det gir rom for en lav totalvekt av bærekonstruksjonen.

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen vil nå bli ytterligere beskrevet med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 og 2 er tverrsnittsavbildninger av en utførelse av en bølgekraftanordning i samsvar med oppfinnelsen; Fig. 3-5 viser tre utførelser av en fagverkskonstruksjon til en utførelse av en bølgekraftanordning i samsvar med den foreliggende oppfinnelse; Fig. 6 viser en bikakestruktur til en flottør; Fig. 7 viser en bærekonstruksjon for en arm på anordningen ifølge fig. 1 og 2; Fig. 8-13 viser ulike lagermontasjer for en arm på anordningen; Fig. 14-17 viser diagrammer over et hydraulisk drivsystem til en utførelse av en anordning i samsvar med oppfinnelsen; Fig. 18 viser et diagram av et hydraulisk løftesystem for å løfte flottørene ut av sjøen; Fig. 19 viser en bølgekraftanordning med en oppstilling av flottører som forløper tvers over to bølgetopper; Fig. 20 viser hydraulisk trykk som en funksjon av tiden i en tilførselsledning til det hydrauliske drivsystem i en tidligere kjent bølgekraftanordning og i en utførelse av anordningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, respektivt;

Fig. 21 viser to ulike bevegelsesbaner for en flottør over en bølge,

Fig. 22 viser et diagram over et hydraulisk drivsystem med akkumulatorer for å presse flottørne inn i bølgene ved bølgedaler; Fig. 23 viser den trinnvise akkumulering av energi i et hydraulisk lagringssystem;

Fig. 24 og 25 er skjematiske fremstillinger av bevegelsen til bølgene og flottørene.

Fig. 1 og 2 viser et tverrsnitt av bølgekraftanordningen 102 omfattende en fagverkskonstruksjon 104 som kan for eksempel være av en såkalt romfagverkskonstruksjon. Fagverkskonstruksjonen, som også er illustrert i fig. 3-5, omfatter en hovedsakelig trekantet nedre del med første, andre og tredje kraftelementer 106,108,110 og en hovedsakelig rektangulær øvre del 111. Som illustrert i fig. 3-5 forløper den rektangulære øvre delen en avstand vinkelrett på planet i fig. 1 og 2, mens det er anordnet et antall av distinkte nedre triangulære nedre deler. Den rektangulære øvre delen kan bli brukt for å oppta hydraulisk og elektrisk utstyr, innbefattende det hydrauliske driv- og løftesystem, og det kan videre bli brukt som en gangvei eller gangbro for vedlikeholdspersonell. Fagverkskonstruksjonen definerer første, andre, tredje, fjerde, femte, og sjette knutepunkter 112,114,116,117,118 og 120. Fortrinnsvis er kraftelementene stort sett stive slik at de kan motstå trykk og strekk. Det første og andre knutepunkt 112,114 kan bli båret av et betongfundarnent på sjøbunnen. Armer 122 som bærer flottører 124 er rotasjonsmessig båret ved eller nær det tredje og fjerde knutepunkt 116,117. Fig. 3-5 viser en perspektivisk avbildning av fagverkskonstruksjonen for å bære et antall av armer på hver side av konstruksjonen. Det skal forstås at fagverkskonstruksjonen ifølge fig. 3-5 kan ha bredere utstrekning enn faktisk avbildet i fig. 3-5, slik at den omfatter for eksempel tyve eller tretti triangulære seksjoner, hvorved en arm kan forløpe bort fra fagverkskonstruksjonen i hvert av knutepunktene 116,117. Et antall av fagverkskonstruksjoner som de ifølge fig. 3-5, slik som tre, seks eller flere fagverkskonstruksjoner kan bli arrangert i et stjerneformet, V-formet eller heksagonalt formet arrangement for å øke antallet armer og flottører inkludert i en installasjon som omfatter anordningen ifølge oppfinnelsen eller et antall anordninger ifølge oppfinnelsen.

Det tredje, fjerde, femte og sjette knutepunkt 116,117,118,120 er anordnet over vannoverflaten ved en høyde tilstrekkelig til å sikre at de også er over vannflaten når bølgene er høye under stormfulle tilstander. For eksempel kan knutepunktene 116,117, 118 og 120 anordnes ved 20 meter over vannoverflaten når sjøen er rolig. For å omforme energien i bølgene til hydraulisk energi omfatter bølgekraftanordningen 102 et antall armer 122, hver av disse omfatter i en ende en flottør 124 og er i den motsatt ende forbundet til en aksel 126. Armene er tilpasset til å dreie rundt akslene 126. Hver arm 122 er festet til en hydraulisk aktuator, slik som en hydraulisk sylinder 128 omfattende et stempel 130. Den hydrauliske sylinder 128 er svingbart forbundet til armen i et første festepunkt 132 og til fagverkskonstruksjonen 104 i et andre festepunkt 134. Det andre festepunkt er med fordel plassert ved et knutepunkt, dvs langs et kantparti av en hovedsakelig rektangulær konstruksjon anordnet på toppen av den triangulære hovedkonstruksjon til fagverkskonstruksjonen. Flottørene 124 beveger armene opp og ned påvirket av bevegelsen til bølgene. Når armene beveger seg opp og ned forflyttes stempelet 130, og dermed blir bølgeenergien omformet til hydraulisk energi som kan omdannes til anvendbar elektrisk energi som beskrevet nedenfor i forbindelse med flg. 14-18 og 22.

Som vist i fig. 2 er de hydrauliske sylindere 128 tilpasset til å låse armene 122 i en elevert stilling der bølgene ikke kan nå armene 122 og flottørene 124, idet armene blir trukket til sine eleverte stillinger med sylindrene 128. det er derved mulig å beskytte armene 122 og flottørene 124 under en storm eller når omgivelsestemperaturene nær eller under frysepunktet for sjøvann risikerer å forårsake isdannelse på flottørne. De hydrauliske sylindere 128 er forbundet til et hydraulisk løftesystem for å låse den hydrauliske sylinder i den eleverte stilling, det hydrauliske løftesystem er diskutert i nærmere detalj i forbindelse med flg. 18 nedenfor. Flottørene 124 kan være svingbart forbundet til armene 122. Følgelig, når armene blir hevet under en storm, kan flottørene bli dreiet til en posisjon der de er i hovedsak parallelle med vindretningen. Dermed er overflaten som vinden virker mot begrenset og dermed blir kraften som virker på flottørne 124 redusert og momentet overført til fagverkskonstruksjonen 104 via armene 122 redusert. Videre er flottørene konstruert med en aerodynamisk form med avrundede kanter (ikke vist), for slik å redusere vindkreftene på anordningen.

Som vist i fig. 3-5 kan fagverkskonstruksjonen 104 innbefatte diagonale kraftelementer 113,115 (ikke vist i fig. 1 og 2) for å tilveiebringe en ytterligere støtte ved knutepunktene 116,117.

I fig. 4 og 5 er fagverkskonstruksjonen fylt med en vekt som virker nedad for å redusere de oppad rettede kreftene ved ankrene 121. Vekten blir iverksatt av en langsgående vekt, slik som en vanntank 123 (fig. 4), eller av et antall distinkte vekter, slik som vanntanker 125 (fig. 5). Fig. 6 viser en konstruksjon av en hovedsakelig hul flottør 124 omfattende en bikakestruktur 127, som bærer de ytre vegger av flottøren. Fig. 7 viser en av armene 122 som er svingbart festet til en flottør 124 og er tilpasset til å dreie rundt en aksel 126. Armen er forbundet til akselen ved første og andre festepunkter 136,138 som er sideforskjøvet fra senteraksen 140 til armen. Akselen 126 er dreibart opplagret av en fast bærekonstruksjon 142 som omfatter to lagre 144 anordnet til å motvirke radiale og aksiale krefter.

For å tilveiebringe en hovedsakelig vedlikeholdsfri lagerstøtte for rotasjon av armene 122, har de foreliggende oppfinnere foreslått lagre som de vist i fig. 8-13. Lagrene ifølge fig. 8-13 kan bli inkorporert som et lager 144 i lagerstrukturen illustrert i fig. 7 og er spesielt godt egnet for å bære en aksel, der dreieamplituden for denne er 30 grader eller mindre under normal drift, dvs ±15 grader eller mindre, så som 20 grader eller mindre, dvs ±10 grader eller mindre. Når armen skal bli svingt til den sikrede stilling ifølge fig. 2, kan festet av den ytre ring 147 løsgjøres, slik at en større dreieamplitude tillat, for eksempel ±40 grader. Tradisjonelle rulle eller kulelagre har en kort levetid ved slike små dreieamplituder, siden deres smøremedium vanligvis kun oppfyller sitt formål til den ønskede utstrekning ved kontinuerlig rotasjon ved en høyere rotasjonshastighet enn den tildelt av armene 122. Lagret ifølge fig. 8 innbefatter en innerring eller sylinder 145 og en ytterring eller sylinder 147, mellom hvilke det er anordnet en fleksibel substans 149, for eksempel et gummimateriale. Innerringen 145 er festet til den roterende aksel, og ytterringen 147 er festet til den stasjonære støtte for akselen. Takket være elastisiteten til den fleksible substans 149, kan innerringen rotere i forhold til ytterringen, for slik å tillate den opplagrede aksel å rotere med hensyn til sin støtte. Siden ytterringen 147 er båret av eller anpasset i en fast struktur, for eksempel klemtilpasset langs sin ytre periferi, er det tilveiebrakt en aksial og en radial støtte for akselen. Stivheten til den fleksible substans 149 kan justeres ved å tilveiebringe hulrom 151, slik som boringer eller perforeringer, i materialet. Den maksimale last som kan bæres av lageret kan økes ved å øke lengden på lageret (dvs. på tvers av planet i fig. 8). Antallet og dimensjonene på hulrommene 151 kan velges til å passe et bestemt formål, for eksempel til å minimere skårfølsomhet eller for å maksimere aksialkraften som skal motvirkes av lageret. Et liknende lager 344 er vist i fig. 9, som har færre hulrom 151 for å øke den kraftbærende kapasitet til lageret i en retning.

Liknende "wriggle" lager 346, 348 og 354 er vist i fig. 10,11 og 12 respektivt. Disse lagre omfatter indre og ytre ringer 145,147 med en eller flere flate fjærer som er innsatt mellom ringene. I fig. 10 er det anordnet to flate fjærer 147, hver av disse danner formen av tallet 3. Pilene 345 og 347 indikerer at den kraftbærende kapasitet er større i den vertikale retning (pilene 345) enn i den horisontale retning (pilene 347). I lageret 348 ifølge fig. 11 er det anordnet ett flatt fjærelement 352, som danner et antall hulrom 353. Piler 349 og 350 indikerer at den kraftbærende kapasitet til lageret er større i den vertikale og horisontale retning enn i ikke-horisontale og ikke-vertikale retninger (piler 350). Lageret 354 i fig. 12 omfatter to H-formede flate fjærelementer 362, hver dannende en ytre og en indre del 364 og 366 så vel som en sammenknyttende del 368. Stivheten til lageret kan velges ved adekvat valg av geometrien til fjærelementene 362. For eksempel kan den sammenknyttende delen 368 være formet som en S. Piler 355 og 357 indikerer at den kraftbærende kapasitet er større i den vertikale retning enn i den horisontale retning.

De indre og ytre ringer 145, 147 i fig. 8-12 kan tilvirkes av stål eller av karbonfibermaterialer. De flate fjærer 342, 352 og 362 kan likeledes tilvirkes av stål eller karbonfibermaterialer.

Lagerprinsippene i fig. 8-12 kan også brukes for å tilveiebringe en bæring for de hydrauliske sylindere 128.

Fig. 13 viser en lagerstøtte for en arm 122, støtten omfatter to flate fjærer 372 og 374. Den første flate fjær 372 øker torsjonsstivheten så vel som tverrstivheten til lageret. De flate fjærer kan tilvirkes av karbonfibermaterialer.

I det hydrauliske diagram i fig. 14 er det vist et antall sylindere 128 med respektive stempler 130 som er bevegbare opp og ned etter hvert som armene 122 og flottørene 124 beveger seg i bølgene, jf beskrivelsen ovenfor av fig. 1. Mens det er vist tre sylindere i diagrammet ifølge fig. 14, skal det forstås at anordningen i samsvar med oppfinnelsen vanligvis omfatter et stort antall sylindere, for eksempel 60 sylindere. Sylindrene 128 er vist som dobbeltvirkende sylindere forbundet i deres øvre ender til tilførselsrør 176 for et hydraulisk medium i systemet. I hvert tilførselsrør 176 er det anordnet en trykkventil 178. Tilførselsrørene 176 går sammen inn i en felles hovedrørledning 180 som mater inn i en hydraulisk motor 182 med fortrengning per omdreining med variabelt volum. I tilførselsrørene 176 og felles hovedrørledning 180 er det opprettholdt et driftstrykk po. Trykket po kan med fordel også være terskeltrykket for ventilen 178, ved hvilket ventilen veksler mellom sin åpne og lukkede tilstand. Den hydrauliske motor driver en elektrisk generator 184, og ved utgangen fra den hydrauliske motor ledes det hydrauliske medium til et reservoar 186. Fra reservoaret 186 strømmer det hydrauliske medium tilbake til sylindrene 128 via en felles returledning 188 og forgrenede returledninger 190.

I hver av sylindrene 128 deler stemplet 130 sylinderen i øvre og nedre kamre 192,194

som er sammenknyttet via rørledningene 196 og 198.1 hver av rørledningene 196 er det anordnet en toveisventil 200, og parallelt med dette er det anordnet, i rørledningen 198, en trykkventil 202 og en serie strømstyringsventiler 204. Til sist er hver sylinder utstyrt med et styreelement 206 for å bestemme posisjonen og/eller bevegelsesgraden til stempelet 130 i sylinderen 128.

Når toveisventilen 200 er åpen kan stempelet 130 bevege seg fritt når armene 122 (se fig. 1) beveger seg i bølgene. Når styreelementet 206 fastslår en viss posisjon og/eller grad av bevegelse til stemplet 130 blir et styresignal ført til ventilen 200 som får ventilen 200 til å stenge. Når trykkventilen 178 er stengt vil stempelet 130 være låst mens bølgen fortsetter å stige inntil oppdriften til flottøren er stor nok til å overvinne driftstrykket po i tilførsels- og hovedledningene 176,180, for slik å åpne trykkventilen 178. Det vil dermed forstås at flottøren 124 (se fig. 1) er i det minste delvis neddykket i bølgen når ventilen 178 åpner (jf også diskusjonen nedenfor av fig. 21). Når trykkventilen 178 har åpnet blir det hydrauliske medium matet til motoren 182. Når flottøren passerer bølgetoppen er flottøren fortsatt neddykket, men trykket i den øvre delen 192 av sylinderen 128 faller, og trykkventilen 178 stenger. Deretter åpner toveisventilen 200, og hydraulisk medium fortrenges fra den nedre sylinderdel 194 til den øvre sylinderdel 192, etter hvert som flottøren beveger seg ned bølgen fra bølgetoppen til bølgedalen.

Det vil forstås at, på grunn av det store antall sylindere 128, er det til enhver tid sikret at minst to av dem, og fortrinnsvis flere, leverer en strøm av hydraulisk medium til motoren 182. Dermed kan en jevn kraftutgang fra generatoren 184 bli sikret, fortrinnsvis uten noe behov for frekvensomformere.

Beskrivelsen ovenfor av fig. 14 gjelder også for flg. 15, det er imidlertid i utførelsen ifølge fig. 15 anordnet et antall hydrauliske motorer 182,208,210. Hver av de hydrauliske motorer 182, 208,210 er forbundet til respektive elektriske generatorer 184, 212,214.1 utførelsen ifølge fig. 15 er kun tre hydrauliske motorer og elektriske generatorer anordnet, men i andre utførelser omfatter bølgekraftanordningen et høyere antall motorer og generatorer. For eksempel 5,10 eller 20 motorer og generatorer kan anordnes. Kapasiteten til de hydrauliske motorer og deres korresponderende elektriske generatorer kan velges slik at det gjøres mulig å generere ulike nivåer av energi. I ett eksempel kan de tre generatorer være i stand til å produsere 0,5MW, 0,5MW og 2MW respektivt. Således for å produsere 1MW kan den hydrauliske motor av de to 0,5MW generatorene være forbundet til den felles hovedrørledning 180, mens den tredje generator burde være frakoplet fra hovedrørledningen 180. På steder hvor bølgeenergien er stort sett konstant over tid kan kapasiteten til generatorene og deres korresponderende hydrauliske motorer hver velges til å være ved det høyest mulige nivå for å redusere det totale antall av hydrauliske motorer og generatorer. På steder med høy fluktuasjon av bølgehøyde og bølgefrekvens kan kapasiteten til generatorene velges ut fra et binært prinsipp, for eksempel 1MW, 2MW og 4MW. Ved å velge generatorer fra et binært prinsipp er det mulig å kople generatorene inn og ut ved å bruke mønstret nedenfor for slik å optimalisere utnyttelsen av bølgeenergien.

Systemet i fig. 16 er liknende med systemet i fig. 15, i systemet i fig. 16 er det imidlertid bare anordnet en enkelt elektrisk generator 184, som blir drevet av de hydrauliske motorer 182,208 og 210 via en girkasse 185. De hydrauliske motorer kan for eksempel drive en fortannet rand av et planetgir. Alternativt, som vist i fig. 17, kan de hydrauliske motorer 182,208 og 210 drive en felles generator 184 via en felles, gjennomgående aksel 187.

Fig. 18 illustrerer et hydraulisk løftesystem for å løfte flottørene 124 ut av sjøen og for å holde dem i en elevert stilling, i hvilke bølgene ikke kan nå flottørene. Fig. 18 innbefatter også et hydraulisk drivsystem i likhet med drivsystemet beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 14-17.1 den utstrekning at de samme eller liknende elementer er innarbeidet i drivsystemet avbildet i fig. 18 som de avbildet i fig. 14-17, blir henvisningstallene i fig. 6 brukt i fig. 8, og henvisning gis til beskrivelsen ovenfor av fig. 14-17 for en omtale av slike elementer og deres funksjon. Det hydrauliske løftesystem i fig. 18 er tilpasset til individuelt å løfte en eller flere flottører 124 ut av vannet og til å dekople sylindrene på de løftede flottører fra det hydrauliske drivsystem. Systemet i fig. 18 innbefatter, i tillegg til den felles returledning 188, en rørledning 266 som forbinder reservoaret 186 til en pumpe 268 drevet av en motor 270. Rørledningen 272 forbinder nedstrømssiden av pumpen 268 til et antall enveisventiler 274, der antallet enveisventiler er likt med antallet flottører og sylindere 128. Rørledninger 276 forbinder respektive nedstrømssider av ventilene 274 til respektive toveisventiler 278 og enveisventiler 280, der nedstrøms av dette går rørledningene 276 sammen til en felles rørledning 282. Rørledningene 276 kommuniserer med de nedre sylinderkamre 194 og rørledninger 198 via rørledninger 284. Videre kommuniserer rørledningene 276 med de øvre sylinderkamre 192 og tilfører rørene 176 via rørledningene 196. Til sist er toveisventiler 286 anordnet i gren-returrør 190, og toveisventiler 288 er anordnet i rørledningene 198.

Når en arm skal løftes ut av vannet blir ventilen 278, ventilen 286 og ventilen 288 stengt. Ventilen 274 og 280 åpner og pumpen 268 kan presse hydraulisk medium inn i det nedre sylinderkammer 194, og armen forbundet til den angjeldende sylinder blir elevert. Hydraulisk medium i det øvre sylinderkammer 192 blir ledet til reservoaret 186 via ventilen 280. Styreelementet 206 detekterer at armen og med den stemplet 130 har nådd sin ønskede stilling, for eksempel sin øverste stilling, og et signal blir ført til ventilene 274 og 280 som får de til å stenge. Stemplet 130 er følgelig låst, og armen er festet i en stilling, i hvilken flottøren 124 blir løftet ut av vannet. Armen 122 kan bli ytterligere støttet av en pal (ikke vist) som er i inngrep med armen.

Fig. 19 er en skjematisk illustrasjon som viser et antall flottører 124 og 164 som er koplet til et hydraulisk drivsystem via sylindere som beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 14-18.1 fig. 19 er de flottører som befinner seg ved bølgetopper 146,148 referert til med henvisningstallet 164, mens alle andre flottører er referert til med henvisningstallet 124. det er imidlertid ingen strukturell forskjell mellom flottørene 124 og flottørene 164. Første, andre og tredje bølgetopper 146, 148,150 er indikert med doble linjer i fig. 19, og første andre bølgedaler 152, 154 er indikert med enkeltlinjer i figuren. Bevegelsesretningen til bølgefrontene er indikert med en første pil 156, bølgelengden er indiker med en andre pil 158 og stigende og synkende deler av bølgene er indikert med tredje og fjerde piler 160,162 respektivt. Som indikert i fig. 19 har de flottører 164 som er ved bølgetoppene 146 og 148 således akkurat fullendt deres oppad rettet bevegelse forårsaket av bølgene. De flottører 124 som er mellom den første bølgetopp 146 og den første bølgedal 152 er på sin vei oppad i bølgen, mens de flottører som er mellom den andre bølgetopp 148 og den første bølgedal 152 beveger seg ned langs en nedstrømsside av bølgen. Ettersom oppstillingen av flottører 124,164 spenner over en full bølgelengde er et antall flottører på sin vei oppad i en bølge til enhver tid, hvorved det er sikret at et antall flottører leverer et kraftbidrag til det hydrauliske drivsystem til enhver tid. Som beskrevet ovenfor med henvisning til fig. 14-17 aktiviserer hver av flottørene en hydraulisk sylinder, og hydraulisk trykk skapes i hovedrørledningen 180 (jf fig. 14-17). Ettersom et antall av flottørene beveger sg oppad til samme tid, leverer et antall av de hydrauliske sylindrene hydraulisk trykk samtidig. Følgelig, takket være tilveiebringelsen av den felles hovedrørledning 180 forbundet til et antall av sylindere med respektive flottører og takket være utstrekningen av oppsettet med flottører over minst en full bølgelengde, kan trykkfluktuasj onene i den felles hovedrørledning 180 og dermed trykkfluktuasjonene ved inngangen til den hydrauliske motor 182 eller motorer 182,208,210 holdes lavt. Siden de hydrauliske motorer 182, 208 og 210 er motorer med variabel fortrengning per omdreining kan rpm til motoren bli holdt stort sett konstant. Dette tildeler i sin tur den effekt at frekvensen til vekselstrømmen generert av generatoren 184 eller generatorene 184,212 og 214 er i hovedsak konstant, hvorved det er antatt at, i foretrukne utførelser av oppfinnelsen, kan vekselstrøm bli generert uten behov for frekvensomformere.

I fig. 19 danner bølgeretningen en vinkel 9 i forhold til raden med flottører. Bølgeretningen er parallell med raden av flottører når 0 = 0°. Det vil forstås at jo større vinkel 0 er til 0° jo lenger må raden med flottører være for å sikre at ved ethvert gitt øyeblikk beveges minst en flottør seg oppover av bølgen for å levere et trykkbidrag i den felles hovedrørledning 180 (jf fig. 14-17) i det hydrauliske drivsystem.

Ved utforming av systemet bør den typiske bølgelengde og retninger på stedet tas i

betraktning for å sikre et hovedsakelig konstant hydraulisk trykk i systemet. I foretrukne utførelser av oppfinnelsen kan forholdet mellom bølgeretningen (vinkelen 0) og lengden på bølgekraftanordningen, dvs lengden flottørene 124,164 spenner over, bli bestemt av den følgende formel:

Fig. 20 viser det hydrauliske trykk 242 i den felles hovedrørledning 180 (jf fig. 14-17) som en funksjon av tiden 240. Den første kurve 244 viser det hydrauliske trykk i en tilførselsledning for en typisk tidligere kjent bølgekraftanordning med hydrauliske sylindere som mater en akkumulator med en hydraulisk motor. Som indikert i fig. 20 fluktuerer det hydrauliske trykk med en bølgeperiode 246. Det hydrauliske trykk 248 i en utførelse av bølgekraftanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter et antall armer, flottører og sylindere og ingen akkumulatorer fluktuerer med en lavere amplitude. Fig. 21 illustrerer to forskjellige bevegelsesbaner for en flottør over en bølge som beveger seg i retningen av pilen 171. Den øvre del av fig. 21 illustrerer en strømningsbane, ved hvilken ingen tiltak gjøres for å øke den vertikale bevegelsesavstand til flottøren 124 når flottøren blir passert av en bølge. Den nedre delen av fig. 21 illustrerer en strømningsbane, ved hvilken den vertikale bevegelsesavstand til flottøren økes ved aktivt å presse flottøren 124 inn i vannet ved bølgedalen 152.

I den øvre del av fig. 21, ved posisjon 172a, beveger flottøren 124 seg nedad med bølgen inntil flottøren når bølgedalen 152 ved posisjon 172b. Ve dette punkt låses den hydrauliske sylinder når trykkventilen 178 stenger (jf fig. 14-17), toveisventilen 200 er også stengt, og følgelig beveger flottøren seg horisontalt inn i bølgen til posisjon 172d via posisjon 172c. Etter hvert som bølgen stiger bygger trykk seg opp i det øvre kammer 192 i sylinderen 128 og i rørledningen oppstrøms av trykkventilen 178 (jf 14-17). Ved posisjon 172d er trykket tilstrekkelig til å overvinne terskeltrykket i trykkventilen 178, som åpner, hvorved flottøren 124 tillates å bevege seg oppad i bølgen til posisjon 172f via posisjon 172e. Under denne bevegelse tilfører den hydrauliske sylinder 128 til flottøren 124 hydraulisk medium inn i den felles hydrauliske rørledning 180, hvorved et kraftbidrag blir levert til den hydrauliske motor 182 eller motorer 182,208,210. Ved posisjon 172f, når den passerende bølge er i ferd med å dale ned faller trykket i tilførselsrøret 176 under avstengningsterskelen for trykkventilen 178, som stenger. Så snart som trykkventilen 178 stenger og toveisventilen 200 åpner blir flottøren 124 koplet fra den felles hydrauliske rørledning 180 og oppdriften til flottøren 124 får den til å bevege seg hovedsakelig vertikalt ut av vannet til posisjon 172g. Etter hvert som bølgen daler ned beveger flottørn 124 seg nedad med bølgen til posisjon 172h, og flottøren starter en ny syklus i den neste bølgen. Flottøren 124 beveger seg en vertikal avstand 168. Fra beskrivelsen ovenfor ifølge fig. 21 vil det forstås at kraftbidraget til hver enkelt flottør 124 og tilhørende sylinder 128 til det hydrauliske drivsystem blir tildelt under den vertikale bevegelse av flottøren.

For å øke kraftutgangen fra bølgekraftanordningen er det således ønskelig å øke den vertikale bevegelsesavstand til flottøren 124. Den nedre del av fig. 21 illustrerer en alternativ bevegelsesbane til flottøren 124 over bølgen, i hvilken tiltak er gjort for å øke den vertikale avstand passert av flottøren 124. Ved posisjon 174a, daler flottøren 124 ned ved nedstrømssiden av en bølge. Ved posisjon 174b har flottøren 124 nådd bølgedalen 152. Ved dett punkt presses flottøren nedad under vanne til posisjon 174c, og trykkventilen 178 og toveisventilen 200 stenger (jf fig. 14-17). Når trykket oppstrøms av trykkventilen 178 overskrider terskeltrykket for avstengning i trykkventilen 178, åpner ventilen 178 seg og flottøren 124 beveger seg til posisjon 174g via 174d, 174e og 174f. Ved posisjon 174f stenger trykkventilen 178 og toveisventilen 202 åpner, og oppdriften til flottøren 124 gjør at flottøren beveger seg hovedsakelig vertikalt ut av vannet til posisjon 174h, hvorfra flottøren daler ned på nedstrømssiden av bølgen til posisjon 174i, og syklusen ovenfor repeteres. Takket være pressingen av flottøren inn i vannet ved bølgetoppen 152, dvs fra posisjon 174b til posisjon 174c, er den vertikale avstand 170 passert av flottøren betydelig større enn den vertikale avstand 168 passert i utførelser der flottøren ikke blir presse ned i bølgen ved eller nær en bølgedal, jf den øvre delen av fig. 21. Således er kraftbidraget til sylinderen 128 på en flottør 124 også betydelig større med hensyn til banen til den nedre del av fig. 21 enn i forhold til banen til den øvre del av fig. 21.

Tydeligvis oppstår en netto gevinst i betydning av total kraftutgang fra bølgekraftanordningen kun dersom kraften benyttet for å presse flottøren 124 inn i bølgen ved bølgedalen 152 ikke blir trukket fra kraftutgangen til anordningen. Fig. 22 viser en modifisert utførelse av det hydrauliske drivsystem i fig. 14, som kan akkumulere potensiell energi frigjort når en flottør 124 beveger eg vertikalt ut av en bølge ved eller nær en bølgetopp, dvs fra posisjon 174g til posisjon 174h i den nedre delen av fig. 21. Denne energi, som går tapt i utførelsene i fig. 14-17, blir brukt til å presse flottøren 124 inn i bølgen.

Nærmere bestemt viser fig. 22 et hydraulisk diagram med første, andre, tredje og fjerde akkumulatorer 216,218,220,222 for å presse flottørene ned under bølgene ved bølgedaler. I tillegg til systemet i fig. 14 omfatter det hydrauliske i fig 22 de hydrauliske akkumulatorer 216,218,220,222, som er arrangert i en ende av hydrauliske akkumulatorrør 224,226,228,230, som er forbundet til tilførselsrørene 176 via første, andre, tredje og fjerde toveisventiler 232,234,236,238. Når en flottør har passert en bølgetopp stenger trykkventilen 178 som beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 14, og flottøren 124 beveger seg ut av bølgen fra sin neddykkede stilling i bølgen. Det hydrauliske medium, som derved blir fortrengt fra den øvre del 192 av sylinderen blir ledet til akkumulatorer 216,218,220,222 via ventilene 232,234,236,238 og akkumulatorrørene 224,226,228,230.1 en utførelse blir ventilene 232,234,236,238 arrangert og styrt slik at den første ventil 232 stenger ved et første trykk pi, der pi er lavere enn driftstrykket po i hovedrørledningen 180. Den andre ventil 234 åpner ved det første trykk pi og stenger igjen ved et lavere, andre trykk p2. Den tredje ventil 236 åpner ved det andre trykk p2og stenger igjen ved et lavere, tredje trykkP3. Den fjerde ventil 238 åpner ved det tredje trykkP3og stenger igjen ved et nedre, fjerde trykkP4. Ved et enda lavere trykk ps åpner toveisventilen 200.

Ved en bølgedal stenger ventilen 200, den fjerde toveisventil 238 åpner, og trykket i den fjerde akkumulator 222 benyttes til å presse flottøren under vannet. Når den fjerde toveisventil 238 stenger åpner den tredje toveisventil 236, og trykket i den tredje akkumulator 220 blir brukt til å presse flottøren videre under vannet. Heretter stenger den tredje toveisventilen 236 og den andre toveisventilen 234 åpner, og trykket i den andre akkumulator 218 blir brukt til å presse flottøren enda mer under vann. Deretter stenger den andre toveisventil 234 og den første toveisventil 232 åpner slik at trykket i den første akkumulator 216 brukes til å presse flottøren videre under overflaten av vannet. Til sist stenger den første toveisventil 232 og trykkventilen 178 åpner.

Det vil således forstås at minst en del av den potensielle energi frigjort når flottøren 124 beveger seg vertikalt ut av bølgen fra posisjon 174g til posisjon 174h (jf den nedre del av fig. 21) kan bli benyttet til å presse flottøren inn i vannet ved en bølgedal 152 for å øke kraftutgangen fra bølgekraftanordningen. Følgelig kan nedpressingen av en flottør på den måten som er beskrevet ovenfor anses som en måte å utnytte den potensielle energi frigjort på en bølgetopp på, hvis energi ellers ville gå tapt.

Det kan anordnes mer enn fire akkumulatorer 216,218,220 og 222. For eksempel kan det anordnes seks, åtte, ti, tolv, tyve eller enda flere akkumulatorer.

Fig. 23 viser generelt en grafisk framstilling av akkumuleringen av energi i N trinn, dvs i N akkumulatorer som korresponderer med akkumulatorene 216,218,220 og 222 i fig.

22. Den første akse indikerer den vertikale forskyvning do 250 av flottøren i vann, og den andre akse indikerer kraften Fo 252. Arealet av det skraverte triangel som dekker halve diagrammet i fig. 23 indikerer den ideelle maksimale energi, som er tilgjengelig. Imidlertid, for å utnytte denne energi måtte systemet omfatte et uendelig antall trinn, dvs et uendelig antall akkumulatorer. Med andre ord, jo større trykkforskjellen er

mellom to trinn, jo større er tapet av energi for hvert trinn. I fig. 23 er energitapet indikert ved skraverte triangler 254. Hvert triangel indikerer at flottøren blir forskjøvet en vertikal avstand Ad. Arealet av hver av de små triangler er halve høyden ganger lengden. Således kan tapet ved hvert trinn bestemmes med den følgende formel:

Hvor

Fo er kraften utøvet når flottøren presses en avstand do under vannet,

Ad = do/N, og

N er antall trinn.

Det totale energitap, dvs summen av de små triangler, er definert ved den følgende formel:

Følgelig, jo større antall trinn N er, jo mindre er det totale energitap.

Effekten av akkumulatorene diskutert ovenfor i forbindelse med fig. 22 og 23 er vist i fig. 24, i hvilken kurven 256 viser bevegelsen til flottøren i bølgen som en funksjon av tiden, og kurven 258 viser formen av en bølge som en funksjon av tiden. Det er en delvis overlapping av kurvene 256 og 258 ved nedstrømssiden, dvs den dalende side av en bølge. Ved 260 stenger toveisventilen 200 (jf fig. 22) mens trykkventilen 178 også er stengt, og flottøren er låst. Ved 262 beveger flottøren seg ut av bølgen og leverer energi til akkumulatorer 216,218,220 og 222.1 fig. 25 viser kurven 264 den faktiske

nedtrykking av flottøren i bølgen.

Claims (28)

1. Bølgekratfanordning omfattende: - minst en arm, som er dreibart opplagret i en ende av en aksel og bærer en flottør i sin andre ende, som er motsatt av den opplagrede enden, slik at en translatorisk bevegelse av flottøren forårsaket av en bølge fører til dreining av armen rundt akselen, - kraftomformende inmetninger for omforming av kraft overført fra bølgen til den minst ene arm til elektrisk kraft ved hjelp av et hydraulisk drivsystem med minst en hydraulisk drevet motor, og - et hydraulisk løftesystem for å løfte flottøren ut av sjøen og for å låse flottøren i en øvre stilling over vannflaten, karakterisert vedat den minst ene arm omfatter et antall dreibart opplagrede armer som hver bærer en flottør, - hver arm er forbundet til det hydrauliske drivsystem ved hjelp av minst en aktuator som bevirker et hydraulisk medium i det hydrauliske drivsystem til å bli fortrengt inn i en eller flere gjensidige motorer, idet aktuatorene er innrettet til å fortrenge det hydrauliske medium til motoren(e) via felles hydrauliske rørledninger, og - det hydrauliske løftesystem er innrettet til individuelt å løfte hver flottør ut av sjøen.

2. Bølgekraftanordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat flottøren er svingbart forbundet til armen.

3. Bølgekraftanordning som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat den omfatter et antall armer der hver arm er opplagret med minst to lagre som er anordnet langs en felles senterakse, som er sammenfallende med en rotasjonsakse til armen, og lagrene er sideforskjøvet fra senteraksen for slik å motvirke radiale og aksiale krefter.

4. Bølgelaaftanordning som angitt i krav 3,karakterisert vedat lagrene er forspente i en aksial retning.

5. Bølgekraftanordning som angitt i kravene 3 eller 4,karakterisert vedat hvert av lagrene omfatter en innerring og en ytterring eller sylinder, der innerringen er festet til en rotasjonsaksel på armen, og ytterringen er festet til en fast støtte, lageret omfatter videre et fleksibelt materiale mellom inner- og ytterringen.

6. Bølgekraftanordning som angitt i krav S,karakterisert vedat det fleksible materiale omfatter minst et hulrom eller perforering.

7. Bølgekratfanordning som angitt i krav 5 eller 6,karakterisert vedat det fleksible materialet omfatter minst et fjærelement, slik som en flat fjær.

8. Bølgekratfanordning som angitt i ett av de foregående krav,karakterisert vedat den minst ene arm omfatter et antall armer som er arrangert i en rad slik at en bølge som passerer raden med armer får armene til suksessivt å svinge rundt akselen, armene er arrangert i innbyrdes avstander slik at til enhver tid leverer minst to av armene samtidig et kraftbidrag til de kraftomformende innretninger, der de kraftomformende innretninger omfatter en hydraulisk aktuator forbundet med hver arm, de hydrauliske aktuatorer mater et hydraulisk medium inn i minst en hydraulisk motor via felles hydrauliske rørledninger.

9. Bølgekraftanordning som angitt i krav 8,karakterisert vedat raden med armer er orientert slik i forhold til bølgeretningen at raden danner en vinkel innenfor +/-60<0>i forhold til retningen.

10. Bølgekraftanordning som angitt i krav 8 eller 9,karakterisert vedat hver av armene intermitterende overfører kraft til kraftornformingsinnretningene når en bølge passerer armens flottør, der armen og flottøren er anordnet med slike innbyrdes avstander at, til enhver tid, leverer minst to armer og flottører samtidig et kraftbidrag til kraftomforrningsinnretningene.

11. Bølgekraftanordning som angitt i ett av de foregående krav,karakterisert vedat flottørens oppdrift er minst 10 ganger dens tørrvekt.

12. Bølgekraftanordning som angitt i ett av de foregående krav,karakterisert vedat flottørens diameter er minst 5 ganger dens høyde.

13. Bølgekraftanordning som angitt i ett av de foregående krav,karakterisert vedat antallet armer omfatter minst fem armer per bølges bølgelengde.

14. Bølgekraftanordning som angitt i ett av de foregående krav,karakterisert vedat antallet armer omfatter minst fem armer som spenner over en total lengde på 50-200m.

15. Bølgekraftanordning som angitt i ett av de foregående krav,karakterisert vedat armene og flottørene er tilvirket av et materiale som har en densitet på det meste på 1000 kg/m3.

16. Bølgekraftanordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat den minst ene aktuator for hver arm omfatter en dobbeltvirkende sylinder.

17. Bølgekraftanordning som angitt i krav 16,karakterisert vedat den dobbeltvirkende sylinder danner del av det hydrauliske løftesystem, slik at sylinderen er styrbar til å løfte flottøren ut av sjøen.

18. Bølgekraftanordning som angitt i krav 16 eller 17,karakterisert vedat det hydrauliske drivsystem omfatter minst en hydraulisk akkumulator for intermitterende lagring av energi i det hydrauliske drivsystem, og at det hydrauliske drivsystem er styrbart til å frigi energien lagret i akkumulatoren, når en flottør blir ført av en bølgedal, for slik å presse flottøren båret av armen inn i bølgen.

19. Bølgekraftanordning som angitt i krav 18,karakterisert vedat det hydrauliske medium blir matet til det hydrauliske akkumulatorsystem via de felles hydrauliske rørledninger.

20. Bølgekraftanordning som angitt i ett av kravene 16-20,karakterisert vedat hver sylinder er utstyrt med en føler for å bestemme en posisjon og/eller grad av bevegelse til sylinderens stempel, der føleren er anordnet til å transmittere et signal til en styringsenhet for sylindrene og tilhørende ventiler, slik at overføringen av energi fra de enkelte sylindere til de gjenværende deler av det hydrauliske drivsystem er individuelt styrbart som reaksjon på signalet som representerer den enkelte sylinders stempelposisjon og/eller grad av bevegelse.

21. Bølgekraftanordning som angitt i ett av de foregående krav,karakterisert vedat akselen og kraftomformingsinnretningen blir båret av en bærestruktur som er forankret til sjøbunnen ved hjelp av et sugeanker.

22. Bølgekraftanordning som angitt i krav 21,karakterisert vedat bærestrukturen er forankret til sjøbunnen ved hjelp av et sugeanker og/eller et gravitasjonsfundament.

23. Bølgekraftanordning som angitt i krav 21 eller 22,karakterisert vedat bærestrukturen omfatter en fagverkskonstruksjon, og at sugeankeret er anordnet i et første knutepunkt i fag verkskonstruksj onen.

24. Bølgekrafatnordning som angitt i krav 23,karakterisert vedat bærekonstruksjonen omfatter en fagverkskonstruksjon, og at den minst ene arm er båret av fagverkskonstruksjonen i et andre knutepunkt i denne.

25. Bølgekrafatnordning som angitt i krav 24,karakterisert vedat det andre knutepunkt er anordnet ved en topp av en triangulær underkonstruksjon eller fundament i fagverkskonstruksjonen, og at den triangulære underkonstruksjon danner to toppunkter ved sjøbunnen, med et anker i hvert av hjørnene.

26. Bølgekrafatnordning som angitt i krav 25,karakterisert vedat fagverkskonstruksjonen omfatter en polygonal underkonstruksjon, fortrinnsvis en rektangulær underkonstruksjon, anordnet over den triangulære underkonstruksjon.

27. Bølgekrafatnordning som angitt i ett av kravene 21-26,karakterisert vedat bærestrukturen omfatter en ballast for å tilveiebringe en nedad rettet kraft på bærestrukturen, der ballasten er anordnet over sjønivået.

28. Bølgekraftanordning som angitt i krav 27,karakterisert vedat ballasten omfatter minst en ballasttank eller ballastbeholder.