NO338027B1

NO338027B1 - wave Turbine

Info

Publication number: NO338027B1
Application number: NO20141178A
Authority: NO
Inventors: Inge Bakke
Original assignee: Inge Bakke
Priority date: 2014-10-01
Filing date: 2014-10-01
Publication date: 2016-07-25
Also published as: NO20141178A1

Description

Beskrivelse Description

Oppfinnelsen angår en innretning, kalt bølgeturbin, som skal omforme bølgeenergi til elektrisk strøm. Den består av et torpedoformet legeme (1, 14, 15) med en lang hale (2) med halefinner (3) hengende vertikalt i en tilnærmet uelastisk kabel (5) via en svivel (4) under et legeme, for eksempel en bøye, som flyter i vannoverflaten (32). The invention relates to a device, called a wave turbine, which will convert wave energy into electrical current. It consists of a torpedo-shaped body (1, 14, 15) with a long tail (2) with tail fins (3) hanging vertically in an approximately inelastic cable (5) via a swivel (4) under a body, for example a buoy, which floats on the surface of the water (32).

Den torpedoformede delen (1) av bølgeturbinen har to rotasjonsringer (7 og 12) festet til akslinger som er koblet til henholdsvis rotor (9) og stator (10) i en generator plassert i bølgeturbinen, slik at disse kan rotere uavhengig av hverandre. Det torpedoformede legemet (1) har en ballast The torpedo-shaped part (1) of the wave turbine has two rotation rings (7 and 12) attached to shafts which are connected respectively to the rotor (9) and stator (10) in a generator placed in the wave turbine, so that these can rotate independently of each other. The torpedo-shaped body (1) has a ballast

(13) plassert nederst og minst mulig tyngde i øvre del (6). (13) placed at the bottom and the least possible weight in the upper part (6).

Hver av rotasjonsringene (7, 12) er utstyrt med en krans av to eller flere bevegelige vinger (8 og 11, 16 og 18) festet til faste stenger eller delvis roterbare akslinger stående vinkelrett ut fra hver av rotasjonsringene (7, 12). Hver vinge består av et relativt flatt, fast eller fleksibelt legeme (24, 26, 29), for eksempel av metall, gummi eller plast, fortrinnsvis med et hydrodynamisk tverrsnitt (20). Den tykkeste kanten av platene er festet til og omslutter en stang eller aksling (21, 25, 27, 30) som står rett ut fra rotasjonsringens (7, 12) overflate, og fortsetter inn til akslingen (17, 19) som er koblet til generatorens rotor (9) og stator (10). Each of the rotation rings (7, 12) is equipped with a wreath of two or more movable wings (8 and 11, 16 and 18) attached to fixed rods or partially rotatable shafts standing perpendicularly from each of the rotation rings (7, 12). Each wing consists of a relatively flat, fixed or flexible body (24, 26, 29), for example of metal, rubber or plastic, preferably with a hydrodynamic cross-section (20). The thickest edge of the plates is attached to and encloses a rod or shaft (21, 25, 27, 30) which projects directly from the surface of the rotary ring (7, 12) and continues into the shaft (17, 19) which is connected to the generator's rotor (9) and stator (10).

Når bølgeturbinen (1, 14, 15), hengende etter en kabel (1) fra et flytende legeme (32), trekkes opp eller synker ned i sjøen på grunn av bølgebevegelser legemet i overflaten utsettes for, vil vingene (8, 11, 24, 26, 29) bli utsatt for vannpress (22). Vingematerialets fleksibilitet, og/eller vingeakslingenes (25, 30) rotasjon fører til at vingene stiller seg på skrå i forhold til bølgeturbinens (1, 14, 15) lengderetning. Det virker dermed en kraft på vingene (8, 11, 24, 26, 29), og komponenten av denne kraften i rotasjonsringens (7, 12) rotasjonsretning får denne til å rotere. Ettersom vingene er vendt motsatt vei på de to rotasjonsringene When the wave turbine (1, 14, 15), hanging by a cable (1) from a floating body (32), is pulled up or sinks into the sea due to wave movements to which the body on the surface is exposed, the wings (8, 11, 24 , 26, 29) be exposed to water pressure (22). The flexibility of the wing material and/or the rotation of the wing shafts (25, 30) causes the wings to be inclined in relation to the longitudinal direction of the wave turbine (1, 14, 15). A force thus acts on the wings (8, 11, 24, 26, 29), and the component of this force in the direction of rotation of the rotation ring (7, 12) causes it to rotate. As the wings are turned in opposite directions on the two rotation rings

(16 og 18), vil de rotere motsatt vei. Dermed vil også rotor (9) og stator (10) i generatoren rotere mot hverandre og indusere elektrisk strøm. På grunn av vingeakslingenes (25, 30) rotasjon og/eller vingematerialets fleksibilitet vil hver rotasjonsring (7 og 12) beholde rotasjonsretningen enten bølgeturbinen (1, 14, 15) beveger seg opp eller ned i vannmassen. (16 and 18), they will rotate in the opposite direction. Thus, the rotor (9) and stator (10) in the generator will also rotate against each other and induce electric current. Due to the rotation of the blade shafts (25, 30) and/or the flexibility of the blade material, each rotation ring (7 and 12) will retain the direction of rotation whether the wave turbine (1, 14, 15) moves up or down in the water body.

Vingene ut fra rotasjonsringene (7, 12) kan være festet til en aksling (25, 30) som kan rotere ut til en viss vinkel fra hver side av en normalposisjon (20) der vingeprofilens lengderetning er vinkelrett på bølgeturbinens lengdeakse. Vingeakslingen (25, 30) kan enten bevege seg helt fritt i dette vinkelområdet, eller den kan være fjærbelastet, slik at det kreves større kraft når vinkelen øker i forhold til normalposisjon (20). The wings from the rotation rings (7, 12) can be attached to a shaft (25, 30) which can rotate out to a certain angle from either side of a normal position (20) where the longitudinal direction of the wing profile is perpendicular to the longitudinal axis of the wave turbine. The wing shaft (25, 30) can either move completely freely in this angle range, or it can be spring-loaded, so that greater force is required when the angle increases compared to the normal position (20).

Alternativt kan vingene være laget av et helt eller delvis fleksibelt materiale, festet til rotasjonsringen på en fast, ikke roterbar stang (27). Kun på grunn av fleksibiliteten vil vingen (26) bli skråstilt og danne en konveks bue mot vannpresset (22). Alternatively, the wings can be made of a fully or partially flexible material, attached to the rotation ring on a fixed, non-rotatable rod (27). Only because of the flexibility will the wing (26) be inclined and form a convex arc against the water pressure (22).

Et annet alternativ er en vinge (29) av et helt eller delvis fleksibelt materiale, festet til en delvis roterbar aksling (30), der akslingen (30) i vingens ytterkant avsluttes med en stiv tverrstang (31). Langs ytre kant vil vingeprofilens (29) vinkel, i forhold til normalposisjonen (20), bli begrenset av vingeakslingens (30) og tverrstangens (31) mulighet for rotasjon. Siden vingematerialet er helt eller delvis fleksibelt, vil vannpresset trykke resten av vingen ned i en konkav form (29) i forhold til retningen vannpresset kommer fra (22). Vingeprofilens (29) vinkel vil øke med avstanden fra tverrstangen (31) slik at vinkelen som vingen motstår vannpresset (22) med blir minst ytterst i vingen, der dreiemomentet for rotasjonsringen (7, 12) er størst, og størst innerst på vingen, der dreiemomentet er minst. Dette antas å kunne øke kraftkomponenten i rotasjonsringenes (7, 12) rotasjonsretning, og dermed effektuttaket fra de vertikale bevegelsene i vannmassen. Another alternative is a wing (29) made of a fully or partially flexible material, attached to a partially rotatable shaft (30), where the shaft (30) ends at the outer edge of the wing with a rigid cross bar (31). Along the outer edge, the angle of the wing profile (29), in relation to the normal position (20), will be limited by the possibility of rotation of the wing shaft (30) and the cross bar (31). Since the wing material is completely or partially flexible, the water pressure will press the rest of the wing down into a concave shape (29) in relation to the direction the water pressure comes from (22). The angle of the wing profile (29) will increase with the distance from the cross bar (31) so that the angle with which the wing resists the water pressure (22) is smallest at the outermost part of the wing, where the torque for the rotation ring (7, 12) is greatest, and greatest at the innermost part of the wing, where the torque is the least. This is believed to be able to increase the force component in the direction of rotation of the rotation rings (7, 12), and thus the power output from the vertical movements in the water mass.

Eksempel på anvendelse Example of application

Bølgekraftverk Wave power plant

Et større antall bølgeturbiner med kabler og bøyer, kan arrangeres i en lenke, eller i ett rektangulært, kvadratisk eller sirkulært felt, forankret i ytterkantene. A larger number of wave turbines with cables and buoys can be arranged in a chain, or in one rectangular, square or circular field, anchored at the outer edges.

Bølgeturbinene bør henge i en dybde der påvirkningen av overflatebølgene i dypet ikke er så stor at den påvirker funksjonen negativt, muligens minst halvparten av forventet maksimal bølgelengde i området. Her vil de også være beskyttet fra ekstreme vær- og bølgeforhold. Det vil også være så mørkt på dette dypet at problemer med groe vil bli redusert. The wave turbines should hang at a depth where the influence of the surface waves in the depth is not so great that it affects the function negatively, possibly at least half of the expected maximum wavelength in the area. Here they will also be protected from extreme weather and wave conditions. It will also be so dark at this depth that problems with growth will be reduced.

Avstanden mellom bøyene i et slikt felt må være så stor at turbiner ikke kan komme borti hverandre. I et utbygd felt må hver bøye være forbundet med tau eller kabel til alle sine nabobøyer slik at det hele holder seg på plass og i riktig innbyrdes avstand. Forbindelsene mellom bøyene kan legges så dypt, for eksempel 8-10 meter, slik at skip kan passere uhindret over dem i mellomrommene mellom bøyene. Dette vil være viktig for arbeidet med service og vedlikehold. Hver enkelt bøye kan da heises opp, frigjøres og tas opp for service og vedlikehold. The distance between the buoys in such a field must be so large that turbines cannot run into each other. In a developed field, each buoy must be connected by rope or cable to all its neighboring buoys so that everything stays in place and at the correct distance from one another. The connections between the buoys can be laid so deep, for example 8-10 meters, that ships can pass over them unimpeded in the spaces between the buoys. This will be important for the work with service and maintenance. Each individual buoy can then be raised, released and taken up for service and maintenance.

Bøyenes ensidige funksjon, kun å sørge for oppdrift, gjør at de kan lages slik at de tåler alle slags værforhold, selv over tid. De kan også lages slik at de tåler ufrivillige sammenstøt med fartøy, og uten å skade fartøyet. De må ha en størrelse som gjør at de ikke vil bli trukket under vann ved normale værforhold. Samtidig må oppdriften ikke være så stor at turbiner, kabler og bøyer blir utsatt for urimelige påkjenninger under ekstreme bølgeforhold. The one-sided function of the buoys, only providing buoyancy, means that they can be made so that they can withstand all kinds of weather conditions, even over time. They can also be made so that they can withstand involuntary collisions with vessels, and without damaging the vessel. They must be of a size that means they will not be pulled under water in normal weather conditions. At the same time, the buoyancy must not be so great that turbines, cables and buoys are exposed to unreasonable stresses under extreme wave conditions.

Den elektriske strømmen kan føres til land. Et annet alternativ kan være å la et flytende, nedsenket eller bunnbasert prosessanlegg utnytte strømmen fra feltet, for eksempel for produksjon av hydrogen ved elektrolyse av sjøvann. The electrical current can be brought to shore. Another alternative could be to let a floating, submerged or bottom-based process plant utilize the current from the field, for example for the production of hydrogen by electrolysis of seawater.

Sterk havstrøm vil forringe effekten ettersom kablene mellom turbiner og bøyer ikke lenger vil være rette linjer. Bøyenes bevegelser i overflaten vil delvis bli bruk til å strekke ut og slakke kablene, delvis til å forskyve bøyen langs overflaten, i stedet for at turbinen trekkes opp og synker ned. Dette begrenser plasseringsmulighetene for et slikt prosjekt. Strong ocean currents will degrade the effect as the cables between turbines and buoys will no longer be straight lines. The movements of the buoys in the surface will be used partly to stretch and relax the cables, partly to displace the buoy along the surface, instead of the turbine being pulled up and lowered. This limits the placement options for such a project.

Seilbåter Sailboats

Bølgeturbinen kan dimensjoneres fritt. Små turbiner kan være aktuelle som strømforsyning til seilbåter på havseilas. Når det blåser og båten har fart gjennom vannet, vil den fungere som slepegenerator. Dersom vinden svikter og seilbåten ligger tilnærmet stille i havdønningene, vil bølgeturbinen bli hengende under båten og generere strøm da også. The wave turbine can be dimensioned freely. Small turbines can be relevant as a power supply for sailboats on sea voyages. When it is windy and the boat has speed through the water, it will act as a towing generator. If the wind fails and the sailboat lies almost still in the sea swells, the wave turbine will be suspended below the boat and generate electricity then as well.

Fartøy i fiksert posisjon Vessel in fixed position

Skip, eller andre flytende installasjoner i fiksert posisjon, for eksempel fyrskip, kan ha en eller flere bølgeturbiner hengende under seg. Da kan bølgeturbinen dimensjoneres slik at den gir et betydelig utbytte samtidig som den er håndterlig for utsetting, lagring om bord, service og vedlikehold. Ships, or other floating installations in a fixed position, such as lighthouses, can have one or more wave turbines suspended below them. Then the wave turbine can be dimensioned so that it provides a significant yield while being manageable for deployment, storage on board, service and maintenance.

Forskningsbøyer Research buoys

Drivende bøyer med vitenskapelig utstyr vil vanligvis få energibehovet sitt dekket med batterier og/eller solcellepaneler. Men i særlige tilfeller, for eksempel i mørketiden i arktiske eller antarktiske strøk, kan bølgeturbinen være et alternativ til solcellepanel. Propelling buoys with scientific equipment will usually have their energy needs covered by batteries and/or solar panels. But in special cases, for example during the dark in arctic or antarctic regions, the wave turbine can be an alternative to solar panels.

Dette oppnås ved oppfinnelsen This is achieved by the invention

For en turbin drevet av bevegelsene i et flytende legeme påvirket av bølger gjelder det å få mest mulig energi ut av de relativt langsomme, vertikale, opp- og nedbevegelsene flytelegemet gjør. For a turbine driven by the movements of a floating body affected by waves, it is important to get as much energy as possible out of the relatively slow, vertical, up and down movements the floating body makes.

Bølgeturbinen, ifølge oppfinnelsen, omdanner disse bevegelsene til ensrettet rotasjon slik at rotasjonsmomentet både i generator, akslinger og vinger ikke går tapt når bølgeturbinen skifter bevegelsesretning i vannmassen. The wave turbine, according to the invention, converts these movements into unidirectional rotation so that the rotational torque in both the generator, shafts and blades is not lost when the wave turbine changes direction of movement in the water body.

Bølgeturbinen har en forholdsvis enkel konstruksjon med få mekaniske deler. Den kan dimensjoneres fritt og vil fungerer i alle bølgeretninger, og i alle bølgehøyder og frekvenser store nok til å bevege flytelegemet. The wave turbine has a relatively simple construction with few mechanical parts. It can be dimensioned freely and will work in all wave directions, and in all wave heights and frequencies large enough to move the floating body.

Et bølgekraftverk basert på et større antall bølgeturbiner vil ha lav profil over havoverflaten. Flytelegemet vil være enkle bøyer som kan lages solide nok til å tåle alle slags værforhold. Turbinen vil under alle forhold være beskyttet i rolig vann på dypet. Ved riktig tilpasning av forholdet mellom bøyestørrelse, kabelstyrke, vingestørrelse og turbintyngde bør det være mulig å lage et robust system. A wave power plant based on a larger number of wave turbines will have a low profile above the sea surface. The floating body will be simple buoys that can be made solid enough to withstand all kinds of weather conditions. The turbine will under all conditions be protected in calm water at depth. By correctly adapting the relationship between bend size, cable strength, blade size and turbine weight, it should be possible to create a robust system.

Redusert groeproblem på grunn av lite lys på dypet, kombinert med enkel produksjon, utsetting, service og vedlikehold vil kunne gjøre et bølgeenergiprosjekt økonomisk konkurransedyktig. Reduced growth problems due to low light at depth, combined with simple production, deployment, service and maintenance will make a wave energy project economically competitive.

Det stilles ikke andre krav til plasseringen av et slikt bølgekraftverk enn at det må være bølger, mulighet for forankring, eventuelt annen form for posisjonering, og ikke for sterk strøm i vannmassen. Det betyr at det vil kunne plasseres i havområder som ikke egner seg for andre løsninger. There are no other requirements for the location of such a wave power plant other than that there must be waves, the possibility of anchoring, possibly another form of positioning, and not too strong a current in the body of water. This means that it will be possible to place it in sea areas that are not suitable for other solutions.

Muligheten til å bruke bølgeturbinen som kombinert slepegenerator og bølgekraftomformer, for eksempel til bruk i seilbåter, antas å være unik. The possibility of using the wave turbine as a combined towing generator and wave power converter, for example for use in sailboats, is believed to be unique.

Claims

Claim 1: A torpedo-shaped object (1), preferably with a tail (2) and tail fin (3), arranged to hang vertically in a body of water by a cable (5) attached to a swivel (4) in the tail (3), from a floating body (32) which follows wave movements in the surface of the body of water, characterized in that the torpedo-shaped object (1) is provided with two rotation rings (7, 12) which, with the help of movable wings (8, 11, 14, 15, 16, 18, 24, 26, 29) rotate in a constant direction, but opposite to each other, when the torpedo-shaped object (1) is pulled up or sinks into the body of water. Claim 2: A torpedo-shaped object (1) according to claim 1, characterized in that the rotation in the two rotation rings (7, 12) is used to drive an electric generator (9, 10) placed in the torpedo-shaped object (1). Claim 3: A torpedo-shaped object (1) according to claim 1, characterized in that movable wings (8, 11) attached to rotation rings (7, 12) can consist of fully or partially flexible material (26, 29) mounted on fixed rods ( 27) or rotatable shafts (25, 30), possibly with a cross bar at the outer edge (31) with a rigid connection to the wing shaft (30).