NO342406B1

NO342406B1 - Bølgeenergi omformere

Info

Publication number: NO342406B1
Application number: NO20140126A
Authority: NO
Inventors: Geir Arne Solheim
Original assignee: Havkraft As
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2018-05-14
Also published as: NO20140126A1; GB201401828D0; GB2522697A; GB2522697B

Abstract

En bølgeenergiomformer (10) er innrettet for å konvertere energi overføres i bølger som forplanter seg i en fremoverretning (40) i et havmiljø og mottatt på omformeren (10) inn generert kraft. Konverteren (10) omfatter en flerhet av spalter (20) som står i fluidforbindelse via tilsvarende porter (50) til bølger mottatt på omformeren (10); kolonnene (20) har en oppad avsmalnende tverrsnitt når den er i drift, og er koplet i det vesentlige ved deres øvre ender til en energiuttaksanordning (60). Portene (50) er anordnet i det vesentlige i serie langs den foroverretningen (40), og portene (50) er av stadig større dybde i havet miljøet langs foroverretningen (40) for derved å bevirke at bølger til å forplante seg i en nedadrettet vortex (45) når den mottas ved portene (50). Det store antall søyler (20) er anordnet slik at at de langstrakte akser hovedsakelig på linje langs en første retning, og at portene (50) har tilsvarende port vinkler (q) i forhold til den første retning som er progressivt større i portene (50) er av progressivt større dybde.

Description

BØLGEENERGI OMFORMERE

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører bølgeenergi omformere, for eksempel bølgeenergi omformere for produksjon av fornybar energi eller for å absorbere bølgeenergi for å sørge for beskyttele imot havbølger, for eksempel for å redusere kysterosjon. Dessuten vedrører den foreliggende oppfinnelsen fremgangsmåter å genere fornybarenergi med bruk av de ovennevnte bølgeenergi omformerene. Videre vedrører den foreliggende oppfinnelsen fremgangsmåter å absorbere bølgeenergi med å bruke overnevnte bølgeenergi omformere. Videre vedrører den foreliggende oppfinnelsen komponentdeler for å konstruere ovennevnte bølgeenergi omformere. Videre vedrører den foreliggende oppfinnelsen system for å generere energi fra havbølger, hvori de system inkluderer et flertal av ovennevnte bølgeenergi omformere. Innhold av et patentsøknad PCT/EP2013/002266 er hermed innlemmet via referanse.

Bakgrunn

Bølgeenergi omformere er kjent innen teknikken og bruker en rekke bølgeenergiomformningsmekanismer. Derimot i motsetning til offshore vindturbiner har bølgeenergi omformere ikke hertil blitt brukt i store mengder for produkson av elektrisitet til elektrisitetsnettverk. En nåværende utfordring er å implementere ovennevnte havbølge energiomformere på en kostnadseffektiv måte, medens å sikre at de konverterer bølgeenergi effektivt til elektriskkraft og å overleve svære værforhold som av og til oppstår utenfor i havet. Utfordringen dermed har tilsvarende parameter som kan være motstridende mot hverandre, for eksempel et robust design av hav bølgeenergi omformere er potensiellt mer kostbar å fremstille og å gjennomføre i forhold til en mindre robust struktur.

En robust og effektiv bølgeenergi omformere er beskrevet i en internasjonal offentliggjort PCT patentsøknad WO2011/162615A2 (PCT/NO2011/000175, “Ocean Wave Energy System”, Havkraft AS, Geir Solheim). Den bølgeenergi omformeren er gjennomført som et bølgeenergisystem for å generere elektriskkraft fra havbølger, hvori systemet omfatter en plattform som støtter en rekke hule kolonner hvis tilsvarende nedre ender er i fluid kommunikasjon med havbølger og hvis tilsvarende øvre ender er i luft kommunikasjon med en turbinutrustning slik at bølgebevegelse ved de nedre endene fører til luftbevegelse innen i kolonnene for å drive frem den turbinutrustning å genere kraft. Systemet videre omfatter en eller flere posisjonsjusterbar og/eller vinkeljusterbar neddykkede strukturer nær de nedre endene av kolonnene for å omforme havbølger som forplanter seg i drift mot de nedre endene av kolonnene å koble de bølger på en kontrollerbar måte til de hule kolonnene.

I den ovennevnte offentliggjort PCT patentsøknadden nr. WO2011/162615A2 er der gitt en omfattende oversikt av havbølgerenergi teori som er hermed med dette innlemmet som referanse. Havbølge er overflatebølger som er hovedsaklig ved en et grensesnitt mellom to fluider, nemlig havvann og luft. Overflatebølgene forplatter seg hovedsaklig innen i grensesnittets plan og kan brytes, reflekteres, overføres og absorberes ved noen gjenstander som skjærer vesentlig med grensesnittets plan.

For at de overflatebølger å bli absorbert effektivt må bølgerimpedansen av gjenstander være tilpasset til impedansen av overflatebølgene. Når gjenstandene er av en fysisk størrelse som er liknande i forhold til en bølgelægnde av overflatebølgene, å designe gjenstandene å sørge for en effektiv bølgeimpedanse er en kompleks oppgave, spesielt når overflatebølgene i praksis har en varierende bølgelengde avhengig av havværeforhold. Dessuten behøver gjenstandene å være designet å motstå alvorlige stormforhold og også være vesentlig fri for kavitasjonseffekter når store mengder bølgeenergi blir absorbert av gjenstandene. Den ovennevnte offentliggjort PCT patentsøknad beskrever en bølgerenergi omformer som er i stand til å gi effektiv absorpsjon av havbølger.

I et godkjent Britisk patent GB2030232B (Hagen et al.; “Floating breakwater and energy collection system”) er der beskrevet en kombinasjon flytende bølge- og bølgeenergisamlingssystem som innholder en flyttendeplattformapparat som innholder et flertal av bølgeenergiomformere, hvori bølgeenergiomformene inkluderer samlingskammer som er åpene ved deres bunn og hvert kammer har en relativ vertikal rykkvegg og en skrå frontvegg, hvori samlingkammene er ordnet i et flertal rekke som er plassert ved siden av hverandre. Omformningsapparat på plattformen omformer bølgerenergien som er mottatt i samlingskammene til en form for energi som kan tarnsmitteres. Den flyttende plattfrom innholder et par av langstrakte vinger (ikke vist) og vingene har et romligt omfang som er justerbart. Samlingskammene er ordenet som trykkkammer og vakummkammer og er er valgfritt assosiert med luftturbiner som driver elektriske generatorer.

I en godkjent Spansk patent ES2235590B1 (oppfinner: De Llopart-Masaro de Arenzana)(“System for å produsere energi ved hjelp av sjøbølger, har åpning forsynt med ekspansjonsventil for passering av luft gjennom langsgående innvendig rørledning, og ekstern kjøringsenhet koblet til turbin“) er der beskrevet et system som har en prismatisk rektangulær blokk som er koblet ved side av en base, hvori den prismatiske rektangulære blokken i fremstillet av beton og et keramisk materiale. Brygger er forankret til et havbunn, hvor den prismatiske rektangulære blokken er festet på bryggene. Havbunnet er forsynet med et internt solidt område. En gassventil er utstyrt med et gjennomgående hull. En åpning er forsynt med en ekspansjonsventil for å passere luft gjennom en langsgående indre kanal. En ekstern kjøreenhet er koblet til en turbin.

Det oppstår imidlertid et behov for å implementere en bølgeenergi omformer som er spesielt effektiv for å absorbere havbølgeenergi, samtidig som den er robust i drift og kostnadseffektiv å produsere. For eksempel er det ønskelig at bølgekraftomformeren er fremstilt på en slik måte at den er praktisk for moderne skipsverft.

Sammendrag

Den foreliggende beskrivelse søker å gi en forbedret bølgeenergi omformere som er mer effektiv i drift, mer robust og mer effektiv ved bruk av byggematerialer.

Ifølge et første aspekt er det tilveiebragt en bølgeenergi omformere definert i vedlagte krav 1: det er tilveiebrakt en bølgeenergi omformere for å omdanne i drift energi transportert i havbølger som forplanter seg i en fremadrettet retning i et havmiljø og mottas ved omformeren via et energiuttakksarrangement til generert kraft, hvori omformeren omfatter et antall kolonner som er i fluid kommunikasjon via tilsvarende porter til havbølgene mottatt ved omformeren, hvor portene er anordnet hovedsakelig i serie langs den fremadrettet retningen, og hvor portene har stadig større dybde i havmiljøet langs den fremadrettet retningen for å forårsake havbølgene å forplante seg i en nedadrettet vortex når den mottas ved portene, karakterisert ved at en eller flere av kolonnene har et oppad avsmalnet tverrsnitt når de er i drift, og er koplet i det vesentlige ved deres øvre ender til energiuttakksarrangementet, og energiuttakksarrangementet inkluderer en eller flere poly-kuspidaleventiler for å forårsake en-retnings-strømning av luft fra en eller flere kolonner for å passere gjennom en turbin for å generere kraft.

Oppfinnelsen har fordel ved at disposisjonen av flerheten av oppover avsmalne porter for å skape en robust nedadrettet direkte vortex sørger for mer effektiv bølgeenergi adsorpsjon.

Valgfritt for bølgeenergi omformeren inkluderer enerrgiuttakksarrangementet en energiuttakksanordning for hver av de ene eller flere kolonnene.

Valgfritt for bølgeenergi omformeren inkluderer energiuttakksarrangementet en energiuttakksanordning som deles mellom flere kolonner.

Valgfritt inkluderer for den bølgeenergi omformeren den ene eller flere polykuspidaleventiler minst en trikuspidaleventil. Mer valgfritt for bølgeenergi omformeren er en eller flere klaffer av den ene eller flere polykuspidaleventiler fremstilt fra et fleksibelt polymerplastmateriale. Valgfritt inkluderer en eller flere klaffer av den ene eller flere poly-kuspidaleventiler et flertall fleksible ledninger og/eller minst en pyramidal-type ramme for å hindre at en eller flere klaffer foldes videre enn en gjensidig anordning når de er i en lukket stat. Enda mer valgfritt for bølgeenerg omformeren, omfatter det fleksible polymere plastmaterialet minst en av: Nitrilgummi, polyuretan, silikongummi.

Valgfritt for bølgeenergi omformeren er der flere kolonner anordnet slik at deres langstrakte akser er i hovedsak rettet langs en første retning, og at portene har tilsvarende portvinkler ( θ) i forhold til den første retning som gradvis er større som portene har stadig større dybde. Mer valgfritt for bølgeenergi omformeren er den første retning i hovedsak en vertikal retning når omformeren er i drift.

Velgfritt for bølgeenergi omformeren har portene en elliptisk, rund eller rettlinjet tverrsnitt.

Valgfritt for bølgeenergiromformeren er flere kolonner innrettet for å koble til havbølgene mottatt ved portene på en resonans måte.

Valgfritt inkluderer bølgeenergi omformeren i et område på 2 til 10 kolonner og tilhørende porter arrangert i serie.

Valgfritt inkluderer bølgeenergi omformeren en eller flere av kolonnene en eller flere ytterligere bølgeenergieabsorberende innretninger deri. Mer valgfritt for bølgeenergi omformeren, omfatter den ene eller flere bølgeenergieabsorberende innretninger minst en stempelanordning.

Ifølge et annet aspekt er det tilveiebrakt et bølgeenergi system som inkluderer en plattform som definerer en perifer kant derav, karakterisert ved at flere bølgeenergi omformerer i henhold til det første aspektet er montert i det vesentlige rundt i det minste en del av periferkanten for å motta havbølger som forplanter seg mot bølgeenergi systemet ved bølgeenergi omformerne.

I henhold til et tredje aspekt er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å omdanne energi som formidles i havbølger som forplanter seg i en fremadrettet retning i et havmiljø når det mottas ved en bølgeenergi omformer via et energiuttakksarrangement for å generere kraft, karakterisert ved at fremgangsmåten innbefatter:

(a) å arrangere at flere kolonner av omformeren er i fluidkommunikasjon via tilsvarende porter til havbølgene mottatt ved omformeren, hvori en eller flere av kolonnene har et oppad konisk tverrsnitt når de er i drift, og er koplet hovedsakelig i sine øvre ender til et energiuttakksarrangement;

(b) å sørge for at kolonnene er anordnet hovedsakelig i serie langs den fremadrettet retningen;

(c) å sørge for at portene gradvis blir av større dybde i havmiljøet langs den fremadrettet retningen for å få bølgene til å formere seg i en nedadrettet vortex når den mottas ved portene; og

(d) å brukke poly-kuspidaleventiler koblet til den ene eller flere kolonnene for å forårsake en hovedsakelig en-retnings-luftstrøm gjennom minst en turbin for å generere kraft.

Valgfritt innbefatter fremgangsmåten å arrangere flere kolonner slik at deres langstrakte akser er i hovedsak rettet langs en første retning, og at portene har tilsvarende portvinkler ( θ) i forhold til den første retningen som er progressivt større da portene gradvis er av større dybde.

Det vil forstås at trekk ved oppfinnelsen er mottakelig for å bli kombinert i forskjellige kombinasjoner uten å avvike fra omfanget av oppfinnelsen som definert ved de vedlagte kravene.

Beskrivelse av tegningene

Utførelseseksempler av den foreliggende beskrivelsen vil nå bli beskrevet, bare som eksempel, med henvisning til de følgende diagrammer hvor:

FIG. 1 er en illustrasjon av en utførelseseksempel av en bølgeenergi omformere ifølge den foreliggende oppfinnelsen;

FIG. 2 er et skjematisk sideriss av bølgeenergi omformeren på FIG. 1; FIG. 3 er en illustrasjon av en alternativ implementering av en del av bølgeenergi omformeren på FIG. 1;

FIG. 4A er en illustrasjon av en konfigurasjon av luftstrøm som oppstår i drift i bølgeenergir omformeren av en eller flere av FIG. 1 til FIG. 3;

FIG. 4B er en illustrasjon av en alternativ konfigurasjon av luftstrøm som oppstår i drift i bølgeenergir omformeren av en eller flere av FIG. 1 til FIG. 3, hvor et dobbelt turbinarrangement benyttes, ventilert til omgivende luft;

FIG. 5 er en illustrasjon av en trikuspidaleventil anvendt i konfigurasjonen i FIG. 4;

FIG. 6 er en illustrasjon av en quadrakuspidaleventil, nemlig fireklaffventil, anvendt i konfigurasjonen i FIG. 4;

FIG. 7 er en illustrasjon av en fleksibel ledning festet til en klaff av quadrakuspidaleventilen i konfigurasjonen på FIG. 4;

FIG. 8A og FIG. 8B er illustrasjoner av en pyramidal-type ramme plassert på ventilen i konfigurasjonen på FIG. 4; og

FIG. 9 er en illustrasjon av et system som innbefatter et arrangement av et fleretal bølgeenergi omformerer som vist på FIG. 1 til FIG.

3.

I de vedlagte diagrammene benyttes et understreket nummer for å representere et element over hvilket det understrekte numret er plassert eller et element som det understrekte numret støtter seg til. Et ikkeunderstreket nummer vedrører et element som er identifisert av en linje som knytter det ikke-understrekte nummer til elementet. Når et nummer ikke er understreket og ledsages av en tilhørende pil, brukes det ikkeunderstrekte nummer til å identifisere et generelt element der pilen peker.

Beskrivelse av eksempelutførelser

Med henvisning til FIG. 1, beskriver den foreliggende beskrivelsen i oversikt en bølgeenergir omformere 10 som innbefatter et antall hovedsakelig lukkede luftkolonner 20a, 20b, 20c, 20d koplet via et portarrangement 30 inn i fluidkommunikasjon med havbølger som forplanter seg i et hav i en horisontal fremover retningen vesentlig som betegnet med en pil 40. Portarrangementet 30 innbefatter portkanaler 50a, 50b, 50c, 50d koplet i sine øvre ender til henholdsvis luftkolonnene 20a, 20b, 20c, 20d og også i sine nedre ender til havbølgene, hvor portkanalene 50a, 50b, 50c, 50d har sine nedre ender med progressivt større dybder langs foroverretningen som er definert av pilen 40, og har sine langsgående akseorienteringsvinkler i gradvis grunne vinkler langs foroverretningen definert av pilen å i forhold til en overflate av havet; alternativt definert har portkanalene 50a, 50b, 50c, 50d sine nedre ender med gradvis større dybder langs den fremadrettede retningen som er definert av pilen 40 og har sine langsgående akse-orienteringsvinkler i gradvis større vinkler θ langs foroverretningen definert av pilen 40 i forhold til en hovedsakelig langstrakt vertikal akse av luftkolonnene 20a, 20b, 20c, 20d som vist på FIG. 2. Alternativt drives luftkolonnene 20a, 20b, 20c, 20d med sine respektive langstrakte akser anbrakt i hovedsakelig vertikal orientering. Eventuelt er en energiuttakksanordning 60, for eksempel en luftdrevet turbin, inkludert i en øvre ende av hver luftkolonne 20a, 20b, 20c, 20d, nemlig fjernt fra de nedre ender av portkanalene 50a, 50b, 50c, 50d som er direkte i kommunikasjon med havbølgene. En slik disposisjon av de nedre ender av portkanalene 50a, 50b, 50c, 50d resulterer i at havbølgene gradvis decelereres og effektivt absorberes ved omformeren 10 for å generere tilsvarende energi ved energiuttakksanordningene 60 ved de øvre ender av luften kolonnene 20a, 20b, 20c, 20d som havbølgene er tvunget til å utvise en nedadgående vortex 45. Portarrangementet 30 er implementert for å gi en optimal absorpsjon av havbølgeenergi, mens det i det vesentlige unngås overføring eller refleksjon av bølgeenergi, og samtidig som av en generell kompakt størrelse og derfor effektiv ved bruk av byggematerialer.

Valgfritt, som vist på FIG. 1, er portarrangementet 30 fremstilt fra plane paneler, for eksempel stålpaneler av en type som ofte benyttes for moderne skipbygging og offshore-konstruksjoner. Panelene fordeles hensiktsmessig til passende størrelse, for eksempel ved hjelp av karbondioksidlaserskjæring, og deretter monteres eller på annen måte sammenføyet, for eksempel ved kontinuerlige sveisesømmer dannet ved grensesnitt hvor panelene gjensidig møtes. Videre er luftkolonnene 20a, 20b, 20c, 20d fordelaktig implementert i en oppover-konisk kjegleformet form som illustrert, hvor en øvre diameter C2 er mindre enn en lavere diameter C1, hvor en kegleformet form er best egnet til å tåle trykksving i ugunstige værforhold som forekommer i kolonnene 20a, 20b, 20c, 20d; dessuten er en kegleformet form fordelaktig fremstilt, for eksempel på en kontinuerlig sveiset måte fra arkmateriale, fra karbonfiber eller glassfiberforsterket komposittmateriale, støpebetongmaterialer av marin kvalitet eller en hvilken som helst kombinasjon av disse. Eventuelt er luftkolonnene 20a, 20b, 20c, 20d produsert for å ha et polygonalt tverrsnitt, for eksempel et rektangulært tverrsnitt eller sekskantet tverrsnitt. Luftkolonnene 20a, 20b, 20c, 20d er valgfritt fremstilt av plane arkkomponenter som sammenføyes, for eksempel via kontinuerlig sveising. Som illustrert i FIG. 2 har rørene en diameter C1 i et område fra 1 metre til 2 meter, mer foretrukket en diameter i et område på 1,3 meter til 1,9 meter og mest foretrukket en diameter på i det vesentlige 1,6 meter. En konisk vinkel β er fordelaktig i området fra 1<o>til 20<o>, eventuelt i området fra 3<o>til 15<o>, og mer valgfritt i hovedsak i et område på 5<o>til 10<o>.

Luftkolonnene 20a, 20b, 20c, 20d har fordelaktig en forlenget lengde L i et område på 1 til 25 meter og mer foretrukket en langstrakt lengde L på i det vesentlige 14 meter opp til en nedre ende av energiuttakksanordningene 60. Selv om FIG. 1 og FIG. 2 illustrerer fire kolonner 20a, 20b, 20c, 20d og et tilhørende portarrangement 30 som passer for det, er det valgfritt innbefattet to eller flere kolonner 20 i omformeren 10. Valgfritt for de omformene 10 er de fire kolonnene 20a, 20b, 20c, 20d og tilhørende portarrangement 30 implementert som en integrert sammenstilling, for eksempel som en masseprodusert modul.

Med henvisning til FIG. 2 har portene av portarrangementet 30 en vinkelformet disposisjon av vinkler θa, θb, θc, θd for kolonnene 20a, 20b, 20c, 20d i forhold til en langstrakt akse i kolonnene 20a, 20b, 20c, 20d som vist. Valgfritt er vinklene θa, θb, θc, θd av portene 50a, 50b, 50c, 50d i det vesentlige henholdsvis 10<o>, 30<o>, 50<o>, 75<o>, selv om andre vinkelbevegelser er mulige for implementering av foreliggende oppfinnelse. Luftkolonnene 20a, 20b, 20c, 20d har fordelaktig en separasjonsavstand G, mot et nedre parti derav som vist, hvor avstanden G er valgfritt i hovedsak 0,88 meter. Videre har portarrangementet 30 valgfritt en høyde K og en bredde J som vist på FIG. 2, hvor høyden K eventuelt er i det vesentlige 8 meter og bredden J er valgfritt i det vesentlige 10 meter. Portarrangementet 30 har fordelaktig en bredde, sett i retning av pilen 40, på i det vesentlige 3 meter. Slike størrelser for kolonnene 20a, 20b, 20c, 20d og portarrangementet 30 er omtrent sammenlignbare med en bølgelengde av havbølger, som omformeren 10 er utformet for å konvertere til utgangseffekt, for eksempel utgangseffekt fra energivuttakksanordningene 60. Valgfritt har kolonnene 20a, 20b, 20c, 20d og portarrangementet 30 en størrelse som muliggjør resonansabsorpsjon av havbølger for å finne sted i omformeren 10 og derved øke konverteringseffektiviteten til omformeren 10. Valgfritt kan kolonnene 20a, 20b, 20c , 20d være dynamisk innstilt i drift, for eksempel ved å variere deres effektive lengde L og / eller diameter C1, C2, for eksempel ved bruk av aktiverte baffler eller lignende i kolonnene 20a, 20b, 20c, 20d. Dette muliggjør valgfritt et såkalt "naturlig", nemlig passivt styresystem som opererer med kolonnene 20a, 20b, 20c, 20d som passive gir.

Omformeren 10 er operativ til å styre innkommende havbølger som nærmer seg i en retning av pilen 40 inn i en decelererende nedadrettet vortex 45 som øker vortexets 45 trykk med dybde i havet og er derfor spesielt effektiv for å ekstrahere havbølgeenergi i en relativt lite volum, uten vesentlig refleksjon eller overføring av havbølgene. En slik måte å operere på er fundamentalt forskjellig fra kjente moderne havbølgeenergiomformere. Videre styrer en dominerende bølgeletning fordelaktig en naturlig bevegelse og retning av omformerne 10, slik at omformerne 10 vender mot bølgeledningen med en enkeltpunktsinngang, eller også kalt fortøyning.

Omformeren 10 er vlagfritt utformet for å være anordnet i arrays, hvor slike arrays kan være av buet form eller lineær form avhengig av anvendelse i et system. For eksempel, i FIG. 3, har portarrangementet 30 utformet på en radialt konisk form med en konisk vinkel θsi et område på 15<o>til 30<o>og mer valgfritt i hovedsak 23<o>, med en lengde M i en rekkefølge på 12 meter og bredest bredde W med i det vesentlige 6,1 meter, selv om andre størrelser for portarrangementet 30 i FIG. 3 er gjennomførbare ved implementering av foreliggende oppfinnelse. Portarrangementet 30 i FIG.

3 fremstilles hensiktsmessig ved å sammenføye plane ark av materiale sammen, for eksempel ved kontinuerlig sveising av stålkomponenter sammen. Alternativt kan portarrangementet 30 bli implementert som en støpekomponent av armert betong.

Omformeren 10 som beskrevet i det foregående er mottakelig for å bli montert på forskjellige typer plattformer for å implementere havbølgeenergisystemer. Alternativt kan omformeren 10 monteres i arrays for å gi kystforsvar, for eksempel for å redusere kystosion og / eller for å skape rolige havforhold i kølvandet på arrays, for eksempel for akvakultur og / eller for havneanlegg. På samme måte er omformeren 10 fordelaktig montert på spennende bryggerier og lysehus til sjøs og / eller langs en kystlinje og / eller i elver og fjorder.

Med henvisning til FIG. 4A er et eksempel på implementering av energiuttakksanordningen 60 vist. Energiuttakksanordningen 60 er koblet i luftforbindelse med en øvre ende med en diameter på i det vesentlige C2, av den tilsvarende oppover-koniske, kjegleformede kolonne 20. Dessuten innbefatter energiuttakksanordningen 60 en første innløpsventil 100 for å forbinde en indre volum av kolonnen 20 med et første overtrykkskammer 110 og en andre utløpsventil 140 for å forbinde kolonnens 20 indre volum til et andre undertrykkskammer 130; en luftturbin 120 er koplet mellom det første overtrykkskammer 110 og det andre undertrykkskammer 130 som vist. Ventilene 100, 140 er i stand til å forsegle når det er i det vesentlige null trykkforskjell derover eller et reversert trykk derover, og ventilene 100, 140 er i stand til å åpne når det er et fremdriftstrykkfall derover og / eller en fremadrettet luftstrøm derigjennom. Overtrykkskamrene 110 av et flertall av energiuttakkanordningene 60 er valgfritt innbyrdes koblet sammen. Valgfritt er undertrykkskamrene 130 i flere av energiuttakksanordningene 60 innbyrdes koplet sammen. Slike deling av overtrykkskammeret 100 og / eller undertrykkskammeret 130 muliggjør en mer hovedsakelig konstant luftstrøm gjennom turbinen 120 som skal oppnås, og potensielt reduserer kostnadene på grunn av at færre turbiner 120 er påkrevd for flere kolonner 20. Valgfritt innbefatter omformeren 10 bare en enkelt turbin 120 som tilføres og uttømmes med en luftstrøm fra et felles overtrykkskammer 110 og et felles undertrykkskammer 130. Videre når turbinen 120 blir gjort større, er den ofte vesentlig mer effektiv ved å omdanne energi i en luftstrøm derigjennom til rotasjonsenergi for å drive en elektrisk generator eller lignende i sammenligning med at hver kolonne 20 er forsynt med sin egen individuelle turbin 120. I implementeringen av FIG. 4, må turbinen 120 ikke nødvendigvis være en toveisbrønn-turbine, men kan implementeres ved hjelp av en rekke standard typer turbiner, for eksempel turbiner med enkelflytende retninger med fast bladhøyvinkel.

Med henvisning til FIG. 4B, er det vist en alternativ konfigurasjon til den i FIG. 4A, hvor et dobbelt turbinarrangement 120 benyttes, uttømt til omgivende atmosfære. Kamrene 110 og / eller kamrene 130 av flere kolonner 20 er eventuelt innbyrdes koplet, slik at dobbeltturbinarrangementet kan adressere flere slike kolonner 20; en mer stabil, nemlig mindre pulserende luftstrøm, gjennom doble turbinearrangementet, er dermed mulig. Hver turbin 120 av dobbeltturbinarrangementet er fordelaktig en en-retnings turbin; med andre ord er det ikke et krav at turbinen 120 er en brønn-type turbineanordning, idet luftstrømmen derigjennom er enveis i FIG. 4B. I en alternativ utførelse virker dobbeltturbinarrangementet 120 en bryter for å tillate den såkalte "naturlige", nemlig passiv operasjon hvor trykkretning bestemmer å tillate luftstrøm.

Med henvisning til FIG. 5 er en eksempelvis trikuspidaleventil vist, nemlig egnet for å implementere en eller flere av ventilene 100, 140. Valgfritt er ventilene 100, 140 hver implementert som et arrangement av flere mindre trikuspidaleventiler. Trikuspidaleventiler er ansatt i naturen, for eksempel i et menneskelig hjerte som må slå mange millioner ganger i løpet av sin levetid, og likevel gi svært pålitelig drift. På FIG. 5, er klaffene i trikuspidalventilen betegnet med 180A når de er i lukket tilstand, og betegnes ved 180B når de er i åpen tilstand. Klaffene 180A, 180B er valgfritt implementert ved hjelp av stive materialer og er hengslet, for eksempel ved hjelp av torsjons-returfjærer som forspenner dem til deres lukkede tilstand, hvor de er koplet til en felles basisplate; slikt stivt materiale innbefatter for eksempel metallplate, aluminiummetallplate, titanmetallark, komposittplastmaterialer og lignende. Alternativt er klaffene 180A, 180B fremstilt fra et polymerplastmateriale, for eksempel polyuretan eller silikongummi, og er i stand til å bøyes i åpen tilstand når et positivt trykk påføres over ventilene 100, 140; i en slik implementering er klaffene 180A, 180B og deres basisplate er tilveiebrakt som en integrert støpt komponent, hvorved produksjons- og vedlikeholdskostnader reduseres. Polyuretan er fordelaktig å benytte for klaffene 180A, 180B, fordi:

(a) det er kjemisk inert og korroderes derfor ikke av saltvann;

(b) det er i stand til å bøye millioner av ganger før de lider av arbeidsherding; og

(c) det er et sterkt materiale som er i stand til å motstå betydelige krefter som påføres ventilene 100, 140, for eksempel under stormforhold. Andre fleksible polymere materialer er valgfritt benyttet for klaffene 180A, 180B, for eksempel nitrilgummi og lignende.

På FIG. 5 er ventilene 100, 140 implementert som trikuspidaleventiler, idet hver ventil har tre klaffer 180 som ligger sammen for å forsegle ventilene 100, 140 i lukket tilstand, og som gensidig adskiller seg ved sine distale frie ender når ventilene 100, 140 er i en åpen tilstand. Kamrene 110, 130 er valgfritt relativt store luftreservoarer. Det vil forstås at ventilene 100, 140 kan implementeres for å ha mer enn tre klaffer, for eksempel som vist på FIF. 6, hvor hver ventil 100, 140 innbefatter fire klaffer 190, nemlig en quadrakuspidaleventil. Klaffene 190 støtter hverandre, som betegnet ved 190A, når ventilene 100, 140 er i lukket stilling, underkastes reverstrykk og separeres ved deres distale ender, som betegnet ved 190B, når ventilene 100, 140 er i sin åpne tilstand, underkastes en luftstrøm gjennom ventilene 100, 140. Eventuelt er en eller flere ventiler 100, 140 implementert med mer enn fire gjensidig samvirkende klaffer, for eksempel hexakspidaleventiler, pentakuspidaleventiler og så videre.

På FIG. 7 er hver av klaffene 190 valgfritt festet av en eller flere fleksible ledninger 210 for å hindre at klaffene 190 foldes utover en gjensidig anbrakt anordning når klaffene 190 er i lukket tilstand. Den ene eller flere fleksible ledninger 210 klemmes mot kolonnen 20 og til klaffene 190; i den lukkede tilstand sikrer den ene eller flere fleksible ledninger 210, som betegnet med 210A, at klaffene 190A er pålitelige for å danne en sterk pyramidaltype når de i en lukket tilstand, mens de er underkastet reversert trykk, den ene eller flere fleksible ledninger 210, som betegnet 210B, løsner opp for å tillate luftstrømning gjennom ventilene 100, 140. Det er fordelaktig at den ene eller flere fleksible akkorder 210 er fremstilt av materialer som er sterke og ikke hardherdes lett eller blir knutet, for eksempel karbon fiberstenger, polypropylenstenger eller vevde bånd og lignende.

I et ytterligere alternativ er rammene 220 av pyramidal type anbrakt på ventilen 100, 140 for å hindre at klaffene 190 foldes utover et i hovedsaken gjensidig anbrakt arrangement når ventilen 100, 140 er i lukket tilstand. For eksempel, i FIG. 8A hviler klaffene 190A på rammene 220 av pyramidaltypen for å sikre at klaffene 190A ikke bretter seg, når de er i lukket tilstand. På FIG. 8B er klaffene 190B i åpen tilstand, hvor rammen 220 av pyramidaltype ikke forårsaker noen betydelig strømningsmotstand mot luft som strømmer gjennom ventilen 100, 140.

Valgfritt inkluderer kolonnene 20 ytterligere energiuttakksanordninger, for eksempel en eller flere stempler 240 deri, som kan benyttes under ekstreme værforhold for å beskytte ventilene 100, 140 og turbinen 120 fra trykksving. Slike en eller flere stempler 240 er fordelaktig koblet til hydrauliske pumper for å generere en strøm av hydraulisk fluid for å drive en hydraulisk generator eller lignende.

På FIG. 9 er hver omformere 10 av et havbølgeenergiproduksjonssystem 300 i drift, for eksempel på norske, japanske eller skotske offshore-steder, til å generere ti kiloWatt (kW) strøm, slik at systemet potensielt kan generere i totalt en rekkefølge på 10 MegaWatt (MW) til 500 MegaWatt (MW), nemlig sammenlignbare med en liten atomreaktor, men uten risiko for radioaktiv forurensning eller termisk bortløp, og uten å generere kjernefysisk avfall som krever lagring i hundretusenvis av år (som møtt med konvensjonell kjernekraft basert på en uran 235/238 til Plutonium 239 syklus og/eller en MOX syklus). Videre er systemet 300 i stand til å generere i roligere havvann som det bidrar til å støtte akvakultur. Valgfritt blir systemet 300 og kraftgenerert brukt til å generere hydrogengass på systemet 300, for eksempel ved bruk av elektrolysatorer eller annet egnet hydrogengenereringsutstyr. En fordel som oppstår ved hydrogenproduksjon i kombinasjon med bølgenergien, er anerkjent som muliggjør mer fleksible installasjoner, der hydrogenet virker som energilagring av systemet 300 i tilfelle det ikke er mulig å samle inn eller hente kraften som genereres. I tillegg kan hydrogenet fortrinnsvis også brukes som hovedenergilagring fra systemet 300, da det ikke ville kreve å ha kabler eller annen nettforbindelse for å overføre kraften fra offshore til kysten. Dette hydrogen-oppsettet som eliminerer bruken av kabler til kysten, ville kutte CAPEX av installasjonen med ca 20-30%. I tillegg vil bruken av et kombinert/hybrid system 300 som fordelaktig også har vindturbiner, slik som Siemens 6 MW, ytterligere senke CAPEX med ytterligere ca 20-30%. Videre, når systemet 300 er installert i kombinasjon med en oppdrettsanlegg eller oppdrettsanlegg, er det videre synergetiske fordeler, slik som akvakulturkonstruksjonene blir bedre beskyttet i mer fiendtlige bølgeforhold. Fordeler inkluderer mye større potensial for akvakultur ved å åpne opp sjøen, sikre både bedre omlegging på vann og bedre saltholdighet, energiproduksjon på eksterne installasjoner uten kabling, lagring av energi til når de trenger det, oksygen som "avfall" fra hydrogenproduksjon via elektrolysering av vann kan brukes direkte i oppdrett.

Når levetiden er fullført, kan systemet 300 slettes i havnen, og materialene resirkuleres for produksjon av andre produkter. Slike ønskelige egenskaper gjør systemet til et attraktivt alternativ for bærekraftig lavkarbonenergiproduksjon til en kostnad som er potensielt mindre enn en total levetidskostnad for å generere kjernekraft. Systemet 300 er således spesielt egnet for land som Japan som er seismisk aktive og dermed uegnet for kjernekraft. Systemet 300 kan distribueres i stort antall langs en kystlinje, med mellomrom for å tillate tilgang til frakt, livbåter og lignende. Videre kan systemet 300 distribueres på avstander offshore, der de ikke forstyrrer kystenes naturlige skjønnhet. I tillegg har systemet 300 en relativt lav høydeprofil i forhold til offshore vindturbiner, og påvirker derfor ikke betydelig med kystradar. Systemet 300 kan bygges i eksisterende verft ved bruk av kjente konstruksjonsteknikker og representerer derfor et attraktivt produkt å produsere når etterspørselen etter olje- og gassutforsknings- og produksjonsplattformer til slutt reduseres i fremtiden som et resultat av uttømming av geologisk fossil olje og gass reserver.

Valgfritt er systemet 300 forsynt med en eller flere nedsenkede strukturer under omformerne 10 for å gi en optimal absorpsjon av havbølgeenergi. Eventuelt er den ene eller flere neddykkede konstruksjonene justerbare for å gi dynamisk styrt absorpsjon, for eksempel favorisering av visse spesifikke bølgelengder av havbølger. Eventuelt er den ene eller flere neddykkede strukturer flate i form, og er anordnet for å forbedre genereringen av den nevnte vortex 45.

Selv om systemet 300 er beskrevet i det foregående som å bli implementert som en plattform, er andre implementeringer mulige, for eksempel i form av et skip eller en båt med et antall omformere 10 som er anordnet i en triangulær konfigurasjon ved et fremre område av skip eller båt; for eksempel i et område på 3 til 9 omformere 10 er anordnet ved forsiden av skipet eller båten; i en slik konfigurasjon er en av omformerne 10 rettet i en fremadrettet retning, definert av en retningsretning for en langstrakt akse av skipet eller båten, og en eller flere andre omformere 10 er anordnet progressivt langs en eller flere sider av skipet eller båt som strekker seg bakover fra forsiden av skipet eller båten. Båtskipet har fordelaktig en bredde på 9 meter til 27 meter og en langstrakt lengde på 50 meter til 100 meter. En slik implementering av systemet 300 er gunstig fordi standard skip eller båtbygging ferdigheter kan brukes til å implementere systemet 300, og skipet eller båten kan seiles til en geografisk plassering hvor det er nødvendig, for eksempel hurtigutnyttende energikilder for katastrofehjelp og så videre.

Valgfritt blir luftbevegelse i kolonnene 20 omgjort til elektrisk energi ved hjelp av en lineær generator, for eksempel implementert ved bruk av et stempel, flyt eller lignende element som er inkludert i kolonnen for å generere mekanisk kraft for å drive den lineære generatoren. Stempelflaten eller lignende er eventuelt i kontakt med sjøvann koblet til kolonnene 20.

Modifikasjoner av utførelseseksempler av beskrivelsen beskrevet i det foregående er mulige uten å avvike fra omfanget av oppfinnelsen som definert ved de vedlagte kravene. Uttrykk som "inkludert", "omfattende", "inkorporering", "bestående av", "har", "er" anvendt for å beskrive og påstå den foreliggende oppfinnelsen er ment å bli tolket på en ikke-eksklusiv måte, nemlig å tillate elementer, komponenter eller elementer som ikke er eksplisitt beskrevet, er også til stede. Henvisning til singularet skal også tolkes for å forholde seg til flertallet. Tall som inngår i parenteser i de vedlagte kravene er ment å bidra til forståelse av kravene og bør ikke tolkes på noen måte for å begrense emnet som er påkrevet av disse kravene.

Claims

KRAV

1. En bølgeenergi omformere (10) for omforming i drift av energi transportert i havbølger som forplanter seg i en fremadrettet retning (40) i et havmiljø og mottas ved omformeren (10) via et energiuttakksarrangement (60) til generert kraft, hvori omformeren (10) innbefatter et antall kolonner (20) som er i fluidkommunikasjon via tilsvarende porter (50) til havbølgene mottatt ved omformeren (10), hvori portene (50) er anordnet hovedsakelig i serie langs den fremadrettet retningen (40), og hvor portene (50) har stadig større dybde i havmiljøet langs den fremadrettet retningen (40) for å forårsake at havbølgene forplantes i en nedadrettet vortex (45) når den mottas ved portene (50), k a r a k t e r i s e r t v e d a t

en eller flere av kolonnene (20) har et oppadvendt taperet tverrsnitt når de er i drift, og er hovedsakelig koplet i sine øvre ender til energiuttakksarrangementet (60), og energiuttakksarrangementet (60) innbefatter en eller flere poly-kuspidaleventiler for å forårsake en enretnings-luftstrøm fra en eller flere kolonner (20) for å passere gjennom en turbin (120) for generering av kraft.

2. Bølgeenergi omformeren (10) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

energiuttakksarrangementet (60) innbefatter en energiuttakksanordning (60) for hver av de ene eller flere kolonnene (20).

3. Bølgeenergi omformeren (10) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

energiuttakksarrangementet (60) innbefatter en energiuttakksanordning (60) som deles mellom flere kolonner (20).

4. Bølgeenergi omformeren (10) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

den ene eller flere poly-kuspidale ventiler innbefatter minst en tricuspidventil.

5. Bølgeenergiromformer (10) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

en eller flere klaffer (180, 190) av den ene eller flere poly-kuspidaleventiler er fremstilt fra et fleksibelt polymerplastmateriale.

6. Bølgeenergi omformeren (10) ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

det fleksible polymere plastmaterialet omfatter minst en av: Nitrilgummi, polyuretan, silikongummi.

7. Bølgeenergi omformeren (10) ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

den ene eller flere poly-kuspidaleventiler innbefatter ett eller flere fleksible ledninger for å hindre at en eller flere klaffer (180, 190) foldes videre enn en gjensidig nærliggende arrangement når ventilene er i lukket tilstand.

8. Bølgeenergi omformeren (10) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

den ene eller flere poly-kuspidale ventiler innbefatter minst en pyramidaltype for å hindre at en eller flere klaffer (180, 190) foldes videre enn et vesentlig gjensidig anslag når ventilene er i lukket tilstand.

9. Bølgeenergiromformer (10) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

flere kolonner (20) er anordnet slik at deres langstrakte akser er i hovedsak rettet langs en første retning, og at portene (50) har tilsvarende portvinkler ( θ) i forhold til den første retningen som er gradvis større da portene (50) har stadig større dybde.

10. Bølgeenergi omformeren (10) ifølge krav 9,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

den første retningen er i hovedsak en vertikal retning når omformeren (10) er i drift.

11. Bølgeenergi omformeren (10) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

portene (50) har et elliptisk, rundt eller rettlinjet tverrsnitt.

12. Bølgeenergi omformeren (10) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

karakterisert ved at flere kolonner (20) er i stand til å kobles til havbølgene mottatt på portene (50) på en resonans måte.

13. Bølgeenergi omformeren (10) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

omformeren (10) innbefatter i et område på 2 til 10 kolonner (20) og tilhørende porter (50) anordnet i serie.

14. Bølgeenergi omformeren (10) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

en eller flere av kolonnene (20) innbefatter en eller flere ytterligere bølgeenergieabsorberende innretninger deri.

15. Bølgeenergi omformeren (10) ifølge krav 12,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

den ene eller flere ekstra bølgeenergiabsorberende innretninger innbefatter minst en stempelanordning.

16. Bølgeenergisystem (300) omfattende en plattform som definerer en perifer kant derav,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

flere bølgeenerg omformere (10) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav er montert i det vesentlige rundt i det minste en del av nevnte perifer kanten for å motta havbølger som forplanter seg mot systemet ved omformerne (10).

17. Fremgangsmåte for å omdanne energi formidlet i havbølger som forplanter seg i en fremadrettet retning (40) i et havmiljø når det mottas ved en bølgeenergi omformer (10) via et energiuttakksarrangement (60) for å generere kraft,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

fremgangsmåten innbefatter:

(a) å arrangere at flere kolonner (20) til omformeren (10) er i fluidkommunikasjon via tilsvarende porter (50) til havbølgene mottatt ved omformeren (10), hvor en eller flere av kolonnene (20) har et oppadvendt avsmalnet tverrsnitt når de er i drift, og er hovedsakelig koplet i sine øvre ender til et energiuttakksarrangement (60);

(b) å sørge for at kolonnene (20) er anordnet hovedsakelig i serie langs den fremadrettet retningen (40);

(c) å sørge for at portene (50) gradvis blir større dybde i havmiljøet langs den fremadrettet retningen (40) for å forårsake at havbølgene forplantes i en nedadrettet vortex (45) når den mottas ved portene (50); og

(d) å bruke poly-kuspidaleventiler (100, 140) koblet til den ene eller flere kolonnene (20) for å forårsake en hovedsakelig en-retnings-luftstrøm gjennom minst en turbin (120) for å generere kraft.

18. Fremgangsmåten ifølge krav 17,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

fremgangsmåten innbefatter å arrangere flere kolonner (20) slik at deres langstrakte akser er i hovedsak rettet langs en første retning, og at portene (50) har tilsvarende portvinkler ( θ) i forhold til den første retningen som er gradvis større da portene (50) har stadig større dybde.