NO843027L - Anordning til omforming av havboelgeenergi - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning til omforming av energi i sjøbølger, omfattende minst én flottør som er utformet som en beholder og som blir ført vertikalt i et hullegeme, som er utformet med åpninger hvorigjennom hullegemets indre står i forbindelse med den omgivende sjø, idet flottørens egenvekt tilsvarer vekten av det vannvolum den fortrenger når vannet er i ro, og flottøren er koplet til en generator, hvorved flottørens nedadrettede bevegelse blir utnyttet til energiutvinningen.

En alik anordning er kjent fra DE-patentskrift 29 33 330, hvor optimal ytelse oppnås ved at de vertikalt bevegelige flottører, som beveges oppad av bølgene, driver den felles strømgenerator via hvert sitt overføringssystem og hver sin kopling når de beveger seg nedover. Flottørens nedadbevegelse kan forsinkes ved hjelp av en stoppeinnretning inntil bølgen har senket seg med en del av dens bølgeperiode.

En anordning til omforming av energien i bølger, omfattende en flottør som er neddykket i vannet i det minste delvis og som er forbundet mekanisk med et stasjonært referansepunkt, er kjent fra DE-off.skrift 28 12 618. Denne anordning er mellom flottøren og referansepunktet utstyrt med en låsemekanisme,

som i det minste tilnærmet stopper flottøren i forhold til referansepunktet under visse tidsintervaller av en bølgesving-ning som innvirker på anordningen.

Med slike forsinkelser er det mulig ikke bare å omdanne den vertikale svingning som frembringes av bølgene til energi, men også å forsterke denne vertikale svingningsenergi ved gravitasjonsvirkningen og derved øke energiutbyttet.

Men hverken i nevnte DE-patentskrift 29 33 330 eller i nevnte DE-off.skrift 28 12 618 er det angitt noe om dimensjo-neringen av flottøren som blir holdt flytende akkurat i vannflaten, slik at utnyttelsen av bølgeenergien ved forskjellig høye, respektivt meget høye bølger, ikke er optimal.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er derfor å videreutvikle en anordning av den innledningsvis angitte type slik at den latente energi i sjøbølger omdannes enda bedre.

Dette blir ifølge oppfinnelsen oppnådd ved at flottøren har en konstant høyde, som ligger i området mellom den gjennomsnittlige og den maksimale høyde av sjøbølgene på stedet hvor anordningen befinner seg.

Fordelene som oppnås med anordningen ifølge oppfinnelsen er særlig at med en således dimensjonert anordning, dvs. særlig med en således dimensjonert flottør, utnyttes de på anvendelsesstedet for anordningen opptredende bølgehøyder energimessig optimalt og omdannes til en transportabel energiform, f.eks. elektrisk energi.

I en fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen har flot-tøren en høyde som tilsvarer den største opptredende bølgehøyde på stedet,slik at også slike maksimale bølgehøyder kan omdannes maksimalt til transportabel energi, hvorved anordningen ifølge oppfinnelsen samtidig på fordelaktig måte er i stand til å motstå disse høyeste bølger, noe som vil bli nærmere forklart nedenfor.

For å holde forholdet mellom anleggskostnadene for anordningen ifølge oppfinnelsen og energiutbyttet innenfor en realiserbar ramme har flottøren fortrinnsvis en høyde som ligger på mellom 1,3 og 0,2 ganger den største bølgehøyde som opptrer på stedet. For å kunne utnytte et forholdsvis bredt om^råde av største bølgehøyder som er mulige på stedet ligger flottørens høyde fortrinnsvis på mellom 0,5 og 10 m, slik at maksimale bølgehøyder i dette område utnyttes fullstendig. I

de fleste anvendelsestilfeller er det tilstrekkelig å dimensjon-nere flottøren med en høyde på mellom 1 m og 5 m, idet også i områder med større maksimale bølgehøyder opptrer slike maksima bare i et forholdsvis kort tidsrom, slik at investeringskostnadene ikke ville ha stått i noe fornuftig forhold til et even-tuelt høyere energiutbytte.

Særlig for beskyttelse av flottøren mot brenninger er den i en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen anordnet fritt vertikalt bevegelig i et hullegeme,som er åpent oventil og nedentil og som rager opp av havflaten. Ved hjelp av den kommuniserende virkning i det nedad åpne hulrom tilpasser vannsøylen i hulrommet seg stadig til vannflaten utenfor, slik at flottøren utfører en vertikal bevegelse som tilsvarer sjøbølgene.

Idet en sjøbølge ikke bare inneholder bevegelsesenergi som skyldes opp- og nedbevegelse, men også bølgens horisontale bevegelse, er hullegemet ifølge en hensiktsmessig utførelses-form på forsiden forbundet med et utbygg hvis sidevegger er forbundet med hverandre ved hjelp av fremre, skrått oppadrettede ledeplater. Med et slikt utbygg blir den horisontale bevegelse som alltid foreligger i en bølge omdannet til en ytterligere enda høyere vannsøyle i utbygget, og som følge av den kommuniserende virkning mellom hullegemet og det med dette strømnings-messig forbundete utbygg omdannet til en tilsvarende forhøyning av vannsøylen i hullegemet. Ved at utbygget på den side som vender mot den ankommende bølge er åpent nedenfra og opp dannes det av en bølges horisontale komponent et flatetrykk som er virksomt over hele tilbygget, og særlig opptas de sterke over-flatestrømninger fullstendig og omdannes til enøkning av vann-søylen. Denne økning av vannsøylen i hullegemet betyr imidler-tid en tilsvarende økning og derved en fordelaktig økning av flottørens potensielle energi, som omdannes i kinetisk energi og i kraftverket omdannes til en transportabel energi, f.eks. elektrisk energi.

For å kunne utnytte bølgens horisontale bevegelse optimalt til nevnte økning av vannsøylen i utbygget,og derved i hullegemet, er utbygget utformet med en mot hullegemet vendende bakre flate som oppad rager på skrå mot hullegemet.

Ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen er utbygget forbundet med hullegemet via en åpning som er anordnet under utbygget, slik at den kommuniserende virkning mellom utbygget og hullegemet er uinnskrenket.

For å bedre den kommuniserende virkning ytterligere er utbygget i en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen forbundet med hulrommet via slisser som er utformet i dets bakvegg, fortrinnsvis ved sideveggene.

Ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen er utbygget anordnet dreibart om hullegemets vertikale lengdeakse, slik at utbygget stadig innstiller seg i retningen for den horisontale strømningskomponent og derved frembringer en høyere vannsøyle i hulrommet og en økning av energiutbygget. Av den grunn er utbygget utformet met et ledeorgan,som innstiller seg i den horisontale strømningsretning.

Ifølge oppfinnelsen kan et antall hullegemer, som samtidig utgjør en meget effektiv beskyttelse mot brenningen bære en plattform hvor kraftverket er anbrakt. Hullegemene er ifølge en utførelsesform betongringer,som er anordnet oppå hverandre og utformet med spalter. For å utligne ujevnheter i sjøbunnen og øke hvileflaten er betongringene ifølge en utførelsesform fylt med betong på sjøbunnen. For statisk forsterkning av hvert enkelt hulrom er betongringene ifølge en annen utførelsesform fylt med et fyllmateriale som rager opp i arbeidshøyde, dvs. til i nærheten av den laveste mulige stilling av flottøren.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterføl-gende, hvor det for å gjøre mulighetene for energiutnyttelse klarere også er medtatt noen talleksempler, under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor;

Fig. 1 viser to like hullegemer med flottøren i dens ytterstillinger. Fig, 2 viser tilsvarende hullegemer, som er utstyrt med utbygg, hvor flottøren befinner seg i dens ytterstillinger. Fig, 3 viser et planriss av hullegemet i fig, 2 med utbygg r Fig. 4 viser et planriss som tilsvarer fig. 3, men med

to flottører ved siden av hverandre i hullegemet.

Fig. 1 viser på venstre side et hullegeme 6, som står på havbunnen 4 og som er oppbygget av betongrør 1. Betongrørene 1 er utformet med spalter 3 av tilstrekkelig størrelse til at en flottør 2, som befinner seg i hullegemet 6 og som via et tau 13 står i forbindelse med et kraftverk, er fritt bevegelig vertikalt og kan tilpasse seg vannsøylen i hullegemet og derved forholdene utenfor. Flottøren 2, som er utformet som en beholder, er fylt med så mye ballastmateriale at den blir holdt flytende akkurat i vannflaten. På venstre side i fig, 1 er flottøren 2, hvis høyde Hbc en, tilsvarer den største bølgehøyde HTT på stedet, vist i den lengst nedre stillinq,

^1W,max ^

dvs. i bølgedalen. På høyre side i denne figur er flottøren 2 vist i den stilling som tilsvarer bølgetoppen, altså en verdi HTW7 , max høyere oppe, slik at den her har en potensiell energi som tilsvarer formelen:

og

hvor

W = flottørens potensielle energi i Ws

A = flottørens grunnflate i m 2

W,max = maksimal bølgehøyde i m på stedet.

Som følge av at flottørens 2 høyde er tilpasset til bølgehøydene som opptrer på anvendelsesstedet, nærmere bestemt har en høyde Kgchsom tilsvarer den høyeste bølgehøyde på stedet, fåes det for et første utførelseseksempel:

Utførelseseksempel 1,

Flottøren 2 har følgende dimensjoner:

2

Grunnflate 5 m x 10 m = 50 m

Høyde = 10 m.

Kraftverket er installert i Nordsjøen og omfatter 50 slike flottører.

Av data fra det tyske hydrografiske institutt i Hamburg "Die Nordsee" kan følgende data utleses: Ved en bølgehøyde H^= 2 m er varigheten av bølgens periode T = 6 sekunder, og ved en bølgehøyde HTw7 = 5 m er perioden T = 11 sekunder. Derav fåes ytelse pr. flottør i kW som følger:

og og

Med femti slike flottører oppnås derved en teoretisk kraftverkytelse:

og Fig, 2 viser et hullegeme 6 med et utbygg 7, som er forbundet med hverandre gjennom en åpning 8. Utbygget 7 er på frontsiden åpent i hele dets høyde og sideveis avgrenset av sidevegger 10, De to sidevegger 10 er stabilt forbundet med hverandre ved hjelp av fremre, skrått oppadragende ledeplater 11. Utbyggets 7 bakvegg 9, som støter opp mot hulrommets 6 vegg 1, løper skrått oppad. Denne rettlinjete eller krumme bakvegg og de fremre, skrått oppadløpende ledeplater 11 om-former den horisontale hastighetskomponent i hver bølge til en vertikal hastighetskomponent, som i utbygget fører til en økt høyde Hv, som er proporsjonal med kvadratet på den vertikale hastighetskomponent. På høyre side av denne figur er flottøren vist i den øvre stilling, som fremkommer av den maksimale bølgehøyde H og den økte høyden E^. Denne økte høyde, som er avhengig av innstrømningshastigheten, kan ut-gjøre 30 cm pr. m høyde av utbygget 7. Som følge av utbyggets 7 forbindelse med hullegemet 6 via åpningen 8,og den derved mulige kommuniserende virkning, følger vannsøylen i hulrommet 6 uvilkårlig vannsøylen i utbygget 7, slik at flottøren 2 ikke bare løftes til den maksimale bølgehøyde, men dessuten til den økte høyden Hv. For å kunne utnytte den kommuniserende virkning bedre kan det på sidene av bakveggen 9 i nærheten av sideveggene 10 være anordnet et antall langsgående kanaler 12, som danner forbindelse mellom utbygget 7 og hulrommet 6. I en høyde H + H = 1,3 . Hwhar flottøren 2 en potensiell energi

Derved fåes et andre utførelseseksempel:

Utførelseseksempel 2.

Flottøren har samme dimensjoner som i eksempel 1. Også kraftverket beregnes under forutsetning av samme anvendelses-sted med samme bølgeparametre. Derved fåes følgende ytelser pr. flottør i kW:

og og

M4d femti slike flottører oppnås følgende teoretiske kraftverkytelse:

Som det fremgår av disse utførelseseksempler,oppnås det med utbygget 7, som står i kommuniserende forbindelse med hullegemet 6, en sterkøkning av ytelsen på ca. 70% uten vesentlig økning av investeringskostnadene for anlegget.

Fig. 3 og 4 viser et hullegeme 6 hvori det er anordnet henholdsvis en flottør 2 (fig. 3) og to flottører 2 ved siden av hverandre med store tverrsnittsdimensjoner (fig. 4). På forsiden av veggene 1, som avgrenser et legeme med rektangulært tverrsnitt, er det anordnet to sidevegger 10? som er mekanisk forbundet med hverandre ved hjelp av parallelle, skråttstilte ledeplater 11, Utbygget 9 er utstyrt med et ledeorgan 13,

slik at anordningen, som er dreibart lagret om en vertikal akse, alltid innstiller seg i retning av en bølges horisontale strømningskomponent og omdanner denne strømningsenergi til ekstra potensiell energi. I utbyggets 7 bakvegg er det utformet langsgående slisser 12 for optimalisering av den kommuniserende virkning mellom utbygget 7 og hullegemet 6.

Claims (8)

1. Anordning til omforming av energi i sjøbølger, omfattende minst én flottør som er utformet som en beholder og som blir ført vertikalt i et hullegeme, som er utformet med åpninger hvorigjennom hullegemets indre står i forbindelse med den omgivende sjø, idet flottørens egenvekt tilsvarer vekten av det vannvolum den fortrenger når vannet er i ro, og flottøren er koplet til en generator, hvorved flottørens nedadrettede bevegelse blir utnyttet til energiutvinningen, karakterisert ved at flottøren (2) har en konstant høyde, som ligger i området mellom den gjennomsnittlige og den maksimale høyde av sjøbølgene på stedet hvor anordningen befinner seg.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at hullegemet (6) for den vertikale føring av flottøren (2) er utstyrt med et utbygg (7), som er avgrenset av to sidevegger (10) og hvis fra hullegemet (6) vendende side er åpen, idet de to sidevegger (10) er forbundet med hullegemet (6) og med hverandre ved hjelp av fremre, skrått oppadløpende ledeplater (11).

3. Anordning i samsvar med krav 2, karakterisert ved at utbygget (7) er utstyrt med en bakvegg (9) som grenser til hullegemet Co) og som løper skrått oppad og i retning mot hullegemet (6),

4. Anordning i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at utbygget (7) er forbundet med hullegemets(6) indre via en åpning (8) som er anordnet under utbygget (7).

5. Anordning i samsvar med et av kravene 2 - 4, karakterisert ved at utbygget (7) står i forbindelse med det indre av hullegemet (6) via slisser (12) som er utformet i sideveggene (10) ved dets bakvegg.

6. Anordning i samsvar med et av kravene 2-5, ka rakterisert ved at hullegemet (6) er dreibart sammen med utbygget (7) om hullegemets vertikale lengdeakse.

7. Anordning i samsvar med et av kravene 2-6, karakterisert ved at utbygget (7) er utstyrt med en ledeinnretning (13) som innstiller seg i bølgens hori--sontale strømningsretning,

8. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at hullegemet (6) består av betongringer (1) som er anbrakt oppå hverandre og som er utstyrt med spalter (3).