NO850628L

NO850628L - ARC POWER PLANT WITH POWER COMPENSATING REFERENCE BODY.

Info

Publication number: NO850628L
Application number: NO850628A
Authority: NO
Inventors: Kjell Budal; Johannes Falnes; Aage Kyllingstad; Geirmund Oltedal; Per Magne Lillebekken
Original assignee: Kjell Budal; Johannes Falnes; Aage Kyllingstad; Geirmund Oltedal; Per Magne Lillebekken
Priority date: 1985-02-18
Filing date: 1985-02-18
Publication date: 1986-08-19

Description

BØLGEKRAFTVERKWAVE POWER PLANT

Oppfinnelsen gjelder et flytende bølgekraftverk basert på et flytelegeme og en neddykket plate, der flytelegemet har innebygd en eller flere svingende vannsøyler som pumper luft gjennom turbiner. The invention relates to a floating wave power plant based on a floating body and a submerged plate, where the floating body has embedded one or more swinging water columns that pump air through turbines.

Bølgekraftverk omformer bølgeenergi til elektrisk energi, og siden ovenfornevnte prinsipp ikke er begrenset til noe bestemt effektområde, forstås med bølgekraftverk her alt fra små enheter som leverer noen få watt til f.eks lysbøyer til større anlegg beregnet på den generelle kraftforsyning. Wave power plants transform wave energy into electrical energy, and since the above-mentioned principle is not limited to any specific power range, wave power plants are understood here to mean everything from small units that supply a few watts to, for example, light buoys to larger installations intended for the general power supply.

Flytende bølgekraftverk med svingende vannsøyler er av-hengige av at man under bølgenes påvirkning får relativbevegelse mellom vannsøyler og flytelegeme. Hittil har det imidlertid vært et problem at dette medfører store og tunge konstruksjoner. Floating wave power plants with oscillating water columns depend on relative movement between the water columns and the floating body under the influence of the waves. Until now, however, there has been a problem that this entails large and heavy constructions.

Vekten kan derimot holdes på et rimelig nivå hvis man benytter seg av en riktig dimensjonert nedsenket refe-ranseplate i riktig avstand fra overflaten. Det finnes f.eks. en japansk lysbøye med svingende vannsøyle og tilhørende luftturbin som veier ca. 6 tonn. Med omtrent samme energiproduksjon ville en bøye basert på nærværende oppfinnelse veid under ett tonn. Dette er en massereduksjon på over 80%. On the other hand, the weight can be kept at a reasonable level if you use a correctly sized submerged reference plate at the right distance from the surface. There are e.g. a Japanese light buoy with a swinging water column and associated air turbine weighing approx. 6 tons. With approximately the same energy production, a buoy based on the present invention would weigh less than one tonne. This is a mass reduction of over 80%.

Det er også tidligere foreslått lignende bølgekraftverk bestående av et flytende og et nedsenket legeme. Imidlertid har man enten brukt noe annet enn nedsenket plate, eller også har denne vært dimensjonert for liten i hen-hold til de patentkrav som her foreligger. Man har derfor ikke utnyttet at eksitasjonskreftene på henholdsvis flytelegeme/vannsøy1 er og plate kan bringes til å kompen-sere hverandre. Se T.J.T. Whittaker and A.A. Wells, "Experiences with a hydropneumatic wave power device", Proceedings of the International Symposium on Wave and Tidal Energy, Canterbury, England, 1978, Vol. 1, BHRA Fluid Engineering, Cranfield, Bedford, MK43 OAJ, England, p. B4-67. Similar wave power plants consisting of a floating and a submerged body have also previously been proposed. However, either something other than a submerged plate has been used, or this has been dimensioned too small in accordance with the patent claims that exist here. One has therefore not taken advantage of the fact that the excitation forces on the floating body/water island1 and the plate can be brought to compensate each other. See T.J.T. Whittaker and A.A. Wells, "Experiences with a hydropneumatic wave power device", Proceedings of the International Symposium on Wave and Tidal Energy, Canterbury, England, 1978, Vol. 1, BHRA Fluid Engineering, Cranfield, Bedford, MK43 OAJ, England, p. B4- 67.

Bølgekraftverk må konstrueres pålitelige nok til å tåle ekstreme værsituasjoner. Dette, sammen med hensynet til økonomisk konkurranseevne relativt andre energiressurser, poengterer den store fordel som ligger i å kunne lage lette, enkle og rasjonelle enheter. Ved kombinasjon av en svingende vannsøyle og en riktig dimensjonert nedsenket plate møtes disse krav på en ny og effektiv måte. Wave power plants must be constructed reliably enough to withstand extreme weather situations. This, together with the consideration of economic competitiveness relative to other energy resources, points out the great advantage of being able to make light, simple and rational units. By combining a swinging water column and a correctly sized submerged plate, these requirements are met in a new and efficient way.

Figuren viser et eksempel på utforming av kraftverket. Flytelegemet (1) har to indre sylinderformede volum som er åpne i bunnen slik at vannet stiger inn og danner vannsøyler (2). På grunn av vannsøylenes bevegelse i bølger pumpes luft gjennom turbinen (3). Hvis man bruker en turbin av sel viikerettende type, unngås ventiler for å likerette luftstrømmen. The figure shows an example of the design of the power plant. The floating body (1) has two inner cylindrical volumes which are open at the bottom so that the water rises in and forms water columns (2). Due to the movement of the water column in waves, air is pumped through the turbine (3). If a turbine of the seal deflecting type is used, valves are avoided to rectify the air flow.

Flytelegemet er festet med stag (4) til en nedsenket plate (5), som dimensjoneres slik at konstruksjonen som helhet essensielt blir liggende i ro. Det er av en viss betydning at en slik plate pga. drag og treghet yter stor motstand mot vertikal bevegelse og rotasjon om hori-sontale akser. Viktigst er imidlertid at eksitasjonskreftene på henholdsvis flytelegeme og plate har motsatt retning, og at man derfor kan dimensjonere slik at de tilnærmet kompenserer hverandre. Kraftverket anses for riktig dimensjonert når The floating body is attached with struts (4) to a submerged plate (5), which is dimensioned so that the structure as a whole essentially remains at rest. It is of some importance that such a plate due to drag and inertia provide great resistance to vertical movement and rotation about horizontal axes. The most important thing, however, is that the excitation forces on the floating body and plate respectively have the opposite direction, and that one can therefore dimension so that they approximately compensate each other. The power plant is considered correctly dimensioned when

der Fl og F2 er eksitasjonskraften på henholdsvis flytelegeme inklusive vannsøyler og plate ved en typisk bølge-lengde X i det aktuelle bølgeklima, og h^er avstanden fra platas tyngdepunkt til overflaten. Kreftene kan finnes med vanlige formler for krefter på legemer som er små i forhold til bølgelengden: where Fl and F2 are the excitation force on the floating body, including water columns and plate, respectively, at a typical wavelength X in the relevant wave climate, and h^ is the distance from the plate's center of gravity to the surface. The forces can be found using the usual formulas for forces on bodies that are small in relation to the wavelength:

der indeksene 1 og 2 refererer til henholdsvis flytelegeme (vannsøylene ses som en del av dette) og nedsenket plate. V1, V^og tti^ , m1er henholdsvis fortrengt væskemengde og addert masse koeffisient, b^, cwog bz, c, er typiske dimensjoner (bredde og lengde), ai og a,, er den partikkelakselerasjonen vi ville hatt i posisjonen til f 1ytelegemets, respektive platas oppdriftssentre ved uforstyrret bølge (hvis kraftverket ikke hadde vært der). g er vannets densitet. er bøl geampl i tuden. g er tyngdeakselerasjonen. where the indices 1 and 2 refer respectively to the floating body (the water columns are seen as part of this) and submerged plate. V1, V^and tti^ , m1are displaced liquid volume and added mass coefficient respectively, b^, cwog bz, c, are typical dimensions (width and length), ai and a,, are the particle acceleration we would have at the position of f 1 of the surface body , the respective plates' buoyancy centers in the case of an undisturbed wave (if the power plant had not been there). g is the water's density. is bøl geampl in the spout. g is the acceleration due to gravity.

Claims

1. Floating wave power plant, or device for converting ocean wave energy into electrical energy, where the floating body (1) has one or more oscillating water columns (2) with associated air turbines and generators (3), characterized in that the floating body is kept approximately at rest in relation to the waves as it is attached to a submerged, horizontal plate (5) which is dimensioned so that the excitation forces on the plate approximately compensate the excitation forces on the floating body and water columns, i.e.

where Fl and F2 are the excitation force on the floating body, including water columns and plate, respectively, at a typical wavelength A in the relevant wave climate, and h2 is the distance from the plate's center of gravity to the surface.