TWI434995B - 海上自然能發電系統及方法 - Google Patents

Description

海上自然能發電系統及方法

本發明係有關一種海上自然能發電系統及方法，其兼具自然能直接發電效果佳、模組化發電系統利於增減數量、結構簡單且無需人工操作與自然能發電不造成環境污染等優點及功效。

傳統自然能發電裝置(例如中華民國新型專利公告第314151號之海浪動力機抽蓄水力發電裝置)係於海底設置海浪動力機，其由變速機、風扇及泵浦組成，大體之動作原理係藉海浪衝擊風扇配合泵浦及送水管，將海水由海底輸往高處，藉傳送海水的過程產生動能，或是將海水由高處往下輸出而產生動能。這樣的設計產生下述缺點：

[1]海浪衝擊的方向不一，無法持續衝擊風扇轉動，若是衝擊方向相反，還會停止風扇轉動，效能極差。

[2]若需要增加發電量，則必需大幅修改變速機、風扇或泵浦的規格，才能產生最佳傳輸作用，相當不便。

[3]傳統裝置當海浪衝擊風扇轉動時並未產生發電作用，必需是等風扇將海水輸入泵浦，且海水再由泵浦輸出的過程才間接發電(這過程已大大的減弱了海水衝擊產生的自然能)，無法由自然能直接發電，效果差。

因此，有必要研發新技術以解決上述缺點及問題。

本發明之目的，在於提供一種海上自然能發電系統及方法，其兼具自然能直接發電效果佳、模組化發電系統利於增減數量、結構簡單且無需人工操作與自然能發電不造成環境污染等功效；特別是，本發明所欲解決之問題包括：無法藉自然能直接發電、發電效果差及增加發電量必需大幅改變相關裝置相當不便等問題。

解決上述問題之技術手段係提供一種海上自然能發電系統及方法，其系統部份包括：至少一個基體，係用以固定於一波動環境內；複數個發電裝置，係設於該基體上；該每一發電裝置皆設有：一第一發電組，係包括複數個固定於該基體的第一發電元件；一第二發電組，係包括一浮筒元件及固定於該浮筒元件上的複數個第二發電元件；該複數個第二發電元件係圈繞該相對應的第一發電元件；並藉該波動環境對該浮筒元件產生之波動力，使該複數個第二發電元件至少在一第一位置與一第二位置間與相對應的該第一發電元件相對運動而發電。

其次，本發明之基體係由兩框體組成，使發電裝置藉軸承件而在兩框體間之活動空間內相對位移而發電；而基體之支撐部除了設置支撐部動力裝置而可作升降調整外，並可另裝助力浮筒及輔助動能裝置，以利發電系統在波動環境中飄浮前進；另外設置浮筒發電機制動控制單元、水平檢測器、浮筒發電機內水位檢測器、水位馬達、風速檢測器、潮水位檢測器、浮筒發電機短路檢測器、海流發電機短路檢測器、浮筒發電機制動控制單元、海流發電機制動控制單元等相關之檢測元件，皆用以提升發電系統之發電效率。

其方法部份包括：

一．準備步驟；

二．自然能發電步驟；及

三．完成步驟。

本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。

茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

參閱第一、第二及第三圖，本發明係為一種海上自然能發電系統及方法，關於系統的部份包括：至少一個基體10，係用以固定於一波動環境91(如第十一圖所示)內；複數個發電裝置20(參閱第二、第三、第四及第五圖)，係分別設於該基體10之預定位置；該每一發電裝置20皆設有：一第一發電組21，係包括複數個固定於該基體10的第一發電元件211；一第二發電組22，係包括一浮筒元件221及固定於該浮筒元件221上的複數個第二發電元件222；該複數個第二發電元件222係圈繞該相對應的第一發電元件21；並藉該波動環境91對該浮筒元件221產生之波動力F，使該複數個第二發電元件222至少在一第一位置P1與一第二位置P2(如第四及第五圖所示)間與相對應的該第一發電元件21相對運動而發電。

實務上，該基體10係具有：一第一框體11；一第二框體12；一活動空間13，係位於該第一、第二框體11與12之間；該複數的第一發電組21係固定於該第一、第二框體11與12間；並與在該活動空間13之第一、第二位置P1與P2間移動的第二發電組22作相對運動而發電。

複數個支撐部14(如第七A及第七B圖所示)，係平均設於基體10四周之空心柱結構，該每一支撐部14皆具有：一穿孔141，係貫穿該支撐部14頭尾；複數個插置部142，係設於該支撐部14周圍預定位置。

複數的支撐部動力裝置15，係對應複數的支撐部14而設，該每一支撐部動力裝置15皆設有：一支撐部動力源151，係位於該支撐部14頂端，並選自氣壓缸、油壓缸其中之一；一支撐部回復件152，係一端受該支撐部151驅動，而另端穿過該支撐部14之穿孔141後，連動一支撐底部元件153於該支撐部14底端作伸縮支撐；該支撐底部元件153係選自輪部(參閱第十A圖)、承置元件(參閱第七A及第七B圖所示)其中之一。

複數的助力浮筒16(如第八圖所示)，係對應複數的支撐部14而設，該每一助力浮筒16皆設複數的插銷161插置於該支撐部14之插置部141上。

該每一發電裝置20皆為浮筒發電機，且又包括：複數組的輔助導桿23，該每一組輔助導桿23皆固定於該第一、第二框體11與12間的活動空間13內，且大體均勻分散的穿過該浮筒元件221周緣，使該第二發電組22可以更穩定的與該第一發電組21作相對運動。

複數個水平檢測器25，係用以檢測該發電裝置20之水平狀況(如第二圖所示)。

複數個防水件26，係分別覆設於該第一發電元件211與該第二發電元件222上(如第四A及第四B圖所示)，用以防止該第一、該第二發電元件211與222受水氣鏽蝕而能保持較佳之發電效率。

至少一軸承件27，係位於該第一、該第二發電元件211與222之間，以提升其相對移動之順暢性。

該每一第一發電元件211都由複數個感應線圈繞組組成(如第三圖所示的複數個小方塊)。

該第二發電組22又包括：一浮筒發電機內水位檢測器223，係用以感測該浮筒元件221內之水位(如第六圖所示)；一水位馬達224，係以吸排動作控制該浮筒元件221內之水位，以改變其浮力(參閱第六圖)。

該第二發電元件222係為磁性元件。

本發明之海上自然能發電系統又包括：一輔助動能裝置30(如第九圖所示)，係至少包括一輔助動力源31、一萬向傳動件32及一輔助驅動元件33；該輔助動能裝置30具有下列兩種功能：

[a]海流發電機(如第十二圖所示的M1、M2、M3、M4)：此時該輔助動力源31為發電機，並藉該輔助驅動件33(例如為扇葉)於波動環境91中轉動而發電，產生輔助動能。

[b]推進器(如第十二圖所示的M1、M2、M3、M4)：參閱第十B圖所示，此時該輔助動力源31為電動馬達，並傳動該輔助驅動件33(例如為扇葉)於波動環境91中轉動而驅動本發明之海上自然能發電系統移動。

一風速檢測器40，係用以產生風速平均值(參閱第十A圖)，並以超過上限值之與否，判斷啟閉發電作業。

一潮水位檢測器51(如第十二圖所示)，係用以感測該波動環境91中之潮水位高低。

一浮筒發電機短路檢測器52，係用以偵測浮筒發電機之短路訊號。

一海流發電機短路檢測器53，係用以偵測海流發電機之短路訊號。

一浮筒發電機制動控制單元54，係其用以排除浮筒發電機產生的短路障礙。

一海流發電機制動控制單元55，係用以排除海流發電機產生之短路故障。

複數個緩衝墊56，係分別設於該第一、第二框體11與12的相對內側(如第四及第五圖所示)，其用以緩衝該浮筒元件221撞擊該第一、第二框體11與12的相對內側。

關於本發明之實際應用過程係簡述如下：參閱第十A圖，利用該支撐底部元件153(此時為輪部)將該基體10推到低窪處(例如退潮時間的近海較低處)，接著裝上該助力浮筒16(參閱第十B及第十三圖)，待海水慢慢漲潮後，該基體10藉該助力浮筒16的浮力慢慢上浮在海水中，並於海水中啟動該輔助動能裝置30(如第十二圖所示的推進器M1、M2、M3、M4)以推動該基體10至預定位置，以同樣的方法可快速的將複數個(參閱第十一圖，例如為四個)本發明之海上自然能發電系統移至海中之預定位置處；再啟動該水平檢測器25與該潮水位檢測器51以調整該發電裝置20之角度，最後啟動該發電裝置20進行發電。

當然，本發明於操作過程中原則上都可選擇手動控制程序、自動控制程序、無線控制程序(如第十五圖所示)的其中一種控制程序進行作業。

本發明還可執行下列控制程序：

[a]浮筒發電機制動控制程序：參閱第十二及第十四圖，啟動該浮筒發電機短路檢測器52，偵測浮筒發電機之短路訊號，若判斷為短路，則啟動該浮筒發電機制動控制單元54以排除浮筒發電機之短路故障，如此反覆進行偵測，使浮筒發電機保持運轉順暢。

[b]浮筒發電機水位控制程序：如第十二及第十六圖所示，啟動該水平檢測器25及該潮水位檢測器51並接收其產生之訊號，且在計算潮水水位平均值及海浪浪峰值間隔時間平均值後，對該每一支撐部14進行水位高度調整(參閱第七A及第七B圖)及浮筒發電機水平定位調整。

[c]海流發電機制動控制程序：參閱第十二及第十七圖，當該輔助動能裝置30(如第九圖所示)作為發電機時，啟動該海流發電機短路檢測器53，偵測海流發電機之短路訊號，若判斷為短路，則啟動該海流發電機制動控制單元55以排除海流發電機之短路故障，如此反覆進行偵測，使海流發電機保持運轉順暢。

[d]風速控制程序：如第十二及第十八圖所示，啟動該浮筒發電機內水位檢測器223及該風速檢測器40並接收其產生之訊號，且計算風速平均值及浮筒發電機內水位平均值後，再以風速超過上限值之與否，控制浮筒發電機上升(抽乾水液)與下降(注滿水液)，達到啟閉浮筒發電機的發電作業。

如第十九圖所示，本發明之海上自然能發電方法則包括下列步驟：

一．準備步驟71：參閱第一圖，準備至少一個基體10及複數個設於該基體10上的發電裝置20，該基體10係設複數個支撐部14而用以固定於一波動環境91(如第十一圖所示)內；該每一發電裝置20皆為浮筒發電機，並設有一第一發電組21及第二發電組22；其中：該第一發電組21包括複數個固定於該基體10的第一發電元件211；該第二發電組22包括一浮筒元件221及固定於該浮筒元件221上的複數個第二發電元件222；該複數個第二發電元件222係圈繞該相對應的第一發電元件21；

二．自然能發電步驟72：此步驟進一步包括下列步驟：

[a]浮筒發電機制動控制步驟721：參閱第十二及第十四圖，此步驟又包括一浮筒發電機短路檢測器52及一浮筒發電機制動控制單元54，該浮筒發電機短路檢測器52用以偵測浮筒發電機之短路訊號，若判斷為短路，則啟動該浮筒發電機制動控制單元54以排除浮筒發電機之短路故障，如此反覆進行偵測，使浮筒發電機保持運轉順暢；

[b]浮筒發電機水位控制步驟722：如第十二及第十六圖所示，此步驟又包括一水平檢測器25及一潮水位檢測器51，啟動前述檢測器且接收其產生之訊號，並在計算潮水水位平均值及海浪浪峰值間隔時間平均值後，對該每一支撐部14進行水位高度調整(參閱第七A及第七B圖)及浮筒發電機水平定位調整；

[c]風速控制步驟723：如第十二及第十八圖所示，此步驟又包括一浮筒發電機內水位檢測器.223及一風速檢測器40，啟動前述檢測器且接收其產生之訊號，計算風速平均值及浮筒發電機內水位平均值，再以風速超過上限值之與否，控制浮筒發電機上升(抽乾水液)與下降(注滿水液)；於前述檢測作業後啟動該發電裝置20，藉該波動環境91對該浮筒元件221產生之波動力F(參閱第四及第五圖)，使該複數個第二發電元件222至少在一第一位置P1與一第二位置P2間與相對應的該第一發電元件21相對運動而發電；

三.完成步驟73：完成自然能發電。

關於本發明之方法中相關裝置之實際應用例，以及本發明可再包括之相關裝置及其所具備之功效，皆詳述於前述裝置部份，在此恕不贅述。

於該自然能發電步驟72中又包括：

[d]輔助動能步驟724：參閱第九及第十二圖，此步驟又包括一輔助動能裝置30，係至少設一輔助動力源31、一萬向傳動件32及一輔助驅動元件33；該輔助動能裝置30具有下列兩種功能：海流發電機(如第十二圖所示的M1、M2、M3、M4)：此時該輔助動力源31為發電機，並藉該輔助驅動件33(例如為扇葉)於波動環境91中轉動而發電，產生輔助動能。

推進器(如第十二圖所示的M1、M2、M3、M4)：參閱第十B圖所示，此時該輔助動力源31為電動馬達，並傳動該輔助驅動件33(例如為扇葉)於波動環境91中轉動而驅動本發明之海上自然能發電系統移動。

綜上所述，本發明之優點及功效可歸納如下：

[1]自然能直接發電效果佳。本發明之發電裝置係藉波動環境中(例如海洋)二十四小時持續產生之波動力直接並持續推動而發電，只要第一、第二發電組有相對移動(不論移動方向或是移動速度)即就產生發電，發電量源源不絕並可進一步予以儲存再利用。

[2]模組化發電系統利於增減數量。本發明之發電系統為模組化裝置，可依實際發電環境需要(例如海洋、湖泊或潭的大小不同)，隨時增減數量，且完全不用大幅改變原有系統，利於迅速增加或減少發電需求。

[3]結構簡單且無需人工操作。只要將本發明之波動浮體置於波動環境中，即自動進行發電，完全不用人工操作，相當方便且節省人力成本。

[4]自然能發電不造成環境污染。本發明之發電裝置全程以波動環境中產生之波動力(即自然能)進行發電，不會產生造成環境污染的廢棄物，不造成環境污染。

以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出發明專利之申請。

10．．．基體

11．．．第一框體

12．．．第二框體

13．．．活動空間

14．．．支撐部

141．．．穿孔

142．．．插置部

15．．．支撐部動力裝置

151．．．支撐部動力源

152．．．支撐部回復件

153．．．支撐底部元件

16．．．助力浮筒

20．．．發電裝置

21．．．第一發電組

211．．．第一發電元件

22．．．第二發電組

221．．．浮筒元件

222．．．第二發電元件

223．．．浮筒發電機內水位檢測器

224．．．水位馬達

23．．．輔助導桿

25．．．水平檢測器

26．．．防水件

27．．．軸承件

30．．．輔助動能裝置

31．．．輔助動力源

32．．．萬向傳動件

33．．．輔助驅動元件

40．．．風速檢測器

51．．．潮水位檢測器

52．．．浮筒發電機短路檢測器

53．．．海流發電機短路檢測器

54．．．浮筒發電機制動控制單元

55．．．海流發電機制動控制單元

56．．．緩衝件

71．．．準備步驟

72．．．自然能發電步驟

721．．．浮筒發電機制動控制步驟

722．．．浮筒發電機水位控制步驟

723．．．風速控制步驟

724．．．輔助動能步驟

73．．．完成步驟

91．．．波動環境

F．．．波動力

P1．．．第一位置

P2．．．第二位置

第一圖係本發明之外觀示意圖

第二圖係本發明之發電裝置之放大示意圖

第三圖係第二圖之部分結構之放大示意圖

第四及第五圖係本發明之發電裝置之動作前與動作後的示意圖

第六圖係本發明之浮筒元件之放大示意圖

第七A及第七B圖係本發明之支撐部動作前與動作後之示意圖

第八圖係本發明之助力浮筒之示意圖

第九圖係本發明之輔助動能裝置之示意圖

第十A及第十B圖係本發明推動至海中之前後的過程示意圖

第十一圖係本發明實際進行發電之示意圖

第十二圖係本發明之方塊圖

第十三圖係本發明之發電系統運送程序之流程圖

第十四圖係本發明之浮筒發電機制動控制程序之流程圖

第十五圖係本發明之控制過程之選擇流程圖

第十六圖係本發明之浮筒發電機水位控制程序之流程圖

第十七圖係本發明之海流發電機制動控制程序之流程圖

第十八圖係本發明之風速控制程序之流程圖

第十九圖係本發明之方法流程圖

10．．．基體

11．．．第一框體

12．．．第二框體

13．．．活動空間

14．．．支撐部

142．．．插置部

151．．．支撐部動力源

153．．．支撐底部元件

20．．．發電裝置

21．．．第一發電組

22．．．第二發電組

221．．．浮筒元件

23．．．輔助導桿

30．．．輔助動能裝置

31．．．輔助動力源

32．．．萬向傳動件

33．．．輔助驅動元件

Claims (5)

1. 一種海上自然能發電系統，係包括：至少一個基體，係用以固定於一波動環境內；複數個發電裝置，係設於該基體上；該每一發電裝置皆設有：一第一發電組，係包括複數個固定於該基體的第一發電元件；一第二發電組，係包括一浮筒元件及固定於該浮筒元件上的複數個第二發電元件；該複數個第二發電元件係圈繞該相對應的第一發電元件；並藉該波動環境對該浮筒元件產生之波動力，使該複數個第二發電元件至少在一第一位置與一第二位置間與相對應的該第一發電元件相對運動而發電；複數組的輔助導桿，該每一組輔助導桿皆固定於該第一、第二框體間的活動空間內，且大體均勻分散的穿過該浮筒元件周緣，使該第二發電組更穩定的與該第一發電組相對運動；複數個浮筒發電機制動控制單元，係用以排除浮筒發電機產生的短路障礙；複數個水平檢測器，係用以檢測該發電裝置之水平狀況；複數個防水件，係分別覆設於該第一發電元件與該第二發電元件上，用以防止該第一、該第二發電元件受水氣鏽 蝕而能保持較佳之發電效率；至少一軸承件，係位於該第一、該第二發電元件之間；該每一第一發電元件都由複數個感應線圈繞組組成；該第二發電組又包括：一浮筒發電機內水位檢測器，係用以感測該浮筒元件內之水位；一水位馬達，係以吸排動作控制該浮筒元件內之水位，以改變其浮力；該第二發電元件係為磁性元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之海上自然能發電系統，其中，該基體係具有：一第一框體；一第二框體；一活動空間，係位於該第一、第二框體之間；該複數的第一發電組係固定於該第一、第二框體之間；並與在該活動空間內之第一、第二位置間移動的第二發電組作相對運動而發電；複數個支撐部，係平均設於基體四周之空心柱結構，該每一支撐部皆具有：一穿孔，係貫穿該支撐部頭尾；複數插置部，係設於該支撐部周圍預定位置；複數支撐部動力裝置，係對應複數的支撐部而設，該每 一支撐部動力裝置皆設有：一支撐部動力源，係位於該支撐部頂端，並選自氣壓缸、油壓缸其中之一；一支撐部回復件，係一端受該支撐部驅動，而另端穿過該支撐部之穿孔後並連動一支撐底部元件於該支撐部底端作伸縮支撐；該支撐底部元件係選自輪部、承置元件其中之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之海上自然能發電系統，其中，該基體係具有：一第一框體；一第二框體；一活動空間，係位於該第一、第二框體之間；該複數的第一發電組係固定於該第一、第二框體之間；並與在該活動空間內之第一、第二位置間移動的第二發電組作相對運動而發電；複數個支撐部，係平均設於基體四周之空心柱結構，該每一支撐部皆具有：一穿孔，係貫穿該支撐部頭尾；複數插置部，係設於該支撐部周圍預定位置；複數支撐部動力裝置，係對應複數的支撐部而設，該每一支撐部動力裝置皆設有：一支撐部動力源，係位於該支撐部頂端，並選自氣壓 缸、油壓缸其中之一；一支撐部回復件，係一端受該支撐部驅動，而另端穿過該支撐部之穿孔並連動一支撐底部元件於該支撐部底端作伸縮支撐；該支撐底部元件係選自輪部、承置元件其中之一；複數的助力浮筒，係對應複數的支撐部而設，該每一助力浮筒皆設複數的插銷而插於該支撐部之插置部上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之海上自然能發電系統，其中，該每一發電裝置皆為浮筒發電機；且，該海上自然能發電系統又包括：一輔助動能裝置，係至少包括一輔助動力源、一萬向傳動件及一輔助驅動元件；該輔助動能裝置係選自海流發電機、推進器其中之一；當選用海流發電機，該輔助動能裝置係為發電機，該輔助驅動件係為扇葉，並於波動環境中轉動而發電，產生輔助動能；當選用推進器，該輔助動力源係為電動馬達，該輔助驅動件係為扇葉，該輔助動力源傳動該輔助驅動件於波動環境中轉動而產生驅動能；一風速檢測器，係用以產生風速平均值，並以超過上限值之與否，判斷啟閉發電作業；一潮水位檢測器，係用以感測該波動環境中之潮水位高 低；一浮筒發電機短路檢測器，係用以偵測浮筒發電機之短路訊號；一海流發電機短路檢測器，係用以偵測海流發電機之短路訊號；一浮筒發電機制動控制單元，係用以排除浮筒發電機之短路故障；一海流發電機制動控制單元，係用以排除海流發電機之短路故障；複數個緩衝墊，係分別設於該第一、第二框體的相對內側，其用以緩衝該浮筒元件撞擊該第一、第二框體的相對內側。
5. 一種海上自然能發電方法，係包括下列步驟：一．準備步驟：準備至少一個基體及複數個設於該基體上的發電裝置，該基體係設複數個支撐部而用以固定於一波動環境內；該每一發電裝置皆為浮筒發電機，並設有一第一發電組及第二發電組；其中：該第一發電組包括複數個固定於該基體的第一發電元件；該第二發電組包括一浮筒元件及固定於該浮筒元件上的複數個第二發電元件；該複數個第二發電元件係圈繞該相對應的第一發電元件； 二．自然能發電步驟：此步驟進一步包括下列步驟：[a]浮筒發電機制動控制步驟：該發電裝置又包括一浮筒發電機短路檢測器及一浮筒發電機制動控制單元，該浮筒發電機短路檢測器用以偵測浮筒發電機之短路訊號，若判斷為短路，則啟動該浮筒發電機制動控制單元以排除浮筒發電機之短路故障，如此反覆進行偵測，使浮筒發電機保持運轉順暢；[b]浮筒發電機水位控制步驟：該發電裝置又包括一水平檢測器及一潮水位檢測器，啟動前述檢測器且接收其產生之訊號，並在計算潮水水位平均值及海浪浪峰值間隔時間平均值後，對該支撐部進行水位高度調整及浮筒發電機水平定位調整；[c]風速控制步驟：該發電裝置又包括一浮筒發電機內水位檢測器及一風速檢測器，啟動前述檢測器且接收其產生之訊號，計算風速平均值及浮筒發電機內水位平均值，再以風速超過上限值之與否，控制浮筒發電機升降；於前述檢測作業後啟動該發電裝置，藉該波動環境對該浮筒元件產生之波動力，使該複數個第二發電元件至少在一第一位置與一第二位置間與相對應的該第一發電元件相對運動而發電；三．完成步驟：完成自然能發電。