TWI788104B - 海洋不倒翁綜合能源系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種海洋不倒翁綜合能源系統，包含：一承載平台、一支撐浮體、複數浮力浮體、一風能擷取裝置、一浮體動能擷取裝置以及一機械式儲能裝置，承載平台具有一傳動裝置可整合來自於風能擷取裝置以及浮體動能擷取裝置的動力，並將動力整合後傳輸至機械式儲能裝置進行儲存，實施時還可進一步設置一發電裝置，將傳動裝置所整合的動力作為發電之用。

Description

海洋不倒翁綜合能源系統

本發明提供一種能源系統，尤指一種運用於海洋以擷取風浪動能的能源系統。

一般的離岸風力發電設施，需要在海床上設置固定式的基樁，以確保風力發電設施能穩固地保持在豎立狀態以獲取風能，而其僅只能利用風力而未對所處環境的海洋能進行利用。其次，大多數的風力或海洋發電設施，在設計上都是與大自然的風浪抗衡，因此使用時會有設施被自然力破壞的問題。除此之外，其次大多數的風力發電設施僅能以發電後併入電網或提供區域電力的方式來使用，因此常常會發生風力發電時機與尖峰用電時機不符的問題。

本發明之主要目的，係在提供一種能同時利用風浪作為能源的海洋不倒翁綜合能源系統，為達上述目的，本發明海洋不倒翁綜合能源系統，包含：一承載平台，具有一主柱、一機箱以及一輪輻形延伸架，機箱設置在主柱頂端，輪輻形延伸架連結於主柱且將主柱環繞於中心位置，機箱內設有一傳動裝置；一支撐浮體，固定於主柱，以自承載平台的中心位置提供浮力；複數浮力浮體，銜接於輪輻形延伸架靠近外緣的位置，以自承載平台的周緣位置提供浮力，使承載平台能浮於海面而不翻覆；一風能擷取裝置，設置在承載平台且連結於傳動裝置以提供動力；一浮體動能擷取裝置，設置在承載平台且連結於傳動裝置以提供動力；以及一機械式儲能裝置，銜接於傳動裝置以獲得動力並予以儲存。藉此，以整合風浪能源，除了利用風能擷取裝置進行風能的利用之外，亦可利用承載平台因應海面變化而產生的起伏晃動的特性獲取能源，並將之儲存於機械式儲能裝置中，俾利將所獲能源予以運用。

在一實施例中，浮體動能擷取裝置包含一第一動能轉換單元以及複數第二動能轉換單元；第一動能轉換單元具有一第一動力組件以及一第一鋼索，第一鋼索連結於海床與承載平台底部中央的位置，於承載平台隨著海面之變化而產生對應之運動時，第一鋼索帶動第一動力組件旋轉，第一動力組件連結於傳動裝置以提供動力；第二動能轉換單元對應於複數浮力浮體設之每一浮力浮體分別設有對應的一第二動力組件以及一第二鋼索，第二鋼索連結於浮力浮體並進入輻形延伸架靠近外緣的位置，於承載平台隨著海面之變化而產生對應之運動時，第二鋼索帶動第二動力組件旋轉，第二動力組件連結於傳動裝置以提供動力。

在一實施例中，承載平台底部中央的位置設有一第一滑輪，第一鋼索繞於第一滑輪，第一鋼索對應於海床與第一滑輪之間的位置處設有一旋轉機構。

在一實施例中，第一動力組件包含一第一滑輪動力傳遞模組以及一第一動力輸出機構，第一滑輪動力傳遞模組連結於第一滑輪與第一動力輸出機構之間，使第一滑輪能帶動第一動力輸出機構，第一動力輸出機構銜接於傳動裝置，第一鋼索繞於第一滑輪後連結於一重物。

在一實施例中，第一動力組件包含一第三動力輸出機構，第一鋼索繞於第一滑輪後直接帶動第三動力輸出機構，第三動力輸出機構銜接於傳動裝置。

在一實施例中，第二動力組件包含複數第二滑輪以及一第二動力輸出機構，複數第二滑輪設置在輪輻形延伸架以將第二鋼索導引至第二動力輸出機構，使第二鋼索帶動第二動力輸出機構，第二動力輸出機構銜接於傳動裝置。

在一實施例中，傳動裝置包含一直立環形齒輪以及複數緩衝發條儲能箱，直立環形齒輪套設在主柱，主柱與直立環形齒輪之間設有一主柱軸承，直立環形齒輪之上下側分別具一上齒部以及一下齒部，複數緩衝發條儲能箱之中的每一緩衝發條儲能箱依動力傳輸次序分別包含一緩衝輸入齒、一緩衝發條儲能機構以及一緩衝輸出齒以進行動力傳輸，緩衝輸出齒銜接於上齒部；其中複數緩衝發條儲能箱中的至少一緩衝發條儲能箱之緩衝輸入齒與風能擷取裝置銜接以獲得動力，複數緩衝發條儲能箱中的一緩衝發條儲能箱之緩衝輸入齒與第一動力組件連結以獲得動力，複數緩衝發條儲能箱中的其餘緩衝發條儲能箱與對應的第二動力組件連結以獲得動力，機械式儲能裝置銜接於下齒部，藉此以透過直立環形齒輪整合所有的動力來源，而將動力傳輸至機械式儲能裝置中儲存。

在一實施例中，機械式儲能裝置包含一總儲能齒以及一總發條儲能機構，總儲能齒銜接於下齒部，且總儲能齒連結於總發條儲能機構以對總發條儲能機構進行動力輸入或動力輸出。

在一實施例中，海洋不倒翁綜合能源系統，其進一步包含一發電裝置，發電裝置連結於傳動裝置以獲得運轉所需之動力，並將動力轉換成電力。藉此，使得海洋不倒翁綜合能源系統兼具提供電力給電網，或提供電力給周邊區域使用的可能性。

在一實施例中，承載平台具有一尾舵，尾舵的朝向可對應於風能擷取裝置所預設迎風面進行反向設置，使風能擷取裝置能朝向風浪的來向。

在一實施例中，尾舵具有複數雙向彈性活門，當海浪衝擊方向瞬間改變時，彈性活門可適度彈開後再復位，以降低海浪對尾舵的瞬間衝擊力。

在一實施例中，風能擷取裝置包含一環形導軌、一齒環以及複數葉片，齒環滑設於環形導軌，以相對於環形導軌滑動旋轉，複數葉片環設在齒環，複數葉片之中的任一葉片均銜接於齒環的內緣並朝向齒環的中心方向延伸，齒環連結傳動裝置以提供動力。

在一實施例中，複數葉片包含之每一葉片都具有一雙向彈力定位機構，每一葉片係透過雙向彈力定位機構固定在齒環，當瞬間風力大於雙向彈力定位機構的定位力時，葉片可相對於齒環適度擺動後再復位，以降低瞬間風力對葉片的瞬間衝擊力。

前述緩衝發條儲能機構或著總發條儲能機構，可包含一個發條或多個陣列發條，實施時可於發條周邊設置感測元件以偵測發條之儲能狀態，並將等緩衝發條儲能機構或總發條儲能機構之儲能狀態回傳至一控制裝置後，再傳輸至一遠端管理系統監控，且傳動裝置、機械式儲能裝置以及發電裝置可透過控制裝置進行運行模式的切換，例如切換機械式儲能裝置或是發電裝置與傳動裝置之銜接狀態(離合狀態)，或是用於控制傳動裝置之運作狀態。

相較於先前技術，本發明具有擷取並整合風力、海浪及潮汐各種動能之功效，且進一步設計了緩衝風浪瞬間衝擊力的結構，可使系統較不容易損壞。除此之外，本發明還提供機械式儲能的手段，使能源的應用方式更為多元。

請參閱第一圖至第三圖所示，第一實施例所示海洋不倒翁綜合能源系統1，包含一承載平台10、一支撐浮體20、複數浮力浮體30、一風能擷取裝置40、一浮體動能擷取裝置50、一機械式儲能裝置60以及一發電裝置70。

承載平台10具有一主柱11、一機箱12以及一輪輻形延伸架13，機箱12設置在主柱11頂端，輪輻形延伸架13連結於主柱11且將主柱11環繞於中心位置，機箱12內設有一傳動裝置14，承載平台10底部中央的位置設有一第一滑輪15。

支撐浮體20固定於主柱11，以自承載平台10的中心位置提供浮力。

複數浮力浮體30銜接於輪輻形延伸架13靠近外緣的位置，以自承載平台10的周緣位置提供浮力，使承載平台10能浮於海面而不翻覆。

風能擷取裝置40設置在承載平台10且連結於傳動裝置14，以提供動力至傳動裝置14。

浮體動能擷取裝置50，設置在承載平台10且連結於傳動裝置14，以提供動力至傳動裝置14。

機械式儲能裝置60銜接於傳動裝置14，以自傳動裝置14獲得動力並予以儲存。

發電裝置70連結於傳動裝置14，以自傳動裝置14獲得運轉所需之動力，並轉換成電力，使得海洋不倒翁綜合能源系統1能發電並透過電纜71供應電力給電網，或提供電力給周邊區域使用。

實施時，除了可同時設置前述機械式儲能裝置60以及發電裝置70之外，還可採擇一設置的方式實施，例如僅設置機械式儲能裝置60而不設置發電裝置70，或是僅設置發電裝置70而不設置機械式儲能裝置60。

傳動裝置14、機械式儲能裝置60以及發電裝置70可透過一控制裝置80進行運行模式的切換，例如切換機械式儲能裝置60或是發電裝置70與傳動裝置14之銜接狀態(離合狀態)，或是用於控制傳動裝置14內部之運作狀態，控制裝置80可進一步與遠端管理系統90連線，以透過遠端管理系統90監控海洋不倒翁綜合能源系統1之運作。

請參閱第三圖及第四圖所示，承載平台具有一尾舵16，尾舵16的朝向可對應於風能擷取裝置40所預設迎風面進行反向設置，使風能擷取裝置40能朝向風浪的來向。尾舵16具有複數雙向彈性活門161，當海浪衝擊方向瞬間改變時，彈性活門161可適度彈開後再復位，以降低海浪對尾舵的瞬間衝擊力。

請參閱第一圖、第二圖及第五圖所示，浮體動能擷取裝置50包含一第一動能轉換單元51以及複數第二動能轉換單元52。

第一動能轉換單元51具有一第一動力組件511以及一第一鋼索512，第一鋼索512連結於海床100與承載平台10底部中央的第一滑輪15，第一鋼索512對應於海床100與第一滑輪15之間的位置處設有一旋轉機構513。於承載平台10隨著海面之變化而產生對應之運動時，第一鋼索512帶動第一動力組件511旋轉，第一動力組件511連結於傳動裝置14以提供動力。第一動力組件511包含一第一滑輪動力傳遞模組5111以及一第一動力輸出機構5112，第一滑輪動力傳遞模組5111連結於第一滑輪15與第一動力輸出機構5112之間，使第一滑輪15能帶動第一動力輸出機構5112，第一動力輸出機構5112銜接於傳動裝置14，第一鋼索512繞於第一滑輪15後連結於一重物514。

第二動能轉換單元52對應於每一浮力浮體30分別設有對應的一第二動力組件521以及一第二鋼索522，第二鋼索522連結於浮力浮體30並進入輻形延伸架13靠近外緣的位置，於承載平台10隨著海面之變化而產生對應之運動時，第二鋼索522帶動第二動力組件521旋轉，第二動力組件521連結於傳動裝置14以提供動力。第二動力組件521包含複數第二滑輪5211以及一第二動力輸出機構5212，複數第二滑輪5211設置在輪輻形延伸架13以將第二鋼索522導引至第二動力輸出機構5212，使第二鋼索522帶動第二動力輸出機構5212，第二動力輸出機構5212銜接於傳動裝置14，此實施例之第二動力輸出機構5212可內建渦捲彈簧機構連接第二鋼索522，當第二鋼索522鬆弛時可捲收第二鋼索522。

傳動裝置14包含一直立環形齒輪141以及複數緩衝發條儲能箱142，直立環形齒輪141套設在主柱11，主柱11與直立環形齒輪141之間設有主柱軸承140，直立環形齒輪141之上下側分別具一上齒部1411以及一下齒部1412，緩衝發條儲能箱142依動力傳輸次序分別包含一緩衝輸入齒1421、一緩衝發條儲能機構1422以及一緩衝輸出齒1423以進行動力傳輸，緩衝輸出齒1423銜接於上齒部1411，緩衝發條儲能箱142具有一緩衝離合機構1424，可切換緩衝發條儲能機構1422與緩衝輸入齒1421連結且與緩衝輸出齒1423分離的動力輸入狀態，或是切成換緩衝發條儲能機構1422與緩衝輸入齒1421分離且與緩衝輸出齒1423連結的動力輸出狀態。

本實施例具有複數緩衝發條儲能箱142，可提供多個緩衝輸入齒1421供各種來源的動能輸入，其中至少一個緩衝輸入齒1421可供風能擷取裝置40銜接、其中一個緩衝輸入齒1421可供第一動力組件511銜接，其餘緩衝輸入齒1421可供第二動力組件521銜接以獲得動力，機械式儲能裝置60銜接於下齒部1412，藉此以透過直立環形齒輪141整合所有的動力來源，而將動力傳輸至機械式儲能裝置60中儲存，發電裝置70亦銜接於下齒部1412以自下齒部1412獲得動力來源。

請參閱第五圖及第六圖所示，機械式儲能裝置60包含一總儲能齒61以及一總發條儲能機構62，總儲能齒61銜接於下齒部1412，且總儲能齒61連結於總發條儲能機構62以對總發條儲能機構62進行動力輸入或動力輸出，機械式儲能裝置60具有總離合機構63，以切換總儲能齒61與總發條儲能機構62之連接狀態。

請參閱第七圖至十一圖所示，風能擷取裝置40包含一環形導軌41、一齒環42以及複數葉片43，齒環42滑設於環形導軌43，以相對於環形導軌43滑動旋轉，複數葉片43環設在齒環42，複數葉片43之中的任一葉片43均銜接於齒環43的內緣並朝向齒環42的中心方向延伸，齒環42連結傳動裝置14之其中一個或兩個的緩衝發條儲能箱142的緩衝輸入齒1421，以提供動力至緩衝發條儲能箱142。

葉片43包含一雙向彈力定位機構431，葉片43透過雙向彈力定位機構431固定在齒環42，當瞬間風力大於雙向彈力定位機構431的定位力時，葉片43可相對於齒環42適度擺動後再復位，以降低瞬間風力對葉片43的瞬間衝擊力。

請參閱第十二圖及第十三圖並對比第一圖所示，第二實施例與第一實施例之差異在於，第二實施例並未設置如第一實施例之第一滑輪15以及重物514。其中第十三圖揭示第一動力組件511包含一第三動力輸出機構5113，第一鋼索512直接帶動第三動力輸出機構5113，第三動力輸出機構5113銜接於傳動裝置14(銜接於傳動裝置14之其中一緩衝發條儲能箱142之緩衝輸入齒1421)，第三動力輸出機構5113可內建渦捲彈簧機構連接第一鋼索521，當第一鋼索512鬆弛時可捲收第二鋼索512。

請參閱第十四圖所示，第三實施例為變化輪輻形延伸架實施型態的，係可於一較大的輪輻形延伸架13a上設置若干較小的輪輻形延伸架13b，以取代第一實施例(如第三圖所示)單一輻形延伸架13的實施，以供更多的浮力浮體30架設。

以上所述，僅為舉例說明本發明之較佳實施方式，並非以此限定實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單置換及等效變化，皆屬本發明之專利申請範疇。

1:海洋不倒翁綜合能源系統

10:承載平台

11:主柱

12:機箱

13:輪輻形延伸架

13a:較大的輪輻形延伸架

13b:較小的輪輻形延伸架

14:傳動裝置

140:主柱軸承

141:直立環形齒輪

1411:上齒部

1412:下齒部

142:緩衝發條儲能箱

1421:緩衝輸入齒

1422:緩衝發條儲能機構

1423:緩衝輸出齒

1424:緩衝離合機構

15:第一滑輪

16:尾舵

161:彈性活門

20:支撐浮體

30:浮力浮體

40:風能擷取裝置

41:環形導軌

42:齒環

43:複數葉片

431:雙向彈力定位機構

50:浮體動能擷取裝置

51:第一動能轉換單元

511:第一動力組件

5111:第一滑輪動力傳遞模組

5112:第一動力輸出機構

5113:第三動力輸出機構

512:第一鋼索

513:旋轉機構

514:重物

52:第二動能轉換單元

521:第二動力組件

5211:第二滑輪

5212:第二動力輸出機構

522:第二鋼索

60:機械式儲能裝置

61:總儲能齒

62:總發條儲能機構

63:總離合機構

70:發電裝置

71:電纜

80:控制裝置

90:遠端管理系統

100:海床

第一圖為本發明第一實施例之外觀示意圖。 第二圖為本發明第一實施例之風能及浮體動能整合示意圖。 第三圖為本發明第一實施例之輪輻形延伸架示意圖。 第四圖為本發明第一實施例之尾舵示意圖。 第五圖為本發明第一實施例之浮體動能擷取裝置示意圖。 第六圖為本發明第一實施例之機械式儲能裝置示意圖。 第七圖為本發明第一實施例之風能擷取裝置示意圖。 第八圖為本發明第一實施例之齒環示意圖。 第九圖為本發明第一實施例之風能擷取裝置的局部立體圖。 第十圖為本發明第一實施例之風能擷取裝置的局部分解圖。 第十一圖為本發明第一實施例之齒環齒環連結傳動裝置示意圖。 第十二圖為本發明第二實施例之外觀示意圖。 第十三圖為本發明第二實施例之第一鋼索設置方式示意圖。 第十四圖為本發明第三實施例之輪輻形延伸架示意圖。

1:海洋不倒翁綜合能源系統

10:承載平台

11:主柱

12:機箱

13:輪輻形延伸架

14:傳動裝置

142:緩衝發條儲能箱

16:尾舵

20:支撐浮體

30:浮力浮體

40:風能擷取裝置

41:環形導軌

42:齒環

43:複數葉片

431:雙向彈力定位機構

50:浮體動能擷取裝置

51:第一動能轉換單元

511:第一動力組件

512:第一鋼索

513:旋轉機構

52:第二動能轉換單元

522:第二鋼索

60:機械式儲能裝置

70:發電裝置

71:電纜

100:海床

Claims (14)

1. 一種海洋不倒翁綜合能源系統，包含：一承載平台，具有一主柱、一機箱以及一輪輻形延伸架，該機箱設置在該主柱頂端，該輪輻形延伸架連結於該主柱且將該主柱環繞於中心位置，該機箱內設有一傳動裝置；一支撐浮體，固定於該主柱，以自該承載平台的中心位置提供浮力；複數浮力浮體，銜接於該輪輻形延伸架靠近外緣的位置，以自該承載平台的周緣位置提供浮力，使該承載平台能浮於海面而不翻覆；一風能擷取裝置，設置在該承載平台且連結於該傳動裝置以提供動力；以及一浮體動能擷取裝置，設置在該承載平台且連結於該傳動裝置以提供動力；其中該傳動裝置包含一直立環形齒輪以及複數緩衝發條儲能箱，該直立環形齒輪套設在該主柱，該主柱與該直立環形齒輪之間設有一主柱軸承，該直立環形齒輪之上下側分別具一上齒部以及一下齒部，該複數緩衝發條儲能箱之中的每一緩衝發條儲能箱依動力傳輸次序分別包含一緩衝輸入齒、一緩衝發條儲能機構以及一緩衝輸出齒以進行動力傳輸，該緩衝輸出齒銜接於該上齒部；其中該複數緩衝發條儲能箱中的至少一緩衝發條儲能箱之該緩衝輸入齒與該風能擷取裝置銜接以獲得動力，該複數緩衝發條儲能箱中的至少一緩衝發條儲能箱之該緩衝輸入齒與該浮體動能擷取裝置連結以獲得動力。
2. 如請求項1所述之海洋不倒翁綜合能源系統，其中該浮體動能擷取裝置包含一第一動能轉換單元以及複數第二動能轉換單元；該第一動能轉換單元具有一第一動力組件以及一第一鋼索，該第一鋼索連結於海床與該承載平 台底部中央的位置，於該承載平台隨著海面之變化而產生對應之運動時，該第一鋼索該帶動該第一動力組件旋轉，該第一動力組件連結於該傳動裝置以提供動力；該第二動能轉換單元對應於該複數浮力浮體設之每一浮力浮體分別設有對應的一第二動力組件以及一第二鋼索，該第二鋼索連結於該浮力浮體並進入該輻形延伸架靠近外緣的位置，於該承載平台隨著海面之變化而產生對應之運動時，該第二鋼索該帶動該第二動力組件旋轉，該第二動力組件連結於該傳動裝置以提供動力。
3. 如請求項2所述之海洋不倒翁綜合能源系統，其中該承載平台底部中央的位置設有一第一滑輪，該第一鋼索繞於該第一滑輪，該第一鋼索對應於該海床與該第一滑輪之間的位置處設有一旋轉機構。
4. 如請求項3所述之海洋不倒翁綜合能源系統，其中該第一動力組件包含一第一滑輪動力傳遞模組以及一第一動力輸出機構，該第一滑輪動力傳遞模組連結於該第一滑輪與該第一動力輸出機構之間，使該第一滑輪能帶動第一動力輸出機構，該第一動力輸出機構銜接於該傳動裝置，該第一鋼索繞於該第一滑輪後連結於一重物。
5. 如請求項3所述之海洋不倒翁綜合能源系統，其中該第一動力組件包含一第三動力輸出機構，該第一鋼索繞於該第一滑輪後直接帶動該第三動力輸出機構，該第三動力輸出機構銜接於該傳動裝置。
6. 如請求項2所述之海洋不倒翁綜合能源系統，其中該第二動力組件包含複數第二滑輪以及一第二動力輸出機構，該複數第二滑輪設置在該輪輻形延伸架以將該第二鋼索導引至該第二動力輸出機構，使第二鋼索帶動該第二動力輸出機構，該第二動力輸出機構銜接於該傳動裝置。
7. 如請求項2所述之海洋不倒翁綜合能源系統，在連結該浮體動能擷取裝置的該些緩衝發條儲能箱中，一該緩衝發條儲能箱的該緩衝輸入齒與該第一動力組件連結以獲得動力，其餘該緩衝發條儲能箱中的一緩衝發條儲能箱與對應的該第二動力組件連結以獲得動力。
8. 如請求項1所述之海洋不倒翁綜合能源系統，其進一步包含一機械式儲能裝置，該機械式儲能裝置銜接於該傳動裝置之下齒部以獲得動力並予以儲存。
9. 如請求項8所述之海洋不倒翁綜合能源系統，其中該機械式儲能裝置包含一總儲能齒以及一總發條儲能機構，該總儲能齒銜接於該下齒部，且該總儲能齒連結於該總發條儲能機構以對該總發條儲能機構進行動力輸入或動力輸出。
10. 如請求項1所述之海洋不倒翁綜合能源系統，進一步包含一發電裝置，該發電裝置連結於該傳動裝置以獲得運轉所需之動力，並將所獲得之動力轉換成電力。
11. 如請求項1所述之海洋不倒翁綜合能源系統，其中該承載平台具有一尾舵。
12. 如請求項11所述之海洋不倒翁綜合能源系統，其中該尾舵具有複數雙向彈性活門。
13. 如請求項1所述之海洋不倒翁綜合能源系統，其中該風能擷取裝置包含一環形導軌、一齒環以及複數葉片，該齒環滑設於該環形導軌，以相對於該環形導軌滑動旋轉，該複數葉片環設在該齒環，該複數葉片之中的任一 葉片均銜接於該齒環的內緣並朝向該齒環的中心方向延伸，該齒環連結該傳動裝置以提供動力。
14. 如請求項13所述之海洋不倒翁綜合能源系統，其中該複數葉片包含之每一葉片都具有一雙向彈力定位機構，該每一葉片係透過該雙向彈力定位機構固定在該齒環。

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