專利名稱：用于捕獲波浪能的平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可再生能量，尤其涉及波浪能。
背景技術(shù)：
使用海洋作為無污染能源并非最近的想法。來自涌浪的能量因其在全世界廣泛分布而最具潛力，而且它對(duì)環(huán)境的影響較低且具有較高的預(yù)測(cè)儲(chǔ)量。
日本、印度、挪威、美國(guó)、英國(guó)、愛爾蘭和葡萄牙這些國(guó)家正在開發(fā)裝置以用于從波浪提取能量?，F(xiàn)有廣泛的供選方案，其中一些已有操作樣機(jī)。
能將試驗(yàn)上必須考慮的設(shè)計(jì)分為兩類固定在海岸上的裝置和漂浮的裝置，漂浮的裝置用于捕獲海面上的波浪能。以下必須指出的是用于從涌浪轉(zhuǎn)換能量的概念 振蕩水柱這是一種部分浸沒的堆疊(stack)，在其基底滲入波浪的位置處具有開口。由于水柱位于堆疊內(nèi)部，使得堆疊可以向上運(yùn)動(dòng)和向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)水位升高時(shí)，空氣受迫穿過渦輪機(jī)，且當(dāng)返回時(shí)吸入的空氣再次激活渦輪機(jī)。即使有漂浮式的，它們通常還是安裝在海岸上。
灌注系統(tǒng)這些系統(tǒng)收集撞擊的波浪以運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)。通過將波浪流入水池而將波浪集中在一起，存儲(chǔ)的水從該水池進(jìn)入渦輪機(jī)。需要大的波浪來產(chǎn)生溢出。已有漂浮式和海岸式。
漂浮吸收器使用波浪的振蕩運(yùn)動(dòng)，通過機(jī)械的或液壓的手段進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
該組包含有通過多個(gè)樞接的漂浮單元形成的裝置，所述漂浮單元負(fù)責(zé)將波浪的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能。接合處設(shè)有液壓泵。在向前和向后運(yùn)動(dòng)的作用下使得接合處彎曲且液壓泵開始運(yùn)行，以高壓發(fā)送流體至水輪發(fā)電機(jī)。
其它方法是基于對(duì)能量的利用，所述能量來自通過浮標(biāo)的波浪的垂直振蕩，所述浮標(biāo)在內(nèi)部安裝有液壓泵的結(jié)構(gòu)上向上和向下運(yùn)動(dòng)。水采用該運(yùn)動(dòng)進(jìn)入和離開泵并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。
擺體系統(tǒng)是適合于安裝在防波提中的裝置，包含面向海洋的腔體，并設(shè)有在其上部樞接的剛性鋼板，所述鋼板能在波浪的作用下輕微擺動(dòng)。在腔體內(nèi)部進(jìn)行固定的梳刷以移動(dòng)該鋼板，鋼板的擺動(dòng)通過液壓或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)傳輸和吸收。
深海處的波浪能密度比海岸處的高出兩倍以上，然而大部分用于利用波浪能的設(shè)計(jì)都位于海岸處或接近海岸，因而產(chǎn)生較低的輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)以上所描述的問題提供一種合適的方案。
本發(fā)明涉及一種用于捕獲波浪能的平臺(tái)，以下簡(jiǎn)稱為平臺(tái)，所述平臺(tái)是半浸沒在水中的且合適于在深水和超深水中運(yùn)行，包括至少一個(gè)支撐在船體上的覆蓋層。能被灌入水以獲得合適的運(yùn)行高度的船體浸沒在水中，使得即使在與強(qiáng)涌浪工作時(shí)也能更好地穩(wěn)定住。
平面圖為“V”形(或三角翼形)的平臺(tái)是自定向的，使得波前垂直于它的對(duì)稱面向前運(yùn)動(dòng)。因此波浪逐漸且同時(shí)撞擊平臺(tái)每一側(cè)上的一小區(qū)域(與平臺(tái)的大小相比)，與他們一起移動(dòng)直至溢出，這明顯簡(jiǎn)化了平臺(tái)的穩(wěn)定系統(tǒng)。
通過沿平臺(tái)每一側(cè)均勻分布的各個(gè)捕獲模塊吸收波浪能。采用這種設(shè)置，每一側(cè)的捕獲模塊隨著波浪向前移動(dòng)而逐步開始與波浪進(jìn)行接觸，這有可能將波浪的周期性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成連續(xù)運(yùn)動(dòng)。
捕獲的能量被轉(zhuǎn)換成可用的能量，通常為電能。其它選項(xiàng)是海水淡化、氫生成等。
使用流體作為傳輸單元或兩種方法的結(jié)合來機(jī)械地完成能量從每個(gè)捕獲模塊到發(fā)動(dòng)機(jī)或另一種類型裝置的傳輸。
能將發(fā)電機(jī)連接到同一個(gè)基底裝置上以匯總它們產(chǎn)生的電量。還可能依據(jù)所要求的目的將其它能量接收裝置相互連接。
使用錨固系統(tǒng)穩(wěn)定平臺(tái)，所述錨固系統(tǒng)包括大的壓載物，通過錨泊纜繩連接到其樞軸的下端，這使得平臺(tái)隨時(shí)自動(dòng)地正確定位自己。


為了更好地理解本規(guī)范，將附上多個(gè)圖，所述附圖中將本發(fā)明的實(shí)際實(shí)施例作為示例進(jìn)行了描述。
圖1描述了包括平臺(tái)基本單元的設(shè)計(jì)的透視圖； 圖2示出了捕獲模塊的示例，包括捕獲模塊在平臺(tái)中的位置、構(gòu)成捕獲模塊的部件和用于傳遞能量至樞接的傳輸軸的機(jī)構(gòu)，其中該傳輸軸對(duì)于平臺(tái)同一側(cè)上的所有捕獲模塊是共用的； 圖3是平臺(tái)右側(cè)上聯(lián)合捕獲、傳輸和產(chǎn)生系統(tǒng)所包括的單元的平面圖。
具體實(shí)施例方式所討論的平臺(tái)包括覆蓋層1，通過沿每側(cè)均勻分布的支柱3支撐在浸沒在水中的船體2之上，所述支柱3具有流體力學(xué)外形，依據(jù)波浪向前運(yùn)動(dòng)的方向確定方向。
由兩個(gè)相鄰的支柱3形成的通道接通外界與平臺(tái)內(nèi)部區(qū)域，使得水可以在兩者之間流動(dòng)。
平臺(tái)自身定向，使得波浪垂直于其對(duì)稱面對(duì)著它前向運(yùn)動(dòng)。采用這種安裝，當(dāng)每個(gè)波浪到達(dá)平臺(tái)時(shí)，由波浪撞到的支柱3將波浪擊破，粉碎的部分波浪滲入所提及的生成的通道中。
波浪能被設(shè)置在平臺(tái)每一側(cè)的支柱3之間的各個(gè)捕獲模塊4所吸收。將由同一側(cè)上的捕獲模塊4吸收的能量傳遞至對(duì)應(yīng)的樞接的傳輸軸15。每一側(cè)上都有樞接的傳輸軸 15，所述傳輸軸15包括接收輪14、傳輸桿16和萬向節(jié)17，所述萬向節(jié)17將接收輪14的軸與傳輸桿16相連接。
捕獲模塊4包括浮子5，在其上部與軸6樞接以便在涌浪的方向上運(yùn)動(dòng)。
將捕獲模塊4封裝到由每?jī)蓚€(gè)支柱3所橫向界定出的腔體中通道內(nèi)的波浪進(jìn)口區(qū)域中，且在其下部通過斜坡件7剛性連接至支柱3。采用這種安裝，強(qiáng)迫滲入每個(gè)通道的部分波浪與對(duì)應(yīng)的捕獲模塊4相互作用而同時(shí)產(chǎn)生動(dòng)能和勢(shì)能。
斜坡件7的高度是可變的，高度越大，給定波浪大小下有更多能量易于被捕獲。不過，所述高度應(yīng)使得捕獲模塊4所處的腔體內(nèi)的水在隨后的波浪部分開始進(jìn)入所述腔體時(shí)已被排出。為此，斜坡件7必須使得在特定大小下有更多的波浪部分跨過它，也使得所述腔體朝著平臺(tái)的內(nèi)部區(qū)域排水。所有這些表面需要依據(jù)波浪的大小建立一定范圍內(nèi)斜坡件7 的高度。
由每個(gè)捕獲模塊4吸收的能量通過齒圈11傳遞至活動(dòng)小齒輪12，后者進(jìn)而通過小齒輪13的傳輸嚙合將能量傳遞至樞接傳輸軸15的與捕獲模塊4的對(duì)應(yīng)的接收輪14。
同一側(cè)上的多個(gè)捕獲模塊4隨時(shí)向它們的樞接傳輸軸15提供能量，傳輸軸15最后將能量傳遞至一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)19。因?yàn)闃薪觽鬏斴S15的轉(zhuǎn)動(dòng)速度必然是很低的，所以發(fā)電機(jī)通過加速齒輪18接收能量。
在捕獲能量時(shí)浮子向上運(yùn)動(dòng)的過程中，小齒輪12不工作，但是會(huì)在向下運(yùn)動(dòng)階段的過程中被激活。水被排出時(shí)，浮子5向下運(yùn)動(dòng)但具有一定延遲，因?yàn)樵谠撾A段，小齒輪12 是激活的并可防止自由下落。因此，浮子5以懸浮狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，而同時(shí)吸收的能量被傳遞至樞接傳輸軸15。通過這個(gè)過程，浮子5的向上和向下運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)波浪的周期與形成其的浮子5的周期相符合時(shí)，每一側(cè)上的連接機(jī)制的性能達(dá)到最大。然而，鑒于波浪的周期是變化的，解決方案是基于在每種情況下將浮子5的周期與波浪的周期相適應(yīng)。浮子5的浸沒體積可以針對(duì)給定的運(yùn)行條件進(jìn)行調(diào)節(jié)。一旦固定了浮子5的浸沒體積，能通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)浮子5的周期。這通過激活或解除激活所涉及的一側(cè)上的發(fā)電機(jī)19來實(shí)現(xiàn)。
由于它們相對(duì)于波前成一定角度設(shè)置，兩排捕獲模塊4隨著波浪的向前運(yùn)動(dòng)而逐漸被激活，從而提供樞接傳輸軸15的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。這將低頻運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成產(chǎn)生電能所必需的更高頻率的運(yùn)動(dòng)。
通過樞接傳輸軸15消除了不必要的應(yīng)力，從而有可能以變化的角度工作而不會(huì)影響到該機(jī)構(gòu)的性能。
為了確保運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性，平臺(tái)在波浪傳播方向上的長(zhǎng)度必須大于該位置處最長(zhǎng)波浪的波長(zhǎng)。因此波浪在前面的波浪流過平臺(tái)之前到達(dá)平臺(tái)。
通過錨固系統(tǒng)穩(wěn)定平臺(tái)，所述錨固系統(tǒng)包括兩個(gè)大的壓載物8，通過錨泊纜繩9連接到樞軸10的下端。
該系統(tǒng)簡(jiǎn)化為采用了兩個(gè)壓載物8。另外，該情況中不需要平臺(tái)如石油鉆井平臺(tái)一樣在海洋表面上保持較小的半徑公差。然而，平臺(tái)的位置并不是決定因素，半徑公差能更大。因此，平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)被限制在其大小與已安裝的壓載系統(tǒng)的剛性有關(guān)的區(qū)域內(nèi)。任何情況中，所建立的半徑公差內(nèi)的這些運(yùn)動(dòng)不會(huì)在整體上負(fù)面影響平臺(tái)的運(yùn)行。靜止時(shí)，錨泊纜繩9和樞軸10理論上在一個(gè)垂直平面內(nèi)。
當(dāng)平臺(tái)定向在涌浪的方向上時(shí)，后者在平臺(tái)的兩側(cè)上都施加相似的推力，由此平臺(tái)將一直保持在該位置。在涌浪方向發(fā)生改變的情況中，波浪在平臺(tái)兩側(cè)上的水平推力的差異將產(chǎn)生動(dòng)量，使得平臺(tái)繞樞軸10轉(zhuǎn)動(dòng)至新的平衡位置，在該平衡位置，平臺(tái)被正確定向。通過壓載系統(tǒng)防止樞軸10繞自身轉(zhuǎn)動(dòng)。電力線20也不能轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)樗莿傂赃B接到上述樞軸10的。
還可以考慮設(shè)置互補(bǔ)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，提供雷達(dá)、聲納和計(jì)算機(jī)操作的螺旋槳，用于在緊急情況中幫助正確定位平臺(tái)。
必須銘記的是，平臺(tái)的長(zhǎng)度要大于該位置處最長(zhǎng)波浪的波長(zhǎng)。一種適合的幾何形狀是長(zhǎng)度近似為寬度的一半。相應(yīng)地，對(duì)于該處波浪的波長(zhǎng)為150米的位置，生產(chǎn)的平臺(tái)的實(shí)際大小可以是長(zhǎng)度為160米，寬度為320米。
平臺(tái)產(chǎn)生的波浪能與位置和平臺(tái)的大小有關(guān)。波浪能依據(jù)考慮的面積變化，對(duì)于給定面積，寬度越大，平臺(tái)產(chǎn)生的能量越多。寬度與使用的波前長(zhǎng)度相符合。平臺(tái)產(chǎn)生的理論波浪能是寬度(單位為米)與波前每米內(nèi)的平均能量相乘的結(jié)果。當(dāng)波浪具有60kW/m 的平均能量(許多歐洲大西洋海岸)和具有以上章節(jié)所描述的類似條件時(shí)(平臺(tái)的寬度為 320米)，能產(chǎn)生的理論波浪能的大小為19. 2MW。
設(shè)置在一區(qū)域內(nèi)的一組單元能共享控制單元、傳輸系統(tǒng)和轉(zhuǎn)換裝置。
基于前述的和通過查看附圖，可以看出所述平臺(tái)提供了相對(duì)于具有相似目的的其它已有裝置的優(yōu)點(diǎn)。
首先，提供了在遠(yuǎn)離海岸的深水和超深水中安裝波浪能捕獲模塊的可能，上述位置處的波浪條件更加優(yōu)良，因此生產(chǎn)能力與占用表面之比要大得多。離岸還意味著更大的環(huán)境優(yōu)勢(shì)。
遠(yuǎn)離海岸，即有充足的空間，平臺(tái)的位置不會(huì)受到大多數(shù)能源工廠所遭受的條件限制，可位于對(duì)于運(yùn)行更有利的位置。
另外，因?yàn)槠脚_(tái)不是永久性地固定在海洋底部，因此是移動(dòng)能源。如有需要，能將它們脫離并牽引至新的位置處。
能由兩個(gè)不同的捕獲系統(tǒng)共享漂浮結(jié)構(gòu)的事實(shí)也是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橛捎谒拇蟪叽?，在它上面安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)是絕對(duì)可行的，除了其它的益處，這將幫助解決風(fēng)能領(lǐng)域中感興趣的一個(gè)課題，即這些工廠的離岸安裝有勝過安裝在陸地上、海岸上或靠近海岸的風(fēng)能發(fā)電機(jī)的多個(gè)優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.一種用于捕獲波浪能的平臺(tái)，其特征在于，所述平臺(tái)的平面圖是“V”形或三角翼形的，所述平臺(tái)自定向以使波前垂直于它的對(duì)稱面向前運(yùn)動(dòng)，所述平臺(tái)包括至少一個(gè)覆蓋層 (1)，通過具有流體力學(xué)外形以依據(jù)波浪向前運(yùn)動(dòng)的方向定向的支柱(3)支撐在浸沒在水中的船體(2)上，所述支柱(3)沿所述平臺(tái)的側(cè)面分布以形成接通外界與所述平臺(tái)內(nèi)部區(qū)域的通道，從而在波浪的向前運(yùn)動(dòng)中逐漸將波浪粉碎成多個(gè)部分以滲入各個(gè)通道中；波浪能捕獲模塊(4)，每一個(gè)波浪能捕獲模塊(4)包括浮子(5)，所述浮子(5)在其上部樞接到軸(6)以允許在涌浪的方向上運(yùn)動(dòng)，每一捕獲模塊⑷被封裝到由兩個(gè)支柱⑶所橫向界定出的腔體中通道內(nèi)的波浪進(jìn)口區(qū)域中，且在其下部通過斜坡件(7)形式的結(jié)構(gòu)固定至所述支柱(3)，從而強(qiáng)迫滲入每個(gè)通道的波浪部分與對(duì)應(yīng)的捕獲模塊(4)相互作用，所述捕獲模塊(4)吸收波浪的動(dòng)能和勢(shì)能，然后通過齒圈(11)傳遞至活動(dòng)小齒輪(12)，并由所述活動(dòng)小齒輪(12)通過單方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行傳輸；錨固系統(tǒng)，包括壓載物(8)，所述壓載物(8) 通過錨泊纜繩(9)連接到樞軸(10)的下端，使得所述平臺(tái)隨時(shí)自動(dòng)地正確定位自己。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于捕獲波浪能的平臺(tái)，其特征在于，每個(gè)所述活動(dòng)小齒輪 (12)通過小齒輪(13)的傳輸嚙合將能量傳遞至樞接的傳輸軸(15)的各個(gè)接收輪(14)，所述樞接的傳輸軸(15)為同一側(cè)上的所有捕獲模塊(4)所共用，所述傳輸軸(15)包括接收輪(14)、傳輸桿(16)和萬向節(jié)(17)，所述萬向節(jié)(17)將接收輪(14)的軸與傳輸桿(16) 相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于捕獲波浪能的平臺(tái)，其特征在于，所述樞接的傳輸軸 (15)將其一側(cè)上的捕獲模塊(4)提供的能量通過加速齒輪(18)傳遞至一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī) (19)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適于在深水和超深水中捕獲波浪能的平臺(tái)，包括通過具有流體力學(xué)外形的支柱(3)支撐在浸沒在水中的船體(2)上的覆蓋層(1)，所述支柱(3)沿平臺(tái)側(cè)面分布。平臺(tái)的平面圖是“V”形的，且平臺(tái)自定向，使得波前垂直于平臺(tái)的對(duì)稱面向前運(yùn)動(dòng)。通過各個(gè)捕獲模塊(4)吸收波浪能，捕獲模塊(4)位于沿平臺(tái)側(cè)面分布的支柱(3)之間并隨著波浪的向前運(yùn)動(dòng)而開始逐漸與波浪接觸，從而可能將波浪的周期性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成連續(xù)運(yùn)動(dòng)。使用大壓載物(8)穩(wěn)定平臺(tái)，壓載物(8)通過錨泊纜繩(9)連接到樞軸(10)的下端，使得平臺(tái)隨時(shí)自動(dòng)地正確定位自己。
文檔編號(hào)F03B13/18GK102187087SQ200980140652
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者菲利克斯·梅爾洛·岡薩雷斯 申請(qǐng)人:菲利克斯·梅爾洛·岡薩雷斯