[发明专利]能量提取方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从包括波浪、风和海洋涌流(包括潮汐流)的自然发生的现象提取能量以产生电能的装置的集成、协作组合。本发明在特定方面的目的在于为安装于船体上的一个或多个波浪能转换装置、一个或多个风力涡轮机和/或一个或多个海洋涌流涡轮机之间提供有益的相互作用。 

背景技术

振荡水柱(OWC)是用于从波浪提取能量的熟知装置，且包括腔室，该腔室的底部开放且在水下并且顶部具有在水上的开口，该腔室容纳或连通一个或两个带单向阀或不带单向阀的空气涡轮机，空气涡轮机被布置成使得涡轮机转动从而产生动力，与波浪运动所造成的空气流入腔室或从腔室流出无关。优选方法是使用一个双向涡轮机(即，与空气流动方向无关地在相同方向转动的涡轮机)。在波浪峰到来时，水在腔室中汹涌上升，减小水表面上方的空气体积并增加压力。因此，空气通过涡轮向外流动，产生动力。在波浪减退时，空气空间增加，压力降低且空气通过涡轮机吸回到腔室内，再次产生动力。对于每个波浪重复这个过程。 

OWC装置被构建于裸露多岩石的海岸线上，但这些陆上装置可能会因为视觉污染而遭到公众反对。而且，波浪能量在浅水中衰减且在深水(＞50m)中的OWC能收获更多的能量。 

以从更深的水中更高能的波浪气候收获能量为目的对浮动原型OWC装置进行了测试。这些装置中的一种装置，凯美(Kaimei)，是基于小船体的。但发现在这个装置中的波浪能量转换效率较低，因为对 于流行波浪周期而言，这种浮动主体太小且太轻并倾向于随浪涌上下移动，抵消了主体与周围水之间的大部分相对移动。另一装置，鱼鹰(Osprey)，并非基于船体且当其被拖曳到适当位置时经受不住风暴。第三种装置，瑞典浮动波浪动力船舶，是较大、昂贵的、为特定目的而建造的结构，其仅从长度较小的波浪前部俘获能量，使得每单位额定输出的资本成本较高。 

已知OWC装置的另一问题在于朝向即将来临的浪涌的腔室的固定竖直壁遮住大部分可用的能量，因为水以轨道运动移动，且在波峰处的水在波浪运动的方向前移。结果，OWC的最高已知的水到空气的能量转换效率仅低于70％。 

目前的风力涡轮机是一项成熟的技术，且3叶片、水平轴线型已成为工业标准。这些风力涡轮机使齿轮箱和发电机组装件容纳于塔架顶部的机舱中，且在较大多兆瓦特的机器中，这种组装件通常重达数百吨。叶片的长度可为40m或更长。随着风力涡轮机的大小增加，将这种较大构件运输到偏远多山的陆上位点并且将它们提升到可高达60至100m的塔架顶部上的位置变得越来越困难。这种运输难度和在某些国家的最佳陆上位点已被占用或由于环境或社会原因不能利用的事实推动了发展近海风电场的行动。虽然近海的风能通常高于陆上位点大约30至55％，但地基、安置和维护较为昂贵。固定到海底的风力涡轮机被限制为大约15m的深度且仅可在相对平静的天气下安置，但这种平静的天气在所选择的一贯风力较高的位点并不常见。这些机器所需的巨大齿轮箱到达了制造和安置能力的极限，且大部分风力涡轮机的失败与齿轮箱有关。现在风能工业中推想可能需要完全不同形式的风力涡轮机，尤其是对于较大的近海安置，这种风力涡轮机不会遇到必须远离地面安装和维修的非常大、重的齿轮箱的问题。 

在世界上很多国家发展了轴流模式和横流模式海洋涌流涡轮机。这需要昂贵的安装结构来耐受可能作用在其上的较大液体动力，且这些支承结构的制作和安置成本是一个大问题，减小了成本效益。 

发明内容

本发明的目的在于通过提供一种能量提取方法和设备来克服或减轻上述缺点中的一个或多个缺点，这种能量提取方法和设备通过浮动平台和安装于浮动平台上的能量提取装置之间的协同相互作用来增加从自然发生的现象的能量提取。在另一方面，本发明的目的在于提供一种设备，该设备减小了对于该设备的能量提取装置的冲击荷载，这从而延长了使用寿命和增加了成本效益。 

因此，在一个方面，本发明提供一种用于从风和波浪运动提取能量的设备，所述设备包括： 

包括船体的共同的浮动平台，所述船体随风和/或波浪俯仰和/或横摇运动； 

用于在近海位置停泊所述船体的机构； 

一个或多个竖轴风力涡轮机，其支承于所述船体上用于从风提取能量；以及