[发明专利]用于能量提取的装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于在水体中从流动的流提取能量的装置和方法。特别地，本发明涉及一种用于潮汐流的方法和装置。本发明的一个实施方案涉及展开在潮汐流路径中以将沿线绳传递并且被用做驱动发电机的机械能的潮汐能施加在线绳上的受控有浮力的线绳(controlled buoyant line)。

使用流动的流例如潮汐流中的运动的水的动能以驱动涡轮的能量提取系统是已知的。通常，潮汐流能量提取系统将位于具有快速流动的流的区域中，例如流体在自然形成的阻碍之间流动之处。最近已经提出，使用可以在较浅的和较缓慢的运动的水中使用较小的涡轮提供增加的功率输出的导流管式潮汐能涡轮(shrouded tidal energy turbine)。然而，大多数导流管式涡轮是定向的并且不可能高效率地捕获流。它们还必须位于水体的平均低水位下方。此外，导流管式涡轮经受高负荷，并且需要坚固的安装系统。导流管式涡轮还对海洋生物产生威胁，海洋生物可能被吸入涡轮叶片中。

拦河坝潮汐能系统从势能产生能量，并且也已经提出了静水压头在高潮和低潮之间的变化。拦河坝能量提取系统需要大量的土木工程和高资金支出。拦河坝系统也具有大的环境影响，并且仅可以被应用于世界上有限数量的地点。

将是期望的是，生产具有低环境影响、易于制造和展开、需要较少支持性基础结构并且可以被安装在各种海底地点中的用于潮汐流的能量提取系统。

本发明的一个目的是提供缓解了上文提出的潮汐流能量提取系统的缺点和效率的用于从潮汐流提取能量的方法和装置。从阅读以下的描述，本发明的其他目的和目标将变得明显。

根据本发明的第一方面，提供了用于在水体中从潮汐流提取能量的装置，装置包括位于潮汐流中的主体；发电机；以及线绳，线绳耦合于发电机，使得线绳和发电机之间的相对运动驱动发电机；其中主体包括实质上以潮汐流的方向取向并且包括用于促进主体上的拖曳力以导致主体随潮汐流的运动的至少一个形成物(formation)的拖曳表面，并且其中主体的上述运动导致线绳和发电机的相对运动以驱动发电机。

装置的主体可以被称为拖曳主体(drag body)。

根据本发明的第二方面，提供了用于在水体中从潮汐流提取能量的装置，装置包括位于潮汐流中的线绳，线绳包括主体，主体具有实质上以潮汐流的方向取向并且包括用于促进主体上的拖曳力以导致线绳随潮汐流的运动的至少一个形成物的拖曳表面；以及发电机；其中线绳耦合于发电机，使得线绳在潮汐流中的运动驱动发电机。

根据本发明的第三方面，提供了用于在水体中从潮汐流提取能量的装置，装置包括：位于潮汐流中的主体；耦合于主体的发电机；以及线绳，线绳耦合于发电机，使得线绳和发电机之间的相对运动驱动发电机；其中主体包括拖曳表面，拖曳表面实质上以潮汐流的方向取向并且包括用于促进主体上的由潮汐流引起的拖曳力以导致主体和发电机相对于线绳的运动来驱动发电机的至少一个形成物。

根据本发明的第四方面，提供了用于在水体中从潮汐流提取能量的装置，装置包括位于潮汐流中的线绳，线绳包括用于促进线绳随潮汐流的运动的至少一个形成物；以及发电机；其中线绳耦合于发电机，使得线绳在潮汐流中的运动驱动发电机。

因此，装置可以使用水体中的来自潮汐流的动能并且将动能转换为发电机的机械能。线绳耦合于发电机，使得动力(kinetic force)导致线绳被展开为受控的长度，并且线绳的机械运动被用于驱动发电机。

本发明的在某些方面的重要的特征是提供了界定了拖曳表面的主体。拖曳表面以潮汐流的方向取向(并且可以平行于流)，并且在主体上产生的拖曳力导致其在潮汐流中运动。这与以前的提议相反，以前的提议使用潮汐流的推力推进帆或其他平面构件以驱动发电机。这样的提议依赖于易碎的部件和复杂的机构。相反地，本发明的实施方案允许使用具有大体积的主体，并且这种主体利用表面产生拖曳力以产生主体的运动。

根据本发明的第五方面，提供了在水体中从潮汐流提取能量的方法，方法包括以下步骤：

设置发电机和线绳，线绳耦合于发电机使得线绳和发电机之间的相对运动驱动发电机；

将主体设置在潮汐流中，主体包括实质上以潮汐流的方向取向并且包括用于促进主体上的拖曳力以导致主体随潮汐流的运动的至少一个形成物的拖曳表面；

允许主体随潮汐流运动，使得线绳和发电机的相对运动驱动发电机。

根据本发明的第六方面，提供了在水体中从潮汐流提取能量的方法，方法包括以下步骤：