[发明专利]用于潮汐能转换和发电的系统和方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.119(e)要求下述专利申请的优先权：2016年4月4日提交的美国临时专利申请No.62/322,501、2015年12月30日提交的美国临时专利申请No.62/272,759、2015年12月1日提交的美国临时专利申请No.62/261,565、以及2015年5月1日提交的美国临时专利申请No.62/155,538，以上每个专利申请都以参考的方式全部合并在本文中。

技术领域

本发明涉及用于从诸如自然力的可再生能源产生电力的系统和方法，更特别地，涉及由潮汐作用发电。特别地，本公开示例了一种系统和方法，用于将来自海洋潮汐运动的势能和动能(来自由潮汐变化的恒定和重复模式引起的水的竖向上升和下降和/或横向涨落)转换成能够被存储和/或消耗的电能或者电力。此外，本公开描述了一种用于制造位移容器的新颖方法，所述位移容器能够应用于根据本发明的潮汐能转换系统中。

背景技术

尽管在2014至2015期间原油价格显著下降，但是由于日趋减少的全球石油和天然气储备，化石燃料价格的长期趋势可能会提高，替代性的(优选可再生的)能源产生系统已经成为世界各国所关注的越来越重要的主题，特别是由于化石燃料生产的威胁持续不减弱。因此，已经投入了大量的时间、资源和资金以便研究和开发利用这些可再生能源(例如太阳能、水流、风力等)来提供不断增加的能量的替代性发电系统。一种日益受到关注的相对未开发的可再生能源是可通过海洋运动而利用的势能，诸如在海洋的恒定潮汐、波浪和/或水流中固有的潜在无限的能源。

用于从海洋现象的作用产生电能的电势通常出现在三个来源中：海洋热能、波浪能和潮汐能。海洋热能发电利用了在较冷的深水和由太阳加热的较暖表面水之间的温度差；然后使用该热差来操作热力发动机来发电。然而，海洋热能发电是昂贵的，具有非常低的热效率，并且可能需要设备，如果所述设备位于居民区附近，则所述设备可能会碍眼。此外，海洋热能发电需要较大的温度梯度或者温度差以充分发挥作用。在许多海洋地区，实际温差没有足够大，从而无法产生大量电能以满足需求。

当风在水的自由表面相互作用时，波浪发电利用在海洋表面所产生的波。然而，波浪发电很大程度上依赖于波长，因此只适合于存在大波长的特定海洋位置。波能也是不可靠的，因为波浪的质量是不规则的并且难以预测，这导致了能源产生是不可靠的。类似于海洋热能，如果波能发电机位于居民区附近，则波能可能导致噪声污染或者视觉污染。

潮汐能发电技术预计利用由于月亮的引力效应而导致的海洋或类似潮汐水体的水平面的差异。潮汐变化期间的水平面的竖直差表示有望用于发电的势能，并且是特别期望的，因为它遵循相对规则的图案。利用潮汐活动作为能量产生的来源的技术仍然处于其相对初级阶段。一种已知的潮汐能发电系统利用设置在潮汐流中的大型涡轮机，以利用潮汐变化时水的流动。潮汐流是由潮汐的上升和下降产生的相对快速流动的水体；对涡轮机进行定位，以捕获水的水平流动，从而发电。因此，所述快速流动的水被引导通过涡轮机，所述涡轮机使得附接到磁性转子上的转轴旋转，所述磁性转子将机械能转换为电能。这些涡轮机相对昂贵，并且在它们的整个使用寿命期间也可能需要相当大量的维护，从而提高了运行成本。

利用潮汐能的另一种已知方法包括使用堰坝。堰坝是一种大坝，当潮汐上升时水溢出大坝。溢出的水可以通过涡轮机，该涡轮机使得附接到磁性转子上的转轴旋转，所述磁性转子将机械能转换为电能。这种使用堰坝的方法遭受了与潮汐流方法相似的缺点，并且被限制到可以修建大坝的地方，诸如潮汐河、海湾和河口。

其它已知的潮汐能系统需要构造和布置机械，诸如延伸至远超过水面的液压和活动罐，诸如美国专利No.5,426,332、美国专利No.5,872,406和美国专利申请公开No.2013/0134714中所描述的。作为另一个例子，已知的潮汐能系统可能需要在陆地上构造大型水库，所述水库必须被填充以至于大的管道系统可以捕获水流，如美国专利4,288,985中所描述的。这种潮汐能系统需要在水面上或者在海岸上建造的大型结构体，从而在工程和陆地方面需要显著的成本。

因此，需要一种高效且成本有效的能量转换/发电系统，所述能量转换/发电系统能够在由于潮汐活动的变化而导致水位上升和下降和/或水涨落时利用潮汐活动的势能和动能，并且产生电力，以供后续消耗。

发明内容