專利名稱：波力發(fā)電站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)注根據(jù)附后的權(quán)利要求1的前序的一種波力發(fā)電站，以及根據(jù)權(quán)利要求13或14的一種方法。
由WO 01/96738所知的一種波力發(fā)電站，基于被設(shè)置為以反相位振蕩的兩個(gè)物體。該物體被以這樣一種方式排列，即一個(gè)物體形成圍繞另一物體的一個(gè)環(huán)。該兩個(gè)物體都由一個(gè)浮動部件和一個(gè)質(zhì)量部件組成。該浮動部件浮動在波浪上，而該質(zhì)量部件是牢固地與該浮動部件相連接并且位于水面下一定距離。該質(zhì)量部件被設(shè)計(jì)為用于收集周圍的水。通過打開和關(guān)閉在該質(zhì)量部件中的端口，這個(gè)部件的慣性能夠被改變。通過這樣做，這些物體的自然頻率能與波浪頻率匹配。另外，該兩個(gè)物體能夠被給予不同的自然頻率，導(dǎo)致它們振蕩步調(diào)不一致。該兩個(gè)部件之間的液壓連接提供能量提取。
在該質(zhì)量部件中端口的打開與關(guān)閉表示存在在或多或少的整個(gè)時(shí)間中浸沒在水中的活動部件。這些部件上的應(yīng)變是相當(dāng)可觀的，并且它們相對不易于維修保養(yǎng)。該質(zhì)量部件和該浮動部件間的連接也被置于相當(dāng)大的應(yīng)變下。另一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是該兩個(gè)物體的相當(dāng)大的移動。因此，在工作中維護(hù)保養(yǎng)該電站的任務(wù)實(shí)際上變得不可能。
由美國專利US 5359229也可知一種波力發(fā)電站，其中，部分地填充了水的浮動物體被波浪激發(fā)。
進(jìn)一步地，從美國專利US 4931662可知一種波力發(fā)電站，其中，浮體的自然頻率能依靠一個(gè)平穩(wěn)系統(tǒng)被調(diào)節(jié)至波浪周期。
GB 2043790，US 4742241和US 4453894也公開了波力發(fā)電站。
本發(fā)明的首要目的是增加來自波力發(fā)電站的能量輸出。這可以通過在部分波浪引起的物體移動過程中，安排該浮體被鎖定適當(dāng)位置來實(shí)現(xiàn)，因此來增加來自波浪的能量恢復(fù)(energy recovery)。
本發(fā)明進(jìn)一步的一個(gè)目的是提供一種產(chǎn)生更大能量輸出的方法。在第一方面，這可以通過在當(dāng)一個(gè)波峰通過該浮體時(shí)的部分時(shí)間內(nèi)，保持該浮體相對于該結(jié)構(gòu)處于一個(gè)固定的位置，以及當(dāng)來自波浪的一個(gè)向上力被施加于該物體時(shí)釋放該物體來實(shí)現(xiàn)，該向上力比該物體的重量大。在第二個(gè)方面，這個(gè)目的可以通過在一個(gè)波谷通過該浮體時(shí)的部分時(shí)間內(nèi)，保持該浮體相對于該結(jié)構(gòu)處于一個(gè)固定的位置，以及當(dāng)該物體的重量大于來自波浪的作用于該物體的向上力時(shí)釋放該物體來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種具有更簡單設(shè)計(jì)、具有最少的浸沒的活動部件的一種發(fā)電站。此外，本發(fā)明的一個(gè)目的是使工作時(shí)在該發(fā)電站上走來走去成為可能。本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的目的是提高這種類型發(fā)電站的效率。
通過安排該浮體被保持在一個(gè)較低的和一個(gè)較高的固定位置，能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)具有更高效率的發(fā)電站，該較低位置是一個(gè)波峰施加于該浮體上一個(gè)大于該物體重量的向上力的位置，以及該較高位置是一個(gè)該物體重量作為大于波谷影響力的向下力的位置。
通過設(shè)計(jì)該浮體浮動于波浪表面且部分被水填充，以及通過一個(gè)能量傳輸設(shè)備將浮體連接到浮動結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)改進(jìn)的發(fā)電站。
該浮體包括增加或減少浮體內(nèi)水的容積的裝置，因此使該浮體的自然頻率與該波浪周期相匹配。
該裝置包括在該浮體的較低一端的一個(gè)開口，因此，使得易于用周圍的水來填充該浮體。
該裝置也包括在該浮體的較高一端的一個(gè)可關(guān)閉的開口，使得易于接近用于排氣的開口以便于填充該浮體。
可供選擇地，該裝置也包括該浮體的一個(gè)可調(diào)節(jié)的延長部分，該延長部分被設(shè)計(jì)來接收水，通過伸出或縮進(jìn)該延長部分，使得用或多或少的水填充該物體成為可能。
該浮動結(jié)構(gòu)包括桁架結(jié)構(gòu)(truss work)，在其中界定腔室(chambers)以接納各個(gè)浮體，因此，提供相對不受波浪運(yùn)動影響的一種簡單浮動結(jié)構(gòu)。
該桁架結(jié)構(gòu)包括由輕質(zhì)材料制成的管線，優(yōu)選地為類似PVC的塑料，因此，提供一種具有高固有浮力的廉價(jià)質(zhì)輕的結(jié)構(gòu)。
該浮體采用具有圓頭的一個(gè)圓筒形狀，因此，提供一種具有高質(zhì)量的易于制造的浮體。
改進(jìn)的效率通過一種方法來獲得，其中該浮體的浸沒深度隨波浪周期的增長而增加，并且該浸沒深度在較短波浪周期的情況中減小，因此，保持該浮體的最大偏離(自然頻率)接近于該波浪周期。這提供了一種在可變波浪頻率的情況中最優(yōu)化能量產(chǎn)生的可能性。
通過降低或抬高該浮體來增大或減小該浸沒深度到所期望的浸沒深度，并允許水流進(jìn)或流出該浮體直到該浮體內(nèi)與該浮體外的水位接近相同，提供了一個(gè)控制該浸沒深度的簡單方式。
現(xiàn)在，將通過較佳的實(shí)施例以及參考附圖來更詳細(xì)的解釋本發(fā)明，其中

圖1a和1b分別顯示了在較高和較低位置具有相關(guān)懸架(suspension)的一個(gè)浮體；圖2a是通過圖1中該物體的一個(gè)剖面圖；圖2b是通過該浮體另一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)剖面圖；圖3顯示了一種可供選擇的懸架以及一種可供選擇的浮體；圖4是根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)浮體運(yùn)動順序的示意說明圖；圖5顯示了作為浮動結(jié)構(gòu)工作的一個(gè)桁架結(jié)構(gòu)；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可供選擇的發(fā)電站實(shí)施例；圖7a-f顯示了一個(gè)浮體如何依賴于波浪周期在不同浸沒深度處運(yùn)轉(zhuǎn)的曲線圖；圖8顯示了波力發(fā)電站進(jìn)一步的一個(gè)實(shí)施例；圖9顯示了水上發(fā)電站的又一實(shí)施例；以及圖10顯示了水上發(fā)電站的一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例。
圖1a和1b顯示了具有相關(guān)懸架的一個(gè)浮體1。在較佳的實(shí)施例中，該浮體1具有一個(gè)圓柱形中間部分2以及兩個(gè)半球端3和4。這個(gè)形狀類似于所稱的肯德蛋(Kinder egg)。該物體是一個(gè)殼體結(jié)構(gòu)，其能采用合適的金屬或例如PVC的一種塑料材料來制成。
圖2a顯示了通過該浮體1的一個(gè)剖面圖。該浮體具有一個(gè)內(nèi)部隔板5，其將該浮體內(nèi)部分成兩個(gè)腔，一個(gè)上部腔6和一個(gè)下部腔7。一個(gè)管狀物8從該下部腔延長穿過內(nèi)部隔板5并穿出該浮體1的上部半球部件3。在該上部頂端，該管狀物8被配合有一個(gè)封口裝置(未示出)。
在該下部半球部件4中，較佳地在最低點(diǎn)，該浮體被提供有一個(gè)開口(未示出)。當(dāng)在這其中的空氣被允許通過管狀物8選出時(shí)，水能被允許通過這個(gè)開口進(jìn)入到下部腔7。在圖2a中，該水位被指示在10的位置。
通過允許或多或少的水進(jìn)入該腔7中，重量以及因此的該物體1的吃水深度，可以被控制。這將影響該浮體將要振動的自然頻率，這一點(diǎn)將可從下面的描述中進(jìn)行理解。
該浮體1被懸掛于一個(gè)桿11上，該桿11連接于在液壓或氣壓缸12中的一個(gè)活塞桿11a。該缸12的上端被附著于一個(gè)框架13上。顯而易見地，該活塞桿和該缸可被相互交換以使得該缸被固定到該浮體而該活塞桿被固定到該框架上。可供選擇的是，該液壓缸可被緊鄰一個(gè)導(dǎo)軌放置。也能夠有兩個(gè)缸，其中一個(gè)負(fù)責(zé)向上的移動而另一個(gè)負(fù)責(zé)向下的移動。該框架13包括一個(gè)水平梁的框架14以及從這里向下伸出的垂直柱16、17、18、19。該柱16、17、18、19被正對著由橫梁組成的較低的框架20來放置。這些梁可以是由金屬或類似PVC的塑料制成的工字梁。還存在一個(gè)中間框架15，其大體上類似框架20。在框架15和20的中心，分別存在有導(dǎo)軌15a和20a，該桿11能夠通過其進(jìn)行伸長。
圖2b顯示了一個(gè)通過該浮體1的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。這里，該物體具有一個(gè)完全打開的基座而不是具有小開口的一個(gè)半球基座。這個(gè)物體也具有一個(gè)內(nèi)部隔板5，其將該浮體的內(nèi)部分隔為兩個(gè)腔，一個(gè)上部腔6和一個(gè)下部腔7。一個(gè)管狀物從下部腔穿過該隔板5并穿出該浮體1的上部半球部件3。在該上部的頂端，該管狀物8被提供有一個(gè)封口裝置(未示出)。
該被完全打開的基座允許該物體被更快地填滿和排空水。這在需要由于變化的波浪周期而快速調(diào)整的情況下是極具重要性的。
圖3顯示了一種可供選擇的用于該浮體的懸架。這里，一個(gè)浮體60，其也具有一種可供選擇的形狀(橢球體)除被懸掛于一個(gè)如圖1和圖2中的實(shí)施例中的一個(gè)中心缸12外，被懸掛于三個(gè)斜置缸61。該三個(gè)缸61在一端通過萬向接頭附著于該較低框架20，以及在另一端被以對應(yīng)的方式連接于該浮體。在該浮體60的較低位置，缸61是在與垂直約成45度的一個(gè)角度上，并且在該浮體較高的位置上，缸61或多或少是水平的。這表示它們吸收來自該浮體60的水平力。該垂直力被傳送至垂直缸12上。因此可能避免在該浮動結(jié)構(gòu)中的垂直導(dǎo)向。被該斜置缸61所吸收的力也能被使用于電力產(chǎn)生。缸61也能被安裝在離垂直缸12的一個(gè)水平距離上，允許缸61來吸收因該物體前后顛簸和滾動所引起的力。
本發(fā)明的應(yīng)用，允許通過促使浮體1比波浪更多地移動，優(yōu)化源自波浪運(yùn)動的能量恢復(fù)。該方法進(jìn)行的方式將參照圖4來進(jìn)行解釋。
圖4顯示了對應(yīng)該浮體的9個(gè)位置。這些位置顯示了當(dāng)?shù)谝粋€(gè)波浪在該物體靜止時(shí)接近該浮體1的時(shí)候，以及隨后當(dāng)后續(xù)的波浪移動該浮體時(shí)的狀態(tài)。在位置1，一個(gè)波浪接近該浮體1，且該波浪正處在波谷且完全靜止，在所說明的該情況下，該波浪從左方靠近。在位置2，該波浪已開始環(huán)繞該浮體而上漲。通過保持連接該物體與該平臺的桿11在一個(gè)固定的位置，該浮體被保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。?dāng)波峰到達(dá)該浮體時(shí)，通過該桿11的鎖定被釋放，該浮體被釋放至如在位置3所示的位置。接著該浮體將以很大的力與很高的速度向上彈起。當(dāng)該物體到達(dá)它的最高位置，該桿11再次被保持在一個(gè)固定的位置，使得該浮體1在波浪通過時(shí)被懸掛著，如在位置4所示。當(dāng)波谷大約正位于該浮體之下時(shí)，其被釋放并跌落進(jìn)入波谷，如在位置5所示。該浮體將隨后比位置1下沉更深。其結(jié)果就是，當(dāng)下一個(gè)波峰接近時(shí)，水將相比于該浮體1上升更高，如位置6所示。這次，當(dāng)物體1被釋放時(shí)，它將彈得比在位置4更高，如位置7所示。從而，當(dāng)物體再次被釋放進(jìn)入波谷時(shí)，在被固定于所在位置之前，該物體將下落得更深。振幅持續(xù)增加直到達(dá)到最大振幅。在其它因素中該最大振幅的大小依賴于其可能與諧振頻率的接近程度。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面在于，該浮體被水填充至足夠確保該浮體的自然頻率接近波浪的自然頻率的程度。
較佳地，該桿狀物11被利用液壓鎖定的方式固定在適當(dāng)位置，例如，通過打開或關(guān)閉一個(gè)閥門。當(dāng)該桿狀物11將被保持在適當(dāng)位置時(shí)，該閥門關(guān)閉，以及隨后閥門打開時(shí)釋放該浮體。
從位置2或8釋放該浮體的定時(shí)能夠由波浪施加在該浮體上的垂直力來決定。理想的時(shí)間將是當(dāng)來自波浪的垂直力處于最大值時(shí)。這個(gè)力可以通過該液壓系統(tǒng)中的傳感器來測量。然而，波浪將不會通過該浮體的頂部，這是因?yàn)樵撐矬w將隨后需要一定的力來沖破水表面。
鎖定液壓系統(tǒng)的閥門在打開之后能被保持開啟一段時(shí)間，這段時(shí)間大約是波浪通過該浮體直徑所需的時(shí)間。理想地，該浮體將隨后位于一個(gè)最大上升的位置?？蛇x地，傳感器可被提供用來測量桿11的位置以及在該桿開始再次向下移動時(shí)關(guān)閉閥門。
該浮體應(yīng)該理想地被釋放，以便于使它到達(dá)波谷。因此傳感器可以被提供用來測量在該浮體處的波浪高度，以及當(dāng)波谷直接位于該浮體下時(shí)將其釋放。
這樣，該桿11的沖程長度將大于該波浪高度，而周期保持相同。對于該波力發(fā)電站，這將導(dǎo)致效率上的一個(gè)顯著增加。
如果該浮體未做如上所述的保持，但被允許隨波浪運(yùn)動，那么，從每一浮體提取出來的能量可由如下的方程(1)給出(1) E＝4.5D2.4·HS1.7·TP-0.9其中E是以千瓦為單位的輸出，D是該浮體的直徑，按米測量，HS是有效波浪高度，按米測量，TP是波浪周期，按秒測量。
該方程是基于一個(gè)具有圓頭的長方形浮體，大體上如圖1中所示。
如果該浮體在與圖4相關(guān)的如上描述中被保持和釋放，將應(yīng)用方程(2)(2) E＝K1(HS/TP)·(K2DP+K3P)其中E是以千瓦為單位的輸出，HS是有效波浪高度，按米測量，TP是波浪周期，按秒測量，DP是該浮體的排水量(displacement)，按噸測量，P是對作用于該物體釋放的保持力，按噸測量，K1是一個(gè)接近于0的常數(shù)，K2是一個(gè)接近等于RAO(共振振幅算子)的參數(shù)，如果該物體的運(yùn)動緊隨這波浪的運(yùn)動，其將等于1，K3是一個(gè)常數(shù)，其理想地約等于2.5，但其可以介于1-3之間。
方程(2)中的K3P項(xiàng)是，在釋放該物體之前，直到波浪已經(jīng)給該物體一個(gè)最大向上力時(shí)來自于保持該浮體返回的分量。這一項(xiàng)能被稱為代表該物體的一個(gè)額外的排水量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該物體的凈重所引起的該物體排水量的總數(shù)與該物體被保持所導(dǎo)致的額外排量，都不超過V·ρ，其中V是該浮體的總?cè)莘e而ρ是水的比重。如果這個(gè)數(shù)值被超過，能量輸出可被減小。另一個(gè)條件是，水必須上升不超過該物體的頂部。
實(shí)施例波浪具有一個(gè)4米的有效波浪高度以及一個(gè)8秒的周期，利用一個(gè)直徑3.5米的浮體，當(dāng)進(jìn)入方程(1)時(shí)，這些數(shù)據(jù)給出具有一個(gè)隨波浪移動的物體的一個(gè)135千瓦的輸出。
如果排量被設(shè)置為1000千克(通過用水填充該物體來實(shí)現(xiàn))，以及該物體被控制直到來自波浪的向上力是24900千克，以及K3被設(shè)為2.5，而K2(即，RAO)是1，則輸出是317千瓦。這表示在輸出上的一個(gè)可觀的增加，即使在一個(gè)保守估計(jì)和RAO等于1的情況下。然而，接下來明顯的是，當(dāng)利用這個(gè)方法的時(shí)候，一個(gè)較高的RAO值能是被期待的。
上面的方程未將摩擦阻力和類似的損失因子考慮進(jìn)去。
圖5給出了浮動結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的一個(gè)例子，其包括具有桁架結(jié)構(gòu)21的一個(gè)中心、縱向、堅(jiān)固的框架26，其優(yōu)選地由PVC管、復(fù)合材料或另一種輕質(zhì)廉價(jià)且強(qiáng)固的材料來制成，桁架結(jié)構(gòu)21向外擴(kuò)展到該框架26的每一邊，該桁架結(jié)構(gòu)21界定用于浮體1的腔22，以及在該框架26一端的一個(gè)方向舵27。用管子來安裝該浮動結(jié)構(gòu)將允許它僅通過管中的空氣來表現(xiàn)出足夠的浮力。它將因此而不再需要額外的浮力元件。
為了不犧牲結(jié)構(gòu)完整性而能夠減小尺寸，該浮動結(jié)構(gòu)配備有一個(gè)桅桿40，由此處鋼索41擴(kuò)展到在該結(jié)構(gòu)上的接合處。通過這樣，該結(jié)構(gòu)以一個(gè)如斜拉索橋一樣的方式來被穩(wěn)定，以及該整個(gè)結(jié)構(gòu)能被制造的更輕和細(xì)長而沒有任何該結(jié)構(gòu)水上適航性的后果。替代圖4中所示的對角線管25，該應(yīng)用能由鋼絲繩制成。一個(gè)信號燈可放置在該桅桿的頂部。
由圖5明顯可知，該浮動結(jié)構(gòu)有一種具有相對方向舵27更窄的一端的船的通用形狀。這個(gè)端在工作期間面對波浪的方向。從而，擊打該結(jié)構(gòu)的波浪將首先擊打一些在該結(jié)構(gòu)前部的浮體。其后，波浪將向后傳播并擊打更多數(shù)目的浮體。這有助于防止第一批的浮體阻擋波浪而因此導(dǎo)致最后面的物體被較少程度的供給能量。
浮體不必排列在所有的腔22中。它是希望留下一些空腔，以讓波浪傳播通過該結(jié)構(gòu)，而在它們擊打接下來的浮體之前具有最小的阻擋。
優(yōu)選地，這些包含有一個(gè)浮體的腔，被在該腔的底端提供有橫向構(gòu)件28，以防止該浮體在維修中或偶然的從中掉落。
該浮動結(jié)構(gòu)將最好利用錨來以一種前部(船頭)面對主要波浪方向的方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)毓潭??？稍诖咸峁┙g盤，其放松和收緊錨索以便于調(diào)整該結(jié)構(gòu)背對波浪方向。傳感器可被提供在方向舵27處用于這個(gè)目的，即，傳感器記錄波浪方向和傳輸信號到絞盤，絞盤則接著放松和收緊錨索以改變該結(jié)構(gòu)背對波浪的方向。
這種類型的一個(gè)結(jié)構(gòu)，相對波浪方向固定，也可以很好地作為一個(gè)防波堤來分散進(jìn)入的波浪，比如，在港口的設(shè)施。在這個(gè)情況中，這個(gè)結(jié)構(gòu)將優(yōu)選地矩形的且相對港口設(shè)施固定。
為進(jìn)一步應(yīng)用，在液壓缸12中產(chǎn)生的液壓能量的傳輸，將對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。這可以實(shí)現(xiàn)，例如，液壓力被通過液壓管路傳送到一個(gè)液壓發(fā)動機(jī)，液壓發(fā)動機(jī)又驅(qū)動一個(gè)發(fā)電機(jī)。這樣，電能能以原有的常規(guī)方式傳送到岸上。
該結(jié)構(gòu)可配備有衰減裝置以衰減波浪引起的該結(jié)構(gòu)的移動，以確保這個(gè)移動在垂直方向上盡可能的小。該波浪衰減器可以是例如在挪威專利no.300883或挪威專利no.300884中所述的類型。具有在最大程度上靜止的結(jié)構(gòu)，它將使得員工登陸該結(jié)構(gòu)以執(zhí)行維修保養(yǎng)或調(diào)整工作成為可能。
該浮體可通過打開在管狀物8(圖2)頂部的封口裝置來被填滿水。這個(gè)是高于水面的，并且是易于接近的。在此操作期間，活塞桿可被液壓鎖定以防止該浮體移動。一旦該封口裝置已經(jīng)被打開，水將經(jīng)過在該浮體底部的一個(gè)開口9流進(jìn)。通過保持該浮體在一個(gè)預(yù)定的浸沒深度，水能被填入該浮體直到里面的水位與外面的一致。然后，該封口裝置能被關(guān)閉并且該液壓鎖定被釋放。在填入水期間的浸沒深度是由主要的波浪頻率來決定。如果這個(gè)波浪頻率改變了，比如，由于季節(jié)性變化，該過程可被重復(fù)。該浮體被液壓地向上或向下移動至所期望的浸沒深度，并且該封口裝置被打開以便于或填充更多的水或讓水流出。作為一個(gè)向上或向下液壓驅(qū)動該浮體的應(yīng)用的替換，該應(yīng)用可使用一個(gè)能永久固定在該浮動結(jié)構(gòu)的升降機(jī)。當(dāng)這個(gè)操作發(fā)生的時(shí)候，其它的浮體能夠以正常的方式產(chǎn)生電力。隔板5的目的是防止該浮體被填過多的水。該隔板5表示在該浮體內(nèi)的最高水位。利用此，在導(dǎo)致該浮體從懸架上脫離的一種錯(cuò)誤情況下，使該浮體不可能沉沒。
一種替代的發(fā)電站現(xiàn)在將被參照圖6進(jìn)行解釋。這里，利用的是由一種中心的、較佳為圓形的浮動結(jié)構(gòu)30。優(yōu)選地，該結(jié)構(gòu)具有一個(gè)波浪衰減器比如在挪威專利no.300883或挪威專利no.300884中所描述的那些，以使它盡可能的靜止。圍繞該浮動結(jié)構(gòu)有浮體31，其能在導(dǎo)軌32上垂直移動。
這里，該浮體31為圓柱體。它們包括一個(gè)較高管33和一個(gè)較低管34。該較低管34是相對較高管33可移動的，通過一種液壓或氣壓傳動裝置移動。該較低管34是在底端開口的以使它能被填滿水。該較高管具有一個(gè)隔板36其防止水更高地浸入到管子。通過驅(qū)動較低管34向上和向下，這能從較高管的底端伸出到更高或更低的程度。這表示該物體的填水部分可以更長或更短。填水部分越長，當(dāng)浮體在波浪影響下向上和向下移動時(shí)，該浮體將攜帶更多的水。
圖8顯示了一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例，其中該浮體50被攜帶在桿51上，桿51穿過在該浮體中的一個(gè)通道。這消除了對一種界定用于保持浮體的腔的綜合的桁架結(jié)構(gòu)的需要。該浮動結(jié)構(gòu)能因而被制作的相當(dāng)簡單，并且，如所示，能包含一個(gè)基座52和若干支柱53，該支柱由基座延伸，承載有一個(gè)臺面54。優(yōu)選地，該臺面54由桁架結(jié)構(gòu)組成。較佳地，導(dǎo)軌是附著于該基座52，但它們也可以被附著于該臺面54。該基座52和該支柱53也可以為桁架結(jié)構(gòu)。
該基座52的形狀可以為由進(jìn)來的波浪一端至出去的一端上升，或它可為凸起的。
另外，這個(gè)實(shí)施例能以如圖1-5中的實(shí)施例的相同方式來被構(gòu)建。液壓缸可以被固定到導(dǎo)軌51的側(cè)面?？梢詾閳D5和圖8所示的浮動結(jié)構(gòu)的實(shí)施例提供具有阻流板的基座。可選擇地，這些可被適于移動，以便允許經(jīng)過的波浪高度被合成以便傳輸能量到表面波浪，其給予該浮體更多的動能。
圖9顯示了浮動結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，其由一個(gè)以桁架結(jié)構(gòu)中的水平梁所構(gòu)成的平臺面60組成，其桁架結(jié)構(gòu)界定了用于浮體1的腔61。在該平臺面的每一個(gè)拐角，有一個(gè)平臺支腿62。環(huán)繞每一支腿62提供了波浪衰減裝置63。優(yōu)選地，該浮動結(jié)構(gòu)是一個(gè)因該結(jié)構(gòu)的梁和管為空心而具有固有浮力的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。僅依靠平臺支腿62中的空氣該平臺就可能表現(xiàn)出足夠的浮力。因此，進(jìn)一步的浮力元件將很可能不被需要。然而，如果需要的話，也可被提供。
該波浪衰減裝置63被構(gòu)建以限制水通過在支腿62的底部一個(gè)開口66。水被重定向到一個(gè)主要為水平的方向，并通過一個(gè)波浪衰減裝置旁的狹窄開口67流出。在該衰減裝置63的頂部，是一個(gè)曲面65，其當(dāng)該平臺向上運(yùn)動時(shí)阻擋水，導(dǎo)致水改變方向。以這種方式，該平臺移動被衰減了。在該衰減裝置的下側(cè)，也有一個(gè)類似的曲面來制動該平臺的向下移動。
圖10顯示了依據(jù)本發(fā)明的浮動結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例，其具有類似于圖9實(shí)施例的特點(diǎn)。在圖10的實(shí)施例中，最明顯的區(qū)別在于，浮橋64在平臺支腿62的較低端之間延伸，并且導(dǎo)桿65從浮體1延伸通過浮橋64中的洞。由于該導(dǎo)桿65、平臺面60之上的框架13可以為更低，因?yàn)檫@只需要控制該液壓桿11在適當(dāng)?shù)牡胤健?br> 圖10沒有顯示波浪衰減裝置；然而，明顯的這些衰減裝置也被用在本實(shí)施例中。
在所有的實(shí)施例中，都應(yīng)該能穩(wěn)定該浮動結(jié)構(gòu)以改變它的吃水，從而獲得通過或圍繞該結(jié)構(gòu)的最佳波浪運(yùn)動。
現(xiàn)在將參照圖7中的圖表來解釋該浮體內(nèi)水的數(shù)量或它的浸沒深度的影響。這些圖表顯示了沿水平軸的以秒計(jì)量的波浪周期，而垂直軸給出了與波浪高度的共振振幅算子(RAO)成比例的該浮體的垂直偏轉(zhuǎn)。一個(gè)為1的RAO表示該浮體是與波浪同相移動的。從所有的圖表中顯而易見的是，該物體開始垂直移動之前，需要一個(gè)特定的波浪周期。這是因?yàn)橐粋€(gè)短波浪周期產(chǎn)生一個(gè)短波。因此，該物體將在相同時(shí)間既位于一個(gè)波峰上也位于一個(gè)波谷中，因而，它們互相抵消彼此。當(dāng)波浪周期增加時(shí)，該波浪變得更長且該物體將受到增加的相同方向的拉力。
在圖7a中，一個(gè)具有圖1所示類型的直徑3.5米的浮體，已被填水以給它一個(gè)0.5米的浸沒深度，并被與圖4相關(guān)的方法的應(yīng)用來測試。在這種情況下，該物體將按照來自一個(gè)4秒的周期的波浪運(yùn)動并向上。
在圖7b中，相同的物體已被填水直到它被浸沒至1.75米深。這里，偏離僅略大于在一個(gè)4秒波浪周期的波浪高度，但并不如此明顯。
在圖7c中，相同的浮體已被填水直到它到達(dá)一個(gè)2.5米的浸沒深度。這里，該浮體的偏離是非常顯著大于在一個(gè)4秒波浪周期的波浪高度。這能通過RAO大于1來看出。
在圖7d中，圖1中的該物體已被填水直到它達(dá)到一個(gè)3.5米的浸沒深度。該偏離相對于在一個(gè)大約4.5秒的波浪周期的波浪高度甚至更大。
在圖7e中，相同的物體已被填水直到它的浸沒深度是4.5米?，F(xiàn)在，相比于在6秒的波浪周期的波浪高度有一個(gè)顯著的更大的偏離。
在圖7f中，該物體已經(jīng)被填水至一個(gè)5米的浸沒深度。最大RAO現(xiàn)在都是10，即，該偏離將是波高的十倍。該最大偏離將現(xiàn)在發(fā)生在約7秒的周期。
據(jù)此，明顯的是，該浮體的偏離不但能通過增加浸沒深度來增大，因此來增加所產(chǎn)生能量的數(shù)量；而且，該浮體的自然頻率也依賴于該浸沒深度。在一個(gè)短波浪周期的情況下，該浮體的浸沒深度將不得不被減小，因?yàn)樵撈x可以另外地變得小于波高。在一個(gè)較長波浪周期地情況下，將可能利用一個(gè)更大的浸沒深度，其導(dǎo)致在能量產(chǎn)出上的一個(gè)增長。
利用本發(fā)明，為波力發(fā)電站配備傳感器以測量波浪周期并自動增加或減少作為波浪周期的一個(gè)函數(shù)的浸沒深度，也是可以想得到的。當(dāng)利用與圖4相關(guān)的所述技術(shù)時(shí)，通過用水填充該物體直到達(dá)到共振來嘗試優(yōu)化輸出是有利的，達(dá)到共振是指該浮體的自然頻率盡可能接近波浪周期。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)計(jì)為排列在?；蚝匣蚝；蚝械挠靡援a(chǎn)生能量的波力發(fā)電站，包括一個(gè)浮動結(jié)構(gòu)和至少一個(gè)浮體，所述浮體相對于所述浮動結(jié)構(gòu)垂直移動并被通過能量傳輸設(shè)備連接到所述結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述浮體被設(shè)計(jì)為在波浪引起的所述物體運(yùn)動的部分期間被保持，因此增加來自所述波浪的能量恢復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種波力發(fā)電站，其特征在于，所述浮體被設(shè)計(jì)為被保持在一個(gè)較低位置和在一個(gè)較高位置，所述較低位置是波峰施加于所述浮體上的向上力大于所述物體重量的位置，以及所述較高位置是所述物體的重量大于受波谷影響的向下力的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2之一的一種波力發(fā)電站，其特征在于，所述浮體被設(shè)計(jì)為部分地被填充水。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的一種波力發(fā)電站，其特征在于，所述浮體包含增加或減少在所述浮體內(nèi)的水量的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的一種波力發(fā)電站，其特征在于，所述裝置包括在所述浮體較低端的一個(gè)開口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的一種波力發(fā)電站，其特征在于，所述裝置還包括在所述浮體較高端的一個(gè)可關(guān)閉的開口。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的一種波力發(fā)電站，其特征在于，所述裝置還包括所述浮體的一種可調(diào)延長部分，所述延長部分被安排為接收水。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的一種波力發(fā)電站，其特征在于，所述浮動結(jié)構(gòu)包括桁架結(jié)構(gòu)，其中界定了被設(shè)計(jì)為保持各個(gè)浮體的腔。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的一種波力發(fā)電站，其特征在于，所述浮體被支撐在一個(gè)固定在所述結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)軌上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的一種波力發(fā)電站，其特征在于，所述桁架結(jié)構(gòu)包括由輕質(zhì)材料，優(yōu)選的為塑料，制成的管狀物。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的一種波力發(fā)電站，其特征在于，所述浮體采用具有圓頭的圓筒形狀。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的一種波力發(fā)電站，其特征在于，所述浮動結(jié)構(gòu)包含由可調(diào)部件構(gòu)造以增加通過的波浪高度的基座，以便允許能量被傳輸?shù)奖砻娌ɡ耍霰砻娌ɡ私o予所述浮體更多能量。
13.一種增加來自波力發(fā)電站的能量產(chǎn)生的方法，包括至少一個(gè)通過能量傳輸設(shè)備連接到一個(gè)固定或浮動結(jié)構(gòu)的浮體，其特征在于，在當(dāng)波峰通過所述浮體時(shí)的部分時(shí)間，所述浮體被保持在相對于所述結(jié)構(gòu)固定的位置，并且當(dāng)大于所述物體重量的向上力被從所述波浪施加到所述物體上時(shí)，所述浮體被釋放。
14.一種增加來自波力發(fā)電站的能量產(chǎn)生的方法，包括至少一個(gè)通過能量傳輸設(shè)備連接到一個(gè)固定或浮動結(jié)構(gòu)的浮體，其特征在于，在當(dāng)波谷通過所述浮體時(shí)的部分時(shí)間，所述浮體被保持在相對于所述結(jié)構(gòu)固定的位置，并且當(dāng)所述浮體的重量大于所述波浪施加到所述浮體上的向上力時(shí)，所述浮體被釋放。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的一種方法，其特征在于，所述浮體的浸沒深度在波浪周期增加的時(shí)候被增大，并且所述浸沒深度在較短波浪周期情況下被減小，從而所述浮體的最大偏離(自然頻率)接近于所述波浪周期。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的一種方法，其特征在于，所述浸沒深度的增加或減小是通過降低或提高所述浮體至所期望的浸沒深度，并通過允許水流進(jìn)或流出所述浮體直到所述浮體內(nèi)外水位接近相同時(shí)來實(shí)現(xiàn)的。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的一種方法，其特征在于，所述浮動結(jié)構(gòu)的吃水深度能通過結(jié)構(gòu)的平衡增大或減小，以便實(shí)現(xiàn)通過或圍繞所述結(jié)構(gòu)的最優(yōu)的波浪運(yùn)動。
全文摘要
一種被安排置于在海或湖上或?；蚝械挠靡援a(chǎn)生能量的波力發(fā)電站，包括一個(gè)固定的或浮動的結(jié)構(gòu)以及至少一個(gè)浮體(1)，該浮體相對于該浮動結(jié)構(gòu)垂直移動并被通過能量傳輸設(shè)備(11)連接到該結(jié)構(gòu)。該浮體(1)被設(shè)計(jì)為在波浪引起的物體(1)移動的部分時(shí)間保持在一個(gè)固定位置，因而增加來自波浪的能量恢復(fù)。還公開了一種方法，其中物體(1)在一個(gè)波峰或波谷通過物體(1)的部分時(shí)間內(nèi)保持在一個(gè)固定位置。
文檔編號F03B13/20GK1813127SQ200480017779
公開日2006年8月2日 申請日期2004年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月23日
發(fā)明者漢斯·歐伊哥頓, 弗萊德·奧爾森 申請人:弗鮑克斯有限公司