从海浪中获取能源的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种借助于浮体（1）从海浪中获取能源的系统和方法，线缆（S1、S2和S3）从浮体（1）以展开的方式引导至设置在浮体下方的相互间隔开的固定参照点（6）处，其中，线缆中的至少一根作为导向缆以引导浮体在轨迹上运动，并且至少一根线缆作为工作缆（S2和S3）以将海浪能传输至至少一个能量转换器（8）。为了更高效地利用海浪能，根据本发明专利技术，即使海浪方向改变，浮体也能根据海浪方向（10）而在空间中自由地进行定向，并且可利用与海上风力发电厂（7）结合而产生的协同效应。可选地或另外地，能量转换器或转换器（8）以及用于控制线缆和/或线缆拉动的装置（9）以固定的方式布置在浮体（1）外部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从海浪中获取能源的系统和方法
本专利技术涉及通过浮体从海浪中获取能源的系统和方法，该浮体借助于海浪的运动而活动，并且至少部分浸入海水中，浮体纵向延伸量等于其高度和宽度的多倍，同时线缆以展开的方式从浮体处拉伸至位于浮体下方且相互间隔开的固定参照点，其中，线缆中的至少一根充当导向缆来引导浮体在运动轨迹上运动，同时至少一根线缆充当工作缆来将海浪能传输至至少一个能量转换器。在本专利技术的背景中，能量转换器可以被理解为采用机械辅助工具，将浮体的机械能转换为电能或液压能的系统或设备。
技术介绍
为了实现环境保护的目标，为了不依赖于化石燃料并且摆脱核能，在全世界范围内都在一直推动着可再生能源的发展。在海洋中以海浪的形式提供大量的能源，但是当前很少对海浪用于发电的潜能进行经济开发。最近的几十年来，这一领域的研究在全世界范围内一直进行着并且已开发出了许多利用海浪能的方法。因此，出现了大量的系统，但是这其中只有一些跨越了雏形阶段。由于剧烈的极端海洋运动状态，这些项目中的大部分导致在实验过程中雏形以失败告终。此外，腐蚀性的周围环境条件带来了有关于设备的耐用性和它们的功能可靠性的主要问题。其他模型在自然的海洋运动环境中，远低于它们的预期系统性能。这些项目中只有少数到达了商业运作的阶段，从而输送到现存的能源供应网络中。本专利技术仅涉及将物体的垂直运动、水平运动或在这两个方向上共同运动的相对运动转换为电能或液压能的系统。这些具有运动体的所谓的系统在相关领域中受到了极大的关注，因为至少从理论的观点来看，它们可实现非常高的效益。对于海浪转换系统的一个基本评估标准是技术效率，即，设备功率与来自海浪的可用功率的比值。对于给定的地点和给定的安装尺寸，这个评估标准最终确定了能量输出的水平。除了技术效率，系统成本对于商业运作是一个重要的决定性因素。这些成本由建立、维护和拆除设备的成本以及必要的基础设施的成本构成。从全面的经济观点出发，优先考虑简单稳定地构建在技术上能够实现的设备同时兼具合理的效益，这种设计方法优于需要高水平的投资和维护成本的其他方法。因此，在用于海浪能量的转换的新系统的开发过程中，为了实现低发电成本，这两种标准都必须被考虑进去。专题文献(Dr.Ing.Kai-UweGraw,"Wellenenergie-einehydromechanischeAnalyse",ISSN0179-9444,IGAWBUGHWuppertal,section8,page8-8)公开了浮体的工作原理，其在海浪的作用下相对于固定参照点运动，并且由此驱动发电机。出于这个目的，浮体通过线缆系统固定在海床上两个彼此间隔的固定点上，其中一个在海浪的方向上，而另一个在与海浪相反的方向上，通过这种方式使得线缆以约45度角展开。固定线缆中的一根作为工作缆连接至设置在浮体上的两个液压缸上，另一根固定线缆作为浮体的导向缆固定在浮体以及海床上。由于海浪的运动，在浮体向上和向下的运动过程中以及在浮体向前和向后的运动过程中，第一固定线缆(工作缆)都相对于浮体进行相对运动，在这一过程中，开动两个液压缸。因此，所产生的液压用于能量转换器，该能量转换器被设置在基于发电机的电能生成的浮体上。在这期间，另一根固定线缆(导向缆)以相对于海浪的由该线缆的牵拉方向所固定的方向来引导浮体在围绕固定点的轨迹(圆弧部分)上运动。法国专利申请FR2869368A1公开了一种从海浪中获得能量的系统，其中，与所述的被称为“Graw”的系统一样，在该申请中，可以开发海浪在水平和垂直方向上的运动。出于这个目的，浮体以盘状平台的形式与线缆连接，该线缆在一端固定在海床上的三个相互间隔开的固定点上。从固定点引出后，线缆经过设置在平台上的偏转滑轮而被引至共用的压舱体(ballastbody)，该压舱体设置在平台中下方且附接至线缆端部。由于其自身的重量，压舱体总是使线缆受到拉力。随着平台在海浪的影响下而上下以及来回运动，通过位于其上的线缆的引导而在交替旋转的方向上驱动偏转滑轮，并且偏转滑轮通过驱动附加的发电机或高压泵(就本专利技术而言，驱动涡轮发电机组)而转换能量。两个系统都有不足之处。被称为“Graw”的系统所具有的缺陷为只有当海浪的方向与系统的方向一致时，才能实现浮体能在其上运动的有效轨迹。该系统不能适应海浪方向的变化，这意味着需要考虑到性能损失。另一个缺陷在于能量转换设备及其必要的控制装置都直接设置在浮体上，这样它们就直接暴露于海洋大气的腐蚀性环境中并且暴露于海水中。因此，对于所述的系统，工作中断和故障都是可以预见的，在每种情况下，需要高额的维护费用。此外，用于能量转换的设备的质量和控制装置的质量导致运动系统的总体质量增大，从而运动特性受到负面影响。从法国专利申请FR2869368A1中也可预见到以上所述的缺陷中的一部分；在该专利技术中，能量转换设备也直接设置在浮体上，浮体为平台。尽管在该系统中，因为由于浮体的盘状，而导致浮体在所有方向上的操作方式都相同，所以相对于海浪的方向，浮体的方向不重要，但是因此也将长浮体的优势舍弃掉，当长形浮体处于与海浪前行方向垂直的定向时，其会受到具有更大宽度的能量流的冲击。由于系统没有受到有目标的导引，所以在浮体的运动过程中，不能描述出已知系统的具体轨迹。最后，US5,066,867A公开了一种能量转换设备以固定的方式设置在海面下方的系统，这意味着在这种情况下，也可预见到由腐蚀引起的缺陷和维护工作的困难。因为系统没有受到有目标的导引，所以对于这种配置，在浮体的运动过程中，也不可能描述轨迹。从GB2015657A和US5808368A中也可得知可供比较的系统。
技术实现思路
在“Graw”中所述的现有技术的基础上，本专利技术的目标是建立一种从海浪中获取能量的系统，该系统即使在海浪方向在系统所在位置变化的情况下，也能够有效利用海浪能，具有很高的能量输出，并且由于低投资成本和简单的技术，维护成本低，因而具有高可用性。此外，该系统应该适于通过与海上风力发电设备结合而进行协同开发。为了实现这一目标，根据本专利技术，建议所有线缆都应固定在浮体上的公共中心连接装置上，从而允许至少根据海浪方向对浮体进行自由调节。如果浮体根据海浪的方向而能够在空间上自由地进行定向，则这种连接装置可具体地实现，因为，例如，为了将所有的线缆都固定至浮体，在中心竖轴的区域内使用旋转轴。可以通过安装的旋转圆盘来构建这种连接装置，使得其能够绕浮体的竖轴进行旋转并且线缆可固定在其上。可选地，为了实现所谓的浮体可调节性，可以使用轨道系统，从而允许线缆的接合点相对于浮体运动。这种轨道系统由连续的弯曲的轨道组成，在轨道上，滑座(carriage)在近似水平的面上循环，并且线缆连接在滑座上。在这两种情况下，浮体相对于连接装置都是可旋转或是可调节的。在浮体已与浪峰平行地进行定位之后，浮体沿着在远离海浪的固定连接点周围的圆弧部分路径或者沿着远离海浪的固定连接点来做平移运动。然而，在现有技术中，线缆将浮体固定在优选位置，通过海床上的固定连接点来预设该优选位置，并且优选地该位置与最期望的海浪方向一致，但是，以即使在海浪方向改变时，浮体也可以偏转至实现预期的最优能量输出的位置的这种方式来可移动地安装本专利技术的浮体。由于根据本专利技术的浮体的形状为长形，其纵向延伸量等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.01.18 DE 102011008877.61.一种借助于浮体(1)从海浪中获取能源的系统，所述浮体(1)通过所述海浪的运动而被激发并且至少部分浸入在海水中，其纵向延伸量等于其高度和宽度的多倍，线缆(S1、S2和S3)从所述浮体(1)以展开的方式拉伸至设置在所述浮体下方的相互间隔开的固定参照点处，所述线缆中的至少一根作为被固定的长度可调节的导向缆以引导所述浮体在轨迹上运动，并且至少一根线缆作为工作缆以将由所述浮体获取的海浪能传输至至少一个能量转换器(8)，其特征在于：所有线缆(S)都固定在位于所述浮体(1)上的公共中心连接装置，其中，所述连接装置都允许至少根据所述海浪的方向通过所述浮体相对于所述连接装置的运动调节所述浮体(1)；并且其中，所述浮体被配置为绕与所述公共中心连接装置一致的其中心轴旋转。2.根据权利要求1所述的借助于浮体(1)从海浪中获取能源的系统，其特征在于：所述线缆(S)通过一个或多个连接装置(3)被动地连接至所述浮体(1)，每根线缆(S)都从所述连接装置(3)引出，通过设置在所述固定参照点(6)区域内的偏转装置(U)，到达所述能量转换器(8)和用于控制所述线缆拉动和/或线缆长度的装置(9)。3.根据权利要求1所述的借助于浮体(1)从海浪中获取能源的系统，其特征在于：至少三根线缆(S1、S2和S3)连接至所述浮体(1)，并且所述线缆(S1、S2和S3)中的每一根都经过分配给每根线缆的偏转装置(U1、U2和U3)而拉伸至所述能量转换器(8)以及用于控制所述线缆拉动和/或线缆长度的装置(9)，所述偏转装置(U1、U2和U3)中的每个都位于至少三个固定参照点(6)中的一个上。4.根据权利要求2所述的借助于浮体(1)从海浪中获取能源的系统，其特征在于：至少三根线缆(S1、S2和S3)连接至所述浮体(1)，并且所述线缆(S1、S2和S3)中的每一根都经过分配给每根线缆的偏转装置(U1、U2和U3)而拉伸至所述能量转换器(8)以及用于控制所述线缆拉动和/或线缆长度的装置(9)，所述偏转装置(U1、U2和U3)中的每个都位于至少三个固定参照点(6)中的一个上。5.根据权利要求1至3中任一项所述的借助于浮体(1)从海浪中获取能源的系统，其特征在于：所述线缆(S1至S3)中的每一根都可根据需要用作所述浮体(1)的导向缆以及用作工作缆以将所述海浪能传输至所述能量转换器(8)。6.根据权利要求1至4中任一项所述的借助于浮体(1)从海浪中获取能源的系统，其特征在于：为了改变所述浮体(1)的运动路径，在运动过程中以可调节的长度固定和/或控制远离所述海浪的所述导向缆。7.根据权利要求1至4中任一项所述的借助于浮体(1)从海浪中获取能源的系统，其特征在于：在所述浮体(1)的运动过程中控制距离所述海浪最近的所述工作缆中的每一根的线缆长度。8.根据权利要求6所述的借助于浮体(1)从海浪中获取能源的系统，其特征在于：控制所述线缆(S)中的每根线缆都可以适应于到来的浪峰的相应的前行方向。9.根据权利要求7所述的借助于浮体(1)从海浪中获取能源的系统，其特征在于：控制所述线缆(S)中的每根线缆都可以适应于到来的浪峰的相应的前行方向。10.根据权利要求1至4中任一项所述的借助于浮体(1)从海浪中获取能...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬·彼得·佩科尔特，
申请(专利权)人：尼贸思有限公司，
类型：
国别省市：