NO20140762A1 - Bølgekraftanlegg - Google Patents

Description

Bølgekraftanlegg

Oppfinnelsen angår bølgekraftanlegg der bølgene fører vann opp i et basseng og som

produserer kraft, når vannet renner tilbake til sjøen gjennom en turbin.

Det har vært foreslått anlegg med åpninger med enveisventiler nær havnivå i siden på bassenget som vender mot bølgene. Når en bølge farer fort fremover beveger selve vannet seg bare lokalt, langsomt og lite i forhold til bølgelengden. Vannet må derfor forbruke mye av sin energi for å renne inn i bassenget. Da vannet må bevege seg forholdsvis langt i forhold til fallhøyden fra bølge til bassengnivå som er meget kortvarig mens bølgen er oppe foran bassenget, blir det lite vann som har tid nok til å renne inn i bassenget. En liten bølge som kommer etter en stor vil lett mangle høyde for å føre vann inn i bassenget.

Ved oppfinnelsen unngås den ujevne kraft og de reguleringsproblemer man har ved anlegg som

er basert på flytende legemer, bunnhengslet plate eller vannsøyle som bølgene beveger, der det er svært vanskelig å styre disse bevegelsene så godt i forhold til bølgene at anleggene blir effektive. Disse anleggene kan vanskelig lages store for å ta hensyn til at bølgekraften er spred over store areal.

Ved bølgekraftverk ifølge oppfinnelsen fører bølgene sin energi inn i bassenget effektivt ved

store og små bølger og tidevann og inne i bassenget blir også kinetisk energi omdannet til potensiell energi for å utnyttes i turbinen. Anleggene er egnet for store ytelser og kan gi en forholdsvis jevn kraft. Ved store bølger blir energiopptak og belastninger redusert slik at anlegget kan overleve og levere kraft ved store bølger. Anleggene er også egnet for å monteres på dypt vann i bølgekratfparker.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at bassenget har en bunn som ligger mange bølgehøyder nede i vannet, en bakvegg, to sidevegger, en frontvegg mot bølgene og en eller helst flere delevegger som deler bassenget i flere mindre bassenger. Frontveggen og deleveggene er dekket med åpninger med enveisventiler for gjennomstrømning i bølgeretningen mot bakre basseng som gir vann til minst en turbin. Bassenget er så dypt og ventilåpningene så store at bølgene går direkte inn i bassenget tilnærmet på sin naturlige måte med forholdsvis langsomme bevegelser av selve vannet og derved små tap, til de stoppes av bakveggen og etterlater seg et skrått vannspeil gjennom bassengene. Enveisventilene i veggene låser det skrå vannspeilet mens det er på sitt høyeste, og hindrer stående bølger inne i bassenget som ville forstyrre turbinen og spille energi. Minst en turbin får vann fra bakre basseng og vann fra bassengene foran gjennom åpningene med enveisventiler i deleveggene, etter hvert som nivået i bakre basseng tappes ned til under nivåene i bassengene foran. Når bølgene stuer opp vann til større høyde og stoppes blir også den kinetiske energien som utgjør 50 % av bølgekraften overført til potensiell energi som utnyttes i turbinen. Om det ikke er for dypt kan bassenget stå direkte på sjøbunnen. På dypere vann plasseres bassenget over sjøbunnen og har bunnen også dekket med åpninger med enveisventiler. Anlegget kan da stå på en konstruksjon eller monteres flytende. Nær land er bølgeretningen forholdsvis stabil mot land. Lengre fra land der bølgeretningen kan variere mye må anleggene kunne vendes mot bølgene. Variasjoner i havnivå ved tidevann kan takles ved at anleggets vegger har høyde nok for høyvann.

For å styre bølger som kommer skrått inn på anlegget kan det monteres en eller flere tette vegger fra frontveggen og gjennom minst et basseng.

Ved store anlegg med bassenget plassert over sjøbunnen kan de tette veggene gå fra frontveggen og helt til bakre basseng slik at ventilene i bunnen i et, flere, eventuelt annet hvert mellomrom disse veggene danner kan holdes åpne for å avlaste konstruksjonen ved overfylling av bassenget ved store bølger. Vann som føres inn i de andre mellomrommene der ventilene i bunnen ikke holdes åpne, vil da som normalt renne til bakre basseng og videre til turbinen slik at anlegget kan være i drift ved store bølger. Enveisventilene i bunnen kan holdes åpne av flottører når bassenget overfylles og lukkes i en viss rekkefølge for å unngå støt.

De veggene som har åpninger med enveisventiler er beskyttet mot store bølger. De kan beskyttes mer ved å holde ventilene åpne. For å beskytte bakveggen mot store bølger, særlig ved stivt monterte anlegg, utstyres den med luker i rekker over hverandre som kan åpnes og stenges etter behov. Da lukene ligger i rekker i forskjellig høyde kan de også brukes til å regulere den maksimale vannstanden i bassenget ved tidevannsforskjeller.

Bassengets lengde bør tilpasses lengden på de aktuelle bølgene som skal høstes. Ved korte bassenger plassert over sjøbunnen kan bakveggen forlenges ned under bassenget for å øke energiutbyttet og for å beskytte avløpet fra turbinen mot å bli forstyrret av bølgene.

For å få en jevnere kraft kan det brukes et større basseng ved at det gjøres lengre. At bassenget er dypt gir gunstig strømning mot turbinen. For store anlegg med stor bredde kan det brukes delevegger med åpninger med enveisventiler i bakre basseng på hver side av turbinen

eller turbinene for at de ikke skal bli forstyrret av bølger inne i bakre basseng. Stående bølger i bakre basseng kan også hindres av vegger på tvers som er så lave at vannet kan strømme over veggene og videre til turbinen. Dette kan oppnås ved at de tette veggene fra frontveggen til bakre

Basseng forlenges gjennom bakre basseng til bakveggen i omtrent halv høyde. For å hindre rusk og gjenstander i sjøen fra å komme inn i anlegget, kan det plasseres garn eller netting foran frontveggen mot bølgene og eventuelt under basseget ved anlegg over sjøbunnen. Når bølgene ved uvær kan slå over bassenget kan det dekkes med netting eller rister til å gå på.

For å lette montering og service av enveisventilene kan de bygges inn i rammer med mange åpninger med enveisventiler. Rammene kan monteres fra overkant av veggene ved å skyves inn mellom to føringer fra topp til bunn. På dypere vann kan anlegget monteres flytende med flytetanker under vann og stramme ankerliner som holder anlegget i riktig høyde. Egne ankerliner kan vende anlegget riktig mot bølgene. Alternativt kan anlegget vendes mot bølgene av minst en horisontal vinge med akse som peker mot anleggets sentrum som får en vekslende arbeidsvinkel når vannet går opp og ned i bølgene. Anlegget snus motsatt ved å vende vingen 180 grader om sin akse eller ved å flytte aksen i vingen. Avløpet fra turbinen kan beskyttes mot bølgene ved å munne ut bak anlegget og enda bedre om det føres til basseng eller kammer som tømmes gjennom store flater dekket med åpninger med enveisventiler og som har innvendige vegger dekket med åpninger med enveisventiler for strømning bort fra turbinen. Ved faste anlegg kan de tømmes så mye at anleggene kan levere kraft ved mindre bølger. Ved anlegg som flyter og har stabilisatorplater i dypet, føres avløpet fra turbinene til avløpskammer som plasseres på sidene og bak mellom robuste flytere i hjørnene.

Bølgekratfanlegget kan også tenkes montert svingbart på et tårn.

Oppfinnelsen blir forklart mer inngående ved hjelp av foretrukne utførelsesformer og montasjeløsninger under henvisning til medfølgende tegninger der:

Figur 1 og 2 viser plan og snitt av anlegg som stå med bassenget direkte på sjøbunnen.

Figur 3 og 4 viser seksjon med åpninger for enveisventiler og detalj av ventil.

Figur 5 og 6 viser plan og snitt av et anlegg fast montert over sjøbunnen.

Figur 7 og 8 viser plan og snitt av flytende anlegg med stramme ankerliner tilnærmet parallelle. Figur 9 og 10 viser plan og snitt av flytende anlegg der ankerlinene går sammen til en line.

Figurene 1 viser plan og figur 2 viser snitt i bølgeretningen av et anlegg som står på

sjøbunnen. Bassenget er så dypt at bølgene går direkte inn i bassenget tilnærmet på sin naturlige måte gjennom fronten (1) som er dekket med åpninger med enveisventiler (6) og videre gjennom deleveggene (5) som også er dekket med åpninger med enveisventiler (6) til de stoppes av bakveggen (3) med et skrått vannspeil gjennom bassengene. Enveisventilene låser vannet mens

vannspeilet (15) er på sitt høyeste. Fallhøyden utnyttes maksimalt ved at turbinen (8) får vann fra bakre basseng (14) med høyest vannstand først og fra bassengene foran etter hvert som nivået i bakre basseng (14) tappes ned til under nivåene i bassengene foran. Det kan eventuelt brukes tette vegger (10) fra fronten (l) gjennom minst et basseng til å styre bølger som kommer skrått inn mot anlegget. Når bølgene kommer etter hverandre og går inn i anlegget er det gunstig at de har den egenskap at bølger med ulike høyder, perioder og retninger bare påvirker hverandre men for øvrig beveger seg uavhengig av hverandre slik at de kan gå tvers igjennom hverandre. Dess høyere vannstand (11) det er inne i anlegget dess mindre vann fører en bølge opp i bassenget for å legge igjen sin energi. Man kan til en viss grad velge om turbinen (8) kjøres med mindre vann og større fallhøyde eller mer vann og mindre fallhøyde ved å velge nedtappingsgrad av bassenget. Om det

kommer en liten bølge etter en stor som ikke har kraft nok til å løfte vannspeilet i de bakre basseng, kan den legge igjen sin energi i bassengene foran der det er lavere vannstand etter en stor bølge. De veggene som har åpninger med enveisventiler er beskyttet mot store bølger. Bakveggen (3) kan ha luker (7) som ligger på rekker i forskjellig høyde som kan åpne for avlastning og åpne og stenge i rekker for å regulere høyden på bakveggen (3) ved tidevannsvariasjoner av havnivå. Avløpet fra turbinen munner ut bak bakveggen (3) i anlegget for å beskyttes mot å bli forstyrret av bølgene. Det kan beskyttes ekstra ved å forlenge sideveggene (2) bak anlegget eller ved at anleggene er brede. Anlegget kan kjøres for å dekke et visst variabelt kraftbehov eller det kan kjøres for å produsere mest mulig kraft for et nett.

Figur 3 viser en ramme med mange åpninger for enveisventiler og figur 4 viser en åpning med enveisventil (6) som er hengslet på ene siden slik at åpningen er helt fri ved åpen ventil. For at ventilene skal åpne lett og lukke fort med liten fjærkraft lages de med forholdsvis liten avstand mellom hengselside og motstående side. For at rammene med åpninger skal få stort strømningsareal er de bærende profiler (21) tynne og brede. I vertikale vegger (1 og 5) kan profilene (21) være vertikale. Profilene (21) i frontveggen (1) vil da på grunn av sin bredde bidra til å rette opp bølger som kommer noe skrått inn mot anlegget. Når vannet skal inn i og opp i bassenget kan det være gunstig at ventilene (6) i veggene er bunnhengslet. Om de sidehengsles vil ventilbevegelsen ikke forstyrres av tyngden eller varierende tyngde av ventilene som har en forholdsvis svakt lukkende fjærkraft. I bunnen av bassenget kan de bærende profiler (21) i rammene være orientert i bølgeretningen og ventilene (6) være hengslet i forkant. Ventilene (6) kan hengsles med flat gummi (23) for å bli mer robust mot rusk i vannet. (24) er korte profiler mellom profilene (22) under endene til to ventiler (6) og plasseres helst på kanten til de bærende profiler (21). Seksjonene kan lages av treverk, plast, aluminium eller annet materiale. Figur 5 viser plan og figur 6 viser snitt i bølgeretningen gjennom et anlegg som er plassert på dypere vann over sjøbunnen (13) på peler (16) og har også bunnen (4) dekket med åpninger med enveisventiler (6) og har bakveggen (3) i bassenget med forlengelse(18) ført noe ned under bassenget. Inne i bassenget må det være så dypt at bølger som går opp og inn i fremre del av bassenget kan gå videre til bakveggen (3) inne i bassenget. De tette veggene (10) deler bassengdelen mellom frontveggen (1) forreste vegg (5) i bakre basseng (14) i flere mellomrom. Ved store anlegg og store bølger som kan føre for mye vann inn i og eventuelt over anlegget holdes bunnventilene(6) åpne i et, flere eller annet hvert mellomrom disse veggene (10) danner for å avlaste konstruksjonen. Der bunnventilene (6) er åpne er anlegget avlastet samtidig med at vannet ovenfra kan strømme ned gjennom de åpne ventilene og bidra til å opprettholde trykket under anlegget slik at bunnen i de mellomrom med tette ventiler blir avlastet. Vann som føres inn i de mellomrommene der ventilene i bunnen ikke holdes åpne vil da som normalt bli ført til bakre basseng (14) og videre til turbinen (8)slik ar anlegget kan være i drift ved store bølger. Figurene 7 og 8 viser plan og snitt av et bølgekraftanlegg med flytetanker (43) under og ved sideveggene (2) slik at det lett kan slepes til montasjestedet og monteres flytende med stramme ankerliner (44) fra et anker (46) til festepunktene (50) på bølgekratfanlegget som eventuelt kan være utstyrt med vinsjer. Ved montering strammes ankerlinene (44) slik at tankene (43) kommer langt nok under vannflaten (12) slik at oppdriften ikke forstyrres for mye av bølgene. Oppdriften av tankene kan justeres med ballastvann. Ankerlinene (44) kan brukes til å justere høyden på anlegget ved store tidevannsforskj eller. For å kunne vende anlegget mot bølgene, utstyres det med en skinne (51) på hver av to motstående sider av anlegget med fester (49) for ankerliner som kan beveger seg motsatt på skinnene. Hvert av festepunktene (49) holdes på plass av to ankerliner (45) som går til hvert sitt anker (47) slik at det blir en stor vinkel mellom ankerlinene (45). Om det er store tidevannsforskj eller slik at høyden på bølgekratfanlegget må justeres, kan ankerlinene (45) gå via bøyer slik at de går mer horisontalt mot bølgekraft- anlegget. Om bølgekratfanlegget må kunne snus mer enn ca. 90 grader, kan skinnene (51) være sirkelformet og lengre eller eventuelt danne en sirkel. Figur 9 og 10 viser henholdsvis plan og snitt av et bølgekraftanlegg montert flytende på dypt vann vendbart for å snus mot bølgene. Sideveggene (2) og veggene (10) er utformet for å være bjelker som bærer anlegget. De hviler på tre åpne fagverksbjelker (39) på tvers av anlegget som igjen hviler på to langstrakte flytelegemer (33 ) i bølgeretningen plassert under anlegget med en viss avstand til hverandre. Da vannets bevegelse i bølgene minsker eksponensielt i dybden blir

flytelegemene (33) lite forstyret av bølgene. Om det er mye sidestrøm kan flytelegemene snus 90 grader og bjelkene (39) sløyfes slik at sideveggene (2) og veggene (10) hviler mer direkte på flytelegemene (33). Hvert flytelegeme (33) har minst to stramme ankerliner (32) med en ut mot hver ende som holder det under vannflaten (12). Ankerlinene (32) skrår sammen til en ankerline (31) i en viss avstand over ankeret slik at anlegget blir lettere å snu mot bølgene.

Når en horisontal kraft skyver anlegget litt bort fra ankeret (30) vil kraften fra ankerlinene

(31 og 32) gå noe på skrå og få en horisontal kraftkomponent som holder anlegget på plass. Anlegget vendes mot bølgene ved hjelp av en vinge (37) på hver side av anlegget som kan vri

seg om en aksling i fremre del som peker mot sentrum av anlegget. Når vannet i bølgene går opp og ned blir vingen (37) gitt en vekslende vinkel slik at det oppstår en horisontal kraftkomponent. Kreftene fra de to vingene (37) virker mot hverandre og utligner hverandre når bølgene er rett på anlegget. Om bølgene kommer skrått inn mot anlegget vil den ene av vingene (37)komme i le og miste kraft mens den andre får betydelig større kraft ved at bølgehøyden øker når bølgene møter siden (2) på anlegget. Om anlegget skal vende mer nøyaktig mot bølgene kan det brukes en eller flere vinger (38) plassert mer frem mot bølgene og som virker sammen og styres av føler for bølgeretning. Skal anlegget snus den andre veien må disse vingene snus 180 grader om sin aksling eller akslingen forskyves i vingen.

Anlegget kan vendes mot bølgene med elektrisk drevet propell, men det krever energi.

Da anlegget ikke er stivt montert blir belastningene ved store bølger mindre. Da bunnen (4) i anlegget er dekket med åpninger med enveisventiler (6) blir belastningene i ankerlinene (31 og 32) ved en stor bølge i det vesentlige begrenset til oppdriften av flytetankene (33). Om det kommer en monsterbølge med en dyp bølgedal slik at anlegget synker og ankerlinene (31 og 32) blir slake, blir det et meget begrenset rykk når de strammes igjen på grunn av at bunnen (4) er dekket med åpninger med enveisventiler (6). Belastningene blir forholdsvis små fordi i det øyeblikk ankerlinene (31 og 32) blir stramme har enda ikke vannstanden (12) blitt så høy at oppdriften av flytetankene (33) har begynt å belaste ankerlinene (31 og 32).

De store flytetankene (33) kan holde anlegget over vannet for enklere transport og servise. Ankerlinene (31 og 32) kan monteres mens de er slake ved at anlegget senkes ned i vannet ved at tankene (33) fylles med nok vann og at anlegget holdes flytende ved hjelp av mindre tanker ved overkant av anlegget. Om det fra festet på ankeret går styresnor opp til overflaten kan feste på ankerline (31) senkes ned og låses til ankeret uten bruk av dykker. Ved å tilpasse lengden på ankerlinene (32) kan anlegget monteres på skrå for eventuelt å få større høyde over havnivå ved bakre basseng (14). Flytetankene (33) kan suppleres med eller erstattes av flytetanker som bygges inn i nedre del av sideveggene (2) og de tette veggene (10).

Claims (10)

1. Bølgekraftanlegg der bølgene fører vann inn i et basseng og som produserer kraft når vannet renner tilbake til sjøen gjennom en turbin,karakterisert vedat bassenget har en bunn (4) minst flere typiske bølgehøyder nede i vannet, en bakvegg (3), to sidevegger (2), en frontvegg (1) mot bølgene og ved større anlegg fra en til flere delevegger (5) som deler bassenget i flere mindre bassenger og at frontveggen (1) og deleveggene (5) er dekket med åpninger med enveisventiler (6) for gjennomstrømning mot bakre basseng (14) som gir vann til minst en turbin (8) og at bassenget kan stå med bunnen (4) direkte på sjøbunnen (13) og på dypere vann over sjøbunnen med bunnen (4, Fig. 6) i bassenget også dekket med åpninger med enveisventiler (6) for strømning inn i bassenget.

2. Bølgekraftanlegg ifølge krav 1,karakterisert vedat det ved store anlegg med bassenget plassert over sjøbunnen går minst to tette vegger (10, Fig.5) fra frontveggen (1) helt til forreste vegg (5) i bakre basseng (14) og eventuelt i ca. halv høyde gjennom bakre basseng (14) til bakveggen (3) og at ventilene (6) i bunnen i ett, flere, annet hvert eller i alle mellomrommene disse veggene (10) danner foran bakre basseng (14) kan holdes åpne.

3. Bølgekraftanlegg ifølge krav 1-2,karakterisert vedat bassengets bakvegg (3) og dens eventuelle forlengelse (18, Fig. 6) ned under bassenget har luker (7) i rekker over hverandre.

4. Bølgekraftanlegg ifølge krav 1-3,karakterisert vedat åpningene med enveisventiler bygges inn i firkantede rammer (Fig.3) med mange åpninger med enveisventiler (6, Fig..4) og at ventilene (6) er henslet på den ene kanten og har forholdsvis liten avstand mellom hengselside og motstående side og at de bærende profiler (21) tvers over rammen er tynne og brede og plasseres vertikalt i veggene og i bølgeretningen i bunnen (4).

5. Bølgekraftanlegg ifølge krav 1-4,karakterisert vedat anlegget (Fig.7og 8) monteres flytende på dypt vann i bestemt høyde med minst en flytetank (43) under vann og minst 3 stramme ankerliner (44) fra fester (50) på anlegget, som har en viss innbyrdes avstand og som danner hjørnene i en trekant uten små vinkler, og tilnærmet parallelle til minst et anker (46) på bunnen (13) under anlegget.

6. Bølgekraftanlegg ifølge krav 1-5,karakterisert vedat anlegget (Fig. 7 og 8) monteres flytende med 2 flytetanker (43) under vann med en ved hver sidevegg (2) og at anlegget har 4 ankerfester (50) nær hjørnene med eventuelle vinsjer og at de stramme ankerlinene (44) skrår noe sammen ned mot festene på ankeret (46) under av anlegget og at anlegget har et ankerfeste (49) på hver side av anlegget som kan bevege seg motsatt på hver sin skinne (51) og at det ut fra hvert ankerlinefeste (49) går to ankerliner (45) som danner en stor vinkel mellom seg til hvert sitt anker (47).

7. Bølgekraftanlegg ifølge krav 1-5 montert flytende på dypt vann,karakterisert vedat anlegget har minst to flytetanker (33) under anlegget med en viss avstand mellom seg og minst to stramme ankerliner (32) fra hver tank (33) som er festet nær endene på tankene (33) og som skrår sammen til en ankerline (31) et stykke over festet på ankret (30).

8. Bølgekraftanlegg som flyter og kan vendes mot bølgene ifølge krav 1 - 5 og 7,karakterisertved at anlegget har minst en vinge (38, Fig. 9) med horisontal aksling (36) som peker mot midten av anlegget og at vingen (38) kan vri seg fritt om akslingen (36) bort fra sin horisontale stilling når vannet går opp og ned i bølgene og at vingen aktiveres for horisontal kraft ved at vinkelen bort fra horisontal stilling begrenses til arbeidsvinkel og at anlegget vendes motsatt veg ved at vingesystemet vendes 180 grader eller akslingen (36) forskyves inne i vingen etter impuls fra føler for bølgeretningen.

9. Bølgekraftanlegg ifølge krav 1-5 og7-8,karakterisert vedat anlegget har minst to vinger nede i vannet med en på hver side av anlegget som virker mot hverandre ved at de vil snu anlegget motsatt vei og er plassert slik at når anlegget ikke vender riktig mot bølgene kommer vingen på den ene siden av anlegget i le for bølgene og mister kraft mens vingen på andre siden får økt kraft ved at bølgene kommer skrått inn mot siden av anlegget og far økt bølgehøyde.

10. Bølgekraftanlegg ifølge krav 1-9,karakterisert vedat avløpet fra turbinen føres til et avløpsbasseng ved faste anlegg og til et avløpskammer ved flytende anlegg og at de dreneres gjennom store flater med åpninger med enveisventiler og utstyres med delevegger dekket med åpninger med enveisventiler for strømning bort fra turbinen.