TW201333327A - 洋流發電系統 - Google Patents

Abstract

一種洋流發電系統，適用於設置於具有特定方向之洋流的海中，其包含：一沉入海底並固著於海床上之基座、一與該基座連接之第一連結元件、一與該第一連結元件連接並漂浮於海面上之浮體單元、一與該浮體單元連接之固接元件；及一與該固接元件連接之船具，且該船具包括：一與該該船具連接，並沒入水中受洋流帶動而轉動發電之輪軸單元，及一設置於船具內部並與該輪軸單元電連接並受該輪軸單元轉動發電而能儲存電能之儲電機。

Description

洋流發電系統

本發明是有關於一種發電系統，特別是指一種洋流發電系統。

當海水的溫度出現落差時，會產生一特定方向之洋流(例如：黑潮)，而這種洋流的流速及力量相當強勁，相當適合利用於水力發電技術。

以黑潮為例，黑潮從赤道經菲律賓至台灣東岸，最後抵達日本，黑潮寬約150至200公里，深度達數百公尺，是全球第二大洋流，水流強勁而穩定，流速平均每秒1-2米(一天北流超過100公里)，估計流量約每秒6500萬立方公尺，是世界最大河流亞馬遜河流量的360倍，而且一年四季不間斷，是近乎無窮的能量來源，事實上，台灣是最適合黑潮發電的地點，台灣四周環海，東部海域經年有強大而穩定的黑潮北上，在未來新興的再生能源利用上，可說是老天送給台灣的大禮，而黑潮行經台灣時離陸地最近、流量最穩定，台電曾在1998年和1999年間分別調查蘇澳、綠島、蘭嶼的黑潮動能蘊藏量，以及沿測線的詳細水深圖，結果發現，這3處黑潮總和蘊藏能量超過3GW，相當於2.5座核四機組的發電量，非常可觀。因此，若能成功捕捉黑潮的部分動能，應可發揮巨大的減碳效益。

然而，以現有技術或是研究方向而言，仍有許多問題，因為台灣花東沿岸出海不遠處海水就很深，將渦輪機固定於海床的難度極高，即便海底固定的技術難題能克服，水下作業困難，潛水伕無法潛到那麼深的海底作業，成本亦不敷效益，再者，渦輪機泡在海流中極易腐蝕或被沖走，而發出來的電要再透過海底電纜輸送到陸地，又是另一大難題。畢竟台灣沒有類似的海洋工程經驗，而國際間也不多見。

由上述所言可知，目前尚無適當之洋流能源擷取方法與發電技術可以有效利用，實屬可惜，特別是在現今相當重視綠能發電的時代，這種可以有效利用大自然的力量進行發電的潔淨能源是相當值得被發展的，所以，實有必要發展一種可以有效利用洋流進行發電之技術，以增加潔淨能源之產出。

因此，本發明之目的，即在提供一種洋流發電系統，適用於設置於具有特定方向之洋流的海中，其包含：一基座、一第一連結元件、一浮體單元、一固接元件及一船具。該基座是沉入海底並固著於海床上，該第一連結元件是與該基座連接，該浮體單元是與該第一連結元件連接，並漂浮於海面上。該固接元件是與該浮體單元連接。該船具是與該固接元件連接，並包括一輪軸單元及一儲電機，該輪軸單元與該該船具連接，並沒入水中受洋流帶動而轉動發電，該儲電機設置於該船具內部並與該輪軸單元電連接，用以儲存產生的電能。

於是，本發明之功效在於有效利用一具有固定方向之洋流進行發電，而且在本發明中，利用該基座可以有效增加該浮體單元與該船具之固定力，因此，縱然該船具之輪軸單元受到較大之洋流沖擊亦不容易使得該船具移動，同時亦可藉由較大沖擊力之洋流帶動該輪軸單元發電。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之三個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1，本發明之第一較佳實施例，適用於放置於一具有特定方向之洋流處，其包含：一基座11、一第一連結元件12、一浮體單元13、一固接元件14，及一發電裝置15。

其中，該第一連結元件12之一端與該基座11連接，其另一端與該浮體單元13連接，該固接元件14之一端與該浮體單元13連接，其另一端是可分離地與該發電裝置15連接，此外，該浮體單元13包括：一用以收發衛星定位訊號之定位元件131與一可發出光源之發光元件132。

較佳地，該基座11是一混凝土沉箱，可沉入海底並固著於海床上，該第一連結元件12與該固接元件14分別是一鋼纜，該浮體單元13是一巨型海面平台，該發電裝置15是一具有至少一輪軸單元151與一儲電機152之船具150，且該具有特定方向之洋流為一例如黑潮之洋流。

該基座11由水面投置後固著於海床上，並經由該第一連結元件12連結該浮體單元13，該浮體單元13可受到該第一連結元件12之拉力影響而於一特定範圍內漂浮於海面上，且該基座11藉由該定位元件131發出定位訊號，以及發光元件132發出光源，以利位於該浮體單元13附近之具有該發電輪軸單元151之船具150得以得知該浮體單元13之位置而靠近，且當該船具150接近該浮體單元13至一定距離之後，可以固接元件14連接之，因此，該船具150受到該固接元件14之拉力影響而於一特定範圍內漂浮於海面上。

在該第一較佳實施例中，該基座11是預先投置於固定的位置，再經由該第一連結元件12連接該浮體單元13，以完成海面上的定點布置作業。

當該船具150與該浮體單元13連結完成之後，由於受到該特定方向之洋流(例如：黑潮)之沖擊影響，經過一段時間之後，該船具150之船身長度方向會相同於該洋流之流向，同時，該船具150之輪軸單元151受到該洋流之沖擊而被帶動以轉動，因此，該輪軸單元151受轉動而產生電力，並將產生之電能儲存於該儲電機152。

較佳地，該基座11要沉入海底並固著於海床上之前，可先將該第一連結元件12與該基座11及該浮體單元13先行連結好，以降低該基座11沉入海底後再進行連結的成本與相關人員的安全性。

較佳地，利用基座11固著於海床上以直接使得該浮體單元13得以固定於海面上，並間接使得該船具150得以固定於海面上，因此，該基座11可以利用混凝土製作成一大型之基座以增加其固定該浮體單元13與該船具150之固定力，而在現今大多數的船具150都是利用船錨嵌入海床的石縫或是縫隙中，以將船具150固定於海面上，但由於該船具150須攜帶該船錨，因此，船錨的設計上必須考量其重量與體積之大小，所以，船錨並不適合設計成體積很大或是重量很重以增加固定力，所以相較於以船錨固定船具150的方法來說，本較佳實施例之該基座11的固定力道相對較佳。

較佳地，該浮體單元13設計上考量到該第一連結元件12的重量與下拉力，因此該浮體單元13之面積設計可提供足夠之浮力，此外，在該浮體單元13上設置該定位元件131、發光元件132以便船具150得以利用衛星定位或是肉眼目視燈光之方式，以有效發現該浮體單元13。而該浮體單元13上亦可安裝遠端監控器材以監視其目前是否有船具與其連結進行發電等使用狀況。

較佳地，以台灣地區為例，東部沿海於每年冬季都有一方向為由南向北之黑潮洋流流過，且該黑潮洋流寬度約可達一百公里、長度達數百公里之譜，因此，可以於東部沿海之黑潮流域設置大量的基座11以及浮體單元13，以供附近海域作業的船具利用以進行發電。

較佳地，該輪軸單元151是一具有單向軸承之發電機，由於單向軸承具有僅可朝向同一方向轉動之特性，因此，當船具150之輪軸單元151在短時間內受到不規則海流干擾而導致反向轉動時，亦不會影響該發電機之發電，但整體而言，由於該船具150位於特定方向之洋流上，因此，大部分的時間下，該輪軸單元151的轉動方向皆可保持不變，進而使得該該輪軸單元151可以因持續不斷轉動而持續發電。

較佳地，該輪軸單元151設置於船具150兩側，並以一軸承與設置於船具內部之儲電機152連結，該輪軸單元151受洋流帶動而轉動發電，發電之後再將電能儲存至該儲電機152，如此，該儲電機152設置於船具150之內部可以降低受到海水腐蝕及洋流沖擊之影響，進而延長使用壽命。

參閱圖2，為本發明之第二較佳實施例，該第二較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，相同之處於此不再贅述，不同之處在於，該洋流發電系統更包含一第二連結元件16，該第二連結元件16是連接該第一連結元件12與該船具150，且該第二連結元件16是由具有彈性伸縮功能之橡膠材質所製成，藉以進一步提供該船具150與該第一連結元件12間的穩固連接。

參閱圖2、3，該輪軸單元151具有一軸桿153及一連接該軸桿153之轉動葉輪154，該軸桿153可伸縮長度及水平方向轉動角度，藉以調整該轉動葉輪154於海水中的深度及迎水面角度。其中，該轉動葉輪154具有一輪轂155及複數自該輪轂155圓周面向外延伸之扇葉156，且每一扇葉156之葉面寬度是愈向外延伸而漸擴。

當然，若是該船具150欲返航或不再發電時，亦可將該軸桿153昇起，使該轉動葉輪154不與海水接觸而停止發電。

值得一提的是，每一扇葉156上更形成有複數凸起之擾流條157，該複數擾流條157可用以強化水流沖擊該扇葉156之力量。而該輪軸單元151更具有一設置於該軸桿153下方用以偵測水流方向之感應器158。

當洋流因流向不穩定而偶發局部性轉向時，由於船體方位未必與洋流流向完全同向，就會發生該複數扇葉156無法正面接受洋流沖擊進而導致發電效果不佳，此時，只要透過該感應器158即可探知水的流向，並藉由該轉動葉輪154與該軸桿153樞接的關係，只要微調該軸桿153的水平方向角度，即可使該輪轂155及該複數扇葉156正面迎接水流，充分發揮發電效率。

參閱圖4、5，為本發明之第三較佳實施例，該第三較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，相同之處於此不再贅述，不同之處在於，該輪軸單元151具有一連接該船具150之第三連結元件17、一連接該第三連結元件17之螺旋轉輪159，該螺旋轉輪159沒入水中受洋流帶動而轉動發電。

在本較佳實施例中，該第三連結元件17是複數條連接該螺旋轉輪159的纜繩，使用者可在該船具150上調整不同纜繩的長度，進而調整該螺旋轉輪159在水面下的角度，使之能正面迎向洋流行進方向，達到最大的發電效率。

而該螺旋轉輪159是一具有大型螺旋槳的發電機，當洋流通過該螺旋槳時，會使螺旋槳轉動而導致該螺旋轉輪159開始發電。

該第三連結元件17是可以在該船具150上進行捲放，故可以藉由捲放該第三連結元件17的長度，而調整該螺旋轉輪159於海中的深度。因此，可通過該第三較佳實施例捕捉海面下若干深度具有較快流速的洋流，以達到最佳發電效率。

而當不使用該該輪軸單元151時，可將該第三連結元件17與該螺旋轉輪159收置於該該船具150上，以方便維護清理，要開始發電時，只需再將該輪軸單元151投入海中預定深度即可。

值得一提的是，該第三較佳實施例是以一艘船來拖曳該輪軸單元151，但實際實施時，也可以使用多艘船來拖曳該輪軸單元151，且拖曳的輪軸單元151數量並不限於一個，由於實施方式多變於此不再一一贅述。

習知技術都是將擷取洋流動力的研究方向專注在海底下，因此實際實施時困難重重，同時，所發出的電還要透過建置海底電纜長程輸送，成本大增。本發明運用既成的船隻即可成功捕捉洋流動力，除了可以成功發電之外，電力的儲存與輸送可利用船隻運載輸送陸地使用，不會破壞海底生態，更具有方便維護與清理發電設備的優點，因此，可以為地球環境帶來巨大的減碳效果，是一種符合成本效益、真正潔淨且取用不盡的綠色能源。

綜合上述，本發明可以有效利用一具有固定方向之洋流進行發電，而且在本發明中，利用該基座11可以有效增加該浮體單元13與該船具150之固定力，因此，縱然該船具150之輪軸單元151受到較大之洋流沖擊亦不容易使得該船具150移動，同時亦可藉由較大之洋流沖擊帶動該輪軸單元151快速轉動以提高發電量，並且考量洋流流向改變時該輪軸單元151的調整方法進一步增進發電效率，故確實可以達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之三個較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

11．．．基座

12．．．第一連結元件

13．．．浮體單元

131．．．定位元件

132．．．發光元件

14．．．固接元件

15．．．發電裝置

150．．．船具

151．．．輪軸單元

152．．．儲電機

153．．．軸桿

154．．．轉動葉輪

155．．．輪轂

156．．．扇葉

157．．．擾流條

158．．．感應器

159．．．螺旋轉輪

16．．．第二連結元件

17．．．第三連結元件

圖1是本發明之第一較佳實施例的實施示意圖；

圖2是本發明之第二較佳實施例的實施示意圖；及

圖3是該第二較佳實施例中一輪軸單元的立體示意圖。

圖4是本發明之第三較佳實施例的實施示意圖；及

圖5是該第三較佳實施例中該輪軸單元的立體示意圖。

11．．．基座

12．．．第一連結元件

13．．．浮體單元

131．．．定位元件

132．．．發光元件

14．．．固接元件

15．．．發電裝置

150．．．船具

151．．．輪軸單元

152．．．儲電機

Claims (10)

1. 一種洋流發電系統，適用於設置於具有洋流的海中，其包含：一基座，沉入海底並固著於海床上；一第一連結元件，與該基座連接；一浮體單元，與該第一連結元件連接，並漂浮於海面上；一固接元件，與該浮體單元連接；及一船具，與該固接元件連接，且其包括：一輪軸單元，與該該船具連接，並沒入水中受洋流帶動而轉動發電；及一儲電機，設置於船具內部並與該輪軸單元電連接，受輪軸單元轉動發電而儲存電能。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之洋流發電系統，其中，該浮體單元包括一用以收發衛星訊號之定位元件。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之洋流發電系統，其中，該浮體單元包括一可發出光源之發光元件。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之洋流發電系統，更包含一第二連結元件，該第二連結元件是連接該第一連結元件與該船具。
5. 依據申請專利範圍第1或4項所述之洋流發電系統，其中，該輪軸單元具有一連接該船具之第三連結元件、一連接該第三連結元件之螺旋轉輪。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之洋流發電系統，其中，該輪軸單元具有一軸桿及一連接軸桿之轉動葉輪，該軸桿可伸縮長度及水平方向轉動，藉以調整該轉動葉輪於海水中的深度及角度。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之洋流發電系統，其中，該轉動葉輪具有一輪轂及複數自該輪轂圓周面向外延伸之扇葉，且每一扇葉之寬度是愈向外延伸而漸擴。
8. 依據專利範圍第7項所述之洋流發電系統，其中，每一扇葉上形成有複數凸起之擾流條，用以強化水流沖擊扇葉之力量。
9. 依據專利範圍第8項所述之洋流發電系統，其中，該輪軸單元更具有一設置於該軸桿下方用以偵測水流方向之感應器。
10. 依據專利範圍第5項所述之洋流發電系統，其中，該輪軸單元具有一連接該船具之第三連結元件、一連接該第三連結元件之螺旋轉輪，該螺旋轉輪是沒入水中並受洋流沖擊帶動而轉動發電。