TWI580861B - 洋流發電機組 - Google Patents

Description

洋流發電機組

本發明是有關一種發電機組，特別是指一種洋流發電機組。

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，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。

如申請案號第096123426號及第101104573號專利皆為利用洋流來發電之技術。該先前技術都是使用混凝土沉箱，沉入海底並固著於海床上，再拖曳發電機利用洋流進行發電，但是，該混凝土沉箱以及海底錨固作業實際施作較困難，除了技術門檻較高之外，且成本耗費較 高。在現今相當重視綠能發電的時代，可以有效利用大自然的力量進行發電之潔淨能源是相當值得被發展的，所以，實有必要發展一種技術門檻及資金需求較低，且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。

有鑑於此，本發明之一目的，是提供一種利用洋流進行發電的洋流發電機組。

本發明之洋流發電機組，包含：至少一發電單元、一拖曳載具，及一浮體單元，其中，該至少一發電單元是沒入水中受洋流帶動而發電；該拖曳載具是位於海面上，並與該至少一發電單元連接，且該拖曳載具是用以操控該至少一發電單元以及接收該至少一發電單元所產生的電力；該浮體單元則漂浮於海面上，一端固定於陸地上，另一端固定於該拖曳載具，該浮體單元具有多數個互相連接的浮台。

本發明的另一技術手段，是在於該發電單元具有一與該拖曳載具連接的拖曳纜線，及一連接於該拖曳纜線末端連接且沒入水中受洋流帶動而發電的洋流發電機本體。

本發明的又一技術手段，是在於該發電單元更具有一連接該拖曳載具與該洋流發電機本體的控制訊號傳輸線，用以自該拖曳載具操控該洋流發電機本體。

本發明的再一技術手段，是在於該發電單元更具有一圍繞該洋流發電機本體之導流環板，該導流環板之開口大而出口小可使流過之水流加速，以提升該洋流發電機本體之發電效率。

本發明的另一技術手段，是在於該洋流發電機組，更包含一設置於該陸地上之樞轉頭，該浮體單元之一端是與該樞轉頭連接，另一端則與該拖曳載具連接， 該樞轉頭可偏轉一預定角度。

本發明的又一技術手段，是在於該浮體單元包括有複數連接相鄰兩浮台之連接件。

本發明的再一技術手段，是在於該連接件是選自於鋼纜、扭力彈簧、金屬鍊條，及此等之組合。

本發明的另一技術手段，是在於該浮體單元具有多數條檢測線路，設置於兩相鄰浮台之間，該浮體單元的各條檢測線路是形成通電狀態，當至少其中一條檢測線路斷線而產生斷電狀態時，代表相鄰之浮台產生脫離。

本發明的又一技術手段，是在於該浮體單元還具有一用以收發衛星訊號之定位元件，及一可發出光源之發光元件。

本發明的再一技術手段，是在於該洋流發電機組，更包含一傳輸纜線，設置於所述浮台中，用來將該拖曳載具所接收到的電力傳輸至陸地上的儲電設備或用電設備。

本發明之有益功效在於，運用既成的拖曳載具(例如船隻或海上平台)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。

1‧‧‧洋流發電機組

2‧‧‧發電單元

21‧‧‧拖曳纜線

22‧‧‧洋流發電機本體

23‧‧‧控制訊號傳輸線

24‧‧‧導流環板

3‧‧‧拖曳載具

4‧‧‧浮體單元

41‧‧‧浮台

42‧‧‧空間

43‧‧‧檢測線路

44‧‧‧行走通道

45‧‧‧定位元件

46‧‧‧發光元件

47‧‧‧連接件

5‧‧‧傳輸纜線

6‧‧‧樞轉頭

圖1是一架構示意圖，說明本發明洋流發電機組的較佳實施例；圖2是一架構剖視示意圖，說明本發明洋流發電機組的較佳實施例，其浮體單元與傳輸纜線的設計形態；圖3是一長條圖，說明本發明洋流發電機組，一個拖曳載具搭載多數組發電單元的形態；圖4是一細部示意圖，介紹本發明洋流發電機組，其 浮體單元的整體特徵設計；圖5是一示意圖，說明在島嶼周圍設計一組洋流發電機組的形態；及圖6是一示意圖，說明在島嶼周圍設計多數組洋流發電機組的形態。

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，本發明洋流發電機組1之較佳實施例包含：至少一發電單元2、一拖曳載具3、一浮體單元4，及一傳輸纜線5，其中，該至少一發電單元2是沒入水中受洋流帶動而發電；該拖曳載具3是位於海面上，並與該至少一發電單元2連接，且該拖曳載具3是用以操控該至少一發電單元2以及接收該至少一發電單元2所產生的電力；該浮體單元4則漂浮於海面上，一端固定於陸地上，另一端固定於該拖曳載具3。

其中，該至少一發電單元2具有一與該拖曳載具3連接的拖曳纜線21，及一連接於該拖曳纜線21末端且沒入水中受洋流帶動而發電的洋流發電機本體22。

其中，該發電單元2更具有一圍繞該洋流發電機本體22之導流環板24，該導流環板24之開口大而出口小可使流過之水流加速，以提升該洋流發電機本體22之發電效率。

再參閱圖2，該浮體單元4具有多數個互相連接的浮台41，每一浮台41具有一空間42；該傳輸纜線5是設置於所述浮台41的空間42中，用來將該拖曳載具3所接收到的電力傳輸至陸地上的儲電設備(或用電設備)。

本實施例的發電單元2是單一組，也就是 說，一個拖曳載具3會搭載一組發電單元2，但是實際實施時也可以設計有多數組發電單元2，如圖3所示，也就是說，一個拖曳載具3會搭載多數組發電單元2，除此之外，該洋流發電機組1更包含一設置於該陸地上之樞轉頭6，該浮體單元4之一端是與該樞轉頭6連接，另一端則與該拖曳載具3連接，該樞轉頭6可偏轉一預定角度，如圖3中之偏轉範圍所示。

請再參閱圖4，主要在介紹該浮體單元4的整體特徵設計，該浮體單元4具有多數條檢測線路43、一高於海面上的行走通道44、一用以收發衛星訊號之定位元件45，及一可發出光源之發光元件46。

其中，該浮體單元4包括有複數個連接相鄰兩浮台41之連接件47，而所述連接件47在本實施例之中是採用鋼纜，另外也可以視實際需要，使用扭力彈簧、金屬鍊條，或是上述材料的組合。

其中，所述多數條檢測線路43是設置於兩相鄰浮台41之間，當至少其中一條檢測線路43斷線時，代表相鄰浮台41產生脫離，本實施例是利用將各條檢測線路43是形成通電狀態，當至少其中一條檢測線路43產生斷電狀態時，就會是所謂的斷線。

該浮體單元4的行走通道44則可以供人員通行，以便人員可以在陸地、拖曳載具3之間移動，若是拖曳載具3需要維修或浮台41脫離時，都可以利用行走通道44來輸送人員進行修復的動作。

另外，該浮體單元4一端是固定於陸地上，但是另一端倘若還未跟拖曳載具3連接時，便需要藉由該定位元件45發出定位訊號，以及發光元件46發出光源，以利位於該浮體單元4附近之拖曳載具3得以得知該浮體單元4之位置而靠近，且當該拖曳載具3接近該浮體單元4至一定距離之後，便可以利用該拖曳載具3上的綁繩等， 來跟該浮體單元4的另一端固接，如此一來，該浮體單元4就可以在一特定範圍內漂浮於海面上，不會受到潮流或風浪的拖曳而四處漂流。

由於該浮體單元4的一端是固定於陸地上，而不是固定於海底，所以不需要進行危險性較高的海下作業，相較之下，可簡化工程難度、降低工程成本。

況且，當工作一段時間之後，可將所述發電單元2拉回拖曳載具3上進行保修及防腐蝕處理，此時可替換新的發電單元2下水工作。也就是說，船上有多台發電單元2可供備用，藉此可解決發電單元2鏽蝕的問題

再者，該拖曳載具3是藉由該浮體單元4連接定位於特定的海面上，並不需要利用船錨嵌入海床的石縫或是縫隙中，所以相較於以船錨固定拖曳載具3的方法來說，本發明的船錨並不需要設計成體積很大或是重量很重以增加固定力，所以本發明之該拖曳載具3可以是較為輕便的機種，容易實施便於收集參數，泛用性較佳。

在本發明之中，該拖曳載具3是具有自主動力之海上載具(例如船隻或海上平台)，因此，當拉扯力太強時，該拖曳載具3可朝陸地方向移動，以避免纜線斷裂。若是當風浪太大時(例如颱風季節)，該拖曳載具3則可以依靠自主動力，進行該發電單元2與浮體單元4之回收作業，以避免該發電單元2與浮體單元4被強大風浪拉扯而毀壞。

再者，該發電單元2更具有一連接該拖曳載具3與該洋流發電機本體22的控制訊號傳輸線23，用以自該拖曳載具3操控該洋流發電機本體22，以控制所述洋流發電機本體22於水面下的運作模式，例如：控制所述洋流發電機本體22面對洋流的方向等等。

至於所述拖曳纜線21除了可以拖曳所述洋流發電機本體22之外，也可以與控制訊號傳輸線23合併 成同一條。

實際實施時，島嶼錨固點在合理範圍內作最大利用。

除此之外，該浮體單元4之面積可設計成足以提供足夠之浮力，此外，在該浮體單元4上設置該定位元件45、發光元件46以便拖曳載具3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4。而該浮體單元4上亦可安裝遠端監控器材以監視其目前是否有拖曳載具3與其連結進行發電等使用狀況。

再參閱圖5，本發明可以在島嶼周圍設計上述洋流發電機組1，隨著黑潮洋流被島嶼分隔之後，又會在距離陸地較遠處再合流，所以只要設計足夠長度的傳輸纜線5，就可以讓上述洋流發電機組1距離陸地夠遠，而可以利用其洋流發電機本體22被黑潮洋流帶動而進行發電。

另外要說明的是，本發明之該洋流發電機本體22的發電方式，主要是受到黑潮洋流之沖擊而被帶動以轉動產生電能，並將電能朝向該拖曳載具3的方向輸送，除了可以直接補充入該拖曳載具3的電瓶之中，也可以再透過其傳輸纜線5傳輸至島嶼或陸地上的儲電設備或用電設備，併入既有之輸電系統。

請參閱圖6，本發明之另一目的，是提供一種洋流發電系統，包含多數個前述之洋流發電機組1，每一洋流發電機組1所產生的電力皆是透過其傳輸纜線5傳輸至陸地上的儲電設備(或用電設備)。

以台灣地區為例，東部沿海於每年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許多組洋流發電機組1，以提高整體的發電效率。

綜上所述，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。本發明運用既成的拖曳載具3(例如船隻或海上平台)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。

除此之外，本發明利用該浮體單元4的設計，使得用來傳輸電力的傳輸纜線5可以固定於該浮體單元4的浮台41之中，不會直接漂浮於海面上或沉入於海中，當風浪過大時，由於傳輸纜線5受到固定，所以能夠有效避免傳輸纜線5被海潮拉扯而脫離的現象，可對該傳輸纜線5提供較佳的保護性。

況且，上述浮台41之鋪設及收回，對比於使用大型混凝土沉箱，沉入海底並固著於海床上的方法，來得相對容易，可在短時間內完成，且工法成本較低。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，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。

1‧‧‧洋流發電機組

2‧‧‧發電單元

21‧‧‧拖曳纜線

22‧‧‧洋流發電機本體

23‧‧‧控制訊號傳輸線

24‧‧‧導流環板

3‧‧‧拖曳載具

4‧‧‧浮體單元

41‧‧‧浮台

Claims (8)

1. 一種洋流發電機組，與一島嶼之陸地連接，該島嶼是設置於黑潮洋流處，且黑潮洋流遇到該島嶼時會被該島嶼分隔，並於該島嶼較遠處合流，該洋流發電機組包含：至少一發電單元，沒入水中受洋流帶動而發電；一拖曳載具，位於海面上，並與該至少一發電單元連接，且該拖曳載具是用以操控該至少一發電單元以及接收該至少一發電單元所產生的電力；一浮體單元，漂浮於海面上，一端固定於陸地上，另一端固定於該拖曳載具，該浮體單元具有多數個互相連接的浮台；一樞轉頭，設置於該陸地上，該浮體單元之一端是與該樞轉頭連接，另一端則與該拖曳載具連接，該樞轉頭可偏轉一預定角度；及一傳輸纜線，設置該複數浮台，用來將該拖曳載具所接收到的電力傳輸至陸地上的儲電設備或用電設備。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之洋流發電機組，其中，該發電單元具有一與該拖曳載具連接的拖曳纜線，及一連接於該拖曳纜線末端連接且沒入水中受洋流帶動而發電的洋流發電機本體。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之洋流發電機組，其中， 該發電單元更具有一連接該拖曳載具與該洋流發電機本體的控制訊號傳輸線，用以自該拖曳載具操控該洋流發電機本體。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之洋流發電機組，其中，該發電單元更具有一圍繞該洋流發電機本體之導流環板，該導流環板之開口大而出口小可使流過之水流加速，以提升該洋流發電機本體之發電效率。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之洋流發電機組，其中，該浮體單元包括有複數連接相鄰兩浮台之連接件。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之洋流發電機組，其中，該連接件是選自於鋼纜、扭力彈簧、金屬鍊條，及此等之組合。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之洋流發電機組，其中，該浮體單元具有多數條檢測線路，設置於兩相鄰浮台之間，該浮體單元的各條檢測線路是形成通電狀態，當至少其中一條檢測線路斷線而產生斷電狀態時，代表相鄰之浮台產生脫離。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之洋流發電機組，其中，該浮體單元還具有一用以收發衛星訊號之定位元件，及一可發出光源之發光元件。