多兆瓦海流能量提取装置制造方法及图纸

一种用于从海流和深水潮汐发电的水下装置。潜水平台包括2个或多个电源模块，每个电源模块具有1个转子，该转子带有固定间距叶片，以及封装在通过提供浮力的横向结构连接的压力容器内的传动系统，该横向结构可以是机翼压载、水翼、桁架，或者流线型管。通过前向的系泊缆和限制所述装置在水域中深度的垂直系泊缆将平台连接至海底的锚上。所述平台操作利用被动的，而不是主动的深度控制。所述机翼压载和转子拉力负载，保证所述平台寻找预定的操作水流速度。所述转子直接耦合至水力泵，该水力泵驱动至少1个定常速度水力马达发电机集并且能够水力制动。射流轴承对驱动水力泵的主轴上的非力矩转子负载去耦。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多兆瓦海流能量提取装置相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119要求于2011年10月31日提交的美国临时专利申请No.61/628,518的优先权，并根据35U.S.C.§120要求于2012年4月23日提交的美国专利申请No.13/454,059的优先权，其全部公开内容通过引用方式并入本文。
本专利技术涉及水力资源发电系统、方法和利用水下潜流驱动发电转子组件的装置。
技术介绍
从诸如河流、海洋的水流产生电力的水下发电机的普遍使用是本领域熟知的。现有技术的海洋装置有两种类型：固定式涡轮机和系留式涡轮机(tetheredturbines)。固定式涡轮机利用基于海底的固定塔。发电涡轮机以预定的深度安装在塔上，其带有的转子叶片正对塔的流动逆流或顺流。该类型设计受到至少如下不利因素的影响：相对较高的水下建造和部署成本；涉及到深水中安装塔的困难工程挑战；与放置在靠近海底的涡轮机相关的减少的或者限制的流速引起的低电力输出；以及维修和接近海底系统的固有困难。系留式涡轮机通过锚定或者系泊装置锚定在海底，但是它相对于锚具有1个移动度。在一些情况下，机翼(水翼)提供提升和/或压载舱，用来提供浮力，以保持涡轮机在最佳深度。这样一些涡轮机使用浮力室来调节其总体浮力，从而调整其在水流中的操作深度。其它装置增加了起升降器作用的可移动表面，来控制装置的深度。需要时调整升降器表面辅助装置潜入或升高。通过利用两种局部洋流测量和熟知的全球水流模式，在海洋中识别了许多位置来部署洋流发电装置，这意味着几万亿兆瓦的潜在以及未开发的发电。全世界很多国家严重依赖进口燃料发电，缺乏可行的可再生能源资源。鉴于当前的人口增长(每周增加1,500,000人)，气候变化的危险趋势，对天然气和石油不断增长的需求，以及日益增长的寻找和开发新石油领域的困难度，针对碳基化石燃料之外的转型能量资源和消耗，对开发和部署新的可持续性的、有成本效率的技术产生了1个迫切需求。许多洋流发电技术转向潜水系统的使用。利用功能类似风力涡轮机的潜水涡轮机，通过水动力而非空气动力提升或者拖拉的方法转换能量，可从海洋中提取能量。这些涡轮机具有转子叶片、将旋转动力转换为电的发电机，以及将产生的电流传送至岸基输电网络的装置。今天，对从海流产生动力通常考虑水平和垂直轴涡轮机。海流动力系统处于早期开发阶段；迄今为止只对少数小型原型机和少数示范装置进行了测试和展示，并且很多装置操作在2MW发电能力等级以下。与从海流产生能量的系统相关公开了很多专利。一些专利描述了使用主动稳定、深度和转子控制的装置，通常会增加成本并降低可靠性。常规设计描述了复杂主动系统，如控制表面、可变压载、可变间距、绞车系统，或者升高/降低结构的机械装置。在受到来自强海洋潮汐流、环流(稳定海流)，以及涡流引起的严苛的环境和结构负载的系泊系统中，失效经常会导致无法接近设备，或者，在最糟糕的情况下，完全损失结构或者对行驶在该区域的船舶航行产生危害。除了固有的风险，这些控制缺乏简易性；对失效提供了多个变量和机会，以及与控制方法类型相关联的额外成本。电力生产的低可靠性、低操作实用性，以及高维修要求意味着现有技术中展示的设计的成本效益不好。为满足客户需求，液体动力装置必须提供低成本能源、可用电网的高可靠性和高操作实用性，以及具有超过20年的使用期限和操作及维修中的高安全系数。比起陆上的电站，离岸发电结构的维修成本需要完全不同的模式。例如，接近潜水系统的机械元件典型地需要高度专业化的人员，潜水员，自动水下航行器(AUV)或者远程操作航行器(ROV)，用来转移和拆卸的船舶成本，以及相关的燃料成本。为了与其它能量成本基础上的发电技术可比，执行维修的预定访问应该是大约每五年一次。为了将对操作热人员的风险降到最低，维修必须在海洋表面。因此，子系统必须简单可靠，必须使用证明过了的元件来获得低能量成本的目标。因此，需要采取系统的方法来提供简单可靠的系统，该系统容易维护和检修，具有低能量成本(COE)和超过20年的使用期限。对耦合到发电系统的简化的、系留的、水下的、水流驱动转子组件存在1个需求，该组件以高成本效益的方式，对变化的海流被动调整，以限制无主动控制表面的结构负载，对稳定性、安全性和发电性能的影响最小。为了降低安装和维修成本，对水下结构和移动零件的使用应该最少化。应该提供将水下装置安全经济地系泊安装在其操作位置的方法，并且提供将装置安全带上表面进行维修或者元件更换的步骤。应该消除可变叶片间距，以减少间距系统失效可能性和其它维修事宜。对装置的完全应急关闭，包括停止转子叶片旋转应该是可能的，并且该装置应该具有故障保护深度控制来避免意外上浮。
技术实现思路
本专利技术通过提供水下发电，克服了现有技术的不足和缺点，该水下发电中的潜水装置，或者平台包括2个或者更多反向旋转的转子组件集，每个转子组件具有转子叶片，优选其间距固定。水流驱动的转子组件驱动水力泵，依次驱动固定和可变排量水力马达，优选以定常速度驱动封装在水密封电源模块内的发电机。电源模块通过横向结构连接在一起，该结构可以是以水翼、桁架，或者流线型管形状制成的翼板。潜水装置通过前向的系绳连接至1个或多个海底上的锚。该装置还通过垂直向下的系绳连接至海底上的附加锚，以限制潜水装置在预定深度，避免意外上浮，并抵消浮力。随深度增加垂直水流剪切具有较低的流速。翼板产生负的提升来抵消浮力，并且保证潜水装置向下寻找/潜入到沿对应特定深度垂直剪切的预定操作水流速度。利用桁架或者流线型管，协同主导转子拉力负载可以实现相同的效果。由于水流速度和操作速度不同，因而增加了拉力载荷，该装置沿着垂直剪切潜入更深，直到其达到对应水流速度的平衡(力平衡)。在本专利技术的一种实施方式中，潜水多兆瓦电站平台包括：横向结构，该横向结构包括1个连接点，用于在部署中将该横向结构耦合至锚；以及至少2个连接至该横向结构的电源模块，每个电源模块包括1个干的有浮力的压力容器以及包含2个固定间距的转子叶片的湿转子组件，当固定间距的转子叶片受水流驱动的时候每个电源模块发电；其中将横向结构和连接至该横向结构的至少2个电源模块配置成操作在预定水流速度上，其中横向结构和至少2个电源模块的配置使得当实际水流速度大于预定水流速度的时候，在部署中该横向结构潜入到更深的深度，当实际水流速度小于预定水流速度的时候，在部署中该横向结构上升至较浅的深度。该横向结构可包括桁架、流线型大直径管，或者具有负冲角的固定机翼。在顺流配置中，至少2个电源模块放置在横向结构的相反端。或者，2个附加电源模块可连接至横向结构，其中该2个附加电源模块放置在至少2个电源模块中间，并且布置在逆流配置中。至少2个电源模块在逆流配置中放置在横向结构的相反端，并且进一步包含连接至该横向结构的2个附加电源模块，其中该2个附加电源模块放置在至少2个电源模块中间，并且布置在顺流配置中。或者，任何数目的附加模块可连接至横向结构，沿着横向结构，从横向结构的一端到相反的一端，至少2个电源模块和几个附加电源模块等距间隔，并且所有的电源模块布置在顺流配置中。该平台在部署中可进一步包含耦合至连接点和锚的预定长度的锚线，该锚线在部署中维持横向结构在预定水流速度上的预定深度。每个电源模块可包含独立的水力直接驱动系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种潜水多兆瓦电站平台，其特征在于包含：横向结构；以及连接到所述横向结构的至少2个电源模块，所述横向结构包含连接点，其用于在部署中将所述横向结构耦合到锚上，所述电源模块中的每一个包含干的有浮力的压力容器、和湿的转子组件，所述湿的转子组件具有2个固定间距的转子叶片，当所述固定间距的转子叶片由水流驱动的时，每个电源模块发电；所述横向结构和连接到所述横向结构的所述至少2个电源模块的配置是在预定的水流速度中进行操作，其中，当实际水流速度大于预定水流速度时，在部署中所述横向结构和所述至少2个电源模块的配置使得所述横向结构潜入到更深的深度，当实际水流速度小于预定水流速度时，在部署中其上升到较浅的深度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.31 US 61/628,518;2012.04.23 US 13/454,0591.一种潜水多兆瓦电站平台，其特征在于包含：横向机翼结构；以及连接到所述横向机翼结构的至少2个电源模块，所述横向机翼结构具有到水平面的负冲角，所述电源模块中的每一个包含干的有浮力的压力容器、和湿的转子组件，所述湿的转子组件具有2个固定间距的转子叶片，当所述固定间距的转子叶片由水流驱动时，每个电源模块发电；所述横向机翼结构和连接到所述横向机翼结构的所述至少2个电源模块的配置是在预定的水流速度中进行操作，其中，当实际水流速度大于预定水流速度时，在部署中所述横向机翼结构和所述至少2个电源模块的配置使得所述横向机翼结构潜入到更深的深度，当实际水流速度小于预定水流速度时，在部署中其上升到较浅的深度。2.如权利要求1所述的潜水多兆瓦电站平台，其中，所述至少2个电源模块在所述横向机翼结构的顺流侧并放置于所述横向机翼结构的横向两端。3.如权利要求2所述的潜水多兆瓦电站平台，进一步包含连接至所述横向机翼结构的2个附加电源模块，所述2个附加电源模块放置于所述至少2个电源模块之间，并且处于横向机翼结构的逆流侧。4.如权利要求1所述的潜水多兆瓦电站平台，其中，所述至少2个电源模块在所述横向机翼结构的逆流侧并放置于横向机翼结构的横向两端，并且进一步包含连接至所述横向机翼结构的2个附加电源模块，其中所述2个附加电源模块放置于至少2个电源模块之间，并且处于横向机翼结构的顺流侧。5.如权利要求1所述的潜水多兆瓦电站平台，进一步包含连接至所述横向机翼结构的多个附加电源模块，所述至少2个电源模块和所述多个附加电源模块沿着所述横向机翼结构，从所述横向机翼结构的横向一端到另一端等距间隔，并且所有的所述电源模块以及所有的所述附加电源模块处于所述横向机翼结构的顺流侧。6.如权利要求1所述的潜水多兆瓦电站平台，进一步包含部署中耦合至连接点的预定长度的锚缆和锚，在部署中所述锚缆将所述横向机翼结构维持在预定水流速上的预定深度。7.一种潜水电站设备包含：横向机翼结构；所述横向机翼结构具有到水平面的负冲角；连接至所述横向机翼结构的可拆卸的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·G·P·德尔森，詹姆斯·B·德尔森，亚历山大·弗莱明，
申请(专利权)人：阿卡蒂斯有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US