用于转换波能的设备制造技术

描述了一种波能转换设备(44)及其张力锚泊系统(50)。波能转换设备(44)包括长的支承结构(45)，被设计用来在海洋中的平均水位上方延伸。该支承结构(45)具有与之相连地设置在平均水位以下的浸没构件(46)。具有正浮力的漂浮构件(48)可滑动地安装在支承结构(45)上以便可沿垂直方向运动。该设备(44)还包括线性发电机(49)，该线性发电机具有被设置为与支承结构(45)相连的定子和被设置为与漂浮构件(48)的主体相连的平移器。漂浮构件(48)相对于支承结构(45)的差速运动由线性发电机(49)产生电力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及波能转换器，用于将海洋波能转换为电能，还特别但不排它地涉及依据浮力、流体动压力和振荡原理工作的波能转换器。更特别地，本专利技术还涉及用于将波能转换成更有用形式的设备。
技术介绍
在三千年来，各地的人类越发关注如何生存。由于人类认识到矿物燃料是有限能源，对可再生清洁能源的探索变得更加急迫。全球变暖和气候变化把注意力聚焦到减少对矿物燃料的依靠的需求上。最有前景的可再生能源之一是波能。据估算，全世界波力(wave power)的潜在能量为2太瓦，这相当于全世界每年大约2000TWh的能源，足够全世界的电能需求。虽然利用波浪能量的愿望已存在数百年，但过去的尝试只获得了有限的成功。所取得的成功仅限于很小规模，实现了数十千瓦至数百千瓦的量级，而不是所需的数百兆瓦。以往的主要困难之一是设计足够坚固(robust)以承受由海洋波浪产生的巨大力能的单元。在风暴条件下，波能是巨大的，造成了许多现有技术的基于陆地或基于海岸的系统的破坏。现有技术中典型的提取波能的手段是使用涡轮或液压系统。一些尝试是利用直接驱动的旋转发电机，以及直接驱动的线性发电机。然而，现有技术中最常规的能量提取单元是振荡水柱和液压联动旋转发电机(oscillating water columns and hydraulic linked rotary generators)。典型地，它们用于近岸(near—shore)、靠岸禾口岸上设施。这样的现有技术系统的另一主要缺点是需要靠近海岸，由于摩擦损失，海岸线波浪的能量损失很大，由此损失掉“深”水中的大部分波能。本专利技术以提供张力锚泊系统和波能转换器的视角得以开发，所述张力锚泊系统和波能转换器可用在近海或者离岸处以提取最大量的海洋波能。在本说明书中对现有技术的参考，仅用作说明的目的，而不应认为这种现有技术在澳大利亚或者其它地方是公知常识。
技术实现思路
根据本专利技术的另一方面，提供了将海洋波能转换为更有用形式的设备，该设备包括长的支承结构，被设计用来在平均水位上方延伸，具有与之相连地设置在平均水位以下的浸没构件，和使得支承结构以大致直立的取向漂浮在海洋中的浮力机构；具有正浮力的漂浮构件，可滑动地安装在支承结构上以便可沿垂直方向运动，漂浮构件设置有滑行艇表面，该表面适于将波浪运动的水平分量转换为漂浮构件的垂直运动，由此增强漂浮构件的能量提取能力；和能量提取机构，被设置为与支承结构和漂浮构件相连，以使得当波浪运动在漂浮构件和支承结构之间引起适当的差速运动时，所述能量提取机构将传入的(incident)能量转换为更有用的形式。典型地，漂浮构件具有包括前端和后端的长水平横截面，该前端适于面对正靠近的波浪的大致方向。优选地，所述前端变窄为尖端。优选地，所述滑行艇表面是多个大致平行的滑行艇表面中的一个，这些滑行艇表面大致垂直于并沿漂浮构件的相应第一和第二侧延伸。优选地，所述多个滑行艇表面从漂浮构件的前端向下倾斜到后端，其中，滑行艇表面迫使波浪中的水粒子向下，产生向上作用在滑行艇表面上的流体动力，所述流体动力增强了由于漂浮构件的正浮力而作用在漂浮构件上的向上力。优选地，用于转换波能的设备进一步包括锚泊系统，用于将结构锚泊至海床。在一个实施例中，所述浸没构件和浮力机构适于在使用中具有大致的零浮力，并且所述锚泊机构包括适于防止设备漂离、但仍允许对盛行波方向自动跟踪(tracking)的系链。在另一实施例中，所述浸没构件和浮力机构适于在使用中具有大致的正浮力，并且所述锚泊系统包括阻尼机构，用于经由锚泊系统向支承结构施加阻尼动作。优选地，当通过能量提取机构提取的能量增加时，所述阻尼机构适于增加阻尼动作，由此，漂浮构件和支承结构之间的差速运动被最大化，并且所产生的有用能源的量被优化。相反，当小能量或没有能量被能量提取机构提取的时候，阻尼机构不实施制动动作，由于锚泊系统自由运动，支承结构上的机械应力被最小化。在一个实施例中，所述锚泊系统包括从配重机构延伸至抵衡机构的索缆，该索缆经由滑轮机构从支承结构悬挂下来。典型地，所述阻尼机构经由滑轮机构向索缆施加制动动作。优选地，所述制动动作为激活螺线管，线性发电机经由分流电路向螺线管供电。优选地，所述阻尼机构被计算机控制。除非本文要求，贯穿本说明书的词语“包括(comprise)”或其诸如“包括 (comprises) ”、“包括(comprising) ”这样的变体都应被理解为指示包含所陈述整体或所陈述的一组整体，但不排除任何其它整体或一组整体。同样，词语“优选地”或其诸如“优选的” 这样的变体应被理解为所陈述整体或所陈述的一组整体是令人满意的，但不是本
技术实现思路
中必不可少的。附图说明仅通过给出实例并参考附图，由对张力锚泊系统和波能转换器的多个具体实施例的以下具体描述将更好地理解本专利技术的本质，在这些附图中图1是根据本专利技术的波能转换设备的第一实施例的前顶侧(top front)透视图；图2是图1的根据本专利技术的波能转换设备及其相关联张力锚泊系统的前顶侧透视图；图3是图2的波能转换设备的前视图；图4是图1的波能转换设备所用的张力锚泊系统的前顶侧透视图；图5是图4的张力锚泊系统中包含的锚泊罐的后底侧(bottom rear)透视图；图6A和6B示出了分别在正靠近的波浪的波峰和波谷中的图1和3的波能转换设备；图7A和7B示出了在平均水位变化期间的图1和2中的波能转换设备的操作；图8是根据本专利技术的波能转换设备及其相关联锚泊系统的第二实施例的顶侧透视图；图9是抵衡机构的局部透明的顶侧透视图，该抵衡机构是与图8的波能转换设备相关联的张力锚泊系统的一部分；图10是图8的波能转换设备和相关联张力锚泊系统的放大透视图；图11是锚泊罐的第一实施例的局部透明的顶侧透视图，该锚泊罐是与图8的波能转换设备相关联的张力锚泊系统的一部分；图12是锚泊罐的第二实施例的局部透明的顶侧透视图，该锚泊罐是与波能转换设备相关联的根据本专利技术的张力锚泊系统的一部分；图13是根据本专利技术的波能转换设备及其相关联张力锚泊系统的第三实施例的顶侧透视图；图14是根据本专利技术的波能转换设备及其相关联张力锚泊系统的第四实施例的顶侧透视图；图15是根据本专利技术的波能转换设备及其相关联张力锚泊系统的第五实施例的底侧透视图；和图16是根据本专利技术的波能转换设备及其相关联张力锚泊系统的第六实施例的顶侧透视图。具体实施例方式海洋波浪中的能量经由两种正交的能量传播，即水平能量和垂直能量。垂直能量包含在波浪内的水粒子的垂直运动中，即，升沉(heave)，并且垂直能量包括波浪的一半可用能量。水平能量包含在波浪内的水粒子的水平运动中，即，纵移(surge)，水平能量也包括波浪的一半能量。为了进行波能提取，必须存在对这些正交能量中的一个或两个的能量吸收。升沉运动描述了波浪的ζ轴(或，上下)运动，并且与波浪内的垂直能量具有很高的相关性。升沉与波高的亲和性(amicability)使之成为流行且潜在高效的工具来从波浪提取垂直能量。波浪中垂直能量的提取可以在波能转换器(Wave Energy Converter,WEC) 中利用单个升沉体(heaving body)或两个升沉体实施。单个升沉体利用水面上的浮力块来提取波浪的垂直能量。为了提取能量，需要差速运动(differe本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于将海洋波能转换为更有用形式的设备，该设备包括：长的支承结构，被设计用来在平均水位上方延伸，具有与所述支承结构相连地设置在平均水位以下的浸没构件，和使得所述支承结构以大致直立的取向漂浮在海洋中的浮力机构；具有正浮力的漂浮构件，可滑动地安装在所述支承结构上以便可沿垂直方向运动，所述漂浮构件设置有滑行艇表面，该滑行艇表面适于将波浪运动的水平分量转换为所述漂浮构件的垂直运动，由此所述增强漂浮构件的能量提取能力；和能量提取机构，被设置为与所述支承结构和漂浮构件相连，以使得当波浪运动在所述漂浮构件和支承结构之间引起适当的差速运动时，所述能量提取机构将传入的能量转换为更有用的形式。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：肖恩D穆尔，
申请(专利权)人：多样能源澳大利亚有限公司，
类型：发明
国别省市：AU