[发明专利]使用洋流产生能量的流体动力学传动线路

说明书

本发明涉及一种由洋流产生电能的装置及其方案，所产生的电能将被导入一个拥有恒定频率的电网之中。

洋流可以提供巨大的电位差，利用这电位差可以产生电能，且在能量产生过程中不存在放射的问题。这样的洋流不仅要求具有持久性，如墨西哥湾暖流，而且要求通过潮汐而产生。为要达到后者的要求，选择合适的地点是非常重要的，这一地点要求具有足够的潮汐强度以及特别的地理环境，比如狭窄的流体通道或者特殊的海湾区域，以便产生清晰的洋流。有了这些特殊的条件，通过潜入水下的流体发电机的波浪才能被充分的利用。这些条件可以采用人工措施(如建造流入口蓄水池)得以实现，而通过这些措施，可以充分地利用波浪中的动能。

通过洋流驱动的水力涡轮机，其特别之处在于，其功率会随时间变化而发生改变。这样的时间波动同样发生在潮汐区域内。这样的状况是非常惊人的，通过对于常用下潜深度在10米的流体发电机(比如在墨西哥湾暖流中)的测试显示，这样的能量产生装置在使用时必须将这随时间变化而发生改变的功率考虑进去。天气的影响，以及由此产生的波浪的运动都会使得功率发生改变。另一项对洋流中湍流的测试结果表明，湍流不仅仅存在于潮汐中，同样也存在于持续的海洋流体样本中，特别在50米水深的区域中也可形成，而我们可以特别选取这样的湍流来产生能量。

除了时间的起伏变化之外，想要从洋流中产生可供利用的动能，还必须考虑流体介质在水力涡轮机中从动能转换成机械能的动力学极其相关特征。因此，在入口转轴上还安装有一套用于检测功率改变内在特性的系统，该系统对于洋流特定的流速采用与最优化的转数/转矩比相对应的快速游动变量，该变量与几何学以及功率接收机的形态有关。

功率转换特性同样存在于其他的流体机械中，如风力发电机。流体发电机从洋流中产生能量的方式有别于风力发电装置，因为流体媒质的高密度将会影响功率接收机的转矩，以及接下去的能量生成装置如传动线路以及电动发电机或机械支持结构的微型化建造。在此，为了整个装置在流体技术方面更完善，传动线路和能量生成装置电动机要求尽可能的微型化构建。当力求减少建造大小的时候，在能量生成装置中使用的电动机就会产生一个障碍，由洋流驱动的功率接收机只能拥有较小的转数(典型情况下，小于20转/分)。若在水力涡轮机与电动机之间没有插入中间变速器，电机降低的循环速度将导致增大构造大小。

由洋流驱动的能量生成装置将电能输入一个恒定频率的电网中。能量生成装置(如水力涡轮机)产生功率接收机的可变转数，这就要求必须采用转数可变的电动机，在输入电网前还需要采用电子变频器。因此，可以采用带有额定频率的电动机或采用频率补偿的方式产生所需电网频率。这些附加物目前还有一些困难，因为流体发电机功率转换特性，仅靠变频器还不足以满足要求。通常需要采用相对较高的花费，务求达到适当的网络输入质量，特别是产生谐波载荷和无功功率。

另一种可供选择的方式中，通过对水力涡轮机涡轮叶片角度的设置，使得功率接收机的转数恒定，这样就可以使得由功率接收机驱动的电动机转数保持恒定。这种转数恒定的能量生成装置可以采用基于有限制转差率不同步电机，用简单的构造及方式接入一个连接电网。这样构造的缺点在于，通过涡轮叶片设置来固定接收机转数，将会减少能量的收益，也就是说，接收机不能从洋流中产生最大的能量。

本发明为了解决这样的问题，描述了一个从洋流中产生电能的装置，以及相应可减少之前所描述之缺点的操作过程。这样的一个能量生成设备可以在部分载荷区域也就是当功率接收机采取可变转数，同时电动机采用恒定转数的情况下，进行工作。更进一步，能量生成装置要能适应在其他的工作环境中运行。将功率接收机转数调整到一个上限，以减少气蚀作用的产生，并保护鱼群不受到有害循环转数的伤害。在转数恒定的功率区，应减少碰撞，并进行短时间能量存储缓冲，以期负载脉冲以及功率峰值得以利用。更进一步，能量生成装置可以满负荷区域或在特殊工作区域，如中断以及负载降低反应时，实现力矩的调整。

为了解决这一任务，发明者认为需要做到如下几点。首先，为了建造比水力涡轮机小的电动机，由洋流驱动的水力涡轮机必须通过一个驱动装置与快速运转的电动机相连接。另外，根据设计要求，水力涡轮机与电动机之间的连接借助于一个包含流体动力学装置的传动线路实现。流体动力学装置一方面用于进行转数转换，另一方面用于实现当电动机转数恒定的同时水力涡轮机的转数不定性。这些都可以通过流体动力学装置中流体动力学组件的控制装置和规则产生影响，特别偏爱将流体动力学装置作为一个功率分流装置进行构建。