[发明专利]海浪能量提取的改进

说明书

技术领域

本发明涉及可持续的能量产生。更具体地，本发明涉及海浪能量提取的改进，并且涉及海浪能量提取的系统和方法。

背景技术

在整个本说明书中对现有技术的任何讨论决不能被认为是这些现有技术是公知的或形成本领域公知常识的一部分。

对环境的关注和对传统可燃碳氢化合物燃料源的有限资源的意识已经导致了对可持续的非污染能源的研究，例如，波浪、风、潮汐、地热和太阳能。

已经提出来多种不同类型的波浪发电系统。一种系统所采用的基本原理是利用波浪运动中固有的竖直运动来实现涡轮的旋转运动，以直接或间接驱动发电机进行发电。在这样的系统中，波浪的振荡运动引起的气流状况会经常逆转。多种特别构造的单向涡轮已经被设计成使得涡轮能响应这样的逆转气流状况而连续操作。

然而，由于当波浪的振荡运动转换为旋转的机械能量时系统中的损失，所以这些现有系统中的许多(即使不是全部)都以较低的效率操作。

此外，许多现有波浪发电系统极大地依赖于主流海浪的行进方向。此外，许多已有的波浪发电系统锚泊成不变地面对一个方向并且由此由于自然潮汐变化所导致的波浪方向变化而长期低于最佳效率操作。

利用波浪的竖直运动来实现涡轮的旋转运动而接着驱动发电机发电的基本原理进行操作的许多已知波浪发电系统的另一个缺陷在于，这些系统通常依赖于重力感应共振放大原理以确保操作效率，从而获得期望的电力输出水平。在这样的系统中，需要将水的振荡运动转换至气流。也就是，许多当前已知的系统通常需要液压至气动的转换过程，从而进一步降低了整个能量转换过程的效率。

此外，许多已知的波浪发电系统必须构建成承受住其所受到的来自海浪的大而不可预知的力。为了确保系统在其寿命期间的可持续性，在系统中需要构建一定程度的冗余度。例如，海洋发电系统通常需要承受住与“百年一遇的风暴”的大浪相关的力。在这些极端情况下力的大小是大多数风暴中产生的力的许多倍，因此，当制造、安装和维护系统时必然产生极大的额外成本。已经发现，这些额外的成本通常非常高，从而其可能使得系统无法商业生存。

构建成承受住最大极限力的系统的尺寸必然较大，因此降低了这些系统的视觉吸引力。诸如海浪能量提取系统的可持续能量系统的视觉吸引力或美观性是重要的因素，不仅用于减小对周围环境的视觉冲击，而且用于获得产生能量的这些可替代手段的公众接受性。

本发明的目的是克服或改进现有技术的一个或多个缺陷，或者至少提供有用的替代方案。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供一种海浪能量提取系统，其包括：

至少一个管道，其用于接收振荡水柱，管道具有第一段、第二段和在所述第一段和第二段之间的流动控制段，第二段与第一段成横向地布置，流动控制段被构造成抑制在管道中流动的振荡水柱的湍流；

涡轮，其与管道的第二段流体连通，使得涡轮被来自第二段的流体流驱动，流体流是通过管道内的振荡水柱的振荡而产生的；以及

发电机，其被构造成由涡轮驱动旋转，以产生电能。

优选地，流动控制段是弯曲的段。流动控制段优选地具有不变的曲率半径。然而，在某些实施例中，曲率半径可以是变化的。在其它的实施例中，流动控制段可以包括倾斜部分或者以其它的方式构造成使得振荡水柱产生平稳且逐步的方向改变，由此抑制管道内湍流的程度。

管道优选地位于诸如海洋的水体中，由此水柱响应经过管道的波浪的上升和下降进行振荡。

流体流优选地是双向的。优选地，与流体流相关的流体是气体和液体中的一种。在某些实施例中，流体是空气。在这些实施例中，涡轮优选地但非必须地位于管道所处的水体的平均水平面之上。在其它实施例中，流体是水。在这些实施例中，涡轮可以是例如水力涡轮，其优选地但非必须地浸在水体的平均水平面之下。因此，应当理解，涡轮可以被与振荡水柱相关的流体流直接地或间接地驱动。

管道的第一段、第二段和流动控制段可以一体地形成为整体单元。优选地，管道为L形管。管道优选地构造成使得在使用时第一段布置成基本上水平的定向，且第二段布置成基本上竖直的定向。