[发明专利]潮汐涡轮系统

说明书

本发明涉及一种潮汐涡轮系统，特别地用于在潮汐流能量产生系统中使用。

发明背景

潮汐能在很大程度上是可预测的。动力可用性的确定性质与其高密度和可见的冲击的隐含缺乏一起使得潮汐能的提取成为非常有吸引力的命题，特别是因为实际上整个可用资源仍然未被开发。

在显著的波作用下的水深处，大体上水流(current flow)中的变化是由于月亮和太阳的自然发生状态引起的。流速的变化被附加在此模式上，一些流速达到自由流的值的相当大部分，并且流速是由于强烈的气候条件而引起的。

已知的现有技术建议，在潮汐流速随着时间变化时，响应于潮汐水流的速度向潮汐涡轮发电机(tidal turbine generator)提供控制信号以控制涡轮发电机的效率。此布置例如公开在US2006/0232072中。

已知的现有技术还建议根据所感应的流动方向而改变涡轮叶片的冲角。此布置例如公开在US2003/0231951中。

然而已经发现，在海床处安装的潮汐流产生结构中，以比潮汐变化频率高的频率发生的流动中的压力脉冲变化的影响能够具有显著的作用。特别是湍流和由于波特性引起的流动能够对涡轮具有显著的压力脉冲应力负载冲击。由于这些作用而引起的不稳定负载能够在系统部件中引起疲劳，如果没有被改善，则这将具有显著地减少系统操作寿命的可能。另外，如果流速以突变的方式变化，则这可能引起瞬间的导致失速故障(stall event)的涡轮操作。

发明概述

根据第一方面，本发明提供一种潮汐流能量产生系统，其包括：

一个或多个潮汐涡轮发电机；

控制设备，其用于控制一个或多个潮汐涡轮发电机的操作；

流动测定设备(flow determination means)，其用于测定远离各个涡轮发电机一定距离处的流动中的变化；

其中控制设备利用来自流动测定设备的输入而操作，以在冲击各个涡轮的过程中预测流动特性中的变化，使得涡轮发电机的操作参数可以响应于控制设备而改变。

以此方式，系统能够操作成改变所述(或每个)涡轮发电机的操作，以补偿将冲击在涡轮发电机上的负载变化，该负载变化基于由测定设备测定的变化而被预测。这减小了疲劳失效的风险。

根据可选择的方面，本发明提供一种操作潮汐流产生系统的方法，该方法包括：测定离发电机一定距离处的流动中的(压力脉冲)变化，预测将冲击各个涡轮发电机的压力脉冲负载，并改变涡轮发电机的操作以补偿所预测的压力脉冲负载。

典型地，流动测定设备被布置成感应离涡轮发电机一定距离处的压力波，并能够预测在未来时刻将发生于涡轮发电机处的压力变化。

典型地，控制设备将计算预测的冲击时间或输入时刻，并控制操作参数(典型地改变涡轮速度)以适应在所需要的未来时刻的改变，以使在涡轮发电机处的压力脉冲情形的作用最小化。

此技术能够通过适当改变涡轮发电机的操作而补偿压力脉冲产生的负载在涡轮发电机上的作用。通过探知将短暂地冲击在涡轮发电机上的异常的波作用或压力负载，引起应力的疲劳作用能够被抵消(neutralise)；并且通过获知压力脉冲的异常流动作用的接近的距离和速度，发电机操作需要被改变时所在的时刻能够由控制系统获得(以及必须的操作参数变化程度)。

优选地，流动测定设备包括流动测量设施。其可以是声纳和/或多普勒装置。在一种实施方式中，声学多普勒海流剖面仪(ADCP)可用于此目的。

流动测定设备被布置成测定远离潮汐涡轮发电机一定距离处的流动。典型地，该流动将在远离涡轮发电机数米(例如5到50米)处被测量。这对于冲击过程中压力脉冲载荷的预测来说提供了充分的时间延迟，并且涡轮发电机的操作能够响应于所做的预测而改变。

优选地，控制设备被布置成获取流速。

可选择地，或另外地，控制设备可被布置成通过测定的流动而对涡轮发电机上的预测负载进行测定。

对发电机的控制输出响应于预测的或测量的参数而变化。

在一种技术中，在满足或超过预定的阈值的条件下，对发电机的控制输出响应于预测的或测量的参数而变化。

响应于来自测定设备的输出，控制设备调节涡轮发电机的操作参数以减小将另外作用在系统上的应力。

在本发明的一种实现方式中，响应于来自测定设备的输出，控制设备改变涡轮发电机的动力输出或载荷。

另外或可选择地，响应于来自测定设备的输出，控制设备改变涡轮发电机的定向和或涡轮转子叶片的构造。例如可以改变叶片节距。