智能型串连式洋流发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明是关于一种智能型串连式洋流发电系统，包含：一节点装置、一发电装置以及一控制装置，其中，所述发电装置包含：一第一洋流发电模块与一第二洋流发电模块，所述第一洋流发电模块与一第二洋流发电模块是对向相接，且所述控制装置是能根据所述节点装置收集的洋流数据，控制所述第一洋流发电模块的第一变速单元以及所述第二洋流发电模块的第二变速单元，进而调整所述第一旋转轴与所述第二旋转轴的转速，以促使所述节点装置与发电装置因该洋流数据而移动，藉此以主动寻找洋流中的尖峰速度区，获取稳定的发电效率。
【专利说明】智能型串连式洋流发电系统
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种智能型串连式洋流发电系统，更具体地说，是关于一种能主动寻找洋流中的尖峰速度区，以即时迎向洋流的尖峰速度区，获取稳定的发电效率的洋流发电系统。
【背景技术】
[0002]按，当海水的温度出现落差时，会产生一特定方向的洋流(例如:黑潮)，而这种洋流的流速及力量相当强劲，相当适合利用于水力发电技术。工研院能环所在1985年到2002年间，研究过9048个海流监测点资料，结果发现在绿岛外海水深在50公尺内的黑潮流速最具开发潜力，以100万(瓦千)的双叶片机组，可产生1000(百万瓦)的电力，整个黑潮甚至可产生多达30亿度的电力。
[0003]此等看似非常诱人的电力资源，在实际应用上却无太大进展，主要困难是因为洋流在水中因时间，地点，深度的不同而流速发生改变，目前现有技术中如中国台湾专利号第I376453、M434122及M431223号专利，通常都是将发电机组以锚具与海床连结，或者悬挂于移动式平台，被动式地寻觅洋流最有利点，其后再经发电机将产生的电力整合到单一的输电线路，输送至陆上的变电站。惟，洋流发电最大的影响是，洋流会随季节改变流向，进而影响洋流发电的效率，因此，如何使洋流发电机组能主动寻找洋流中的尖峰速度区，以即时迎向洋流的尖峰速度区，获取稳定的发电效率，仍有改良的必要。
【发明内容】
[0004]有鉴于现有技术存在的上述不足，本发明提供一种智能型串连式洋流发电系统，以主动寻找洋流中的尖峰速度区，获取稳定的发电效率。
[0005]本发明是提供一种智能型串连式洋流发电系统，包含:
[0006]一节点装置，所述节点装置包含一传输线缆，以及一流速感测单元以感测洋流数据；
[0007]一发电装置，是设于所述节点装置并与所述传输线缆电相接，其中所述发电装置是包含:
[0008]一第一洋流发电模块，其是包含一第一旋转轴、一第一发电单元以及一第一变速单元，其中所述第一旋转轴的一端与所述第一发电单元电相接，藉此，当所述第一旋转轴旋转时，通过所述第一变速单元以驱使所述第一发电单元发电；以及
[0009]一第二洋流发电模块，其是包含一第二旋转轴、一第二发电单元，以及一第二变速单元，所述第二旋转轴的一端与所述第二发电单元电相接，且所述第二旋转轴的另一端与所述第一旋转轴的另一端相接，藉此，使所述第一洋流发电模块与第二洋流发电模块对向相接，当所述第二旋转轴旋转时，通过所述第二变速单元以驱使所述第二发电单元发电。
[0010]一控制装置，是通过所述传输线缆与所述节点装置与所述发电装置电相接，藉以接收一洋流数据、一发电电力、或一系统数据的任一种或其组合。[0011]其中，所述控制装置是能据所述洋流数据，控制所述第一旋转轴、所述第一变速单元、所述第二旋转轴以及所述第二变速单元，促使所述节点装置与所述发电装置因所述洋流数据而移动。
[0012]于一实施样态中，所述第一洋流发电模块更可包含一第一感应单兀，以感应水深压力及旋转轴的旋转速度。于另一实施样态中，所述第二洋流发电模块更可包含一第二感应单元，以感应压力及旋转轴的旋转速度。
[0013]于一实施样态中，第一与第二发电单元可以视情况合成一体，且第一与第二变速单元分别与第一与第二旋转轴相接。
[0014]于一实施样态中，所述节点装置更可包含一线缆收放单元，其是容设所述传输线缆，并卷收或释放传输线缆。
[0015]于一实施样态中，其中所述节点装置更可设有一电动水泵以及至少一喷嘴，所述电动水泵是由所述控制装置驱动，而向通过所述喷嘴向外喷水，以微调所述节点装置的位置。
[0016]于一实施样态中，所述洋流数据可为水深数据或流速数据。于另一实施样态中，所述系统数据可为旋转轴转速或发电量。
[0017]于一实施样态中，其中所述第一旋转轴或所述第二旋转轴可有至少一片扇叶。较佳地，所述第一旋转轴可有至少二片扇叶。较佳地，所述第二旋转轴可有至少二片扇叶。较佳地，为所述第一旋转轴与所述第二旋转轴皆具有至少有二片扇叶。
[0018]于一实施样态中，所述第一旋转轴与第二旋转轴的形状相同。
[0019]于一实施样态中，所述第一旋转轴与第二旋转轴是分别与第一变速单元与第二变速单元相接，且所述第一变速单元或第二变速单元是共用所述第一发电单元或所述第二发电单元。
[0020]于一实施样态中，所述智能型串连式洋流发电系统，可用以与一固定式装置或一移动式装置连接。例如:上述的固定式装置可为钻油台、观测站或岛礁，但不仅限于此。又例如:上述的移动式装置为于水面或水中能下锚的一移动载具，如船舶，但不仅限于此。
[0021]于一实施样态中，智能型串连式洋流发电系统可设计为携带式。
[0022]于一实施样态中，其中所述发电装置可进一步包含一伸缩式扇叶。
[0023]本发明所提供的智能型串连式洋流发电系统，是可因应洋流变化，主动寻找洋流中的尖峰速度区，其设计简单，以人工智慧操作使发电效率提高，发电量视需要可加倍，具有机动性。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是根据本发明的一实施例的使用状态示意图。
[0025]图2是根据本发明的一实施例的系统方块图。
[0026]图3是根据本发明的一实施例中，节点装置与发电装置的结构示意图。
[0027]图4是根据本发明的一实施例中，当洋流经过时，发电装置的作动示意图。
[0028]图5是本发明的另一实施例的节点装置与发电装置的结构示意图。
[0029]图6是本发明的再一实施例的节点装置与发电装置的使用状态示意图。
[0030]A工作船T强洋流[0031]C控制指令SI洋流数据
[0032]S2发电电力S3系统数据
[0033]I节点装置11传输线缆
[0034]12流速感测单元13线缆收放单元
[0035]14电动水泵15上喷嘴
[0036]16下喷嘴
[0037]2发电装置2a发电装置
[0038]21第一洋流发电模块211第一旋转轴
[0039]212第一发电单元213第一变速单元
[0040]214第一感应单元215扇叶
[0041]22第二洋流发电模块221第二旋转轴
[0042]222第二发电单元223第二变速单元
[0043]224第二感应单元225扇叶
[0044]3控制装置4可伸延扇叶
[0045]5行李箱`【具体实施方式】
[0046]接着，本发明的实施样态依下列例子详细描述，但不限于此。本发明的上述及其他目的、特征及优点将因以下叙述及后附图式而变得更加清楚。
[0047]本发明的一实施例，请参见图1，是将智能型串连式洋流发电系统与一工作船A搭配使用，该工作船A由海港驶向强洋流T中预定的地点，在强洋流T中下锚后使用。
[0048]本实施例的智能型串连式洋流发电系统包括:一节点装置1、一发电装置2以及一控制装置3，其中节点装置I与发电装置2皆设计为具有中性浮力，其设计方法为该领域中具有通常知识者所熟知，可依节点装置I与发电装置2的材料特性而在节点装置I与发电装置2留有特定的空间而使其相当于水中平均密度，具有中性浮力，各装置的特征及结构请参照图2与图3，并加以详述如下。
[0049]本实施例的节点装置1，该节点装置I包含一传输线缆11与该工作船A、发电装置2及控制装置3电相接，以将洋流数据、发电电力、或系统数据等传送至工作船A，或通过该传输线缆11传送控制装置3的控制指令至该发电装置2。并且，请参考图1，该工作船A通过该传输线缆11可以视发电需要串接复数个节点装置I及设于其上的发电装置2，以调整发电量。
[0050]节点装置I亦包含一流速感测单元12，本实施例中是为流速仪，以感测洋流数据SI (例如:流速)，并将其反馈至控制装置3。
[0051]另外，为使洋流发电器的收放容易且安全，该节点装置I更包含一线缆收放单元13，本实施例中是以一节点房为代表，但不限于此，该线缆收放单元13可容设传输线缆11，并于必要时，例如:遇到安全问题或环境变化(如:气候不佳或遇到漏油污染时)，可以即时卷收或释放该传输线缆11。
[0052]请参图2、图3，该节点装置I更设有一电动水泵14、一上喷嘴15以及一下喷嘴16，该电动水泵14是由该控制装置3驱动，且通过该上喷嘴15以及下喷嘴16向外喷水，以微调节点装置I的位置。即，当上喷嘴15喷水时，节点装置I会下沉，当下喷嘴16喷水时，节点装置I会上升，藉此微调，以俾更有效率的迎向洋流最高流速区。
[0053]本实施例的发电装置2，可为复数个，本实施例以两个成对的发电装置2为例，但发电装置的数目不应局限于此。发电装置2，其是设于该节点装置I并与该传输线缆11电相接，其中每一发电装置2是包含对向连接的第一洋流发电模块21以及第二洋流发电模块22。
[0054]本实施例的第一洋流发电模块21，是包含一第一旋转轴211、一第一发电单元212以及一第一变速单元213。其中该第一发电单元212，其包含有发电机，齿轮，感应元件等(图中未示)以现有市面上可获得者使用即可。
[0055]该第一旋转轴211至少有二片扇叶215，由于该些扇叶对水流有不一样的阻力，可以使第一旋转轴211在水流中转动。该第一旋转轴211的一端与该第一发电单兀212电相接，当第一旋转轴211因水流转动时，通过第一变速单元213使第一发电单元212发电，控制装置则可控制第一变速单元213的齿轮比，据此改变转速。
[0056]另外，第一洋流发电模块21更可包含一第一感应单元214，以感应压力及旋转轴的旋转速度，并通过传输该等数据至该控制装置3。且又第一洋流发电模块21的二端可设有完全相同的衔接接头(图中未示)，衔接接头的选择可采用市面上常见的型号规格即可，以使其可任意地与前述的节点装置I或下述的第二洋流发电模块22相接，增加方便性。
[0057]本实施例的第二洋流发电模块22，是包含一第二旋转轴221、一第二发电单元222以及一第二变速单元223。其中该第二发电单元222其包含有发电机，齿轮，感应元件等(图中未示)，以现有市面上可获得者使用即可。
[0058]该第二旋转轴221至少有二片扇叶225，由于该些扇叶对水流有不一样的阻力，可以使第二旋转轴221在水流中转动。另该第二旋转轴221的一端与该第二发电单元222电相接，且该第二旋转轴221的另一端与该第一旋转轴211的另一端相接，以使第一洋流发电模块21与第二洋流发电模块22以头对头或尾对尾的方式对向连接。当第二旋转轴221因水流转动时，通过第二变速单元223使第二发电单元222发电，控制装置则可控制第二变速单元223的齿轮比，据此改变转速。
[0059]另外，第二洋流发电模块22更可包含一第二感应单元224，以感应压力及旋转轴的旋转速度，并通过传输该等数据至该控制装置3。又第二洋流发电模块22的二端可设有完全相同的衔接接头(图中未示)，衔接接头的选择可采用市面上常见的型号规格即可，以使其可任意地与前述的节点装置I或第一洋流发电模块21相接，增加方便性。
[0060]控制装置3，是设于该工作船A上，通过该传输线缆11与该节点装置I与该发电装置2电相接，藉以接收一洋流数据SI (如:水深压力、流速数据)、一发电电力S2、或一系统数据S3 (如:旋转轴转速或发电量)的任一种或其组合，该控制装置3是能据前述节点装置I测得的洋流数据，发出控制指令C至该节点装置I与该发电装置2，促使该节点装置I及设于其上的发电装置因应该洋流数据而主动地移动至洋流最高流速区，或停留在一特定的水深。
[0061]当洋流经过时，请参见图4的发电装置的作动示意图，当强洋流T经过时，由于第一洋流发电模块21与第二洋流发电模块22是对向连接，且各旋转轴上的扇叶曲度不同，该第一旋转轴211与该第二旋转轴221的转动方向会相反。例如:第一旋转轴211可以顺时钟方向旋转，而第二旋转轴221可以反时钟方向旋转，反之亦然。当二个旋转轴以同等的速度旋转时，在上方与下方洋流的水流平均速将会相同。
[0062]当第一变速单元213与第二变速单元223的变速齿轮比接受控制装置3的控制指令而改变时，例如:以顺时钟方向旋转的第一旋转轴211因第一洋流发电模块21所受的阻力而减低速度，反时钟旋转的第二旋转轴221轴的转速却可以不变。此时位于二旋转轴上方的平均洋流流速，因顺时钟的第一旋转轴211速度减低而减低速度，位于二旋转轴下方的平均洋流流速也会随之减低，但减低的程度不如位于二旋转轴上方的流速。这是因为顺时钟的第一旋转轴211扇叶旋转到旋转轴上方时，对水流有较大的阻力。此时旋转轴上方的平均洋流流速比下方的平均洋流流速慢，根据柏奴理定理(Bernou 11 iPrinciple,Batchelor,G.K.1ntroduction to Fluid Dynamics (Sec.3.5), CambridgeUniversity Press, 2000)，此时旋转轴上方的水压比下方的水压大，此时发电装置2将会下沉。根据同样的原理，如果反时钟的第二旋转轴221转速比顺时的第一旋转轴211转速低，则旋转轴上方的平均洋流流速将会比下方的平均洋流流速快，因此旋转轴下方的水压将会比上方的水压大，此时发电装置2将会在水中上升，如此可以使该节点装置I与该发电装置2停留在洋流中的尖峰速度区，或在一特定的水深，而不需将发电机组以锚具与海床连结，即可即时迎向洋流的尖峰速度区，使发电效力逹到最高峰。
[0063]由于本实施例中包含两个成对的发电装置2，其即可发挥如“机翼”般的功能，通过位于工作船A的母船的电脑可以控制这对“机翼”同时上升或同时下降，或者一上一下，如此节点装置I可以因发电装置2的上升或下沉产生垂直或水平移动。节点装置I上流速感测单元12测得的流速可通过传输线缆11反馈至控制装置3，该控制装置3则可据此处理、运算后发出控制指令，适时驱使节点装置I或发电装置2移动以主动寻找洋流中的尖峰速度区，或可能有停留在一可能迎向尖峰速度区的特定的水深，使发电效率提高。
[0064]另外，请参考图5，是本发明的另一实施例，与前述实施例相较，其是于发电装置2a上新增有可伸延的扇叶4。由于智能型串连式洋流发电系统的尺寸与发电量可以按照特定的洋流来设计。例如:在流速每秒一公尺的洋流中，若用高宽均为两公尺的扇叶，并假设转速每分钟十回，保守的理论计算是每一部洋流发电模块(即第一洋流发电模块21或第二洋流发电模块22)会有一千瓦的发电能量，倘一个节点装置I至少四部洋流发电模块(即有二个发电装置2)便会有四千瓦。因为发电能量与流速平方成正比，若以台湾东岸的黑潮或美洲佛罗理达东岸的湾流中最高流速每秒两公尺来计算，一个节点装置I会有一万六千瓦发电能量。若是把尺度缩小到五公分高十公分宽的扇叶，但是若加上可伸延扇叶4，每一个节点装置I的四部洋流发电模块亦可有近百瓦的发电能量，故可据此可伸延的扇叶4调整应增加其发电量。
[0065]根据前述计算智能型串连式洋流发电系统缩小尺寸后亦可提供相当发电量，据此，本发明另提供一实施例，请参见图6，是将智能型串连式洋流发电系统设计为携带式，而将节点装置I及发电装置2放入行李箱5中，以供小型船只在河流或近海渠道中紧急供电使用。
【权利要求】
1.一种智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述智能型串连式洋流发电系统包含: 一节点装置，所述节点装置包含一传输线缆，以及一流速感测单元以感测洋流数据； 一发电装置，是设于所述节点装置并与所述传输线缆电相接，其中所述发电装置是包含: 一第一洋流发电模块，其是包含一第一旋转轴、一第一发电单元以及一第一变速单元，其中所述第一旋转轴的一端与所述第一发电单元电相接，藉此，当所述第一旋转轴旋转时，通过所述第一变速单元以驱使所述第一发电单元发电；以及 一第二洋流发电模块，其是包含一第二旋转轴、一第二发电单元，以及一第二变速单元，所述第二旋转轴的一端与所述第二发电单元电相接，且所述第二旋转轴的另一端与所述第一旋转轴的另一端相接，藉此，使所述第一洋流发电模块与第二洋流发电模块对向相接，当所述第二旋转轴旋转时，通过所述第二变速单元以驱使所述第二发电单元发电；以及一控制装置，是通过所述传输线缆与所述节点装置与所述发电装置电相接，藉以接收一洋流数据、一发电电力、或一系统数据的任一种或其组合； 其中，所述控制装置是能据所述洋流数据，控制所述第一旋转轴、所述第一变速单元、所述第二旋转轴以及所述第二变速单元，促使所述节点装置与所述发电装置因所述洋流数据而移动。
2.如权利要求1所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述第一洋流发电模块更包含一第一感应单元，以感应水压及旋转轴的旋转速度。
3.如权利要求1所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述第二洋流发电模块更包含一第二感应单元，以感应水压及旋转轴的旋转速度。
4.如权利要求1所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述发电装置是复数个。
5.如权利要求1所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述节点装置更包含一线缆收放单元，其是容设并收放所述传输线缆。
6.如权利要求1所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述节点装置更设有一电动水泵以及至少一喷嘴，所述电动水泵是由所述控制装置驱动，并通过所述至少一喷嘴向外喷水。
7.如权利要求1所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述洋流数据是指一水深数据或一流速数据。
8.如权利要求1所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述系统数据是指一旋转轴转速或发电量。
9.如权利要求1所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述第一旋转轴或所述第二旋转轴有至少一片扇叶。
10.如权利要求1所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述第一旋转轴与第二旋转轴的形状相同。
11.如权利要求1所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述第一旋转轴与第二旋转轴是分别与第一变速单元与第二变速单元相接，且所述第一变速单元及第二变速单元是共用所述第一发电单元或所述第二发电单元。
12.如权利要求1所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述智能型串连式洋流发电系统是用以与一固定式装置或一移动式装置连接。
13.如权利要求12所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述固定式装置为钻油台、观测站或岛礁。
14.如权利要求12所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述移动式装置为于水面或水中能下锚的一移动载具。
15.如权利要求1所述的智能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述智能型串连式洋流发电系统是设计为携带式。
16.如权利要求1所述的智 能型串连式洋流发电系统，其特征是，所述发电装置进一步包含一伸缩式扇叶。
【文档编号】F03B13/00GK103670886SQ201310072373
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年3月7日 优先权日:2012年9月1日
【发明者】宋斦贤 申请人:宋斦贤