相关申请的交叉引用本申请要求于2015年4月24日在韩国知识产权局提出的韩国专利申请No.10-2015-0058264的优先权，该申请的公开内容通过引用全部并入本文中。技术领域一个或多个示例性实施例涉及一种海上浮式发电机，更具体地，涉及一种包括浮在海面上的海水蓄水池并且包括具有水位差的高水箱和低水箱以允许通过使用高水箱和低水箱之间的水位差进行有效发电的海上浮式发电机。
背景技术：
近来，诸如风能、太阳能和潮汐能的能源已经作为新的可再生能源被注意到。这些能源可以用于发电而无惧枯竭。然而，由于以下特性而可能导致能源的使用受限。虽然风力在海上比在陆地上更强，但是难以预测风力何时发生以及风力多强。此外，风力的季节性变化非常大，其持续时间也不连续。太阳能仅在日间提供，并且太阳能的强度也受季节和天气的影响很大。关于潮汐能，虽然在海洋能源中在一定程度上对潮汐能的强度和产生时间的长期预测是可行的，但是潮汐能的强度随时间的变化很大，并且潮汐能达到峰值的时间通过每天延迟50分钟而每天发生变化。如上所述，虽然风能、太阳能和潮汐能作为可再生能源从根本上区别于化石燃料，但是这些能源的强度和产生时间不规律并且它们的持续时间不连续。因此，使用这些能源发电的强度和时间必然不规律，并且发电的持续时间也不连续。虽然使用上述可再生能源进行发电并将电力
存储在蓄电池中以在需要的时间进行使用的方法在理论上是可行的，但是蓄电池的尺寸必须极大并且蓄电池需要定期更换。换言之，由于蓄电池安装和维护的成本过高，进行发电以在期望时间进行使用具有限制。因此，需要一种用于通过使用可再生能源在期望时间产生良好品质电力的新型发电机。[现有技术文献][专利文献]KR2012-0086849
技术实现要素：
一个或多个示例性实施例包括一种海上浮式发电机，所述海上浮式发电机包括浮在海面上的海水蓄水池，并且包括具有水位差的高水箱和低水箱以允许通过使用高水箱和低水箱之间的水位差进行有效发电。其他方面将在以下描述中部分地进行阐述，并且根据说明书，部分将是明确的，或可以通过所呈现的实施例的实践而获知。根据一个或多个示例性实施例，一种海上浮式发电机包括：海上蓄水池，被配置为储存海水并且浮在海面上，其中，所述海水蓄水池包括具有第一水位的低水箱和具有高于第一水位的第二水位的高水箱；进水管，被配置为引导海水经进口部分流至所述低水箱或所述高水箱；连接管，被配置为将所述低水箱和所述高水箱彼此连接；水轮发电机，设置在所述连接管上；以及水位调节器，被配置为将储存在低水箱中的海水排放到高水箱，其中，当高水箱中的海水由于第一水位与第二水位之差而通过所述连接管流入低水箱中时，通过使用所述水轮发电机产生电力。所述高水箱可以相对于所述海水蓄水池的中心而布置在所述低水箱的外部。所述高水箱可以被布置为围绕所述低水箱。所述水轮发电机可以在海水流入所述低水箱时用作发电机，并且用作将海水从所述低水箱排放到所述高水箱的泵，从而用作水位调节器。所述海上浮式发电机还可以包括：位于所述进水管上的第一阀门和第二阀门。可以在第一阀门和第二阀门之间设置过滤器，以滤除异物。可以在所述连接管中在所述高水箱与所述水轮发电机之间设置第三阀门，并且可以在所述连接管中在所述水轮发电机与所述低水箱之间设置第四阀门。可以在所述海水蓄水池之上设置风力发电单元或太阳能发电单元。可以在所述海水蓄水池之下设置潮汐发电单元。所述海水蓄水池的外壁可以由混凝土形成。所述海水蓄水池可以经由系泊缆连接到海底。所述进口部分可以包括狭缝，所述狭缝沿所述进口部分的周长方向彼此间隔开，以使海水流经所述狭缝。海水流经所述狭缝的面积可以大于所述进水管的截面。可以在所述海水蓄水池的侧面上设置护舷木，所述护舷木减轻由于与船舶或漂流结构的碰撞而施加于所述海水蓄水池的影响。所述海水蓄水池的底面的拐角可以是圆滑的(round)。可以在所述海水蓄水池内部设置加固墙，以在结构上加固所述海水蓄水池。所述海上浮式发电机还可以包括浮力稳定室，其中，所述浮力稳定室的内部由钢铁材料形成，所述浮力稳定室的外部由混凝土形成，并且所述浮力稳定室充有空气。所述狭缝的宽度可以从外到内减小。附图说明通过以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得明确并且更容易理解，在附图中：图1是根据本发明构思的示例性实施例的海上浮式发电机的示意图；图2是图1的海上浮式发电机的平面图；图3是根据本发明构思的示例性实施例的海上浮式发电机的截面图；图4是包括在图2所示的海上浮式发电机中的进口部分的摘录视图；图5是沿线A-A切割的图4的进口部分的截面图；图6至图8示出了系泊缆(mooringrope)的安装示例；图9和图10是包括护舷木(fenderbeam)的海上浮式发电机的示意图；图11示出了当海水蓄水池被拖动时发生的流动分离；图12示出了当流动分离减小时的海上浮式发电机；图13是海水蓄水池内部的加固墙的示意图；图14是浮力稳定室的示意图；图15示出了根据另一示例性实施例的进口部分的截面图和前视图；以及图16示出了根据另一示例性实施例的进口部分的截面图和前视图。具体实施方式现在详细参照实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记是指类似的元件。在这点上，呈现的实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，以下仅通过参考附图描述示例性实施例以说明本说明书的一些方面。在要素列表后面的例如“...中的至少一个”等表述修饰整个要素列表但不修饰列表中的单独要素。将参照附图更全面地描述本发明构思的优点和特征以及实现这些优点和特征的方法，在附图中示出了本发明构思的示例性实施例。然而，本发明构思可以通过多种不同形式来实施，并且不应当被解释为受限于本文中所阐述的实施例；相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明构思的观念充分传达给本领域的普通技术人员。贯穿说明书，类似的附图标记表示类似的元件。同时，本文中所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例的目的，而不是意在限制示例性实施例。如本文中使用的，单数形式“一个(a或者an)”和“所述(the)”意图还包括复数形式，除非上下文明确地另外指示。还将理解的是，在本文中使用的措词“包括”和/或“包含”表明存在所述的组件，但是不排除存在或添加一个或多个其它组件。除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与示例性实施例所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含
义。图1是根据本发明构思的示例性实施例的海上浮式发电机的示意图。图2是图1的海上浮式发电机的平面图。图3是根据本发明构思的示例性实施例的海上浮式发电机的截面图。图4是包括在图2所示的海上浮式发电机中的进口部分的摘录视图。图5是沿线A-A切割的图4的进口部分的截面图。图6至图8示出了系泊缆(mooringrope)的安装示例。图9和图10是包括护舷木(fenderbeam)的海上浮式发电机的示意图。图11示出了当海水蓄水池被拖动时发生的流动分离。图12示出了当流动分离减小时的海上浮式发电机。图13是海水蓄水池内部的加固墙的示意图。图14是浮力稳定室的示意图。图15示出了根据另一示例性实施例的进口部分的截面图和前视图。图16示出了根据另一示例性实施例的进口部分的截面图和前视图。如图1中所示，根据本发明构思的示例性实施例的海上浮式发电机包括海水蓄水池10、进水管20、连接管60、水轮发电机30和水位调节器。海水蓄水池10储存海水并浮在海面上。海水蓄水池10包括低水箱11和高水箱12。低水箱11具有第一水位，高水箱12具有第二水位，其中，第二水位高于第一水位。海水蓄水池10被设置为通过使用低水箱11与高水箱12之间的水位差产生电力。根据本示例性实施例，高水箱12相对于低水箱11布置在低水箱11的外部。如图2中所示，高水箱12可以被布置为围绕低水箱11。当在海水蓄水池10中设置低水箱11和高水箱12二者时，为了防止海水蓄水池10相对于海面倾斜，可以将一个水箱放置在该结构的中心，并且可以将另一个水箱放置在该结构的外部。具体地，通过在低水箱11的外部具有高水箱12来增大转动惯量，可以减小海水蓄水池10的摇晃(rolling)(当从结构的前侧查看时结构的左部分和右部分的竖直运动)或海水蓄水池10的俯仰(pitching)(当从侧面查看时结构的前部分和后部分的竖直运动)。详细地，物体的转动惯量随着物体的质量分布远离对象的旋转轴而增大。转动惯量越大，旋转物体需要的能量越多。因此，通过在低水箱
11的外部具有高水箱12来增大转动惯量，可以减小由于波或风引起的海水蓄水池10所产生的摇晃或俯仰。根据本示例性实施例，海水蓄水池10的外壁由混凝土形成。更加优选地，为了防止由于张力导致的混凝土裂缝，海水蓄水池10的外壁可以通过安装插入混凝土墙体中的筋(Tendon)而由预应力混凝土(PC)形成，其中，预应力混凝土(PC)通过在外壁的混凝土部分保持恒定压缩力来防止裂缝。另外，通过使用混凝土结构制造海水蓄水池10在维护方面具有优势。由于海水流进和流出海水蓄水池10，因此需要防止海水蓄水池10受腐蚀。如果海水蓄水池10由钢铁材料形成，则海水蓄水池10的外壁和内部必须定期涂覆保护涂层以防止腐蚀，并且如果结构尺寸大，则不可能将该结构拖拉到陆地上。因此，根据本发明构思的示例性实施例的由混凝土形成的海水蓄水池10不需要保护涂层，从而增加了其使用时间段且易于维护。此外，通过使用混凝土结构形成海水蓄水池10，将该结构的长自然周期振荡设置为使得海水蓄水池10稳定地浮在海面上。详细地，在海面上流动的浮力结构不仅必须忍受波力(wavepower)，而且防止由于波引起的共振。如果浮力结构发生了共振，则浮力结构的垂直移动的幅度突然增大，使得在系泊缆110上作用的张力也突然增大，从而导致系泊缆110与浮力结构之间的混凝土部分损坏或者导致系泊缆110与海底120分离。当浮力结构的质量增加时，浮力结构的共振周期增大，因此，由混凝土形成的海水蓄水池10可以比由钢铁材料形成的海水蓄水池具有更长的自然周期振荡。另外，如图2中所示，海水蓄水池10包括机房，机房容纳进水管20和水轮发电机30等，并且可以通过入口通道200进入机房。例如，运送人或货物的运送设备(诸如升降机)安装在入口通道200中。另外，如图1中所示，通气孔13和14分别安装在低水箱11和高水箱12中，大气压可以分别通过通气孔13和14作用于低水箱11和高水箱12。进水管20引导海水经进口部分140流入低水箱11或高水箱12。根据本示例性实施例，进水管20允许海水流入低水箱11。然而，进水管
20还可以被设计为允许海水流入高水箱12，流入高水箱12的海水可以通过连接管60流入低水箱11。进口部分140是海水从外部流经的部分，并根据本示例性实施例布置在海水蓄水池10的侧下端。根据本示例性实施例，进口部分140如图3和图4中所示从海水蓄水池10突起。另外，沿周长彼此间隔开的狭缝141形成在进口部分140中。如图5中所示，狭缝141可以具有从其外侧朝内侧减小的宽度。海水流经狭缝141的面积大于进水管20的截面。也就是，狭缝141的最外宽度的总面积大于进水管20的截面。可选地，进口部分140还可以不从海水蓄水池10的外壁突起。详细地，图15A是根据另一示例性实施例的进口部分140的截面图，图15B是图15A的进口部分140的前视图。如图15A中所示，进口部分140可以不从海水蓄水池10的外壁突起，而可以被形成为使得多个狭缝141如图15B所示形成，从而海水可以从中流过。另外，进口部分140可以以不同于图4所示的方式从海水蓄水池10的外壁突起。详细地，图16A是根据另一示例性实施例的进口部分140的截面图，图16B是图16A的进口部分140的前视图。如图16A中所示，进口部分140可以从海水蓄水池10的外壁沿径向突起和延伸，并且可以在其中形成多个狭缝141，如图16B中所示，从而海水可以从中流过。连接管60将低水箱11和高水箱12彼此连接。当海水经连接管60从高水箱12流到低水箱11时，产生电力，并且当海水从低水箱11流到高水箱12时，将低水箱11的海水排放到高水箱12，以产生水位差。也就是，海水可以沿两个方向流经连接管60。根据本示例性实施例，水轮发电机30、第三阀门150和第四阀门210设置在连接管60上。第三阀门150设置在高水箱12与水轮发电机30之间。第四阀门210设置在水轮发电机30与低水箱11之间。设置水轮发电机30以基于水位差产生水力，并且水轮发电机30设置在连接管60上。水轮发电机30的结构在本领域中公知，因此省略其详细描述。设置水位调节器以将储存在低水箱11中的海水排放到高水箱12。根据本示例性实施例，通过使用水轮发电机30执行水位调节器的功能。根据本示例性实施例的水轮发电机30在海水从高水箱12流到低水箱11时用作发电机，并且用作泵以将海水从低水箱11排放到高水箱12。因此，水轮发电机30是所谓的可逆水轮发电机，执行发电机和泵二者的功能。可选地，还可以使用附加泵执行水位调节功能。根据上述结构，产生了第一水位与第二水位之间的水位差，并且当海水经连接管60从高水箱12流到低水箱11时，通过使用水轮发电机30产生电力。第一阀门40和第二阀门50设置在进水管20上。滤除异物的过滤器(screen)100设置在第一阀门40和第二阀门50之间。第一阀门40和第二阀门50仅在向海水蓄水池10填充或补充海水时打开。如图3中所示，为了产生海水蓄水池10的高水箱12和低水箱11之间的水位差，第一阀门40和第二阀门50关闭，并且通过使用水位调节器将低水箱11的海水泵送到高水箱12。这里，第三阀门150和第四阀门120打开。使用稍后将描述的风力发电单元、太阳能发电单元和潮汐发电单元中的至少一个发电单元所产生的电力或者从陆地获得的电力可以被用作通过使用水轮发电机30将海水从低水箱11泵送到高水箱12的电力。根据本示例性实施例，水轮发电机30用作泵，并且在海水蓄水池10中容纳的海水的总量在泵送海水期间不改变。因此，海水蓄水池10既不从海面上升也不从海面下降，由此，还可以在浅深度使用海上浮式发电机。在形成用于发电的就绪状态之后(在所述就绪状态中，按如上所述，高水箱12比低水箱11处于更高水位)，第三阀门150和第四阀门210关闭。接着，在所需时间，例如，当电力需求快速增加时，第三阀门150和第四阀门210打开，使得海水从高水箱12自然地流到低水箱11，并且这里通过使用水轮发电机30产生电力。包括水轮发电机30的发电单元连接到设置在海水蓄水池10上的主变压器190，主变压器190通过海底电缆180连接到岸上的变电站，从
而将产生的电力传输到变电站。海底电缆180包括通信线、电力传输线以及用于驱动发电站中的内部元件并从陆地获得的电力的线。当检查过滤器100时，第一阀门40和第二阀门50关闭，当检查或修复水轮发电机30时，第三阀门150和第四阀门210关闭。海水蓄水池10经由系泊缆110连接到海底120。图6至图8示出了以各种方式连接到海水蓄水池10的系泊缆110。图6示出了将海水蓄水池10的上部连接到海底120的系泊缆110的示例。图7示出了系泊缆110的端部牢牢固定于海底120的示例。图8示出了系泊缆110紧密地布置于海水蓄水池10的外壁以向下延伸的示例。可以以各种方式安装系泊缆110。参照图3，根据本发明构思的本示例性实施例的海上浮式发电机包括风力发电单元70、太阳能发电单元80和潮汐发电单元90。风力发电单元70或太阳能发电单元80可以设置在海水蓄水池10之上，潮汐发电单元90可以设置在海水蓄水池10之下。可以选择性地安装风力发电单元70、太阳能发电单元80和潮汐发电单元90，或者可以安装它们全部。风力发电单元70、太阳能发电单元80和潮汐发电单元90在本领域是公知的，因此省略其描述。风力发电单元70、太阳能发电单元80和潮汐发电单元90将产生的电力传输到陆地，使得电力可以被使用，此外，所述电力还可以被用作用于驱动发电厂的内部元件的电力以将海水蓄水池10的海水从低水箱11泵送到高水箱12，从而设置用于水力发电的就绪状态。另外，根据本示例性实施例，海上浮式发电机包括护舷木170、圆滑部分15、浮力稳定室220和加固墙16。设置护舷木170以减轻与船舶或其他漂流结构的碰撞。如图9和图10中所示，根据本示例性实施例，沿海水蓄水池10的侧围设置护舷木170。系泊缆110在护舷木170之间向下延伸。另外，根据本示例性实施例的海水蓄水池10在其底面的每个边缘包括圆滑部分15，以去除流动分离。根据本发明构思的海上浮式发电机可以被拖拉到长距离海上或外国。在这种情况下，应减小影响拖力和拖速的阻力。阻力增大是因为如
图11中所示由于在海水蓄水池10的底面的拐角处形成的流动分离而导致形成了负压力。因此，如图12中所示，由于海水蓄水池10的底面的拐角是圆滑的，可以去除流动分离，从而最小化拖拉期间的阻力。设置加固墙16以提高海水蓄水池10的结构稳定性。当海上浮式发电机具有非常大的宽度、长度和高度时使用海水蓄水池10，由此，在海水蓄水池10中安装多个加固墙16以提供海水蓄水池10的结构稳定性。当参考图13时以晶格形式按均匀间隔布置加固墙16，但是这是示例性的，可以通过各种方式修改加固墙16的布置，只要易于提供海水蓄水池10的结构加强和其中海水的循环。设置浮力稳定室220以防止海水蓄水池10下沉。浮力稳定室220的内部由钢铁材料形成，浮力稳定室220的外部由混凝土形成，并且浮力稳定室220充有空气。如图14中所示，根据本示例性实施例，浮力稳定室220设置在海水蓄水池10之上。可以通过使用混合混凝土施工方法制造浮力稳定室220，在所述混合混凝土施工方法中，放置钢板使得保持水密性，然后在钢板的外周上沉积混凝土。浮力稳定室220充有空气。浮力稳定室220可以布置在恒定地保持在低水位的低水箱11之上。然而，浮力稳定室220的位置不限于以上。例如，浮力稳定室220可以容纳在海水蓄水池10内部并且布置在海水蓄水池10中充满的海水的水位以上，或者可以布置在海水蓄水池10的侧壁上。如上所述，根据本发明构思的海上浮式发电机，将海水蓄水池10划分成低水箱11和高水箱12，并且通过使用低水箱11与高水箱12之间的水位差来产生电力。因此，可以准确地预测产生电力的时间、要产生的电力的量以及发电的持续时间，从而产生优质电力。另外，由于海水在高水箱12和低水箱11之间循环，因此在海水蓄水池10中容纳的海水的总量不变，从而海水蓄水池10从海面的上升和下降被最小化。因此，可以在浅水深度使用所述海上浮式发电机。由于海水蓄水池10浮在海面上，在海上产生新的空间。因此，作为替代，在难以在陆地上安装发电机的情况下，可以使用根据本发明构思的海上浮式发电机。此外，可以在易于制造发电机的位置制造海上浮
式发电机，然后，拖拉海上浮式发电机，由此可以将海上浮式发电机运输长距离，例如，运输到外国。另外，与固定在海底120上的结构相比，海水蓄水池10不扰乱潮流或海水的循环，因此，海水蓄水池10是环境友好的，并且不导致海底的沉积或侵蚀，由此不导致地理改变。固定结构在水的更深深度处消耗更多的材料和设备，而海水蓄水池10是浮式的，因此不管水深变化如何而被安装，从而在建造成本方面是符合成本效益的。可以在陆地上或者在柱水区域中制造海水蓄水池10，然后在浮动状态下运输海水蓄水池10，并将其停驻在特定地点上。因此，与固定型结构相比，海水蓄水池10的制造受海洋天气(诸如台风或飓风)影响较小，由此建造得更快。另外，海水蓄水池10可被拖动长距离，因此海水蓄水池10是高度移动的并且还容易地应用于潮汐的退潮与流动之间的差较大的海域。另外，根据本发明构思的海上浮式发电机通过一起使用诸如风能、太阳能和潮汐能的可再生能源来产生电力，因此，可以将变化很大的可再生能源转换成均匀输出的电力。也就是，可以将通过驱动风力发电单元70、太阳能发电单元80和潮汐发电单元90所产生的电力传输到陆地使用，或者可以将所述电力用作用于驱动发电厂的内部元件的电力，以将所述电力用作将低水箱11的海水泵送到高水箱12的电力，从而建立电力就绪状态，并且当电力需求突然增大时或者如果想要电力，则可以通过水力发电产生电力。另外，由于通过使用高水箱12与低水箱11之间的水位差产生电力，因此可以密集地产生具有均匀输出的优质电力。根据本发明构思的海上浮式发电机，将海水蓄水池划分成高水箱和低水箱，并通过使用高水箱与低水箱之间的水位差来产生电力，从而在期望时间提供优质电力，并且可以准确地预测何时产生电力、产生多少电力以及产生多长时间的电力。另外，风力发电单元或太阳能发电单元设置在海水蓄水池之上，潮汐发电单元可以设置在海水蓄水池之下，从而将使用发电单元产生的电力传输到陆地，或者将所述电力用作用于驱动发电厂的内部元件以产生
高水箱与低水箱之间的水位差的电力，从而密集地产生优质电力并将电力供应到陆地。应当理解的是，应当仅在描述的意义下而不是针对限制的目的来考虑本文中描述的示例性实施例。每个示例性实施例中特征或方面的描述应当典型地被看作是可用于其他示例性实施例中的其他类似特征或方面。尽管已参照附图描述了一个或多个示例性实施例，但是本领域普通技术人员将理解：在不脱离由所附权利要求限定的本发明构思的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种修改。