专利名称：用于利用风能和水能俘获装置的网格发电的系统和方法
用于利用风能和水能俘获装置的网格发电的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2009年3月9日向美国专利商标局提交的发明名称为“用于利用风能和水能俘获装置的网格发电的系统和方法”的美国临时专利申请61/202，522的优先权，其公开内容全部结合在此，作为参考。本申请参照(i) 2009年2月4日向美国专利商标局提交的发明名称为“折叠叶片涡轮机”的美国临时专利申请61/202，189、(ii)2009年8月21日向美国专利商标局提交的发明名称为“折叠叶片涡轮机”的美国专利申请12/461,716、(iii)2008年11月24日向美国专利商标局提交的发明名称为“具有受保护涡轮机的柱状结构”的美国临时专利申请61/193，395以及(iv) 2009年8月21日向美国专利商标局提交的发明名称为“具有受保护涡轮机的柱状结构”的美国专利申请12/461，714，它们的公开内容全部结合在此，作为参考。关于联邦倡导的研究或研发的陈述无加入共同研究协议的合作方的名字无
背景技术：
截至2009年3月，没有波浪能设施为任何美国公用事业公司发电提供常规服务。 根据Pelamis Wave Power Ltd.的网站，组成Agucadoura波浪发电场(远离葡萄牙的北部海岸)的多个Pelamis单元构成世界上第一个、多单元波浪发电场并且还形成用于波浪能转换器的第一个商业订单。在美国，没有海上风发电场处于商业运作中。据估计，大约600MW 的海上风能容量已经在全球范围内，主要是在欧洲安装在小于30米深的水中。
发明内容
公开了用于从风和表面水波浪两者获得能量的集成风/波浪能俘获系统。第一实施方式使用通过结构部件的格子保持在大致相对位置的集成风/波浪能俘获装置的网格。 每个集成风/波浪能俘获装置包括风能俘获装置和波浪能俘获装置二者。替代性实施方式使用基本风能俘获装置和波浪能俘获装置的网格。网格抵抗压缩和扩展以保持波浪能俘获装置的大致间隔同时仍允许一些运动。多个风/波浪能俘获系统可以部署在较大的风/波浪发电场中。波浪能俘获装置上的发电机周期性且异相地发电。电收集和分配系统以使变化平稳的方式使周期性电力结合。来自波浪能俘获装置的电力还与来自风能俘获装置的电力结
I=I O
将参照下列附图，该下列附图示出了如由发明人设想的本发明的优选实施方式。
图1示出了风/波浪能俘获装置的系统。
图2示出了适于在图1的系统中使用的风/波浪能俘获装置。图3示出了示例性波浪能俘获装置的浮动件的细节。图4示出了用于波浪能俘获装置的动力输出件的细节。图5是图4的波浪能俘获装置的壳体26中的动力输出件的替代性、剖切透视图。图6示出了用于集成风/波浪能俘获装置的网格的结构部件的细节。图7a示出了具有单个风能俘获装置和波浪能俘获装置的水下互连件的集成风/ 波浪能俘获装置的网格的替代性实施方式。图7b示出了将图7a的实施方式中的结构部件72附接于浮动件12的细节。轴环 73缠绕在浮动件27周围，并且刚性地附接于浮动件27。轴环73包括结构部件72枢转地安装到类似于拉杆的销(未示出)的站点74。图8示出了使用水下的结构部件的格子的用于俘获风和波浪的系统的网格的替代性实施方式。图9示出了带有波浪能收集装置的扩展网格的风/波浪能收集系统。图10示出了由五个图9的风/波浪能收集系统组成的风/波浪能园区。图11示出了由五个风能俘获装置和两个波浪能俘获系统组成的替代性风/波浪能园区。图12是用于图9和10中示出类型的风/波浪能俘获系统的电源电路的电互连的示意图。图13示出了适于在图2的风/波浪能俘获装置中使用的替代性波浪能俘获装置。图14示出了图13的波浪能俘获装置的浮动组件的细节。图15示出了图14的支架的细节。图16是用于图10中示出类型的风/波浪能俘获系统的电源电路的电互连的示意图。
具体实施例方式图1示出了风/波浪能俘获装置14的系统10。系统10由结构部件12的网格组成，结构部件12的网格保持风/波浪能俘获装置14相对于彼此的位置。结构部件12的优选网格在大致水平的平面中，即，平行于水面，将风/波浪能俘获装置14放置在六边形的顶点和六边形的中心点处。六边形格子是优选的，但是可以使用其它的几何布置。风/波浪能俘获装置14通过轴环16机械地连接于结构部件12的网格。为示意的简单性，图1示出了两个六边形(包括一条共同的边)的网格和四个风/波浪能俘获装置，但是本发明不限于该具体示例。网格可以较大，带有10个或者多于100个风/波浪能俘获装置14。风/波浪能俘获装置14可以安置在所有或部分网格顶点和中心点处。在下面将进一步讨论风/ 波浪能俘获装置14的细节。结构部件12的网格通过系泊线15或其它的附接件优选地联接于主浮标17，主浮标17又通过链条19或其它的耐久附接件连接于耐久海底锚具(未示出)。可替代地，网格可以直接系泊于耐久海底锚具。当使用主浮标17时，可以使网格能够在主导风的影响下锚固地顺风倾斜或摆动。
图2示出了适于在图1的系统10中使用的风/波浪能俘获装置20。风/波浪能俘获装置20包括浮式桅杆24、风能俘获装置23以及波浪能俘获装置22。风/波浪能俘获装置20可以包括另外的构件，诸如用于电气设备、出入口、电气照明设备等的隔室之类，为了说明的清楚性，它们未被示出。优选桅杆24是大致圆柱形的结构，其具有的位移足以通过浮力支承下列重量⑴其自身重量；(ii)风能俘获装置23的重量；(iii)波浪能俘获装置22的重量；(iv)连接网格结构部件(例如，图1，项目12)的重量的一部分；以及(ν)另外的设备和诸如电缆设备、照明设备、通讯设备以及控制设备等之类的其它附件的重量。桅杆24内的质量分布将更多的质量放置在底端处(远离波浪能俘获装置25)，以将集成风/波浪能俘获装置20的质量重心定位在桅杆24的浮力中心下方。可以通过将镇重物添加于桅杆24的基部来获得这样一种质量分布。这样，集成风/波浪能俘获装置20 自然地使其自身在水中与被至少部分地淹没的桅杆24、以水位线为中心的波浪能俘获装置 22的笼部25以及升高在空中的风能俘获装置23竖直地对齐。镇重物可以为石头、铅、水、 金属链条或其它合适的密致材料。可以通过改变桅杆24在沿着其长度的不同点处的位移来修改浮力分布。例如，充气轴环21可以设置在桅杆24的顶部处或在顶部附近，以使浮力中心移动更靠近水面。波浪能俘获装置22包括浮动件27，浮动件27在表面波浪的上升和下降作用下沿着四个导轨28自由地向上和向下移动。导轨28象征性地形成矩形笼25。两个齿条29安装于浮动件27的顶部，并且与浮动件27 —起上升和下降。齿条29沿着风/波浪能俘获装置20的轴线从浮动件27向上延伸到包含电力输出件(未示出)的壳体26内。齿条足够长以致在浮动件27的整个行程中，齿条29保持与电力输出件连续接合。图3示出了图2的波浪能俘获装置22的浮动件27的细节。导轨具有小于浮动件 27的直径的分开距离并且通过通道31穿透浮动件。浮动件27在四对惰轮30上支撑在导轨28上导轨28中的每一个使用一对滚轮30。图4和5是图2的波浪能俘获装置22的壳体26中的动力输出件的左剖切透视图和右剖切透视图。齿条29a，29b穿过壳体26的底板40，在其中，它们接合小齿轮41a，41b。 小齿轮41a，41b通过嵌入式联轴器46a，46b连接于发电机的转子43的驱动轴42。驱动轴轴承47a，47b安装于壳体26。嵌入式联轴器46a，46b仅在一个方向上传递旋转动力。嵌入式联轴器46a，46b以互补的方式布置成使得一个(例如，嵌入式联轴器46a)在浮动件27的上升行程中接合，并且另一个(例如，图5中的嵌入式联轴器46b)在下降行程中接合。当浮动件27在其行程的上升阶段中向上移动时，第一嵌入式联轴器接合转子43并且使转子 43旋转。当浮动件27在其行程的下降阶段中向下移动时，第一嵌入式联轴器脱离，并且第二嵌入式联轴器接合。这样，浮动件27在行程的上升阶段和下降阶段中将动力传递至转子 43，并且转子43在整个上升和下降阶段中在相同的方向上转动。在图4和5中示出的实施方式中，发电机的定子45通过托架45固定地安装于壳体40。壳体40又固定地安装于桅杆 24。发电机构件应当被密封防止盐和湿气被带到齿条29a，29b上的壳体内或以其它方式渗透壳体。图5是图4的波浪能俘获装置的壳体26中的动力输出件的替代性、剖切透视图。 该图示出了第二齿条29b的齿、第二小齿轮41b以及第二嵌入式联轴器46b，它们在图4中不能完全可见。浮动件相对于壳体26的差速运动转化成发电机的转子43和定子44的差速转动。 如可以在图1中看到的，桅杆24在水面下方相对较深地延伸并且在普通波浪的作用下相对较小地上升和下降(即，对安装场所而言，统计上常见的波浪高度和波浪周期的遇到的波浪)。桅杆24为风能俘获装置23和波浪能俘获装置22提供基准平台。如可以在图2中看到的，导轨28、壳体26、轴承47a，47b、小齿轮41a，41b以及定子44直接或间接地安装于桅杆24并且形成基准平台的部分。浮动件27和带齿的驱动齿条29a，29b相对于基准平台的小齿轮41a，41b上升和下降并且使发电机的转子43相对于定子44转动。图13示出了适于在如图2所示的风/波浪能俘获装置中使用的替代性波浪能俘获装置130。图13的波浪能俘获装置130将基本上取代图2的波浪能俘获装置22。优选地，发电机组件141的壳体的顶部连接(直接或间接地)到诸如图2的风能俘获装置23之类的风能俘获装置的基部。发电机组件141的壳体的底部优选地连接(直接或间接地)于轴143，轴143可以集成到诸如图2的浮式桅杆24之类的基准结构或连接于该基准结构。 虽然波浪能俘获装置130可以作为集成风/波浪能俘获装置的部分用作多个风/波浪能俘获装置的系统的部分，但是可以在没有附接的风能俘获装置的情况下使用波浪能俘获装置 130，并且可以在没有其它的波浪能俘获装置的情况下单独地使用波浪能俘获装置130。在图13的波浪能俘获装置130中，具有浮动件132和支架133的浮式浮动组件131 在波浪的作用下在轴143上上下驶过。浮动组件131通过一或更多个链条或缆线将动力传递至发电机组件141。更具体地，第一链条或缆线145a在第一端处紧固于浮动组件131。 第一链条或缆线145a经过发电机组件141的嵌入式联轴器147a，穿过浮动组件131，经过在浮动组件131下方安装于轴143的从动链轮或滑轮148a，返回至浮动组件131并且又在第二端处紧固于浮动组件131。类似地，第二链条或缆线145b在第一端处紧固于浮动组件 131，经过发电机组件141的嵌入式联轴器147b，经过在浮动组件131下方安装于轴143的从动链轮或滑轮148b，并且又在第二端处紧固于浮动组件131。波浪能俘获装置130的操作原理与图4的嵌入式联轴器46a，46b、齿条29a，29b以及小齿轮41a，41b的操作原理相似。在水波浪的上升阶段中，浮动组件131在浮力作用下上升，其使链条或缆线145a，145b绕着发电机组件141的嵌入式联轴器147a，147b并且绕着从动链轮或滑轮148a，148b在第一方向上运行。在水波浪的下降阶段中，浮动组件131在重力的作用下下降，其使链条或缆线145a，145b在与第一方向相反的第二方向上运行。发电机组件141的嵌入式联轴器147a，147b安置成互补配置，使得它们中的一个在上升波浪阶段中将动力传递至发电机，而另一个在下降波浪阶段中传递动力。这样，发电机总是被提供动力在相同的方向上转动而不会反转。可以通过单个链条或缆线和单个嵌入式联轴器为发电机提供动力，在该情况下，优选的是，在水波浪的上升阶段给发电机提供动力。波浪能俘获装置130优选地包括安置用于防止浮动组件131的过度行进的冲击弹簧149a，149b和止挡环144a，144b，以便防止浮动组件131在极限波浪位移期间碰撞发电机组件141或从动链轮或滑轮148a，148b。第一止挡环144a在浮动组件131和发电机组件141之间围绕轴143周向安装。第二止挡环144b在浮动组件131和从动链轮或滑轮148a， 148b之间围绕轴143周向安装。第一冲击弹簧149a形成浮动组件131的顶部，而第二冲击弹簧149b形成浮动组件131的底部。冲击弹簧149a，149b安置成与浮动组件131 —起上下行进并且吸收在达到最大上位移或最大下位移时与止挡环144a，144b的冲击。图14示出了图13的波浪能俘获装置130的浮动组件131的细节。图14的视图省略了浮动件132和其它的元件，以更好地示出某些细节，但是应当理解，浮动件132附接于浮动组件131。支架133包括四个托架，该四个托架中的第一托架153在图14中最明显可见。(在图15中示出其它的托架153。)每个托架153通过一对滚子154连接于两个相邻的托架 (在图15中示出)。滚子154安置成以较低的摩擦沿着轴143上下滚动。轴143优选地具有八边形横截面，使得每对滚子154沿着平整表面行进。第一对锚定器155a连接于第一托架153，而第二对锚定器155b连接于第二托架(未示出)。这些锚定器155a，155b形成用于链条或缆材145a，145b的固定附接件。图14还示出了通过支架端板156a，156b安装于托架153的冲击弹簧149a，149b。 每个冲击弹簧149a，149b在第一端连接于支架端板156a，156b，并且在第二端连接于自由端板157a，157b。一个或两个自由端板157a，157b可以可选择地包括刷子159，刷子159移动处于与轴143滑动接触中，以阻止和/或移除可能干扰支架133的运动的海藻和其它污垢。浮动件132可例如包括四个大致中空的楔形区段，其中，每个区段通过安装孔158 或其它装置附接于四个托架153中的一个。每个区段可以在圆周上包括可密封孔口，以致得以通过区段内部接近紧固点，以便装配和维护。图15示出了图13的支架133的细节。图15的视图省略了轴143、冲击弹簧149a， 149b以及其它元件，以更好地示出托架153、滚子154、锚定器155a，155b以及链条或缆线 145a, 145b的细节。在该视图中，可以更好地看到链条或缆线145a在第一端附接于支架133 的上锚定器155a。链条或缆线145a，145b向上经过视图并且在视图外部到诸如嵌入式联轴器(图13，项目147a)之类的发电机组件的上构件，然后从上方返回到视图中。相同的链条或缆线145a向下经过视图并且在视图外部到从动链轮或滑轮(图13，项目148a)，然后从下方向后返回到视图中以附接于下锚定器155a。可以使用用于使链条或滑轮锚定的其它配置。在该视图中，还可以看到滚子154的优选布置。托架153和滚子154形成八边形的八个边，该八边形补充轴(图14，项目143)的八边形横截面。滚子154沿着八边形的四个边行进，而托架153在其它的四个边外部行进且优选地没有接触。虽然图4-5和图13-15示出了使用旋转发电机和嵌入式联轴器的波浪能俘获装置，但是可以使用其它的动力输出装置。例如，来自风能俘获装置的机械动力还可以通过驱动轴传递至壳体并且联接成使定子44在与转子43的方向相反的方向上旋转。另一个替代性方案是线性发电机，该线性发动机由线性运动而不是旋转运动产生电。在发电机的技术中已知反转发电机和线性发电机。图2中示出的风能俘获装置23可以为(a)诸如在2009年2月4日向美国专利商标局提交的发明名称为“折叠叶片涡轮机”的共同待决的美国临时专利申请61/202，189中描述的水平轴线风力涡轮机，(b)诸如在2008年11月24日向美国专利商标局提交的发明名称为“具有受保护涡轮机的柱状结构”的共同待决的美国临时专利申请61/193，395中描述的竖直轴线风力涡轮机装置以及/或(c)另外的风力涡轮机。图1中的风力涡轮机示出为相同的设计，但本发明不被如此限定，并且可以在相同的发电场配置中使用不同的设计。结构部件12的网格允许风/波浪能俘获装置14的有限横向运动，而同时保持大致相对隔开。风施加推力载荷，如果不限制的话，该推力载荷趋向于使风/波浪能俘获装置侧倾(即，相对于竖直方向成角度倾斜)和漂移。波浪施加趋向于使浮动件27在垂直于水面的平面中以圆周运动的方式移动的力。波浪还施加趋向于使桅杆在垂直于水面的平面中以圆周运动的方式移动的力，但是因为桅杆在水下方较深地延伸，所以该效果基本上较小。 波浪还可以施加平行于水面的推力。轴环16(图1)使风/波浪能俘获装置14以下述方式附接于结构部件12，即，该方式使每个风/波浪能俘获装置14能够在风力和波浪力的作用下侧倾而只要不平移得与其它的结构碰撞。当使用具有处于其吊舱下游的其叶片的风力涡轮机时，风还可以绕着风能俘获装置22的中心轴线将扭矩施加于风能俘获装置22。如果风能俘获装置不提供其自身的摇摆能力，则轴环16还可以使每个风/波浪能俘获装置能够响应于风扭矩在适当的位置转动，这有时被称为“摇摆”或“风标作用”。图1示出了联接于风/波浪能俘获装置14的基部处的轴环16的结构部件12的网格。结构部件12的网格可以可替代地在其它的点处连接于风/波浪能俘获装置14。特别地，理想的连接点为(1)风/波浪能俘获装置的转动的自然中心，其使因侧倾的结构部件12上的应力减小并且可以使结构部件12能够在长度方向上固定、(2)小于大约100英尺的深度，其使携带水中呼吸器的潜水员能够安装、维护以及检查而无需专用的潜水机构， 以及(3)在水面处，其允许由水面船舶进行安装、维护及检查。图6示出了用于根据本发明的各种实施方式的集成风/波浪能俘获装置的网格的示例性结构部件60的细节。结构部件60包括部分在配对缸62内且部分在配对缸62外延伸的活塞61。螺旋弹簧63围绕活塞的外部安装，其通过固定于活塞61的第一轴环64a和第二轴环64b或固定于缸62的其它位置保持止挡件保持在适当的位置。活塞61和缸62 的远端65a，65b提供枢转连接点，用于到风/波浪能俘获装置的连接。波浪作用趋向于使波浪能俘获装置的浮动件以竖直定向的圆周运动的方式移动。 活塞61可以更深地滑动到缸62内或从缸62更远地退出，以适合有限量的这种圆周运动。 弹簧63提供恢复力，以防止诸如将容许波浪能俘获装置的碰撞之类的过度运动。结构部件可以可替代地是不可压缩的并且仅允许转动。通过反向压缩同时允许一些有限的表面运动，结构部件60保持期望的平均间隔距离并且使最大结构应力减小，其又降低成本并且使整个系统的生存性和耐用性提高。图7a示出了风/波浪能俘获装置的系统的替代性实施方式。该实施方式包括基本风能俘获装置70和通过结构部件72互连的波浪能俘获装置73的网格。结构部件72可以将波浪能俘获装置73安置在六边图案的顶点处，其中，另外的波浪能俘获装置位于六边形的中心点处。为了说明的简单性，波浪能俘获装置73示出为仅位于顶点中的一些处，其中，可以理解⑴另外的波浪能俘获装置可以安置在任何顶点和/或六边形中心处，并且 ( )网格可以借助另外的结构部件72和波浪能俘获装置73延伸。波浪能俘获装置73的桅杆71示出为分开的区段，以表示附图不是按比例的，并且桅杆71延伸得比示出的尺寸更远，但是应当理解，桅杆71为连续的结构。风能俘获装置70包括安装在桅杆75的顶部处的风力涡轮机74。桅杆75可以固定于海底，或其可以是浮式的并且系泊于海底锚具，这些取决于安装位置。桅杆75可以包括在两端处连接于桅杆75的一个或更多个拉杆76，用于提供另外的刚度，抵抗由风力涡轮机74上的推力载荷产生的弯曲应力。波浪能俘获装置73的网格优选地通过系泊线77或其它的附接件在两个点处连接于风能俘获装置70。可替代地，波浪能俘获装置73的网格可以分开地系泊于共同的海底锚具，或波浪能俘获装置73的网格可以系泊于分开的锚具。图7的实施方式的波浪能俘获装置73与图2的波浪能俘获装置22相似，其中，它们包括能够在表面波浪的上升和下降作用下沿着轨道向上下自由移动的浮动件。它们还包括向上延伸到壳体内的齿条，其中，它们通过嵌入式联轴器(未示出)或其它的动力输出装置与诸如反转发电机或线性发电机之类的发电机(未示出)接合。为了说明的简单性，图 7不示出水位线；然而，应当理解，波浪能俘获装置73的浮力选择成使得它们与轨道一起处于水位线处并且在水位线处浮动。图7b示出了图7a的实施方式中的结构部件72附接于浮动件12的细节。单元式或多件式轴环73围绕浮动件27的外部附接。轴环73利用销在站点处连接于结构部件72， 所述销允许结构部件72的相对于轴环的一些运动。图8示出了用于利用水下的结构部件的格子俘获风和波浪的系统的网格的替代性实施方式。虽然可以使用其它的波浪能俘获装置，但是图8的实施方式包括图7a和7b 中示出的种类的基本风能俘获装置70和风/波浪能俘获装置73。结构部件80使波浪能俘获装置73大致保持在六边形的顶点和中心处。结构部件80的格子通过系泊线77或其它的附接件附接于基本风能俘获装置70。结构部件80是至少部分可压缩的并且允许波浪能俘获装置73的有限相对运动。该实施方式的结构部件80在水面下方附接于桅杆，优选为处于高达大约100英尺的深度或潜水员可以利用水中呼吸器装置执行安装和维护任务的深度。可替代地，结构部件80可以在与波浪能俘获装置73的自然转动中心的深度对应的深度处附接，该自然转动中心可以位于波浪能俘获装置73的桅杆的下半部中。为了说明的清楚性，图8已经被简化，其中，可是理解(i)不是所有的波浪能俘获装置73和结构部件80b都被示出，(ii)波浪能俘获装置73与它们的浮动件一起处于水位线处，并且(iii)桅杆为延伸得比示出的尺寸更远的连续结构。图9示出了具有图8中示出类型的波浪能收集装置的扩展网格的风/波浪能收集系统90。单个的基本风能俘获装置98可以为适于海上安装的兆瓦大小的风力涡轮机或更大的风力涡轮机。结构部件92使波浪能俘获装置91大致保持在六边形的顶点和中心处。 为了说明的简单性，结构部件92示出为线，而波浪能俘获装置91示出为圆圈。也为了说明的简单性，附图标记被示出用于比所有的结构部件92和波浪能俘获装置91要少。六边形格子形成具有以基本风能俘获装置98为中心的两个臂93，94的大致“V”形。格子通过两个系泊件95连接于风能俘获装置98。格子可以沿着壁93，94或在臂93，94的端部处具有另外的系泊件。图10示出了由五个图9的风/波浪能收集系统100组成的风/波浪能园区。风/波浪能收集系统100中的每一个分开地锚固在避免风能或波浪能俘获装置的过度干扰的距离处。作为非限定性示例，五兆瓦的风力涡轮机可以分开大约500米或更大的距离。每个风/波浪能收集系统100通过一或更多条传输电缆102连接于海上变电站101，传输电缆 102可以是利用锚固器和浮标装置布置铺设在海底或水中的海底电缆。海上变电站101通过一或更多条传输电缆103连接于陆上站104，并且最终连接于配电网105。可以使用更多或更少的风/波浪能收集系统100，并且五个这样的系统的说明旨在示意而不是限定。图11示出了由五个风能俘获装置110和两个波浪能俘获系统111组成的替代性风/波浪能园区。每个风能俘获装置110可以为风力涡轮机。每个波浪能俘获系统111可以是图9中示出类型的波浪能俘获装置的网格(不带有风能俘获装置98)，但是带有不与风能俘获装置110分享的锚具112。在图11的实施方式中，每个风能俘获装置110和每个波浪能俘获系统111通过海上站点101和传输电缆103连接于陆上站点104并且最终连接于陆上配电网105。风能俘获装置110和波浪能俘获装置111的大致位置和数量可以随场所和应用而改变。图12是用于图9中示出类型的风/波浪能俘获系统的电源电路的电互连的示意图。风能俘获装置优选地具有交流(AC)发电机120，并且波浪能俘获装置中的每一个优选地具有交流(AC)发电机121。为了说明的简单性，示出仅用于波浪能俘获装置中的四个的发电机121，其中，应该理解，将为所有发电机提供相当的电连接。传输电缆122优选地将 AC电从单个波浪能收集装置传输至共同的位置，该共同的位置可以附接于风能俘获装置 98的桅杆或在其内，或其可以位于分开的浮式平台上。在那里，整流器123将AC电转化为直流(DC)电，并且来自所有波浪能俘获装置的DC电也被结合。优选地，来自风能俘获装置的发电机的AC电流转换成DC。来自所有波浪能俘获装置的集成DC电流(和优选地来自风能俘获装置的DC电流)馈送到变流器124，变流器124将DC电转换成AC电。还可以使用其它的电传输和转换构造。如果需要长距离传输AC电，则可设置变压器125，以使AC电压升压。某一形式的储能器126可以设置在DC电路中，以使风和波浪能源中的固有短期电力变化平稳。短期变化的一个来源为波浪能俘获装置的周期内变化。单个波浪能俘获装置在上升和下降行程的快速移动部分中产生大部分电。在行程的顶部和底部，发电机输出被减小。因为波浪能装置以适当的距离分开并且在不同的时间遇到波浪，所以波浪能装置不是同步的。当一些波浪能俘获装置具有较低水平的发电量时，其它的波浪能俘获装置可以具有较高水平的发电量。当在电路的DC部分结合时，周期内变化将趋向于达到平均数，并且在集成的DC电路处的总变化将比在发电机输出处的单个变化的总和小。因此，在DC电路处所需的存储量相对于在每个发电机处提供同等水平的平稳所需的量减小。储能器176 可以为电池或电容器，并且在未来其它的形式可以证明是有用且可取的。当波浪能转换器的结合输出达到最低水平的结合功率时，和/或当最低水平的能量已经积聚在储能器126中时，变流器124可以控制成接通(即，连接成将电力传送至配电网)。可以使风能俘获装置能够独立地接通。图16是用于图10中示出类型的风/波浪能俘获系统的电源电路的电互连的示意图。每个风/波浪能俘获系统(例如，图10，项目100)具有从多个发电机汲取电的局部电网160，该多个发电机包括用于至少一个风能俘获装置的发电机161和用于波浪能俘获装置的多个发电机162。来自每个发电机的AC电经由电缆传输至局部系统内的共同位置处， 诸如在系泊件或基本风能俘获装置的桅杆处。在那里，整流器163将来自每个发电机161， 162的AC电转换为直流(DC)，并且将来自所有发电机161，162的DC电结合。变流器164 将结合的DC电力转换成交流(AC)。存储容量165可以设置用于使由波浪能装置俘获的电力的变化平稳。来自变流器164的AC电力传输至局部海上站点(例如，图10，项目101)， 在此，其与来自风/波浪能园区的其它风/波浪能俘获系统160的AC电力结合。来自所有风/波浪能俘获系统160的变流器164可以是同步的。变压器使AC电压升压至适于传输到岸的等级。图16还示出了用于风能收集装置的发电机167的连接性，该风能收集装置可以与诸如图16中示出的那些波浪能收集装置之类的波浪能收集装置分开地锚定。那些风力涡轮机可以与局部风/波浪能收集系统160的变流器164同步地操作。可以提供另外的电力调节。作为非限定性示例，在风/波浪能俘获系统内局部地传输的AC电的电压可以为大约几百伏。从风/波浪能俘获系统传输至局部海上站点的电的电压可以为大约几千伏。从变电站传输至岸的电的电压可以为大约十万伏。以上描述的实施方式旨在示意而非限定。在不偏离本发明的范围的情况下，可以做出各种改型。本发明的广度和范围不应当通过以上描述来限定，而是应当仅根据后面的权利要求和它们的等同替代来定义。
权利要求
1.一种用于使浮式能量俘获装置在存在表面波浪的水中保持在大致相对位置中的系统，所述系统包括多个适合连接到能量俘获装置以形成阵列的定位部件，每个定位部件的特征在于具有(A)第一附接结构，所述第一附接结构用于连接到第一能量俘获装置；(B)第二附接结构，所述第二附接结构用于连接到第二能量俘获装置；以及(C)在所述第一附接结构和所述第二附接结构之间的连接本体，所述连接本体在允许第一能量俘获装置和第二能量俘获装置之间的有限相对表面位移的同时抵抗压缩。
2.如权利要求1所述的系统，其中，定位部件允许在所述第一附接结构和所述第二附接结构之间的有限压缩，从而当附接于附接在水面附近的能量俘获装置时允许能量俘获装置之间的有限表面位移。
3.如权利要求2所述的系统，其中，定位部件产生使第一附接结构和第二附接结构返回至额定位置的恢复力。
4.如权利要求3所述的系统，其中，定位部件利用弹簧产生所述恢复力。
5.如权利要求3所述的系统，其中，定位部件流体机械地产生所述恢复力。
6.如权利要求1所述的系统，其中，定位部件允许能量俘获装置绕着附接点的有限运动，从而在离开水面附接时允许能量俘获装置之间的有限表面位移。
7.如权利要求1所述的系统，还包括使网格系统能够绕着锚定点转动的锚具。
8.一种用于定位在水域中的浮式能量俘获系统，所述系统包括(A)多个波浪能俘获装置，所述多个波浪能俘获装置通过定位部件保持在大致相对的位置中，所述定位部件在允许在浮式结构之间的有限相对运动的同时抵抗压缩，其中，每个波浪能俘获装置；(B)至少一个风能俘获装置，所述至少一个风能俘获装置靠近发电的所述多个波浪能俘获装置定位；以及(C)电传输系统，所述电传输系统将来自所述风能俘获装置和所述多个波浪能俘获装置两者的电传输至所述水域的岸上。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述风能俘获装置包括风力涡轮机，所述风力涡轮机具有用于使俘获面积的量减小的装置。
10.如权利要求8所述的系统，其中，所述风能俘获装置包括具有可变几何形状的轴流式涡轮机。
11.如权利要求8所述的系统，其中，所述风能俘获装置包括具有可变几何形状的横向轴线式风力涡轮机。
12.—种从波浪中俘获能量的方法，包括(A)设置多个波浪能俘获装置，每个所述波浪能俘获装置将波浪能周期性地转化成电能，其中，来自每个波浪能俘获装置的电能具有固有的周期性变化的量；(B)使来自所述波浪能俘获装置的电能结合，使得结合的电能的变化的量小于由每个波浪能俘获装置产生的电能的变化的总和；以及(C)将平稳的电能传输至消耗位置。
13.如权利要求12所述的方法，其中，使来自所述多个波浪能俘获装置的电能结合的步骤包括如下步骤(A)将由波浪能俘获装置产生的交流电转换成直流电；以及(B)结合所述直流电。
14.如权利要求12所述的方法，还包括下述步骤提供存储量，以使所述结合的电能的所述变化平稳，使得用于所述结合的电能的所述存储量小于使由每个波浪能俘获装置产生的所述电能的变化平稳所需要的存储量的总和。
15.如权利要求13所述的方法，还包括提供存储量的步骤，所述提供存储量的步骤包括下述步骤提供用于结合的直流电的存储器，使得用于所述结合的电能的所述存储量小于使由每个波浪能俘获装置产生的所述电能的变化平稳所需要的存储量的总和。
16.如权利要求14所述的方法，还包括下述步骤(A)提供将风能转化成电能的至少一个风能俘获装置；以及(B)使来自所述风能俘获装置的电能与来自所述波浪能俘获装置的能量结合。
17.如权利要求16所述的方法，其中，使来自所述风能俘获装置的电能与来自所述波浪能俘获装置的能量结合的步骤包括下述步骤(A)将由波浪能俘获装置产生的交流电转化成直流电；(B)将由所述风能俘获装置产生的交流电转化成直流电；以及(C)结合所述直流电。
18.如权利要求16所述的方法，其中，使来自所述风能俘获装置的电能与来自所述波浪能俘获装置的能量结合的步骤包括下述步骤(A)将由波浪能俘获装置产生的交流电转化成直流电；(B)使所述直流电结合成结合的直流电；(C)将所述结合的直流电转化成总的交流电；以及(D)使由所述风能俘获装置产生的交流电与所述总的交流电结合。
19.如权利要求17所述的方法，其中，使由所述风能俘获装置产生的交流电与所述总的交流电结合的步骤包括与所述总的交流电同步地操作所述风能俘获装置的步骤。
20.如权利要求12所述的方法，其中，所述传输步骤包括下述步骤一旦来自所述多个波浪能俘获装置的结合的能量达到预定水平，就接入来自所述波浪能装置的电。
21.如权利要求14所述的方法，其中，所述传输步骤包括下述步骤一旦存储的能的量达到预定水平，就接入来自所述波浪能装置的电。
全文摘要
一种用于使浮式能量俘获装置在存在表面波浪的水中保持在大致相对位置的系统，该系统在防止碰撞的同时使能量俘获装置能够侧倾。系统包括结构部件的网格，该结构部件的网格在允许第一能量俘获装置和第二能量俘获装置之间的有限相对表面位移的同时抵抗压缩。结构部件可以是部分可压缩的并且提供恢复力，并且它们可以允许侧倾。来自波浪能俘获装置的电以使波浪作用中固有的变化平稳的方式结合。来自风能俘获装置的电与来自波浪能俘获装置的电结合，用于传输至岸上。
文档编号F03B15/00GK102414443SQ201080018410
公开日2012年4月11日 申请日期2010年3月9日 优先权日2009年3月9日
发明者斯图尔特·黄, 约翰·彼得雷 申请人:自然动力概念公司