波浪能发电系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种波浪能发电系统及其控制方法。

背景技术：

一般来说，发电的发电方法包括水力发电、火力发电、核能发电等，这种发电方式需要大规模的发电设施。此外，就火力发电而言，由于发电设施需要供应大量的石油或煤炭能源，在目前石油和煤炭资源枯竭的情况下，预计会有许多困难，污染也成为一个大问题。并且，在核能发电的情况下，辐射泄漏和核废料处理成为严重的问题。由于水力发电采用落差水头，需要修建大型大坝，这将导致周围环境发生变化，同时，水力发电也受到环境的约束，如要有水资源丰富的河流为前提才可以修建水坝等。因此，需要比上述一般发电方法更便宜、更安全、更环保的开创性发电方法，其中之一就是能够利用波浪的运动来产生电能的波浪能发电。

人们关注的焦点是利用潮汐范围发电的潮汐发电、利用高流速海水发电的潮汐流发电以及利用波浪的运动来产生电能的波浪能发电。尤其，波浪能发电作为一种基于波浪的不断的运动来产生电能的技术，可以继续产生能量。波浪能发电通过能量转换装置将水粒子的往复运动和由于波浪引起的海平面周期性垂直运动转化为机械旋转运动或轴向运动，然后转化为电能。根据基于波高的一次能量转换方法，波浪能发电方法可以分为多种类型，一种典型的方法是可移动物体式方法，该方法响应于漂浮在水面上的浮标的垂直运动或旋转运动来操作发电机。

可移动物体式方法接收基于波浪的移动而移动的物体(例如，浮标)的运动，将其转换为往复运动或旋转运动，并通过发电机发电，其实例已公开在韩国专利申请公开号第10-2015-00120896号或日本授权专利第5260092号。

然而，由于波浪的特性，只能提供不规则的动能，因此，需要一种可以产生有效的电能的系统和控制方法，其具有可以传输波浪能以可以稳定地产生能量的运动传递部，以及将接收到的动能转换为用于发电的旋转动能的动力转换部。

上述描述已经在构思本公开的过程中被发明人所拥有或获取，并且，不一定是在提出本申请之前公知的技术。

技术实现要素：

要解决的技术问题

根据实施例，可以提供波浪能发电设备的控制系统及方法，其可以提高能量转换效率并具有高度的控制自由度。

在实施例中要解决的问题并不限于上述问题，本领域技术人员可以从下面的描述中清楚地理解本文未提及的其他问题。

解决问题的技术方法

根据用于解决上述技术问题的实施例，波浪能发电系统包括：动力转换部，其包括通过漂浮在波浪上的可移动物体的六自由度运动来产生液压的液压缸，当在一方向上向所述液压缸施加力时，所述动力转换部使流体沿着第一路径流动并由此产生电能，当在另一方向上向所述液压缸施加力时，所述动力转换部使所述流体通过第二路径流动并汇流至所述第一路径，并由此产生电能，其中，所述第二路径对所述流体进行分流使其朝与所述第一路径相反的方向流动。

根据一侧，可以包括多个张力传递构件，其连接到所述可移动物体的三个以上的位置。所述张力传递构件可以具有用于驱动所述液压缸的第一驱动部和恢复力传递部，当施加张力时，所述张力传递构件可以向所述液压缸施加一方向上的力，当所述张力传递构件释放张力时，所述恢复力传递部可以向所述液压缸施加另一方向上的力。所述第一驱动部将所述张力传递构件的运动转换为往复直线运动，并将力传递到所述液压缸。所述第一驱动部可以包括齿条齿轮及小齿轮。

根据一侧，所述恢复力传递部可以具有第二驱动部及由所述第二驱动部驱动的弹性部，其中，所述第二驱动部连接到所述张力传递构件，以向与所述张力传递构件相反的方向驱动所述第一驱动部。例如，所述弹性部可以包括气弹簧、气动弹簧及液压弹簧中的任一个以上。并且，所述第二驱动部可以包括齿条齿轮和小齿轮。

根据一侧，多个所述张力传递构件中的每一个可以具有所述第一驱动部和所述恢复力传递部。

另外，根据用于解决上述技术问题的另一实施例，波浪能发电系统包括：可移动物体，其漂浮在波浪上并随波浪移动；运动传递部，其包括张力传递构件，所述张力传递构件连接以实现所述可移动物体的六个自由度运动并传递所述可移动物体的动能；动力转换部，包括连接到所述张力传递构件的第一驱动部、由所述第一驱动部产生液压的液压缸、由所述液压缸产生的液压驱动的液压马达以及连接所述液压缸和所述液压马达以使流体流动的液压回路；以及恢复力传递部，其连接到所述张力传递构件，并通过所述第一驱动部在所述液压缸中以与所述张力传递构件相反的方向产生液压。

根据一侧，当向所述张力传递构件施加张力时，所述第一驱动部可以向所述液压缸施加一方向上的力；当所述张力传递构件释放张力时，所述第一驱动部可以通过从所述恢复力传递部施加的力向所述液压缸施加另一方向上的力。例如，所述第一驱动部可以包括齿条齿轮和小齿轮。

根据一侧，所述恢复力传递部可以包括弹性部和第二驱动部，其中，所述弹性部被配置成向所述第一驱动部施加与所述张力传递构件相反的方向上的力。例如，所述弹性部可以包括气弹簧、气动弹簧及液压弹簧中的任一个以上。并且，所述第二驱动部可以包括齿条齿轮和小齿轮。

根据一侧，所述液压回路可以包括：第一路径，其当向所述液压缸施加一方向上的力时，所述流体流动以驱动所述液压马达；以及第二路径，其当向所述液压缸施加另一方向上的力时，使所述流体在所述液压缸的一端与另一端之间流动。并且，所述第二路径可以被形成为使从所述液压缸的所述另一方向流出的流体流入所述第一路径，从而通过所述第一路径由所述液压马达产生电能。或者，所述第二路径也可以阻止流体流入所述第一路径，并使所述流体在所述液压缸的一端与另一端之间循环。

另外，根据用于解决上述技术问题的实施例，波浪能发电系统的控制方法包括以下步骤：将漂浮在波浪上并随波浪移动的可移动物体的六自由度动能通过张力传递构件传送到动力转换部；当向所述张力传递构件施加张力时，所述动力转换部在一方向上产生液压，当所述张力传递构件释放张力时，所述动力转换部在另一方向上产生液压；以及通过所述一方向及另一方向产生的液压来分别产生电能。

根据一侧，在产生所述液压的步骤中，所述张力传递构件可以包括用于驱动液压缸的第一驱动部以及恢复力传递部，其被配置成当所述张力传递构件释放张力时，向所述第一驱动部施加与所述张力传递构件相反的方向上的力，当向所述液压缸施加一方向上的力时，流体可以沿着第一路径流动；当恢复力传递部向所述液压缸施加另一方向上的力时，流体可以在所述液压缸的一端和另一端之间与所述第一路径分流，并沿着第二路径流动。

发明的效果

如上所述，根据实施例，可以使用液压回路来提高根据可移动物体的移动的发电效率。

此外，当发送突然移动等干扰时，可以通过绕过发电机而不是操作发电机来防止波浪能发电系统中由于干扰而发生异常。

根据一实施例的波浪能发电系统及其控制方法的效果并不限于上述效果，本领域技术人员可以通过以下描述清楚地理解其他未提及的效果。

附图说明

本说明书所附的以下附图示出了本发明的优选一实施例，并且用于进一步理解本发明的技术思想以及本发明的详细描述，因此本发明不应被解释为仅限于这些附图中描述的内容。

图1为显示根据一实施例的波浪能发电系统的概念图。

图2为显示根据一实施例的波浪能发电系统中的动力转换部的配置的概念图。

图3及图4为说明图2的动力转换部的操作的附图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施例进行详细说明。应当注意，在将附图编号添加到各附图的构成要素时，即使相同的构成要素显示在不同的附图上，它们也具有相同的附图编号。此外，在对本发明进行说明的过程中，判断有关公知技术的具体说明，不必要地模糊实施例的要点时，其详细说明给予省略。

并且，在对实施例的构成要素进行说明时，可以使用第一、第二、a、b、(a)、(b)等术语。然而，上述术语的使用仅作为将该构成要素区别于其他构成要素，并非用于限定相应构成要素的本质、排列或顺序。当说明一个构成要素与其他构成要素“连接”、“结合”或“接触”时，该构成要素可以直接连接或接触于其他构成要素，另一其他构成要素也可以“连接”、“结合”或“接触”到各构成要素之间。

下面，参照图1来说明根据实施例的波浪能发电系统10。图1为显示根据一实施例的波浪能发电系统10的概念图。

参照图1，波浪能发电系统10被配置为包括可移动物体110、运动传递部120、动力转换部130及电力生产部150。

可移动物体110可以漂浮在波浪上并基于波浪的移动在六个自由度上运动。具体地，可移动物体110可以基于波浪的移动沿x、y、z轴执行平移运动(heave、surge、sway)或偏航(yaw)、俯仰(pitch)及翻滚(roll)等旋转运动，由此执行总共六个自由度(6degreeoffreedom)的运动。

例如，可移动物体110可以被形成为漂浮在波浪上并基于波浪的移动而移动，并且可以是浮标。可移动物体110可以被配置为包括形成为可漂浮在波浪上的主体111和与运动传递部120结合的结合部112。

可移动物体110的主体111可以被形成为各种形状，例如，可以是圆盘形或管状，也可以具有其他各种形状，如圆柱体、多边形柱、穹顶形状或圆盘形状。主体111可以通过每种形式、形状、材料、功能、特性、效果及结合关系而被配置为圆盘形状，但并不限于此，也可以被配置为各种形状。此外，主体111的材料只要能够在波浪上漂浮即可，但并不限于此。

结合部112可以被形成为使得运动传递部120结合到主体111，例如，可以被形成为具有360度运动角的球头的形状。结合部112可以被结合使得可移动物体110可以在预定范围内根据波浪的移动在多个方向上自由移动，并结合到主体111的至少三个不同位置以传递可移动物体110的六个自由度运动。然而，这仅仅为一示例，结合部112可以以各种方式结合，其使运动传递部120结合到可移动物体110，使得可移动物体110可以在限定范围内自由移动。另外，结合部112的位置不受附图的限制，只要结合部112的位置可以防止可移动物体110在主体111的不同位置偏离一定范围，同时允许其在一定范围内自由移动，便可以通过各种方式更改。

另外，结合部112具有在主体111的下部垂直形成的隔板的形状。这种结合部112可以垂直于水平面形成，使得可移动物体110可以与波浪的移动一起更积极地移动，并且相应地，当在结合部112上垂直施加波浪力时，可移动物体110可以通过波浪的移动更有效地移动。然而，这仅仅为一示例，结合部112可以被配置为使得可移动物体110可以在所有方向上接收波浪的力，并且，波浪的移动或能量可以被有效地传递到可移动物体110的运动中。

运动传递部120可以包括结合到可移动物体110并被配置为传递可移动物体110的运动的张力传递构件121以及将张力传递构件121固定到海底等的固定构件122。

张力传递构件121将可移动物体110的由波浪的多向运动转换为线性往复运动，并且将其传递到动力转换部130。例如，张力传递构件121具有一定的线的形状，其一端结合到可移动物体110，另一端连接到动力转换部130。此外，张力传递构件121可以是钢丝、绳索、链条、链轮、皮带等。除此之外，还可以使用用于连接可移动物体110和动力转换部130并传递运动的张力传递构件121的各种装置。

这种张力传递构件121可以与可移动物体110的六个自由度运动联动，并对可移动物体110的所有运动作出反应，因此，张力传递构件121可以最有效地将可移动物体110的运动传输到动力转换部130。即，张力传递构件121可以被配置成：可移动动物110以波浪的多向力漂浮在海面上，当向可移动物体110施加某一方向上的力，可以拉动受到该力的部分的一张力传递构件121，而松脱连接至可移动物体110的另一部分的另一张力传递构件121，并通过一张力传递构件121的张力反向拉动。并且，如上所述，通过响应于在多个方向上持续施加在可移动物体110上的波浪的力而移动可移动物体110，张力传递构件121执行往复运动。即，张力传递构件121将可移动物体110的运动转换为线性往复运动，并将其传送到动力转换部130。另外，张力传递构件121在三个位置以上连接到可移动物体110，并防止移动物体110偏离一定范围，同时还允许可移动物体110在一定范围内自由移动，从而传递可移动物体110的所有动能。

固定构件122通过被安装在海底或其他地方来固定张力传递构件121，并还改变张力传递构件121的方向。即，张力传递构件121以固定构件122为中心轴，在一定范围内移动。此外，固定构件122可以沿张力传递构件121的纵向被配置在至少一个以上的多个位置，从而固定张力传递构件121，并还可以被配置在用于改变张力传递构件121的方向的位置上，从而改变方向。例如，固定构件122可以包括多个滚柱或滑轮。

动力转换部130通过从运动传递部120接收的张力传递构件121的往复运动来产生液压，并将其传送到电力生产部150。

电力生产部150通过动力转换部130的液压马达134(参照图2)来驱动发电机，由此产生电能。

另外，在本实施例中，示出了一个可移动物体110包括多个张力传递构件121，并且，多个张力传递构件121与一个动力转换部130和一个电力生产部150组合。然而，这仅仅为一示例，动力转换部130可以连接到多个张力传递构件121中的每一个，或者多个动力转换部130也可以连接到每一个张力传递构件121。并且，多个动力转换部130可以连接到一个电力生产部150，或者，多个动力转换部130也可以分别连接到电力生产部150。

在此，在上述实施例中，示出了波浪能发电系统10以陆上(onshore)的方式被安装，然而，这仅仅为一示例，以离岸(offshore)的方式被安装的系统也可以适用在根据本实施例的波浪能发电系统10。

下面，参照图2详细描述根据一实施例的动力转换部130的配置。图2为显示根据一实施例的波浪能发电系统中的动力转换部的配置的概念图。

参照图2，动力转换部130可以被配置成包括转换体131和第一驱动部132，所述第一驱动部132被配置成通过张力传递构件121在一方向上驱动液压缸133。并且，动力转换部130还具有恢复力传递部140，其被配置成通过张力传递构件121在相反方向上驱动液压缸133。

转换体131设置在运动传递部120和动力转换部130之间，并将张力传递构件121的运动转换为旋转运动或往复直线运动。例如，张力传递构件121可以缠绕在转换体131上或连接到转换体131上，并且，转换体131可以包括将张力传递构件121的往复线性运动转换为旋转运动或轴向运动的旋转轴或滚筒。然而，这仅仅为一示例，只要可以将张力传递构件121的运动转换为往复旋转运动或往复直线运动，就实质上可以使用各种装置。

液压缸133通过从张力传递构件121接收的动能来产生液压。此外，在附图中简要地示出了液压缸133，将省略对液压缸133的详细配置的描述。

第一驱动部132被配置成通过张力传递构件121的移动来驱动液压缸133。例如，第一驱动部132可以包括齿条齿轮302和小齿轮301。然而，这仅仅为一示例，可以使用用于对液压缸133加压的第一驱动部132的各种配置。

恢复力传递部140通过与第一驱动部132相同的张力传递构件121进行连接，并被设置成在与由张力传递构件121向第一驱动部132施加力的方向相反的方向上施加力。在此，当基于可移动物体110的移动向张力传递构件121施加张力时，可以在一方向上向第一驱动部132和液压缸133施加力。然而，由于张力传递构件121具有金属丝等的形状，当张力传递构件121释放张力时，无法对第一驱动部132和液压缸133施加力。因此，在本实施例中，当张力传递构件121释放张力时，恢复力传递部140可以在与张力传递构件121相反的方向上施加力，由此向第一驱动部132和液压缸133施加力。

恢复力传递部140可以包括弹性部141，以及用于驱动弹性部141的第二驱动部142。例如，弹性部141可以包括气弹簧、气动弹簧或液压弹簧，并且，与第一区东部132类似地，第二驱动部142可以包括齿条齿轮402和小齿轮401。

然而，第二驱动部142设置在与第一驱动部132相同的张力传递构件121上，并被配置成在与张力传递构件121相反的方向上向第一驱动部132施加力。具体地，当向张力传递构件121施加张力时，第一驱动部132可以向一方向移动，从而向液压缸133施加力。此时，液压缸133可以被压缩或膨胀。并且，当张力传递构件121释放张力时，第二驱动部142和弹性部141在与第一驱动部132相反的方向上进行操作，以使第一驱动部132向另一方向移动，从而向液压缸133施加力。例如，当液压缸133的杆侧被张力传递构件121压缩时，液压缸133可以被恢复力传递部140压缩。当然，与上述示例不同，对于通过张力传递构件121和恢复力传递部140来压缩和膨胀液压缸133，可以与上述描述相反地进行操作。

此外，恢复力传递部140可以向张力传递构件121施加一定大小以上的张力，由此维持被拉伸的状态。

在此，可以具有一个动力转换部130和一个恢复力传递部140，使得连接所有多个张力传递构件121，或者也可以在多个张力传输部件121中的每一个中分别具有动力转换部130和恢复力传递部140。

接下来，参照图3及图4来描述根据一实施例的动力转换部130的配置及控制方法。图3及图4为说明图2的动力转换部130的操作的附图。

动力转换部130可以包括允许流体通过由液压缸133产生的液压来流动的液压回路135及布置在液压回路135上以驱动电力生产部150的液压马达134。

当向张力传递构件121施加张力时，第一驱动部132(参照图2)朝一方向移动，此时可以拉动液压缸133的活塞，由此液压缸133的杆侧的内部流体被压缩，并从一方向流出。并且，当张力传递构件121释放张力时，恢复力传递部140(参照图2)允许第一驱动部132朝另一方向移动，由此液压缸133的盲侧的内部流体被压缩，并从另一方向流出。

在此，在本实施例中，举例说明液压缸133的杆侧的内部流体由张力传递构件121被压缩及液压缸133的盲侧的内部流体由恢复力传递部140被压缩，但也可以进行反向操作。

由液压缸133产生的液压驱动液压马达134，并且，液压马达134可以连接到电力生产部150，由此通过液压马达134的旋转能量在电力生产部150中产生电能。

液压回路135允许流体通过由液压缸133产生的液压来流动，由此驱动液压马达134。液压回路135包括第一路径310和第二路径320，其中，第一路径310允许流体通过向液压缸133施加一方向上的力时产生的液压来流动；第二路径320允许流体通过向液压缸133施加另一方向上的力时产生的液压来流动。

第一路径310上可以设置有液压马达134，当流体沿着第一路径310流动时，可以驱动液压马达134，由此在电力生产部150中产生电能。

此外，第一路径310上可以设置有多个止回阀311、312、313，以允许流体朝一方向流动。例如，在第一路径310上的与第二路径320分支的部分可以分别设置有至少一个以上的止回阀311、312。另外，在第一路径310上的液压马达134的前面和/或后面可以设置有至少一个以上的止回阀311、312。然而，设置在第一路径310上的止回阀311、312、313的位置及数量并不受到附图的限制。

第二路径320被设置为使得端部沿着第二路径320的流体的移动方向连接到啊第一路径319，以从液压缸133的另一方向流动的流体对第一路径310进行分流，并由此驱动液压马达134。此外，第二路径320上设置有用于控制流体的流动方向的至少一个以上的止回阀321。尽管在附图中示出在第二路径320上设置有一个止回阀321，但这仅仅为一示例，可以设置有多个止回阀321。

在附图中，附图标记136表示配置成存储流体的储槽136。第一路径310上可以设置有储槽136，并且，可以将其与液压马达134进行连接，由此存储额外的流体。

接下来，将描述根据上述实施例的动力转换部130的控制方法。

首先，参照图3，将漂浮在波浪上并随波浪移动的可移动物体110(参照图1)的六自由度动能通过张力传递构件121传送到动力转换部130。

例如，当向张力传递构件121施加张力时，可以通过第一驱动部132向液压缸133的一方向上施加力。此时，液压缸133可以由第一驱动部132受到膨胀或压缩。并且，当张力传递构件121释放张力时，第一驱动部132无法对液压缸133施加力，而恢复力传递部140(参照图2)可以向液压缸133施加与第一驱动部132相反的方向上的力。即，恢复力传递部140可以压缩或膨胀液压缸133。

当第一驱动部132拉动液压缸133的活塞时，液压缸133杆侧的内部流体受到压缩。并且，液压缸133的一方向上的压力升高，而另一方向上的压力降低，由此流体可以从液压缸133沿一方向流出。之后，从液压缸133流出的流体沿着第一路径310朝箭头a指示的方向流动。当流体沿着第一路径310流动时，可以驱动液压马达134，由此液压马达134可以在电力生产部150中产生电能。在此，流体通过安装在第一路径130上与液压缸133的另一方向相邻的止回阀313，从储槽136流入至形成在液压缸133的盲侧的低压侧。

在此，由于设置在第二路径320上的止回阀321被关闭，因此可以防止流体通过止回阀321沿着第二路径320流动。

随后，参照图4，当恢复力传递部140压缩液压缸133的盲侧的内部流体时，与图3所示的状态相反，液压缸133的一方向上的压力降低，而另一方向上的压力升高，由此流体可以从液压缸133沿另一方向流出。之后，从液压缸133流出的液体沿着第二路径320朝箭头b指示的方向流动。在此，由于安装在第一路径310上与液压缸133的另一方向相邻的止回阀313被关闭，因此可以防止流体从液压缸133流出至储槽136。

随后，沿着第二路径320流动的大部分流体从汇聚到第一路径310的部分流入至形成在液压缸133的杆侧的低压侧，剩余的流体通过止回阀311流过第一路径310。另外，当流体流过第一路径310时，可以驱动液压马达134，由此在电力生产部150中产生电能。

在本实施例中，第一驱动部133通过张力传递构件121的移动向一方向移动，从而膨胀(或压缩)液压缸133，并且，第一驱动部133通过恢复力传递部140朝与张力传递构件121相反的方向压缩(或膨胀)液压缸133，因此，液压缸133可以通过运动传递部120(参照图1)的往复运动在两个方向上产生液压。之后，通过由液压缸133在两个方向上产生的液压，可以连续驱动液压马达134，并在电力生产部150中产生电能。另外，在液压缸133的压缩和膨胀过程中，流体通过第一路径310流动，由此可以在电力生产部150中连续产生电能，并可以不断地产生电能。

综上，参考有限的附图与实施例进行了说明，然而，本领域普通技术人员能够根据上述记载进行多种修改及变更。例如，所说明的技术按照与说明的方法不同的顺序执行，和/或说明的构成要素按照与说明的方法不同的形态结合或者组合，或者以其他构成要素或均等物进行替代或置换也能够达到合理的结果。

因此，其他体现，其他实施例及请求范围的等同替代也包括在本发明的权利要求范围。