專利名稱：連接至海上平臺(tái)支柱的利用振蕩水柱的波能提取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可持續(xù)能源發(fā)電的領(lǐng)域。更特別地，本發(fā)明涉及海洋波浪能提取裝置及其方法的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
以下對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行探討，以將本發(fā)明內(nèi)容結(jié)合適當(dāng)?shù)募夹g(shù)背景，使其優(yōu)點(diǎn)被更充分地理解。然而，貫穿本說明書的對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的任何論述都不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)是廣為人知的或形成本領(lǐng)域公知常識(shí)的一部分的明示或默示的承認(rèn)。環(huán)境問題以及意識(shí)到有限的傳統(tǒng)易燃碳?xì)淙荚促Y源已引起了對(duì)可持續(xù)無污染能源的研究，諸如波、風(fēng)、潮汝、地?zé)峒疤柲?。已?jīng)提出了許多種不同類型的波カ發(fā)電裝置。許多裝置是基于利用波浪運(yùn)動(dòng)所固有的垂直運(yùn)動(dòng)的原理來影響渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以直接或間接地驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。此類系統(tǒng)的ー個(gè)固有的缺點(diǎn)在于系統(tǒng)的性能強(qiáng)烈地依賴于系統(tǒng)相對(duì)進(jìn)入海浪的方向的事實(shí)。已經(jīng)做出了ー些努力來克服與盛行海浪的方向變化有關(guān)的問題。然而，此類系統(tǒng)可能極其昂貴，因而并非商業(yè)可行的。為了使此類系統(tǒng)在商業(yè)上可行并為投資者提供投資回報(bào)，利用可再生能源必然要求降低成本支出。將定制的獨(dú)特能量提取單元配置在相對(duì)盛行海浪的特定方向必然導(dǎo)致設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性增加，因而導(dǎo)致這些單元和作為ー個(gè)整體的系統(tǒng)的成本相關(guān)聯(lián)地増加。許多已知波カ發(fā)電裝置的另ー個(gè)缺點(diǎn)在于，此類裝置通常包括連接至單個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置的多個(gè)導(dǎo)管，諸如ー渦輪機(jī)，其必然需要合并了來自單獨(dú)振蕩水柱(OWC)的各個(gè)流體流的復(fù)雜系統(tǒng)。此類流體的合并又必然會(huì)提高這些波カ發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)和制造成本。已發(fā)現(xiàn)，與試圖處理上述問題有關(guān)的額外費(fèi)用常常是如此之高，以至于他們可能提供了商業(yè)上不可行的裝置。此外，建立迄今為止已提出的那些裝置所需要的顯著的資本支出充當(dāng)商業(yè)投資的障礙。特別地，資本支出的程度常常會(huì)充當(dāng)投資者的障礙，因?yàn)橥顿Y回報(bào)在某種程度上受到裝置的資本支出與裝置的運(yùn)行效率之間的關(guān)系的限制。海洋波能提取器的效率還可能會(huì)受波浪通過裝置時(shí)裝置相對(duì)海底的上下浮動(dòng)的負(fù)面影響。g在抵消這些非期望波動(dòng)的系泊系統(tǒng)通常是復(fù)雜且極其昂貴的。此外，一般來說，此類系泊系統(tǒng)在阻止裝置的浮動(dòng)方面是不夠的。本發(fā)明的目的是克服或改善現(xiàn)有技術(shù)的ー或多個(gè)缺點(diǎn)，或至少提供ー種有用的替代。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一方面提供一海上平臺(tái)，包括一支撐結(jié)構(gòu)，用于將一水體中的工作站支撐在一離岸的位置，該支撐結(jié)構(gòu)具有一安裝部；以及至少ー個(gè)導(dǎo)管，安裝至所述安裝部，該導(dǎo)管設(shè)置為用于接收來自水體的一振蕩水柱，其中，該振蕩水柱的振蕩產(chǎn)生一流體流，用于驅(qū)動(dòng)一能量提取組件。
優(yōu)選地，兩個(gè)或兩個(gè)以上導(dǎo)管安裝至安裝部。優(yōu)選地，導(dǎo)管或每個(gè)導(dǎo)管安裝至安裝部的方式使得導(dǎo)管的入口浸沒在水體內(nèi)，而導(dǎo)管的出口在水體之上。優(yōu)選地，各導(dǎo)管的入口位于所預(yù)期的最低波谷之下，而出ロ在所預(yù)期的最高波峰之上。優(yōu)選地，各導(dǎo)管的安裝使得導(dǎo)管的入口保持在該水體底部(例如，海底)以上ー預(yù)定固定高度處。優(yōu)選地，各導(dǎo)管保持在海底之上的相同高度處。在其他實(shí)施例中，至少兩個(gè)導(dǎo)管保持在海底之上的不同高度處。在一些實(shí)施例中，各導(dǎo)管分別保持在海底之上的不同高度處。優(yōu)選地，使用中，各導(dǎo)管保持處在海底之上的高度大體上是固定的。優(yōu)選地，使用中，支撐結(jié)構(gòu)位于水體中，使得安裝部大約布置在水體的平均水平面處。優(yōu)選地，支撐結(jié)構(gòu)為ー剛性支柱或塔架的形式。在某些實(shí)施例中，該支撐結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)或兩個(gè)以上剛性支柱，兩個(gè)或兩個(gè)以上剛性支柱互相連接，并且彼此相互之間保持固定間距。優(yōu)選地，剛性支柱布置在水體中以便具有一大體上垂直的方向。在某些優(yōu)選實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)包括四個(gè)剛性支柱。優(yōu)選地，當(dāng)從上面看時(shí)，該四個(gè)剛性支柱經(jīng)布置形成一正方形或矩形構(gòu)造。在某些實(shí)施例中，剛性塔架由鋼和/或混凝土組成。優(yōu)選地，海上平臺(tái)為固定的。優(yōu)選地，剛性支柱固定地錨定至海底。在其他實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)的剛性支柱經(jīng)由一系泊系統(tǒng)固定至海底。在一些實(shí)施例中，一壓載元件或系統(tǒng)連接至剛性支柱以穩(wěn)定該支撐結(jié)構(gòu)。兩個(gè)或兩個(gè)以上導(dǎo)管優(yōu)選以圍繞支撐結(jié)構(gòu)對(duì)稱的形式布置。在某些實(shí)施例中，相同的對(duì)稱形式圍繞支撐結(jié)構(gòu)的各支柱布置。優(yōu)選地，導(dǎo)管圍繞海上結(jié)構(gòu)的支腿環(huán)繞地布置。優(yōu)選地，導(dǎo)管為圓形構(gòu)造。在其他優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)管圍繞支撐結(jié)構(gòu)的一或多個(gè)支柱以不對(duì)稱的形式布置。在另外的其他形式中，一種對(duì)稱形式和不對(duì)稱形式的組合安裝至支撐結(jié)構(gòu)的各個(gè)支柱。在某些實(shí)施例中，安裝裝置適應(yīng)于加強(qiáng)支撐結(jié)構(gòu)，從而提高支撐結(jié)構(gòu)的額定負(fù)載。在其他實(shí)施例中，使用中，単獨(dú)的加強(qiáng)裝置固定至支撐結(jié)構(gòu)以提高其額定負(fù)載，用于支撐由安裝至支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)管施加至支撐結(jié)構(gòu)的靜カ和動(dòng)力。優(yōu)選地，加強(qiáng)裝置固定在支撐結(jié)構(gòu)的安裝部上或鄰近支撐結(jié)構(gòu)的安裝部固定。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，安裝部為ー凹陷的形式，以使得導(dǎo)管安裝在該凹陷內(nèi)。在某些優(yōu)選形式中，安裝部包括一系列不連續(xù)的凹陷，用以安裝各導(dǎo)管。在其他形式中，凹陷圍繞支撐結(jié)構(gòu)連續(xù)地延伸，使得安裝部構(gòu)成支撐結(jié)構(gòu)的橫截面積減小的一區(qū)域。在一些實(shí)施例中，凹陷設(shè)置為使得導(dǎo)管收容在該凹陷內(nèi)，導(dǎo)管的外表面與支撐結(jié)構(gòu)的外表面大體上齊平。或者，凹陷可以設(shè)置為使導(dǎo)管的一部分接收在該凹陷內(nèi)，導(dǎo)管的其余部分凸出于支撐結(jié)構(gòu)的外表面。在其他優(yōu)選實(shí)施例中，安裝部為ー凸起的形式，該凸起自支撐結(jié)構(gòu)的外表面向外凸起。安裝部可包括多個(gè)凸起，各凸起設(shè)置為用于安裝単獨(dú)的導(dǎo)管?；蛘?，導(dǎo)管可以安裝至成對(duì)或成組的凸起。在其他形式中，凸起為環(huán)繞支撐結(jié)構(gòu)的連續(xù)帶或小環(huán)形式，以使得兩個(gè)或兩個(gè)以上導(dǎo)管可安裝至該帶或小環(huán)。優(yōu)選地，能量提取組件包括與導(dǎo)管成流體連通的ー渦輪機(jī)，以使得渦輪機(jī)可由振蕩水柱產(chǎn)生的流體流驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選地，振蕩水柱產(chǎn)生的流體流為ー氣流，更優(yōu)選為一雙向氣流。
在某些實(shí)施例中，來自各導(dǎo)管的雙向氣流用以驅(qū)動(dòng)單個(gè)渦輪機(jī)。在其他實(shí)施例中，単獨(dú)的渦輪機(jī)分別連接至各導(dǎo)管，并由相關(guān)的振蕩水柱產(chǎn)生的氣流驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選地，能量提取組件包括連接至單個(gè)渦輪機(jī)或各渦輪機(jī)的ー發(fā)電裝置，用于產(chǎn)生電能。優(yōu)選地，發(fā)電裝置為ー發(fā)電機(jī)。在某些實(shí)施例中，各能量提取組件分別具有ー發(fā)電機(jī)，其設(shè)置為靠相關(guān)聯(lián)的渦輪機(jī)而轉(zhuǎn)動(dòng)以產(chǎn)生電能。在其他實(shí)施例中，單個(gè)發(fā)電機(jī)連接至能量提取組件的各渦輪機(jī)，并通過其轉(zhuǎn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能供應(yīng)給ー電柵。在其他形式中，電能供應(yīng)給ー能量?jī)?chǔ)存裝置，例如，供以后使用的電池組。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，儲(chǔ)能用以向工作站供給能源。優(yōu)選地，海上平臺(tái)為一石油鉆塔或天然氣鉆塔。優(yōu)選地，工作站為石油或天然氣鉆塔的甲板。優(yōu)選地，工作站經(jīng)由支撐結(jié)構(gòu)保持在水體之上。在一些實(shí)施例中，各能量提取組件直接連接至相關(guān)聯(lián)導(dǎo)管的出ロ。在其他形式中，一単獨(dú)流道，例如以一管道形式，從導(dǎo)管的出口伸出，并連接至能量提取組件的渦輪機(jī)。管道可安裝為沿著或鄰近支撐結(jié)構(gòu)的外表面延伸?；蛘?，支撐結(jié)構(gòu)可具有一內(nèi)部通道，該通道構(gòu)成了用以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的雙向氣流的流道。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，管道和內(nèi)部流道能夠有利地使得能量提取組件相對(duì)導(dǎo)管定位在各種不同位置處。在一些實(shí)施例中，能量提取組件靠近相關(guān)聯(lián)導(dǎo)管安裝在支撐結(jié)構(gòu)上。在其他實(shí)施例中，一支撐結(jié)構(gòu)布置在工作站之下，用于支撐能量轉(zhuǎn)換組件。在另外的其他實(shí)施例中，能量提取組件布置在工作站或甲板的上工作面上。在特定的優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)管是直的。在其他優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)管為L(zhǎng)形、U形、J形之一，或?yàn)槭沟脤?dǎo)管內(nèi)的振蕩水柱隨著水流過導(dǎo)管而改變行程的其他形狀。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，各導(dǎo)管通常為J形，以使得導(dǎo)管的一部分比另一部分長(zhǎng)。優(yōu)選地，入口部分比第二出口部分短。優(yōu)選地，入口孔和出口孔分別布置在第一部分和第二部分的可操作的上表面。優(yōu)選地，各能量提取組件的導(dǎo)管至少具有一第一部分和一第二部分，第一和第二部分大體上平行，以使得振蕩水柱隨著水柱從第一部分流進(jìn)第二部分而大約180度地改變行程，或反之亦然。在其他實(shí)施例中，各能量提取組件的導(dǎo)管至少具有一第一部分和一第二部分，第一和第二部分大體上垂直的，以使得振蕩水柱隨著水柱從第一部分流進(jìn)第二部分而大約90度地改變行程，或反之亦然。在特定實(shí)施例中，導(dǎo)管具有三個(gè)或三個(gè)以上部分，其中，振蕩水柱隨著水柱從一部分流進(jìn)下一部分而改變行程。優(yōu)選地，導(dǎo)管的構(gòu)造使得振蕩水柱具有一雙向交互的流道。優(yōu)選地，各導(dǎo)管和各能量提取組件分別具有大體上相同的構(gòu)造。在其他形式中，各導(dǎo)管和各組件分別具有不同的配置，以便特定組件相對(duì)盛行海浪預(yù)期地定位和/或有助于保養(yǎng)程序。優(yōu)選地，各組件的導(dǎo)管經(jīng)由一安裝裝置安裝至海上結(jié)構(gòu)。安裝裝置優(yōu)選為一安裝支架，更優(yōu)選為ー剛性安裝支架。優(yōu)選地，各導(dǎo)管安裝在大體上垂直的方向。優(yōu)選地，各導(dǎo)管(或優(yōu)選地，導(dǎo)管的各部分)的縱軸大體上平行于牢固地安裝導(dǎo)管的塔架的縱軸。使用中，優(yōu)選地，各導(dǎo)管設(shè)置為使得在振蕩水柱與出口孔之間形成一空氣室。本發(fā)明第二方面提供了一種位于一水體中的海上平臺(tái)的支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)包括一支柱；與支柱相關(guān)聯(lián)的一安裝部 '及至少ー個(gè)振蕩水柱導(dǎo)管，用于一波能提取裝置，振蕩水柱導(dǎo)管安裝至安裝部，以使得導(dǎo)管相對(duì)于水體的平均水平面保持在ー預(yù)定固定高度處。優(yōu)選地，安裝裝置用于加強(qiáng)支柱，從而提高支柱的額定負(fù)載。在其他實(shí)施例中，單獨(dú)的加強(qiáng)裝置固定至支柱以提高其額定負(fù)載，用干支承由安裝至支柱的至少ー個(gè)振蕩水柱導(dǎo)管施加至支柱的靜カ和動(dòng)力。優(yōu)選地，加強(qiáng)裝置固定在支柱的安裝部上或鄰近支柱的安裝部固定。 在某些優(yōu)選實(shí)施例中，支柱形成了在導(dǎo)管內(nèi)振蕩的振蕩水柱所產(chǎn)生的流體流的一流道，其中流體流可用以驅(qū)動(dòng)一能量提取組件。流道可以是允許在支柱內(nèi)流動(dòng)的ー內(nèi)空通道?；蛘撸鞯揽捎刹贾迷谥е耐獗砻嫘纬傻囊话疾壑械囊还艿纴硐薅?。本發(fā)明第三方面提供ー種波能提取裝置，其包括一支撐結(jié)構(gòu)；連接至支撐結(jié)構(gòu)的兩個(gè)或兩個(gè)以上能量提取組件，各能量提取組件具有用于接收ー振蕩水柱的ー導(dǎo)管、與導(dǎo)管成流體連通并可由振蕩水柱所產(chǎn)生的流體流驅(qū)動(dòng)的ー渦輪機(jī)、可操作地連接至渦輪機(jī)以用于產(chǎn)生電能的一發(fā)電機(jī)；其中，兩個(gè)或兩個(gè)以上能量提取組件具有大體相同的構(gòu)造，并以對(duì)稱的形式排布，以使得由兩個(gè)或兩個(gè)以上能量提取組件產(chǎn)生的結(jié)合總電能大體上恒定，與盛行波方向無關(guān)。優(yōu)選地，支撐結(jié)構(gòu)為ー支撐架，用于將能量提取組件的導(dǎo)管彼此相對(duì)以固定間隔的關(guān)系保持。優(yōu)選地，該支撐結(jié)構(gòu)形成一中心軸。優(yōu)選地，兩個(gè)或兩個(gè)以上能量提取組件的對(duì)稱形成圍繞中心軸布置，更優(yōu)選地，圍繞中心軸同軸地布置。優(yōu)選地，兩個(gè)或兩個(gè)以上能量提取組件位于水體中，諸如海洋，以使得各水柱分別獨(dú)立地響應(yīng)于通過相關(guān)聯(lián)導(dǎo)管的波浪的漲落而自由地振蕩。優(yōu)選地，兩個(gè)或兩個(gè)以上能量提取組件布置在海洋中，相對(duì)于彼此并因此相對(duì)于盛行海浪面對(duì)不同的方向。在一些實(shí)施例中，能量提取組件具有兩組或兩組以上，其中，第一組組件相對(duì)于第二組組件面對(duì)不同的方向。在特定的優(yōu)選實(shí)施例中，兩個(gè)或兩個(gè)以上能量提取組件圍繞中心軸排布成圓形結(jié)構(gòu)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圓形結(jié)構(gòu)包括圍繞中心軸同心地布置的六個(gè)能量提取組件，其中一個(gè)能量提取組件直接面向來波，一個(gè)組件相對(duì)于來波面向+60度，一個(gè)組件相對(duì)于來波面向-60度，一個(gè)組件相對(duì)于來波面向+120度，一個(gè)組件于相對(duì)來波面向-120度，ー個(gè)組件相對(duì)于來波面向+180度。應(yīng)了解，能量提取組件的對(duì)稱排布的形式并不限于圓形結(jié)構(gòu)，也可以同樣如上所述的具有六個(gè)組件的形式，但是可為任何適當(dāng)?shù)膶?duì)稱排布方式，或者可以具有任何適當(dāng)或期望數(shù)目的組件以滿足所期望的設(shè)計(jì)和/或性能要求。特別地，對(duì)稱排布可以構(gòu)成為任何適當(dāng)?shù)膶?duì)稱多邊形的形狀。 在特定實(shí)施例中，能量提取組件設(shè)置為處于并排關(guān)系。在各個(gè)實(shí)施例中，處于并排關(guān)系的組件共享共同的側(cè)壁。應(yīng)了解，共同側(cè)壁簡(jiǎn)化了波能提取裝置的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，并有利地降低相關(guān)結(jié)構(gòu)的成本。也應(yīng)了解，在各個(gè)大體上相同的能量提取組件相對(duì)于其它組件面向不同方向的情況下，與各組件相關(guān)的振蕩水柱優(yōu)選取決于能量提取組件相對(duì)于盛行海浪所面向的方向，在不同大小的波峰與波谷之間振蕩。優(yōu)選地，支撐架和能量提取組件通過一系泊系統(tǒng)在水體中保持所期望的位置和方向。優(yōu)選地，系泊系統(tǒng)將導(dǎo)管保持在水體底部之上的ー預(yù)定高度處。優(yōu)選地，系泊系統(tǒng)為ー張緊-系泊系統(tǒng)。在特定實(shí)施例中，用于促進(jìn)支撐架和能量提取組件浮動(dòng)的ー浮力元件或機(jī)構(gòu)可與系泊系統(tǒng)組合使用，以幫助將導(dǎo)管維持在水體底部之上的預(yù)定高度處。在其他優(yōu)選實(shí)施例中，系泊系統(tǒng)可選自包括固定_系泊系統(tǒng)、浮動(dòng)_系泊系統(tǒng)和松弛-系泊系統(tǒng)的組。在特定的優(yōu)選實(shí)施例中，整個(gè)波能提取裝置僅需要單個(gè)系泊系統(tǒng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，使用單個(gè)系泊系統(tǒng)是有利的，因?yàn)檫@顯著地降低了整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，因而降低了與建造、調(diào)試和保養(yǎng)程序相關(guān)的總成本。應(yīng)了解，在某些實(shí)施例中，能量提取組件相對(duì)于盛行海浪保持固定關(guān)系，各組件的性能將取決于具體組件相對(duì)來波的方向。例如，直接面向來波的能量提取組件優(yōu)選以接近100%的工作能力運(yùn)行，背向來波“ a ”角度的那些組件將取決于取向角而低于最大能力運(yùn)行。在特定實(shí)施例中，組件的工作能力隨組件背向波的角度的增加而降低。例如，相對(duì)于來波以60度的角度定位的能量提取組件可以以85%的能力運(yùn)行，相對(duì)于來波成120度角度的組件可以以大約75%的能力運(yùn)行，而那些背向來波(即，以180度定位)的組件可以以大約60%的能力運(yùn)行。應(yīng)了解，以上列出的數(shù)字僅出于說明的目的，且能量提取組件的實(shí)際性能將取決于組件的配置和盛行波活動(dòng)。優(yōu)選地，如果波的方向改變，各能量提取組件將取決于其相對(duì)來波方向的取向角而以不同的工作能力運(yùn)行。特別地，隨著波的方向改變，至少ー些単元將以更小的角度定位，或?qū)⒏苯拥孛嫦騺聿ú㈤_始以更高的能力運(yùn)行。同樣地，一些能量提取組件將以更大的角度定位或更進(jìn)一歩背向來波，因而以更低的工作能力運(yùn)行。然而，優(yōu)選地，對(duì)于所有的波方向來說，系統(tǒng)的總功率輸出將基本保持相同。優(yōu)選地，各振蕩水柱產(chǎn)生的流體流為雙向的。優(yōu)選地，與各流體流有關(guān)的流體為氣體或液體之一。在某些實(shí)施例中，流體流為ー氣流。在這些實(shí)施例中，渦輪機(jī)可以例如為ー空氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，其優(yōu)選地但非必然地，位于水體的平均水平面之上。在其他實(shí)施例中，流體流為一水流。在這些實(shí)施例中，渦輪機(jī)可以例如為一水輪機(jī)，其優(yōu)選地但非必然地，浸沒在水體的平均水平面之下。因此，應(yīng)了解，渦輪機(jī)可由與振蕩水柱有關(guān)的流體流直接或間接地驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選地，導(dǎo)管具有浸沒在水體例如海洋中的一入ロ部分，以及設(shè)置為當(dāng)入口部分浸沒時(shí)在水體之上延伸的一出口部分。入口部分形成用于接收振蕩水柱的一入ロ孔，由此，振蕩水柱響應(yīng)于通過導(dǎo)管的波的漲落而振動(dòng)。各入口孔優(yōu)選背向中心軸，在其他實(shí)施例中，各入口孔設(shè)置為面向中心軸。在另外的其他形式中，一些導(dǎo)管設(shè)置為使它們的入口孔背向中心軸，ー些入口孔則面向中心軸。優(yōu)選地，出口部分形成一位于振蕩水柱之上的空氣室，由此，來自波峰的向上壓カ引起振蕩水柱上升，產(chǎn)生氣流形式的一流體流，其穿過導(dǎo)管的出口孔。當(dāng)波谷通過導(dǎo)管吋，向下壓カ施加于振蕩水柱上，以使得氣體朝向振蕩水柱流入出口腔室。在任一方向的氣流作用于相關(guān)的渦輪機(jī)，引起渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，渦輪機(jī)響應(yīng)于雙向流體流單向地運(yùn)轉(zhuǎn)。各渦輪機(jī)可以是氣動(dòng)渦輪機(jī)或水力渦輪機(jī)(即氣動(dòng)的或水力的)。在某些實(shí)施例中，渦輪機(jī)設(shè)置為使其旋轉(zhuǎn)軸垂直于導(dǎo)管的縱軸。在其他實(shí)施例中，渦輪機(jī)設(shè)置為使其旋轉(zhuǎn)軸大體上平行于導(dǎo)管的縱軸。在一些實(shí)施例中，渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸與導(dǎo)管同軸。優(yōu)選地，導(dǎo)管具有一恒定的內(nèi)橫截面。優(yōu)選地，該內(nèi)橫截面為正方形、矩形及圓形之一。應(yīng)了解，導(dǎo)管的內(nèi)橫截面可以為包括不規(guī)則形狀的任何適當(dāng)形狀，且可以沿著導(dǎo)管的長(zhǎng)度方向可變化大小和形狀。在一些實(shí)施例中，各導(dǎo)管具有錐形的側(cè)壁，優(yōu)選地，最寬處指向或靠近相關(guān)導(dǎo)管的入口孔。應(yīng)了解，使用錐形導(dǎo)管簡(jiǎn)化了圓形或多邊形構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，特別是具有共享共同側(cè)壁的組件的那些構(gòu)造。海洋波能提取裝置可包括用于將導(dǎo)管停泊在期望位置處的一系泊系統(tǒng)。優(yōu)選地，系泊系統(tǒng)為固定-系泊系統(tǒng)、浮動(dòng)-系泊系統(tǒng)、張緊-系泊系統(tǒng)及松弛-系泊系統(tǒng)之一。海洋波能提取裝置可包括用于促進(jìn)能量提取組件浮動(dòng)的ー浮力元件。在某些實(shí)施例中，浮力元件安裝至導(dǎo)管和/或支撐架。優(yōu)選地，各能量提取組件具有一動(dòng)態(tài)諧振控制件，角于動(dòng)態(tài)地改變相關(guān)組件的導(dǎo)管的諧振頻率。優(yōu)選地，該動(dòng)態(tài)諧振控制件用于將導(dǎo)管的諧振頻率與盛行海浪的頻率相匹配。在特定實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)諧振控制件包括相關(guān)導(dǎo)管的壁中的ー調(diào)節(jié)孔，以及一可選擇地移動(dòng)的蓋子或門，用于在全開位置與閉合位置之間選擇性地調(diào)整調(diào)節(jié)孔的尺寸。蓋子優(yōu)選移動(dòng)至全開位置與閉合位置之間的中間位置，以便為盛行海浪的頻率提供可變長(zhǎng)度導(dǎo)管的微調(diào)。優(yōu)選地，蓋子可滑動(dòng)地安裝在調(diào)節(jié)孔之上。在其他優(yōu)選形式中，動(dòng)態(tài)諧振控制件包括用于選擇性地調(diào)節(jié)導(dǎo)管長(zhǎng)度的裝置，從而將導(dǎo)管的諧振頻率調(diào)節(jié)至大體上與盛行海浪的周期一致，并考慮到盛行波周期隨時(shí)間的變化。在多種實(shí)施例中，導(dǎo)管具有用于改變導(dǎo)管長(zhǎng)度的一可伸縮配置。導(dǎo)管的可伸縮配置可包括多個(gè)分離的部分，諸如多個(gè)管子，使管子之間可以相對(duì)滑動(dòng)，以改變導(dǎo)管長(zhǎng)度。優(yōu)選地，各對(duì)可伸縮部分具有一相關(guān)鎖定裝置，用于將管子彼此之間相對(duì)鎖定，以設(shè)置期望長(zhǎng)度的導(dǎo)管。優(yōu)選地，動(dòng)態(tài)諧振控制件包括用于傳感導(dǎo)管內(nèi)振蕩水柱的振蕩幅度的傳感裝置，其指示盛行海浪的周期。優(yōu)選地，蓋子與傳感裝置相連通，以使得傳感器的信號(hào)用以移動(dòng)蓋子，調(diào)節(jié)導(dǎo)管的諧振頻率，以符合當(dāng)前波狀況的頻率。優(yōu)選地，導(dǎo)管設(shè)置為使得傳感裝置測(cè)量OWC的垂直振蕩，而調(diào)節(jié)孔和門布置在導(dǎo)管入口部分的頂壁上，使得門響應(yīng)于傳感器信號(hào)大體水平地移動(dòng)，以打開或關(guān)閉調(diào)節(jié)孔。本發(fā)明第四方面提供ー種波能提取裝置，其包括兩個(gè)或兩個(gè)以上能量提取組件，以彼此相對(duì)固定的關(guān)系連接，各能量提取組件具有用于接收ー振蕩水柱的ー導(dǎo)管、ー渦輪機(jī)以及ー發(fā)電機(jī)，渦輪機(jī)與導(dǎo)管成流體連通以使得渦輪機(jī)可由振蕩水柱產(chǎn)生的一流體流驅(qū)動(dòng)，發(fā)電機(jī)可操作地連接至渦輪機(jī)用于產(chǎn)生電倉泛;其中，兩個(gè)或兩個(gè)以上能量提取組件具有大體上相同的配置，且以對(duì)稱的形式布置，以使得兩個(gè)或兩個(gè)以上能量提取組件產(chǎn)生的結(jié)合總電能大體上是恒定的，與盛行波方向無關(guān)。本發(fā)明第五方面提供ー種波能提取裝置，其包括位于水體中的一海上剛性支撐結(jié)構(gòu)；牢固地安裝至海上剛性支撐結(jié)構(gòu)的至少ー個(gè)能量提取組件，某能量提取組件或各能量提取組件具有用于接收來自水體的ー振蕩水柱的ー導(dǎo)管，及ー渦輪機(jī)，渦輪機(jī)與導(dǎo)管成流體連通，以使得該渦輪機(jī)可由振蕩水柱產(chǎn)生的一流體流驅(qū)動(dòng)；其中，某或各能量提取組件的導(dǎo)管保持在水體海底之上的ー預(yù)定高度處。優(yōu)選地，海上剛性支撐結(jié)構(gòu)是固定的。優(yōu)選地，海上剛性支撐結(jié)構(gòu)固定地錨定至海底。優(yōu)選地，支撐結(jié)構(gòu)為剛性塔架或支柱的形式。在某些實(shí)施例中，剛性塔架由鋼和/或混凝土組成。優(yōu)選地，剛性塔架為一海上平臺(tái)的支腿。優(yōu)選地，海上平臺(tái)為一石油鉆塔或天然氣鉆塔。優(yōu)選地，波能提取裝置包括兩個(gè)或兩個(gè)以上能量提取組件。優(yōu)選地，各組件的導(dǎo)管保持在海底之上的相同高度處。在其他實(shí)施例中，至少兩個(gè)導(dǎo)管保持在海底之上的不同高度處。在一些實(shí)施例中，各導(dǎo)管保持在海底之上的不同高度處。優(yōu)選地，使用中，各導(dǎo)管保持在海底之上的高度大體上是固定的。優(yōu)選地，波能提取裝置包括連接至渦輪機(jī)的發(fā)電裝置，用于產(chǎn)生電能。優(yōu)選地，發(fā)電裝置為ー發(fā)電機(jī)。在某些實(shí)施例中，各能量提取組件具有ー發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)設(shè)置為通過相關(guān)聯(lián)的渦輪機(jī)而轉(zhuǎn)動(dòng)以產(chǎn)生電能。在其他實(shí)施例中，波能提取裝置包括單個(gè)發(fā)電機(jī)，單個(gè)發(fā)電機(jī)連接至能量提取組件的各渦輪機(jī)，并通過其轉(zhuǎn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能供應(yīng)給電柵。在其他形式中，電能供應(yīng)給能量?jī)?chǔ)存裝置，例如，供以后使用的電池組。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，儲(chǔ)能用以向海上平臺(tái)供給能源。優(yōu)選地，各能量提取組件具有大體上相同的配置。在其他形式中，組件具有不同的配置，以使得特定組件相對(duì)盛行海浪預(yù)期地定位。優(yōu)選地，兩個(gè)或兩個(gè)以上能量提取組件圍繞海上平臺(tái)的支腿以對(duì)稱的形式布置。在某些實(shí)施例中，相同的對(duì)稱布置形式圍繞海上平臺(tái)的各支腿。在其他優(yōu)選實(shí)施例中，能量提取組件圍繞海上平臺(tái)的一或多個(gè)支腿以不對(duì)稱的形式布置。在另外的其他形式中，ー種對(duì)稱和不對(duì)稱形式的組合安裝至海上平臺(tái)的各個(gè)支腿。優(yōu)選地，各組件的導(dǎo)管經(jīng)由一安裝裝置安裝至海上結(jié)構(gòu)。安裝裝置優(yōu)選為一安裝支架，更優(yōu)選為ー剛性安裝支架。優(yōu)選地，導(dǎo)管圍繞海上結(jié)構(gòu)的支腿呈圓環(huán)布置。導(dǎo)管優(yōu)選為圓形構(gòu)造。在ー些實(shí)施例中，各導(dǎo)管安裝至海上結(jié)構(gòu)，以使得各導(dǎo)管鄰接海上結(jié)構(gòu)。在其他形式中，各導(dǎo)管安裝的方式使其與安裝導(dǎo)管的塔架的支腿間隔開。優(yōu)選地，各能量提取組件的導(dǎo)管具有至少ー個(gè)第一部分和一第二部分，第一和第二部分大體上是平行的，以使得振蕩水柱隨著水柱從第一部分流進(jìn)第二部分而改變行程，或反之亦然。優(yōu)選地，具有至少ー個(gè)第一部分和一第二部分的各導(dǎo)管大體上為U形。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)管具有三個(gè)或三個(gè)以上部分，其中振蕩水柱隨著水柱從一部分流進(jìn)下一部分而改變行程。優(yōu)選地，導(dǎo)管設(shè)置為以使得振蕩水柱具有一來回連接的流道。
優(yōu)選地，各導(dǎo)管安裝在大體上垂直的方向。優(yōu)選地，各導(dǎo)管(或優(yōu)選地，導(dǎo)管的各部分)的縱軸大體上平行于固定安裝導(dǎo)管的塔架的縱軸。優(yōu)選地，各導(dǎo)管具有浸沒在水體內(nèi)的一入ロ孔，及布置在水體之上的一出口孔，以使得在使用中振蕩水柱與出口孔之間形成一空氣室。優(yōu)選地，使用中，入口孔布置在導(dǎo)管的第一部分與第二部分之間的帶或連接處之上。優(yōu)選地，入口孔是浸沒的，使得入口孔布置在所預(yù)期最低波谷之下。本發(fā)明第六方面提供ー種波能提取裝置，其包括至少ー個(gè)能量提取組件，各能量提取組件具有用于接收振蕩水柱的ー導(dǎo)管、與導(dǎo)管成流體連通的ー渦輪機(jī)，渦輪機(jī)可由振蕩水柱產(chǎn)生的一流體流驅(qū)動(dòng)；其中，導(dǎo)管具有至少ー個(gè)第一部分和一第二部分，第一和第二部分大體上是平行的，以使得振蕩水柱隨著水柱從第一部分流進(jìn)第二部分而改變行程，或反之亦然。優(yōu)選地，各導(dǎo)管的第一部分和第二部分成形為使得導(dǎo)管或各導(dǎo)管大體上是U形的。在特定實(shí)施例中，導(dǎo)管具有三個(gè)或三個(gè)以上部分，其中，振蕩水柱隨著水柱從ー個(gè)部分流進(jìn)下ー個(gè)部分而改變行程。優(yōu)選地，導(dǎo)管的形狀使得振蕩水柱具有一來回連接的流道。優(yōu)選地，使用中，各導(dǎo)管安裝在大體上垂直的方向。優(yōu)選地，各導(dǎo)管(或優(yōu)選地，導(dǎo)管的各部分)的縱軸大體上平行于固定安裝導(dǎo)管的塔架的縱軸。優(yōu)選地，各導(dǎo)管具有浸沒在水體內(nèi)的一入ロ孔及布置在水體之上的一出口孔，在使用中振蕩水柱與出口孔之間形成一空氣室。優(yōu)選地，使用中，入口孔布置在導(dǎo)管的第一部分與第二部分之間的帶或連接處之上。優(yōu)選地，入ロ孔是浸沒的，使入ロ孔布置在所預(yù)期最低波谷之下。附圖簡(jiǎn)要說明下面將參照附圖僅以舉例方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中

圖1是顯示多個(gè)位置的一海上平臺(tái)的側(cè)視示意圖，一能量提取組件可安裝至該海上平臺(tái)；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一海上平臺(tái)的第一實(shí)施例的部分側(cè)視示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一海上平臺(tái)的第二實(shí)施例的部分側(cè)視示意圖；圖4是ー海上平臺(tái)的一實(shí)施例的透視示意圖，其中多個(gè)導(dǎo)管圍繞ー支柱以圓形構(gòu)造布置；圖5為根據(jù)本發(fā)明的一波能提取器的一實(shí)施例的俯視示意圖；圖6為圖5的波能提取器的側(cè)視圖；圖7為圖5和圖6的波能提取器的能量提取組件的透視圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的連接至一海上平臺(tái)的一波能提取器的另ー個(gè)實(shí)施例的側(cè)視示意圖；圖9為一局部俯視圖，顯示了波能提取器的能量提取組件的ー種布置方式，波能提取器安裝至海上平臺(tái)的塔架；圖10為波能提取器的能量提取組件的另ー種布置方式的俯視圖，波能提取器安裝至海上平臺(tái)的塔架；圖1lA至圖1lE顯示了安裝至一海上平臺(tái)的塔架的能量提取組件的多種替代性的布置方式；圖12為一能量提取組件的側(cè)視示意圖，其中導(dǎo)管具有用于改變振蕩水柱行程的一第一部分和一第二部分；
圖13為一能量提取組件的側(cè)視示意圖，其中導(dǎo)管具有用于改變振蕩水柱行程的四個(gè)部分；圖14為根據(jù)本發(fā)明的一波能提取裝置的一實(shí)施例的側(cè)視圖，其采用圖12所示的
導(dǎo)管;圖15為采用四個(gè)或兩個(gè)圖12所示的導(dǎo)管的兩個(gè)替代性布置的俯視圖；圖16為根據(jù)本發(fā)明的一波能提取器的另ー個(gè)實(shí)施例的側(cè)視示意圖，其連接至一海上平臺(tái)且采用圖12所示的導(dǎo)管。
具體實(shí)施例方式參照附圖，本發(fā)明提供了ー種海上平臺(tái)I。平臺(tái)I包括一呈四個(gè)互連剛性支柱2形式的支撐結(jié)構(gòu)。剛性支柱2將諸如海洋4的水體中的呈甲板3形式的一工作站支撐于一海上位置處。剛性支柱2固定地錨定至海底。參照?qǐng)D2所示的實(shí)施例，各支撐柱2具有一呈凹陷5形式的安裝部。安裝凹陷5圍繞支柱2連續(xù)地延伸以形成一橫截面減小的區(qū)域。支柱2位于水體中，使各凹陷大致布置在海洋的平均水平面(MSL)處。多個(gè)導(dǎo)管6以圍繞支柱2対稱的形式安裝在安裝凹陷5中。各導(dǎo)管6成形為用于接收海洋的振蕩水柱。振蕩水柱響應(yīng)于通過導(dǎo)管6的海浪的漲落而振動(dòng)?，F(xiàn)參照?qǐng)D3所示的一替代實(shí)施例，安裝部呈ー凸起的形式，諸如ー小環(huán)7，其自外表面向外凸起并環(huán)繞支柱2。如圖3所示，若干導(dǎo)管6安裝至小環(huán)7。各導(dǎo)管6安裝至安裝凹陷5或小環(huán)7，以使得導(dǎo)管6的入口 8浸沒在海洋4內(nèi)到達(dá)預(yù)期的最低波谷之下的深度，而導(dǎo)管6的出口 9在預(yù)期的最高波峰之上。各導(dǎo)管牢固地安裝至支柱2，以使得導(dǎo)管6的入口 8保持在海底之上的ー預(yù)定固定高度處。加強(qiáng)裝置10鄰近安裝部固定在支柱2上以提高其額定負(fù)載，用于支撐由安裝至支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)管施加到支撐結(jié)構(gòu)的靜カ和動(dòng)力。振蕩水柱的振蕩產(chǎn)生了雙向氣流形式的一流體流。雙向氣流用以驅(qū)動(dòng)與導(dǎo)管6相關(guān)的一能量提取組件11。優(yōu)選地，単獨(dú)的能量提取組件11與各導(dǎo)管6相關(guān)聯(lián)。各能量提取組件包括與導(dǎo)管6成流體連通的一渦輪機(jī)12，以使得渦輪機(jī)12可由振蕩水柱產(chǎn)生的雙向氣流驅(qū)動(dòng)。能量提取組件11包括發(fā)電機(jī)13形式的ー發(fā)電裝置，其連接至渦輪機(jī)或各渦輪機(jī)用于產(chǎn)生電能。參見圖1，能量提取組件11可相對(duì)導(dǎo)管6安裝在多種不同的位置。一管道14或一穿過支柱2的內(nèi)部通道15提供一流道，用于定向氣流到達(dá)渦輪機(jī)12。如圖1所示，能量提取組件11可鄰近相關(guān)導(dǎo)管6安裝在支柱2上?；蛘?，一支撐平臺(tái)16可布置在甲板3之下，用于支撐能量提取組件11。在其他替代中，能量提取組件11布置在甲板3的上工作面17上。現(xiàn)參照?qǐng)D4圖示的實(shí)施例，一組導(dǎo)管6以圓形構(gòu)造安裝至支柱2的安裝部。各導(dǎo)管6大體呈J形，具有短于出口部分19的一入ロ部分18。入口孔和出口孔(20，21)分別布置在導(dǎo)管6的第一和第二部分的可操作的上表面中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，在其他優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)管6和能量提取組件11可具有不同的配置，以使得特定組件相對(duì)盛行海浪預(yù)期地定位和/或有助于保養(yǎng)程序。例如，較小的導(dǎo)管6可安裝至更難到達(dá)的支柱2的內(nèi)側(cè)?，F(xiàn)轉(zhuǎn)向圖5，其中圖示了波能提取裝置100的ー實(shí)施例。裝置100布置在水體，例如海洋200中。波能提取裝置100包括支撐架(未圖示)形式的一支撐結(jié)構(gòu)，多個(gè)能量提取組件300以彼此相對(duì)固定的關(guān)系連接至支撐結(jié)構(gòu)。在圖5所示的實(shí)施例中，支撐架形成一中心軸，六個(gè)能量提取組件300圍繞該中心軸以對(duì)稱六邊形的形狀同軸地分布。應(yīng)了解，能量提取組件的對(duì)稱分布形式并不限于六邊形，而是可為任何適當(dāng)?shù)膶?duì)稱形狀，包括圓形、正方形或其他多邊形。各能量提取組件300具有用于接收海洋200的振蕩水柱的ー導(dǎo)管400。導(dǎo)管400具有浸沒在海洋200的平均水平面(MSL)之下的用于接收振蕩水柱的入口孔500，、在MSL之上延伸的一出口孔600，在振蕩水柱與出口孔600之間形成一空氣室。正如下文將更加詳細(xì)描述的，振蕩水柱響應(yīng)橫穿導(dǎo)管400的海浪的漲落而振動(dòng)。這些振蕩在空氣室中引起壓差，產(chǎn)生雙向氣流形式的一流體流。一渦輪機(jī)700連接至各導(dǎo)管400的出口孔600，渦輪機(jī)700與導(dǎo)管400成流體連通。渦輪機(jī)700具有ー轉(zhuǎn)子(未圖示)，其由振蕩水柱產(chǎn)生的雙向氣流驅(qū)動(dòng)。一發(fā)電機(jī)800可操作地連接至各渦輪機(jī)700，以通過轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能。圖5所示的實(shí)施例中，能量提取組件300包括導(dǎo)管400、潤(rùn)輪機(jī)700及發(fā)電機(jī)800,能量提取組件300全都經(jīng)有利地建造以具有大體上相同的配置。也就是說，各能量提取組件300的導(dǎo)管400、渦輪機(jī)700及發(fā)電機(jī)800利用相同的元件形成，并設(shè)置為相同的大小與形狀，因而具有相等的最大運(yùn)轉(zhuǎn)能力。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，利用以對(duì)稱構(gòu)造布置的大體上相同配置的能量提取組件300使得裝置100產(chǎn)生的結(jié)合總電能大體上是恒定的，與盛行波的方向無關(guān)。利用同等配置的能量提取組件300在降低設(shè)計(jì)和建造成本方面提供了有利條件。這反過來為作為一個(gè)整體的裝置100提供了改善且更具商業(yè)可行性的電カ與成本比。能量提取組件3布置在海洋200中，以相對(duì)彼此并因此相對(duì)盛行海浪的前進(jìn)方向面向不同的方向。正如圖6中最清楚圖示的，支撐結(jié)構(gòu)和能量提取組件300由一系泊系統(tǒng)900保持在海洋中所期望的固定位置和方向。系泊系統(tǒng)900將導(dǎo)管300保持在海底之上的ー預(yù)定高度處。對(duì)于整個(gè)波能提取裝置100，圖5和圖6中圖示的實(shí)施例有利的是僅需要單個(gè)系泊系統(tǒng)。應(yīng)了解，使用單個(gè)系泊系統(tǒng)是有利的，因?yàn)檫@顯著地降低了整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，因而也降低了與建造、調(diào)試和保養(yǎng)程序有關(guān)的總成本。在圖5所示的實(shí)施例中，六邊形構(gòu)造包括圍繞中心軸同心布置的六個(gè)能量提取組件3。一個(gè)能量提取組件直接面向來波，一個(gè)組件相對(duì)來波面向+60度，一個(gè)組件相對(duì)來波面向-60度，一個(gè)組件相對(duì)來波面向+120度，一個(gè)組件相對(duì)來波面向-120度，且ー個(gè)組件相對(duì)來波面向+180度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，在每個(gè)大體上相同的能量提取組件300相對(duì)其他組件面向不同方向的情況下，取決于能量提取組件相對(duì)盛行海浪面向的方向，與各組件相關(guān)的獨(dú)立振蕩水柱將在不同大小的峰和谷之間振蕩。
當(dāng)能量提取組件300相對(duì)盛行海浪保持固定關(guān)系時(shí)，各組件300的性能將取決于特定組件300相對(duì)來波的方向。例如，直接面向來波的能量提取組件300將以接近100%的工作能力運(yùn)行。相反地，背向來波“ a ”角度的那些組件300將取決于定向角度在最大能力以下運(yùn)行。特別地，組件的工作能力隨組件背向波的角度的增加而降低。參見圖5，例如，相對(duì)來波以±60度的角度定位的能量提取組件以大約85%的能カ運(yùn)行，相對(duì)來波成±120度的角度的組件以大約75%的能力運(yùn)行，而背向來波(即以180度定位)的組件以大約60%的能力運(yùn)行。如果波的方向改變，各能量提取組件將取決于其相對(duì)來波方向的實(shí)時(shí)定向角度以不同的工作能力運(yùn)行。特別地，當(dāng)波的方向改變時(shí)，至少ー些単元將以更小的角度定位，或?qū)⒏苯拥孛嫦騺聿ú㈤_始以更高的能力運(yùn)行。同樣地，一些能量提取組件將以更大的角度定位，或更進(jìn)一歩背向來波，因而以更低的工作能力運(yùn)行。然而，對(duì)于所有的波方向來說，系統(tǒng)的總功率輸出將基本保持相同。正如圖7中最清楚地圖示的，各導(dǎo)管具有錐形側(cè)壁，最寬處指向或靠近相關(guān)導(dǎo)管的入口孔。應(yīng)了解，利用錐形導(dǎo)管簡(jiǎn)化了圓形或多邊形構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，特別是組件共享共同側(cè)壁或鄰接側(cè)壁的那些結(jié)構(gòu)。再參見圖7，各能量提取組件具有一動(dòng)態(tài)諧振控制件，用于動(dòng)態(tài)地改變相關(guān)組件300的導(dǎo)管400的諧振頻率。動(dòng)態(tài)諧振控制件用以將裝置100的導(dǎo)管400的諧振頻率與盛行海浪的頻率相匹配。動(dòng)態(tài)諧振控制件包括相關(guān)導(dǎo)管4的壁111中的一調(diào)節(jié)孔110，及一可選擇性地滑動(dòng)的蓋子或門120，用于在全開位置與閉合位置之間選擇性地調(diào)整調(diào)節(jié)孔的尺寸。蓋子120可滑動(dòng)至完全打開位置與閉合位置之間的中間位置，以便微調(diào)孔110以將導(dǎo)管400的諧振頻率與盛行海浪的頻率相匹配。動(dòng)態(tài)諧振控制件包括幅度傳感器130形式的傳感裝置，用于傳感導(dǎo)管400內(nèi)振蕩水柱的振蕩幅度，其指示盛行海浪的周期?？苫瑒?dòng)蓋子與幅度傳感器130相連通，以使得傳感器的信號(hào)用以引發(fā)蓋子的運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)導(dǎo)管的諧振頻率以符合當(dāng)前波狀況的頻率。正如圖7中最清楚地圖示的，導(dǎo)管可設(shè)置為使得幅度傳感器130測(cè)量導(dǎo)管400的出ロ部分中OWC的垂直振蕩，而調(diào)節(jié)孔101和門120布置在導(dǎo)管入口部分的頂壁上，以使得門響應(yīng)于傳感器信號(hào)大致水平地移動(dòng)以打開或關(guān)閉調(diào)節(jié)孔?，F(xiàn)參照?qǐng)D8至圖11所示的波能提取裝置100的另ー個(gè)實(shí)施例。正如圖8中最清楚地圖示的，固定石油平臺(tái)或鉆塔140形式的一海上剛性支撐結(jié)構(gòu)位于諸如海洋200的水體中。石油鉆塔140具有固定地錨定至海底的塔架150形式的四個(gè)支腿。優(yōu)選地，各塔架150由鋼和/或混凝土組成。多個(gè)能量提取組件300經(jīng)由一安裝支架(未圖示)等形式的一安裝裝置牢固地安裝至石油鉆塔的塔架。各能量提取組件300具有用于接收海洋200的振蕩水柱的ー導(dǎo)管400。能量提取組件300的導(dǎo)管400保持在海底之上的ー預(yù)定固定高度處。在圖示的實(shí)施例中，各組件300的導(dǎo)管400保持在海底之上的相同高度處。應(yīng)了解，在其他優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)管可保持在海底之上的不同相對(duì)高度處。在這個(gè)實(shí)施例中，所有能量提取組件300具有大體上相同的構(gòu)造。然而，在其他優(yōu)選形式中，這些組件可設(shè)置為具有不同的構(gòu)造，以使得特定組件相對(duì)盛行海浪預(yù)期地定位。
參見圖9，能量提取組件300圍繞海上平臺(tái)140的四個(gè)塔架150以對(duì)稱的形式分布。相同的對(duì)稱分布圍繞海上石油鉆塔的各支腿形成。參見圖10，圖中顯示了組件300的ー替代性分布，其中，能量提取組件安裝在石油鉆塔的支腿上，以相對(duì)盛行海浪面向不同的方向。圖1lA至圖1lE展示了用于安裝至石油鉆塔塔架的組件300的對(duì)稱及不對(duì)稱分布形式的其他實(shí)例?，F(xiàn)參見圖12，圖中顯示了導(dǎo)管400的ー實(shí)施例， 其特別適用于安裝至石油鉆塔140 的塔架150的能量提取組件300。在這個(gè)實(shí)施例中，各能量提取組件300的導(dǎo)管400具有限定了一入ロ孔170的一第一部分16，以及限定了一出口孔190的一第二部分180。導(dǎo)管400經(jīng)配置大體為U形，其中第一和第二部分(160，180)大體上彼此平行，以使得振蕩水柱隨著水柱從第一部分160流進(jìn)第二部分180而改變行程，或反之亦然。圖12所示的實(shí)施例具有一可選的進(jìn)水管220。在其他形式中，不使用這個(gè)進(jìn)水管220，且入口孔190由第一部分160的末端來限定，并直接向上面對(duì)海洋200的表面。圖13顯示了具有四個(gè)部分的導(dǎo)管的另外ー個(gè)實(shí)施例，在這個(gè)導(dǎo)管中，當(dāng)振蕩水柱流過導(dǎo)管時(shí)，其隨著水柱從ー個(gè)部分流進(jìn)下ー個(gè)部分而四次改變行程。參見圖14和圖16，圖12和圖13所示的導(dǎo)管在大體垂直的方向上安裝至石油鉆塔140的塔架150。也就是說，各導(dǎo)管(或?qū)Ч艿母鞑糠?的縱軸大體上平行于固定安裝導(dǎo)管的塔架150的縱軸。入口孔170浸沒在海洋表面內(nèi)，且在使用中布置在導(dǎo)管的第一和第二部分之間的帶或連接處之上，以使得入口孔170安排在預(yù)期的最低波谷之下。出口孔190布置在海洋表面之上，以使得使用中在振蕩水柱與出口孔190之間形成一空氣室210。一渦輪機(jī)700與各導(dǎo)管400成流體連通，以使得渦輪機(jī)700可由振蕩水柱產(chǎn)生的
氣流驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選地，波能提取裝置包括發(fā)電機(jī)形式的發(fā)電裝置，其連接至渦輪機(jī)，用于產(chǎn)生電倉^:。由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能可供應(yīng)給ー電柵。或者，電能可供應(yīng)給能量?jī)?chǔ)存裝置，諸如供以后使用的ー電池組。儲(chǔ)能可用來向海上平臺(tái)供電，因而可有利地利用其代替或至少降低通常用來向海上石油鉆塔或偏遠(yuǎn)社區(qū)供電的柴油發(fā)電機(jī)的使用程度。因此，本發(fā)明至少在其優(yōu)選實(shí)施例中提供了ー種波能提取裝置，其通過使用ー種剛性的大體上固定的支撐結(jié)構(gòu)而方便且更有效地運(yùn)行。由于結(jié)合了性能增強(qiáng)和顯著的成本支出降低，本發(fā)明的優(yōu)選形式使得一波能提取裝置具有更進(jìn)一歩的商業(yè)可行性，由此改善了成本與電カ比。某些優(yōu)選形式中的系統(tǒng)可將波能轉(zhuǎn)換效率提高至百分之五十。有利地，系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例使得系統(tǒng)的總功率輸出主要地獨(dú)立于盛行波方向。在優(yōu)選形式中，有利地，系統(tǒng)通過使用ー剛性的大體上固定的系統(tǒng)而更有效地運(yùn)行。優(yōu)選形式中的系統(tǒng)還提供了ー種緊湊系統(tǒng)，其不僅建造和保養(yǎng)起來更簡(jiǎn)便，而且更靠近海洋表面有利地運(yùn)行，從而使得在這些降低的深度處使用更高的能量是可行的。在這些方面及其他方面，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在其優(yōu)選實(shí)施例中代表了一種實(shí)用及商業(yè)意義上的改進(jìn)。雖然已參閱具體實(shí)例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解本發(fā)明可實(shí)施于許多其他形式中。
權(quán)利要求
1.一種海上平臺(tái)，包括 一支撐結(jié)構(gòu)，用于將一水體中的工作站支撐在一海上位置處，該支撐結(jié)構(gòu)具有一安裝部；及 至少一個(gè)導(dǎo)管，安裝至安裝部，該導(dǎo)管設(shè)置為用于接收來自該水體的一振蕩水柱，其中振蕩水柱的振蕩產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)一能量提取組件的一流體流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上平臺(tái)，其中，兩個(gè)或兩個(gè)以上導(dǎo)管安裝至安裝部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的海上平臺(tái)，其中，一個(gè)導(dǎo)管或各導(dǎo)管安裝至安裝部，使導(dǎo)管的入口浸沒在水體內(nèi)，而該導(dǎo)管的出口在水體之上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海上平臺(tái)，其中，各導(dǎo)管的入口位于最低的預(yù)期波谷之下，出口在最高的預(yù)期波峰之上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海上平臺(tái)，其中，各導(dǎo)管的安裝使得導(dǎo)管的入口保持在水體底部之上的一預(yù)定固定高度處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，各導(dǎo)管保持在海底之上的相同高度處。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，至少兩個(gè)導(dǎo)管保持在海底之上的不同高度處。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的海上平臺(tái)，其中，各導(dǎo)管分別保持在海底之上的不同高度處。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，各導(dǎo)管所保持在海底之上的高度是基本固定的。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，支撐結(jié)構(gòu)位于水體中，安裝部大約布置在水體的平均水平面處。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，支撐結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)剛性支柱或塔架。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的海上平臺(tái)，其中，支撐結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)或兩個(gè)以上剛性支柱，該兩個(gè)或兩個(gè)以上剛性支柱互相連接并且相對(duì)彼此保持固定的間隔。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，該海上平臺(tái)是固定的。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，剛性支柱固定地錨定至海底。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，支撐結(jié)構(gòu)的剛性支柱通過一系泊系統(tǒng)固定至海底。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，一壓載元件或裝置連接至剛性支柱用于穩(wěn)定支撐結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，兩個(gè)或兩個(gè)以上導(dǎo)管圍繞支撐結(jié)構(gòu)以對(duì)稱的形狀分布。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，加強(qiáng)裝置固定至支撐結(jié)構(gòu)以提高其額定負(fù)載，用于在使用中支承由安裝至支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)管施加給支撐結(jié)構(gòu)的靜力和動(dòng)力。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的海上平臺(tái)，其中，加強(qiáng)裝置安裝在支撐結(jié)構(gòu)的安裝部上或鄰近支撐結(jié)構(gòu)的安裝部安裝。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，安裝部為一凹陷，且導(dǎo)管安裝在該凹陷內(nèi)。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，安裝部包括用于安裝各導(dǎo)管的一不連續(xù)的凹陷。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，安裝部為一凸起，該凸起自支撐結(jié)構(gòu)的外表面向外凸出。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，能量提取組件包括與導(dǎo)管成流體連通的一渦輪機(jī)，使得渦輪機(jī)可由振蕩水柱產(chǎn)生的流體流驅(qū)動(dòng)。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的海上平臺(tái)，其中，來自各導(dǎo)管的流體流為雙向的，用來驅(qū)動(dòng)單個(gè)渦輪機(jī)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的海上平臺(tái)，其中，單獨(dú)的渦輪機(jī)與各導(dǎo)管相連接，且由相關(guān)的振蕩水柱產(chǎn)生的流體流驅(qū)動(dòng)。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的一種海上平臺(tái)，其中，能量提取組件包括一發(fā)電裝置，其連接至單個(gè)渦輪機(jī)或各渦輪機(jī)用于產(chǎn)生電能。
27.一種位于水體中的海上平臺(tái)支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)包括 一支柱; 與該支柱相關(guān)聯(lián)的一安裝部；及 至少一個(gè)振蕩水柱導(dǎo)管，用于一波能提取裝置，該振蕩水柱導(dǎo)管安裝至安裝部，使導(dǎo)管相對(duì)水體的平均水平面保持在一預(yù)定固定高度處。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的支撐結(jié)構(gòu)，包括用于將導(dǎo)管安裝至支柱的安裝裝置，該安裝裝置用于加強(qiáng)支柱，以提高支柱的額定負(fù)載。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的支撐結(jié)構(gòu)，其中，單獨(dú)的加強(qiáng)裝置安裝至支柱以提高其額定負(fù)載，用于支承由安裝至支柱的至少一個(gè)振蕩水柱導(dǎo)管施加給支柱的靜力和動(dòng)力。
30.根據(jù)權(quán)利要求27至29中任一項(xiàng)所述的支撐結(jié)構(gòu)，其中，支柱形成由導(dǎo)管內(nèi)振蕩水柱振蕩產(chǎn)生的流體流的流道，其中流體流能夠用來驅(qū)動(dòng)一能量提取組件。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的支撐結(jié)構(gòu)，其中，流道為支柱內(nèi)的允許流動(dòng)的一內(nèi)空通道。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的支撐結(jié)構(gòu)，其中，流道由一管道形成，該管道設(shè)置于在支柱的外表面上形成的一凹槽中。
33.一種波能提取裝置，包括 一海上剛性支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)位于一水體中； 至少一個(gè)能量提取組件，固定安裝至海上剛性支撐結(jié)構(gòu)，能量提取組件或各能量提取組件具有用于接收來自水體的振蕩水柱的一導(dǎo)管、與該導(dǎo)管成流體連通的一渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)能夠由振蕩水柱產(chǎn)生的一流體流驅(qū)動(dòng)； 其中，能量提取組件或各能量提取組件的導(dǎo)管保持在水體的海底之上的一預(yù)定高度處。
全文摘要
一種海上平臺(tái)，包括一支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)用于將水體中的工作站支撐在海上位置處。該支撐結(jié)構(gòu)具有一安裝部和安裝至該安裝部的至少一個(gè)導(dǎo)管。該導(dǎo)管設(shè)置為用于接收來自水體的振蕩水柱，其中，振蕩水柱的振蕩產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)能量提取組件的流體流。
文檔編號(hào)F03B13/24GK103038422SQ201080064920
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者阿里·穆罕默德·巴格海·南內(nèi)卡藍(lán), 湯姆·丹尼斯 申請(qǐng)人:歐新林克斯有限公司