尊重和保护环境的用于从零排放可再生替代能源产生能量的集成发生器装置

摘要

一种从可再生替代能源产生能量的能量发生器（100），设置有：可漂浮平台（1），其适于被部分浸没在流体中；塔元件（2），其布置在所述平台（1）上并且包括至少一个风力发电机（3）、至少一个第一蓄能器和至少一个变换器，风力发电机用于收集风能并且将风能转换为电能。能量发生器（1）还包括用于存储和转换机械能的至少一个系统；用于存储和转换机械能的所述至少一个系统包括至少一个充能机械蓄能器（14）、联接到所述充能机械蓄能器（14）的至少一个飞轮平衡件（12）以及用于将机械能转换为电能的装置。所述平台（1）被浸没在其中的流体的波动或流动确定所述平台（1）、所述塔元件（2）和用于对机械蓄能器（14）充能的所述至少一个平衡件（12）的摆动，机械蓄能器（14）继而将其运动所产生的能量释放到用于转换机械能的所述装置。

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生能量的发生器，且更具体地涉及一种用于以可持续和经济相容的形式从可再生替代能源产生能量的发生器，其免除危险排放且尊重环境。

背景技术

已知利用从可再生能源（液压能量、风能、来自于海洋的能量、太阳能和地热能等等）获得的能量的方法和装置。

Abou-Raphael的国际专利申请PCT/CA2007/000957涉及一种利用盆的波动来致动液压空气压缩机的设备。空气通过分离器从空气/水流提取并且被上部水存储贮存器和下部空气分离器之间的高度差所确定的静水压力压缩，且在释放时产生通过合适装置的能量。这种系统除了被固定以外不具有高效率，因为该系统缺乏与其它可再生能源的互补性。

YAMAGUCHI KO的JP 2004-19537涉及一种热电联产的混合动力电能/热量发生器，其包括热太阳能收集器，从而产生螺旋热空气流，该热空气流体过联接到发生器的风力涡轮机转换为旋转能量，以转换为电能。借由旋风管件改变风向。该设备可容纳在管状元件中且放置在城市区域中而不会导致明显的不便。此外，热辐射束可同时被使用，以产生热能（热电联产）。除了结合正好常规类型的两个可再生能量转换装置以外，唯一有益特征看起来在于掩蔽在城市区域中和减少噪音。

Wessner和MacMillan的US 2005/0218657涉及一种能量产生装置，其是便携的且可被拆卸，所述能量产生装置包括可运输（可牵引）的风能发电机、另外还包括联接到电能发生器的太阳能面板、以及用于将电能存储到蓄电池中的装置。

这种用于产生电能的已知系统具有可被拆卸和运输的特征，该系统是十分常规的。

申请人还注意到，上述文献的解决方案均未提供对于能够同时管理不同可再生能源的多集成系统，所述多集成系统无环境影响，这是由于完全无有害排放（无碳技术）以及与所占用的空间相比高效的能量输出/安装体积容积。

申请人还注意到，上述文献的解决方案在能量输出/能量成本和/或能量输出/安装成本方面都没有高有效性。

发明内容

申请人发现，上述问题能够通过这样的发生器来解决，所述发生器将风力发电系统与在可漂浮平台上的用于积蓄并转换机械能的至少一个系统组合。

因此，在本发明的第一方面，本发明涉及一种用于从可再生替代能源产生能量的能量发生器，所述能量发生器包括：

可漂浮平台，其适于被部分浸没在流体中；

柱元件，其布置在所述平台上并且包括至少一个风力发电机、至少一个蓄能器和至少一个变换器，所述风力发电机用于收集风能并且将所述风能转换为电能；

其特征在于，所述能量发生器还包括用于存储和转换机械能的至少一个系统；所述用于存储和转换机械能的至少一个系统包括至少一个充能机械蓄能器、联接到所述充能机械蓄能器的至少一个飞轮平衡件以及用于将机械能转换为电能的装置；

所述平台被浸没在其中的流体的波动或流动确定所述平台、所述塔元件和因此所述用于对充能机械蓄能器充能的平衡件的摆动运动，所述充能机械蓄能器继而将其运动所产生的能量释放到用于将机械能转换为电能的所述装置。

根据本发明的发生器的能量产生装置的集成允许独立于天气状况获得几乎恒定的功率输出。

此外，根据本发明的发生器允许设备容易地放置并配合在自然和建筑环境中，此外执行并提供互补性社会和商业功能。事实上，用于商业、旅游、广告和体育等的不同业务可基于这种发生器。

此外，通过组合不同能源及其蓄能器，这种设备避免在供应流中的波动，因而保持供应流基本上恒定、使得不同能源彼此互补、以及在缺乏时将一个能源所产生的能量与另一能源所产生的能量集成、以及各种可能性地将同样产生的能量进行不同类型的积蓄和存储。

发生器合适地还包括至少一个第二蓄能器和至少一个第一涡轮机，所述第一涡轮机布置在所述平台下方并且被浸没，用于捕获所述平台在其中浮动的流体的流运动以及将所述流运动转换为流体的旋转运动以便产生电流并将其释放到所述第二蓄能器中。

因此，本发明的发生器所提出的技术提供无污染能量生成而不会伴随温室效应气体的产生，还称为“无碳”。事实上，通过使用来自于自然可再生能源的能量，这是有助于减少二氧化碳CO2排放以及限制当前气候变化的环境影响的最佳方式。

此外，根据本发明的发生器适于位于河流、湖泊、甚至在近海单元中的海洋上。

有利地，根据本发明的能量发生器可用于在没有外部供应源辅助时自主地产生在农业、工业、房屋、民用、商业、旅游单元的清洁能量。

替代性地，根据本发明的发生器还可用于独立地或自主地产生在水运工具单元（例如，船和平台等等）的清洁能量，而不借助于来自于不可再生和/或可再生但导致温室效应和/或污染的能源的燃料。

根据另一有利方面，根据本发明的发生器还可用于在远程未服务区域产生清洁能量，并且作为紧急和急救情况的撤退供应源。

有利地，发生器包括连接到至少一个电流积蓄器的用于转换太阳能的覆盖元件。

优选地，用于转换太阳能的覆盖元件包括太阳能面板和/或光伏电池、连接到所述面板和/或光伏电池的至少一个负载控制器以及连接到充能控制器的至少一个电流积蓄器。

发生器合适地包括用于产生并转换势能/电能的系统，包括：

至少一个盆，用于收集从水面流回的雨水或水；

至少一个静水压力和流率贮存器，其连接到所述收集盆并且布置在所述塔元件的顶部；

至少一个第二涡轮机以及至少一个管件，所述管件用于将在所述盆和/或所述静水压力贮存器中收集的雨水传输到所述涡轮机，用于从布置在塔元件顶部上的静水压力贮存器中收集的水的势能产生电能。

至少一个第三蓄能器，所述蓄能器连接到第二涡轮机。

优选地，发生器还包括连接到静水压力贮存器的至少一个输送管件以及联接到输送管件的至少一个水输送泵，所述输送泵抽取平台在其中浮动的流体，以将水供给到静水压力贮存器和/或到收集盆。

有利地，为了增加能量产生效率，输送管件的竖直延伸部比管件的竖直延伸部更短，用于将在所述盆和/或所述贮存器中收集的雨水传输到涡轮机中。

合适地，输送泵是电力泵，其通过所述风力发电机和/或所述用于产生和转换机械能的系统和/或用于转换太阳能的所述覆盖元件的产生的剩余能量供以动力。

此外，本发明的发生器能够在暴风雨或恶劣环境下自救，所述平台能够自身填满水和下沉以及在危险排除后自身排出和浮出。为此目的，有利地，发生器包括具有至少一个可浸贮存器的用于下沉和浮出的装置，其填充确定平台的所述至少部分浸没；以及用于浮出平台的可浸贮存器的至少一个排出泵。

优选地，发生器还包括锚定装置。

有利地，锚定装置包括用于将平台锚定在固定点或可移动点的至少一条线缆以及至少一个辅助绞盘，所述辅助绞盘致动线缆以便将平台竖直向上或向下移动。

为了增加发生器的稳定性，平台包括在该平台下方垂直延伸的稳定龙骨。

该平台合适地包括：

可像波纹管一样变形的至少一个扇区，由于用于抽吸和压缩空气的波动的作用，所述扇区经历延伸和压缩；

用于压缩空气的至少一个存储贮存器，所述空气在被合适释放时致动至少一个空气涡轮机；

至少一个止回阀，其连接到所述扇区以及连接到所述贮存器，用于防止存储在所述压缩空气存储贮存器中的压缩空气的回流；

至少一个空气涡轮机。

优选地，所述风力发电机包括具有至少一个竖直叶片的至少一个竖直风力发电机。

有利地，叶片由碳纤维制成。

替代性地，发生器包括布置在所述塔元件的上端的至少一个摆动器，其将波动所确定的塔元件的摆动所提供的势能转换为电能，所述摆动器连接到电能积蓄器。

优选地，发生器包括布置在所述塔元件的上端处的至少一个第二风力发电机，其连接到至少一个变换器以及连接到至少一个积蓄器。

有利地，至少所述风力发电机、和/或用于产生和转换机械能的所述系统、和/或用于转换太阳能的所述覆盖元件和/或用于产生并转换势能/电能的系统都并联地连接到一起，以形成单个能量产生和分配单元。

本发明发生器的能量产生装置的高度集成允许独立于其经受的天气状况得到几乎恒定的功率输出。

为此目的，所述发生器包括多个开关和控制单元，所述控制单元用于操作上述系统并且设置所述系统用于连接、局部化、断开或独立使用。

根据本发明，本发明的其它特征和优势从用于从可再生替代能源产生能量的能量发生器的一些优选但非排他的实施例的详细描述将更清楚。

附图说明

描述将在下文参照附图进行，该附图被提供仅用于简要说明且因此不用于限制目的，在附图中：

图1是根据本发明的用于从可再生替代能源产生能量的能量发生器的优选形式的透视图；

图2是根据本发明的用于从可再生替代能源产生能量的能量发生器的第二实施例的透视图，其中竖直轴线风力叶片的延伸部位于发生器自身的塔元件的顶部上；

图3是根据本发明的用于从可再生替代能源产生能量的能量发生器的第二实施例的透视图，其中具有水平轴线的传统类型风力叶片布置在发生器自身的塔元件的顶部上；

图4a示出了发生器的上部部分，其中示出了电信站设备；

图4b示出了用于商业、广告、信号传送或信息目的的设备的发生器的上部部分；

图4c示出了发生器的上部部分，其中站设备用于辅助导航；

图4d示出了发生器的上部部分，其中雷达站设备被示出；

图5a示出了可漂浮平台，其中其下部部分被浸没且设置、锚定、下沉和浮出装置处于固定位置；

图5b示出了可漂浮平台，其具有替代形式的下部部分；

图6是用于产生从对应转换装置获得的电能的一些装置的组合或分离电能生成设备的布局图。

具体实施方式

参照图1，根据本发明的用于从可再生替代能源产生能量的能量发生器用附图标记100示出。

如图1所示，发生器包括可漂浮平台1，其适于部分浸没在流体10中。

在优选的实施例中，平台1具有圆形形状，但是在不偏离本发明保护范围时其它形状是可能的。

为了稳定平台1，提供在该平台下方延伸的稳定龙骨1’。

优选地，取决于平台1的尺寸，存在2至8个稳定龙骨1’。

在优选实施例中，存在沿着平台1的周边间隔开布置的三个稳定龙骨1’。 稳定龙骨1’从平台1延伸并且在远离该平台1的方向锥细。

在可漂浮平台1上，在中心位置存在竖直向上延伸的塔元件2。塔元件2是中空管状元件，在其延伸部的相关部分开口，用于接收风力发电机3。

在塔元件2的上部部分高处，存在盆4，用于收集附接到静水压力和流率贮存器4’的雨水。

在塔元件2的下部部分，即在其总长度小于50%的部分上，塔元件2具有带有圆形截面的中空管状元件形式。

取决于结构要求并且考虑到风力发电机3的效率，开口部分包括两个或多个、优选地为两至四个的竖直或直立肋2’，所述肋2’还可定形状类似于空气动力学鳍状物，用于更好地传输空气和增加风力叶片的效率。

用于收集风能的风力发电机3还连接到至少一个蓄能器以及连接到至少一个变换器。风力发电机3优选地是具有叶片的发生器，所述叶片具有竖直轴线和可变高度，优选地在6至25 mm之间，空气运动与风力叶片发生器3相互作用并且确定其旋转，用于产生被释放到蓄能器的电流。

蓄能器是已知类型的电力蓄能器，例如蓄电池。

优选地，竖直风力叶片由碳纤维制成，这是由于碳纤维的强度和轻质。

根据本发明的重要方面，能量发生器1还包括至少一个系统70，用于存储并转换机械能。

用于存储并转换机械能的系统包括至少一个充能机械蓄能器14（例如，螺旋卷绕的板簧）和原子钟类型的至少一个平衡件或飞轮12，所述平衡件或飞轮联接到充能机械蓄能器14。充能机械蓄能器14继而联接到用于将机械能转换为电能的至少一个装置。

通过平衡件14的运动充能的充能机械蓄能器14释放其能量，用于供给前述用于将机械能转换为电能的至少一个装置（其在附图中未示出）。

在其中浸没平台1的流体的波动或流动确定平台1、塔元件2以及从而用于对充能机械蓄能器14充能的平衡件12的摇摆运动。

平衡件释放通过其运动产生的能量到用于将机械能转换为电能的所述装置，所述装置是已知类型且因此在说明书中不进一步描述。

如上所述，在塔元件2的顶部上，存在至少一个盆4，用于收集从水面、至少一个静水压力和流率贮存器4’ 流回的雨水或水。

用于收集从水面以及静水压力和流率贮存器4’流回的雨水或水的盆4通过管件32连接到涡轮机6、交流发电机6’和蓄能器。

在管件32中向下流动的水致动涡轮机6，例如冲击式涡轮机6，其通过与交流发电机6’连接产生电能，所述电能被合适地释放到蓄能器（在附图中未示出）。

这种液压装置还可用于保持发生器100的功率输出恒定。

传输管件42连接到收集盆4，所述传输管件42通过抽吸流体10的至少一个水输送泵5，所述平台1浮动在流体10中，且将水供给到盆4和/或贮存器4’，以利用其落差的势能。

为了增加能量产生效率，传输管件42的竖直延伸部比管件32的竖直延伸部更短，用于将在所述盆4和/或所述贮存器中收集的雨水传输到涡轮机6中，为此目的涡轮机6布置成在平台1下方数米处。

管件32、42布置在塔元件2的肋上面，并且可安装到其上或“构造在其内”。

泵5是电力泵，其从在发生器100上可用其它产生系统中剩余的可能电能得到其能量。

替代性地，泵5具有浸没板并且由平台1在其中浮动的流体驱动。

因此在该情形中，泵通过叶片9从波动得到能量。

波动或所产生能量的可能剩余部分致动泵5，该泵5从流体10抽取用于将该流体10传输通过管件42进入到用于收集雨水的盆4以及贮存器4’中。在需要时，进入下降水门32的水供给冲击式液压涡轮机6，所述冲击式液压涡轮机6联接到交流发电机6’，用于进一步产生电能。

发生器100在可能的可用表面上设置有覆盖元件7的系统，用于转换太阳能，所述覆盖元件联接到至少一个电流积蓄器。

用于转换太阳能的覆盖元件7的系统包括太阳能面板和/或光伏电池，其连接到至少一个充能控制器以及连接到至少一个电流积蓄器（在附图中未示出）。

风力发电机3可集成到用于转换太阳能的覆盖元件7的系统。在该情形中，变换器的输入（优选地共用）设置有电力滤波装置，用于限制到变换器的最大输入功率以及从风力发电机3以及从用于转换太阳能的覆盖元件7的系统添加功率。

替代性地，用于转换太阳能的覆盖元件7的系统可适于产生热能。

在这种情形中，太阳能面板和/或光伏电池连接到热积蓄器或锅炉。

太阳能面板和/或光伏电池可有利地布置在用于收集雨水的盆4、静水压力贮存器4’、 和肋或直立肋2’的外表面上以及布置在平台1上。

发生器合适地还包括至少一个第二蓄能器和至少一个第一涡轮机8，所述第一涡轮机布置在平台1下面并且被浸没以捕获平台在其中浮动的流体10的流运动并且将其转换为流体的旋转运动，以便产生电流并且将其释放到上述第二蓄能器中。

为此目的，由轴23支撑的第一涡轮机8连接到电能积蓄器，例如蓄电池。

有利地，风力发电机3和/或用于产生和转换机械能的系统70和/或用于转换太阳能的覆盖元件7的系统和/或利用水落差势能的系统并并联地连接到一起，以形成单一能量产生和分配单元。

为此目的，如图6所示，发生器100包括多个开关52（每个用于对应一个能量发生系统）和控制单元53，所述控制单元用于操作上述系统并且设置所述开关用于其连接、局部化、断开或独立使用。

PLC可用作控制单元。

能量系统通过PLC的管理和控制借由在该PLC中预定的一组程序现场自主地参与。然而，对于在这种程序的操作或修改中的任何变化，可能的是，一般而言通过诸如GPS/调制解调器或电信装置远程操作。

能量发生器还构想出，除了用于控制平台以及与其成整体的塔的摆动的装置以外，平台还设置有用于下沉和浮出的装置。事实上，本发明的发生器能够在暴风雨或恶劣环境下自救，所述平台能够自身填满水和下沉以及在危险排除后自身排出和浮出。

为此目的，发生器包括具有至少一个可浸贮存器（在该附图中未示出）的用于下沉和浮出的装置，其填充确定平台1的至少部分浸没；以及用于浮出平台的可浸贮存器的至少一个排出泵。

优选地，如附图所示，发生器包括锚定装置54。

有利地，锚定装置包括用于锚定平台的至少一条线缆26以及至少一个辅助绞盘28，所述辅助绞盘致动线缆以便将平台竖直向上或向下移动，从而辅助用于下沉和浮出的装置。 

在该图中，用于将平台锚定到可移动点的线缆26设置有锚20’。

替代性地，如果使用固定锚定，构想的是将锚定线缆26在其下端扎到在放置发生器1的水流床中的固定点20。

如图所示，发送器1还可设置有用于控制平台和塔元件的摆动的装置。

用于控制平台和塔元件的摆动的装置包括端部平衡器50，其完全浸没在平台1下面的流体中并且借由伸缩杆24和收集器27连接到该平台1。伸缩杆由液压千斤顶（未示出）致动。

详细地，平衡塔元件2和平台1的端部平衡器50刚性连接到塔元件2和平台1，并且可设置端部平衡器50从平台底部的延伸。

具有借由伸缩杆24和液压水套设置从水面10延伸的端部平衡器50允许设置平台1和塔元件2的摆动幅值，增加或减少该摆动幅值以更好地利用替代能源。

例如当风十分合适且是强劲的时，有必要的是保持用于更高效率的风力叶片的摆动小以及更安全的设备；而相反当具有和风时，有必要的是采用波动，从而尽可能远地增加塔摆动。

根据替代性实施例（在附图中未示出），平台1可包括至少一个扇区，所述扇区可像波纹管一样变形并且由于用于抽吸和压缩空气的波动作用而经历延伸和压缩。

详细地，平台1可由多个扇区或薄片形成，其中一些可像波纹管一样变形并且由于波动所确定的波纹管运动而经历延伸和压缩，以便在用于压力积蓄器的合适压缩空气贮存器中抽吸和压缩空气。如此被抽吸和压缩的空气被释放，在必要时用于致动空气涡轮机或气动马达或气动活塞，用于产生电流。

在如图1所示的优选实施例中，在用于收集雨水的盆4上方的塔元件2的顶部上，存在例如摆锤的摆动器33。摆动器33将波动所确定的塔摆动所提供的势能转换为电能/机械能。

在如图2所示的不同实施例中，不是采用摆动器33，具有竖直轴线3’（其从下方的轴线3继续或者不继续）的第二风力涡轮机布置在发生器1的塔元件2的上部部分中并且由合适肋22支撑，该肋22可以是肋2’的延伸部。

在图3中示出了根据本发明的发生器的又一替代性实施例，其总体上类似于图1中的，不同之处在于优选地是安装具有水平轴线3’’的第二风力涡轮机。

在图4a中，示出了根据本发明的发生器的又一替代性实施例，其总体上类似于图1中的，不同之处在于，发生器构想成在塔元件2的顶部上安装电信站（天线、抛物面天线、移动电话、卫星）44。

在图4b中，示出了根据本发明的发生器的又一替代性实施例，其总体上类似于图1中的，不同之处在于，构想出安装海上信标和/或站46，以助于海运导航。

在图4c中，示出了根据本发明的发生器的又一替代性实施例，其总体上类似于图1中的，不同之处在于，构想出安装雷达或雷达信标47，以助于海运/空中导航。

最后，在图4d中，示出了本发明的另一实施例，其旨在用于安装到旅游、城市或街道区域中并且构想出在塔元件的顶部上安装用于广告或告示、日历、气象站等等的时钟和/或符号45。

本发明的发生器可具有若干应用和用途，例如放置到靠近码头的城市区域、居民区域或海岸区域，其中作为其它特征，该发生器可被十分良好地放置，而不会扰乱天然的、景观的和建筑的环境。

该发生器允许容易地包括和适应在天然和建筑环境内设备，此外实现并实施互补社会和商业功能，因为用于商业、旅游、广告和体育等等的许多不同活动可位于这种发生器设备内。

其还可用于通过泵送水用于灌溉和/或通过照明和加热农场、温室或通常通过供应用于农业和森林活动的能量来保持耕作海岸或河岸。

其可类似地在遥远未服务区域（例如，岛）中产生清洁能量，以及作为在紧急和急救情况和中心的撤退供应源。

本发生器十分良好地适于实施作为海运/空中导航的参考点的支撑功能，尤其作为在隔离或近海区域的无线电信标。

其可位于河流、湖泊、甚至近海单元中的海域。

此外，其还可用作近海油勘探平台的能量发生器，并且其可安装作为船和水运工具上的发生器/推进装置，以独立自主形式产生清洁能量而不使用来自于不可再生能源或可再生但污染或具有温室效应（含碳）能源的燃料。

根据本发明的能量发生器100可具有任何尺寸和容量，以便适于能量效率和旨在应用并且与能量效率和旨在应用相容。

此外，能量发生器100还构想的是，平台2具有流体动力学形状。因此，本发明寻求目标的发生器再循环自然能，从而确保环境保护和保持而不会引起任何污染、减少使用引起温室效应气体排放和变热的有害能源、有助于收回和治理环境手段以及有助于可持续发展。

本发明已经参考其一些实施例被描述。但是许多变型可被引入详细描述的实施例中，它们都落入由下述权利要求书限定的本发明保护范围内。

例如，能量发生器可构想成，平台1适应通过所安装的不同功率发生装置产生的功率自供给的推进器，用于使得推进器移动和离开原位而不使用来自外部能量供应源的功率。