可再生能源转换设备

摘要

所描述的设备是一种浮力转换设备，用于将从可再生海洋能源获得的能转换为有用能，包括：风能转换器；布置成将风能转换器支撑在具有表面和河床的水体中的浮力平台；以及连接构件，该连接构件位于风能转换器和浮力平台之间，该浮力平台包括使用中的配置，其中该浮力平台浸没在水体中。在使用中的配置中，连接构件突出穿过水体的表面，使得风能转换器大体上位于水体的上方。该设备还包括波能转换器。该设备旨在提供一种在暴风雨条件下具有增强的稳定性，更稳定的电源供应以及改善的成本和易于维护的设备。

说明书

技术领域

本申请涉及可再生能源系统，尤其涉及波能系统和浮动风能系统。

背景技术

波能和海上浮动风能都已被认为是使全球能源系统脱碳的领先技术选择。这些技术的许多站点重叠，例如欧洲的大西洋沿岸既拥有出色的风能资源，又拥有出色的波浪资源。此外，这两种技术都面临着共同的挑战，例如如何向海岸输送能量，如何在海上运输和维护机器以及如何在风暴中幸免。

将这两种技术结合在一个设备中具有许多优势，例如：两种发电方式可以共享一个共同的结构和能量传输系统，从而降低了投资成本；运输，安装和维护也可以共享，从而进一步降低成本；两个独立的能源使机器在强风但低浪时仍可继续产生能量，反之亦然；并且可以使海床的单位面积能量最大化。

潮汐能是将潮汐能从潮汐能转换成电能的一种水力发电形式，目前尚未得到广泛采用，但未来发电潜力巨大，在潮汐发电中也可以与风能结合共同的结构。在下面的描述中，术语海洋能源用于描述波能系统和潮汐能系统，它们是水力发电的形式，用于将能量分别从波浪或潮汐转换为电能。“海洋能源”也被广泛地解释为包括海上风能系统。

在例如GB1808933.4中公开的一些当前提出的装置中，风能转换器被容纳在涡轮机桅杆的顶部的机舱中，并且波能转换器在水下处于单独的外壳中。然后，将这两个单独的能转换器的电功率输出合并，以为整个机器提供共同的电功率输出。将这些系统组合或部分组合为一个系统可能具有以下优点：复杂性和成本；可达性和可维护性；以及重量分布可提高稳定性。

因此，期望提供一种用于替代现有方法的替代方案，该现有方法被部署用于克服由当前尝试在一个能转换装置中将诸如风能和波能之类的两个能量利用系统相结合而提出的问题。

期望提供一种被布置为承受恶劣天气并收集风能和波能的设备。

还期望提供一种设备，其中风能和波浪能转换器的能量转换系统完全或部分地组合，并且完全或部分地共置在机器中。还希望将组合式/并置式能量转换器放置在机器中易于维修的位置，并且不会因其质量而使机器不稳定。

发明内容

根据本申请第一方面，提供了一种用于将从可再生能源获得的能转换成有用能的浮力能转换设备，所述设备包括：

风能转换器；

浮力平台，其布置成将所述风能转换器支撑在水体中，所述水体具有表面和河床；和

连接构件，所述连接构件位于所述风能转换器和所述浮力平台之间，

其中，所述浮力平台包括使用中的配置，在所述使用中的配置中，所述浮力平台浸没在所述水体中，并且其中，在所述使用中的配置中，所述连接构件突出穿过所述水体的所述表面，是的所述风能转换器大体上位于所述水体上方；其中，所述设备还包括与所述浮力平台连通的波能转换器，所述波能转换器被设置来将来自所述水体的波能转换为所述有用能。

优选地，所述波能转换器包括与波能转换构件联接的波能捕获构件。优选地，优选地，所述风能转换器包括联接至风能转换构件的风能捕获涡轮。优选地，所述设备还包括壳体，在一些实施例中所述壳体可以是机房。所述壳体和/或将壳体连接至设备的任何安装件或固定件可以有利地抵抗天气的影响，并且在一些实施例中，壳体和/或安装件或固定件可以是防风雨的，耐候的，防锈的，水密的和/或防水。优选地，所述壳体靠近风能转换器，使得在使用中的配置中，壳体基本上位于水体的上方。壳体可以布置成容纳风能转换构件和/或波能转换构件。在一些更优选的实施例中，壳体可以包括能组合构件，所述能组合构件被布置成接收来自风能转换器的输出能以及来自波能变换器的输出能，并且还被布置成组合所述输出能。在这样的实施例中，所述能组合构件可以被布置为输出所述组合的能。

本发明的特征在所附权利要求中阐明。在适当的情况下，以下特征将被理解为适用于第一方面或第二方面。

当前描述的发明提供了一种用于收集风能和波能的设备。在优选的实施例中，风能和波能转换构件的能转换系统可以是或完全或部分组合的，并且完全或部分地共置在机器中。优选地，风能和波能转换构件位于壳体中，并且优选地共置在壳体中，壳体在优选实施例中是机房。在这样的实施例中，组合/共置的能转换构件在设备中易于维修保养且不会因其质量而使机器不稳定的位置中的位置也是有益的。在本发明的上下文中，技术人员将术语“机器”理解为是指“浮力能转换装置”。

与目前可用的技术相比，在本发明提供的解决方案中，优选地减少了暴风雨条件下的不稳定性。另外，包括容纳风能和波能转换构件的壳体的实施例提供了这些特征的保护和安全性，并提高了维护的便利性。结合使用功率转换系统的另一个好处是进一步降低了成本，提高了规模效率。可以使用许多用于容纳机械和能转换设备(例如机房，机械室，发动机室)的描述符中的一种来命名外壳。

所描述的能转换设备优选地克服了诸如以下的挑战：用于风力涡轮机的机舱难以在桅杆的顶部处接近并且在不稳定的位置增加了大的质量；而且波能转换器位于海底，需要将机器返回地面进行维护，并具有高水平的密封性和防水性。

在优选实施例中，在最终转换为电能之前将来自风能和波能转换器的功率输出组合起来可以消除能转换系统的某些部分的重复。它还允许将风能和波能转换器的组合式能转换部件放置在同一位置，从而更易于维护。它还可以允许能转换系统的重的部分位于提供改善的稳定性的位置。

所述装置在其使用中的配置中的稳定性由浸入式平台的浮力提供，该浮力优选地作用在例如水体河床的一个或多个系泊绳或系绳上。所述稳定性产生了力的稳定平衡，所述力能够抵抗风，浪和潮汐在装置上施加的负载。

本发明的第一方面可以进一步包括一种服务配置，其中，所述设备的浮力平台至少部分地位于水体的表面上。在这种服务配置中，所述设备附接到一个或多个系泊缆绳或系绳，例如，系到水体的河床。在所述配置中，所述设备可以具有一定程度的浮力平台的部分浸没，在此期间，可以实现高度的稳定性，同时允许进入需要维护的装置的所有部件和系统。在这种配置中，风能转换器(优选地包括风力涡轮机)可以保持运行，同时一个或多个波能转换器获得维护。

本发明的第一方面可以另外包括自由浮动的运输配置，其中，整个机器漂浮在水体的表面上并且不连接到所述系泊缆绳或系绳。为了在整个表面上拖曳，机器在这种配置下是稳定的，但是稳定性会低于使用中和服务配置。

在一些实施例中，本发明的第一方面还可包括幸免或风暴配置。所述幸免或风暴配置类似于使用中的配置，但是至少波能转换器的能捕获构件是非操作的和/或固定的或对接的更接近或靠近浮力平台。可选地，在幸免配置中可以增加浮力平台的深度。可以通过缩短所述系泊缆或系绳的长度来增加所述深度，所述系泊缆或系绳的长度可以使用诸如绞盘或滑轮的适应性深度设定装置。幸免配置减少了波浪向机械传递的负载，提高了稳定性，并保护波能转换机械免受强力和高工作冲程的伤害。

优选地，波能转换器包括工作深度，在所述工作深度处波能转换器提供最佳的能转换。进一步地，在使用配置中的浮力平台包括浮力平台深度；其中所述浮力平台深度与所述工作深度大体上相同。所述工作深度和所述浮力平台深度可以取决于所使用的波能转换器的类型，并且通常可以从5m至50m范围中选择。更优选地，浮力平台深度和/或工作深度可以选自：10m至40m。在波能转换器包括使用一个或多个联接构件从浮力平台悬挂的能捕获浮子的示例中，浮力平台的深度和/或工作深度可以选自：15m至40m。在其中波能转换器包括往复地安装在诸如能捕获板的铰链上的能捕获构件的示例中，浮力平台的深度和/或工作深度可以选自：5m至20m。在其中波能转换器包括具有压差的能捕获构件的示例中，浮力平台深度和/或工作深度可以选自：5m至20m。

在使用中的配置中，浮力平台的深度在水体的表面以下，优选地，其深度低于波浪的大部分影响，以减小波浪对浮力平台的作用力，特别是在暴风雨条件下。此外，平台的浸没深度优选地针对波能转换器的操作被优化，即，有足够的深度用于波能转换器的工作行程，和/或为波能转换器的有效操作所需的几何关系。

浮力平台和风能转换器之间的间隙由优选具有刚性开放框架结构的连接构件桥接。所述刚性开放框架结构旨在最小化其对穿过结构的波浪，潮汐和较小程度的风的阻力，从而减小对装置的作用力并提高稳定性。

优选将所述间隙理解为与具有与浮力平台直接连通的风能转换器(例如风力涡轮机)的技术形式相反。如上所述，在这种当前可用的技术形式中，当前可用的技术所经历的介质(例如水或空气)运动的阻力水平导致运动，增加的张力以及技术的不稳定，特别是在暴风雨条件下。

术语“刚性开放框架”将被本领域技术人员理解为是指被布置用于支撑并且可被介质穿透的结构部件，从而使所述介质的运动阻力最小化(即，优选地提供开放框架)。连接构件的刚性开放框架布置成在风能转换器和浮力平台之间提供间隙。优选地，当使用本发明的第一方面的设备时，所述间隙对空气或水的移动产生最小的阻力，并且因此在暴风雨条件下提供了所述设备的最大稳定性，其中所述介质的移动程度，并且它们的运动速度以及由此产生的阻力水平预计会更大。优选地，通过减少浮力平台和风能转换器的运动来提供最大的稳定性。在其中将浮力平台拴系到水体床或以其他方式与水体床连通的实施例中，还优选地通过减小拴系构件中的张力来提供最大的稳定性，所述拴系构件可以优选地是深度设定构件。

“开放式框架”可以优选地采取多种可能的形式，只要以这种形式将对诸如水或空气的介质的运动的阻力最小化即可。这样的框架的示例可以包括例如格子框架，网状框架，穿孔框架，多孔框架，多孔框架，可穿透框架和/或骨骼框架。

在本发明的一方面的上下文中，在使用中的配置中，连接构件突出穿过水体的表面，因此，穿过连接构件的介质优选是水(在水体的表面下方)和空气(水体的表面上方)。在包括维护和/或运输配置的实施例中，以这种配置，浮力平台优选地大体上漂浮在水体的表面上，因此，在所述配置中，介质优选地是空气。使介质运动的阻力最小化优选地有助于在正常使用中以及在例如暴风雨条件，汹涌的海况，大浪和/或大风的情况下对设备的稳定性。

优选地，风能转换器和波能转换器被布置成将风能和波能中的每一个转换成各自的中间形式的能，其例如可以包括机械能，水力能或直流电能，其中各自的过渡形式的能可以被转移到公共的次级能转换设备(可以可选地包括在壳体内)。在这样的实施例中，次级能转换设备可以被布置为组合能的过渡形式，并且将组合能的过渡形式输出为期望的输出能的单个形式，其可以例如包括交流电能。

优选地，该设备被布置成使用一个或多个滑轮和齿轮将风能或波能转换为机械能。该设备进一步布置成将机械能传递到共同的次级能转换设备。所述次级能转换设备被布置为在从所述设备输出所述不同形式的能量之前将机械能转换为不同形式的能。

优选地，该设备被布置成使用一个或多个液压致动器将风能或波能转换为水力。该设备被进一步布置成将液压能传递到公共的次级能转换设备；所述次级能转换设备被布置为在从所述设备输出所述不同形式的能之前将机械能转换为不同形式的能。液压致动器可以是液压发电机或液压柱塞，或者是本领域技术人员应理解的另一种形式的合适的液压致动器。

优选地，该设备被布置成将风能或波能转换成第一形式的能。该设备被进一步布置成将第一形式的能转移到公共的次级能转换设备；所述次级能转换设备被布置成在从所述设备输出所述第二形式的能之前将所述第一形式的能转换成第二形式的能。第一形式的能可以例如包括将被理解的任何合适形式的能，例如直流电能。第二形式的能可以例如包括将被理解的任何合适形式的能量，诸如交流电能。将理解的是，第一形式和第二形式的能包括不同形式的能。在一些实施方式中，第一形式的能和第二形式的能可以由不同形式的能量组成。将理解的是，在包括次级能转换设备的所有实施例中，所述次级能转换设备可以被包括在壳体内。

术语“布置成将风能转换器支撑在水体中”将被本领域技术人员理解为意味着布置成支撑风能转换器的质量，使得其在使用时，在浮力平台位于水体内时被最佳地定向。该术语不用于暗示风能转换器在水体内的位置，并且特别地，在本发明中，在使用中的配置中，风能转换器优选地基本支撑在水体上方。

优选地，间隙限定暴风雨清除距离，该暴风雨清除距离是足够长的距离，以使风能转换器在使用中的配置和/或在包括这样的配置的实施例中为暴风构造保持在水体的上方。

优选地，水体是海洋。

术语“使用中的配置”在本文中用于表示本发明在执行其主要用途时的必要配置，即将本发明的能从可再生能源转换为有用能。

术语“浸没的”将被理解为是指完全位于水体的表面下方。术语“基本上在水体之上”将被熟练的读者理解为是指在使用中的配置中，风能转换器不与水体接触。

在一些优选实施例中，波能转换器包括能捕获构件，该能捕捉构件通过经由能转换构件(也被称为“能转换的装置”和“能转换装置”)联接至浮力平台的波而移动。在本发明的上下文中，本领域技术人员将理解所使用的涉及能转换“构件”的任何术语包括例如任何合适的多部分能转换装置，例如能传导装置。因此，应当理解，术语“构件”并不旨在限于一部分或单个部分设备，而是可以在其含义内包括这样的设备。能转换装置优选地定位在浮力平台上或附近，但是可以定位在设备的另一部分上或能捕获构件上。因此，在这些实施例中，能是由能捕获构件与装置的浮力平台之间的相对运动产生的。在一些实施例中，能捕获构件可以联接至一个或多个能转换构件。

在本发明的一些优选实施例中，波能捕获构件包括通过一个或多个系绳联接到能转换装置的浮子。浮子在正常使用中位于水体表面上或附近，但是浮子的深度可以通过调整系绳的长度来调节，因此通过增大深度可以减少大浪中的能捕获并在暴风雨中完全收回浮子，使其完全靠近浮力平台或在浮力平台内完全停止运行。

由于浮子是有浮力的，并且浮子与能转换构件或装置之间的距离由系绳的长度控制，因此当机器进入使用中的状态时，可以使浮子自部署，同样，当将机器从使用中的配置带入基于表面的配置中的一种时，浮子可以自动恢复。

优选地，系绳的长度被调节为能转换装置的整体功能。能转换装置优选地包括绳索或系绳存储鼓，当浮子被波浪移动时，系绳被缠绕在其上或被缠绕。绕组的开和关致动绞盘，该绞盘用作发电机以产生有用的能量，并且优选地还可以经由控制系统的输入来执行线或系绳长度调节的同时功能。绞盘/发电机可以是电动机/发电机或液压电动机/发电机。

合适的波能转换器的一个例子是船用电力系统WaveSub(RTM)。

在包括风暴配置或幸免配置的实施例中，绞盘优选地用于减小能捕获构件与能转换构件之间的距离，以使得能捕获构件在浮力平台上，内部或附近。优选地，该设备包括控制系统，该控制系统具有被布置为检测风暴特征的一个或多个参数的传感器。优选地，控制系统还被布置为在检测到暴风雨的特征参数时将设备配置成风暴配置，其中控制系统的所述配置优选地包括对所述绞盘的致动，其可以与能捕获同时发生。

在其他优选实施例中，波能转换器包括能捕获构件，该能捕获构件是铰接的翼片，该铰链的翼片能够在其铰链上以往复的方式随着波浪的运动而向后和向前旋转。这样的能转换装置将包括合适的机构以抵抗襟翼的往复运动，合适的机构是围绕铰链的液压柱塞，线性发电机或直接驱动发电机。

翼片可以布置成以与上述实施例的浮子类似的方式使用浮力进行自展开和自复原。在这样的实施例中，所述翼片可包括浮力部分。为了在这样的实施例中获得风暴噢诶之，可以使用能转换装置将翼片平放在浮力平台上，以最小化抵抗风暴海运动的阻力。

在进一步的优选实施例中，波能转换器包括浸没式压差波能转换器，其利用在机器上通过的波的变化压力来产生能。当波浪通过腔室时，压缩气体的腔室通过其上方变化的压力进一步压缩或膨胀(波峰对应于增加的水深，因此相应增加了水压，而波谷对应于减小的水深，并因此减小相应的水压)。该腔室可以机械地联接到原动机，该原动机可以上下移动并且可以被能转换装置抵抗，能转换装置例如液压柱塞，线性发电机或齿轮驱动的旋转发电机。

在包括浸没式压差波能转换器的机器的其他实施例中，压缩空气的腔室可在装置上间隔开并布置成使得穿过顶部的波使空气在腔室之间或在循环路径中来回流动通过腔室。在这种情况下，能量提取通常将包括空气涡轮机，该空气涡轮机被定位成直接或通过管道被在腔室之间，周围或通过腔室流动的空气推动。

优选地，该浮力平台包括布置成在预定范围内限定浮力平台的最上表面与水体表面之间的深度的自适应深度设定构件。

自适应深度设定构件(在本文中也称为“深度设定装置”)优选包括至少一个系泊绳或系绳，该系泊缆绳或系绳布置成将浮力平台系绳至水体的河床，以及调节所述至少一个系泊缆绳或系绳的长度的装置，例如绞盘，以限定深度。

优选地，在包括风暴或幸免配置的实施例中，风暴配置包括风暴清除深度，其中风暴清除深度优选地等于或大于20m。优选地，自适应深度设定构件被布置成在风暴条件下将深度调节至风暴清除深度。优选地，在包括被布置为检测风暴的参数特征的控制系统的实施例中，控制系统被布置为在检测到风暴的参数特征时致动自适应深度设定构件以实现风暴清除深度。

优选地，浮力平台的浮力被布置成在深度设定装置中提供足够的张力，其中，当处于使用中，维护，幸免或风暴配置时，足够的张力为浮力平台提供稳定性。优选地，浮力平台包括正浮力。

优选地，深度设定装置中的稳定性和张力被布置成基本上抑制浮力平台的运动。

在本发明的上下文中，稳定性是指没有不必要的设备运动和/或在所述设备上没有不必要的张力。所述不必要的运动通常可以由水在水体内的运动或空气在水体内的运动引起。优选地，由深度设定构件在浮力平台上的定位和浮力平台的正浮力引起的深度设定构件中的张力足以限制设备在水体内的运动。

优选地，深度设定构件(其可以包括系泊缆绳)包括大体上非弹性的材料或具有有限但已知的弹性的材料。优选地，大体上非弹性或有限弹性的材料包括选自以下的一种：钢链，钢丝绳，尼龙绳，迪尼玛(RTM)绳。在某些实施例中，系泊绳索的一定程度的有限弹性可能是有益的，以避免在某些情况下系统中突然的“卡死”负载。

如以上针对能转换构件所述，在本发明的上下文中，本领域技术人员将理解，用于指代深度设定“构件”的任何术语包括例如任何适当的多部分深度设定装置，例如，系泊设备。应当理解，术语“构件”因此不旨在限于一部分或单个部分设备，而是可以包括其含义内的任何类型的设备。

优选地，连接构件限定了浮力平台与风能转换器之间的连接距离，其中在使用中的配置中，该连接距离大于深度。根据优选实施例，由连接构件限定的连接距离大于在使用中的配置中的浮力平台的深度。

优选地，风能转换器包括风力涡轮机。优选地，风力涡轮机是水平轴风力涡轮机。优选地，风力涡轮机包括塔架，机舱和多个叶片。并且其中，在使用中的配置中，风力涡轮机的塔架大体上在水体的表面上方。将理解实施例，其中风能转换器可包括垂直轴风力涡轮机或风筝功率风能转换器。

在风能转换器和浮力平台之间提供间隙的连接构件优选地包括在间隙内的空间，空腔或壳体，其被布置成容纳设备。优选地，该设备包括能转换设备以及辅助该设备的安装，维护和修理的任何其他设备。在一些实施例中，所述设备保持基本干燥可能是有益的。这样，在一些优选的实施例中，设备可以被存储在这样的位置，该位置在使用中的配置中大体上位于水体的表面上方，并且优选地位于连接构件的顶部。

优选地，浮力平台的至少一部分包括网状框架，该网状框架布置成允许水的通道大体上通过浮力平台。

优选地，浮力平台包括框架，该框架布置成使对介质流的阻力最小化，并因此限制了设备运动和/或作用在该设备上的力的可能性。所述减小的运动和/或力优选地在设备中提供更大的稳定性，并且可以减小任何深度设定构件中的张力。

优选地，至少以下之一：

浮力平台长度；

浮力平台宽度；

浮力平台直径；

被从20到200米的范围内选择。

对于包括运输配置的实施例，在运输配置中，浮力平台布置成漂浮在水体的表面上。优选地，在运输配置中，风能转换器布置成将风能转换成有用能。优选地，运输配置描述了浮力平台与水表面之间的关系。在包括深度设定构件的实施例中，其要求在将浮力平台设定在所述水体中的深度之前将浮力平台锚定到水体的河床，可以想到一些实施例，其中，当设备处于运输配置时，深度设定构件可选地可以与水体的河床连通或不与水体床连通。在包括这种深度设定构件的实施例中，在以所述配置运输设备时，深度设定构件可以不与水体床连通。

优选地，在运输配置中，波能转换器在水体的表面上方。

优选地，当本发明的设备正在现场进行维护或修理，或者被运输到将要安装该设备的期望的位置时，使用该运输配置。优选地，浮力平台的所述漂浮提供了在设备处于运输配置时可以通过拖拉的容易的设备运输。优选地，在设备的运输，维护或修理期间，其中所述维护或修理是在除风能转换器之外的其他元件上进行的，风能转换器优选地布置成将风能转换成有用能。在包括波能转换器的实施例中，风能转换器优选地布置成在所述波能转换器的维护和修理期间保持功能。

优选地，在运输配置中，所有工作部件都在水体的表面上方。优选地，在运输构造中，所有工作部件都在水体表面上方，使得设备的维护和运输更加容易。

优选地，该设备包括被布置成将能传输到能量网格和/或能存储装置的功率脐带。

优选地，该浮力平台包括自适应浮力，其中该浮力平台的浮力可以被调节以将该浮力平台定位在水体中的期望深度处。优选地，可将自适应浮力与自适应深度设定装置结合使用，以调整浮力平台的深度和/或调整相应的系泊绳或系绳中的张力。优选地，可通过改变包含在浮力平台的浮力部分内的空气与液体的比例来适应浮力平台的浮力。

根据本发明的第二方面，提供了一种浮力能转换设备，用于将从可再生能源获得的能转换为有用能，该设备包括：

风能转换器，其包括联接到风能转换构件的风能捕获涡轮机；布置成容纳风能转换构件的壳体；该壳体位于风能捕获涡轮附近；

该设备还包括布置成在水体中支撑风能转换器和壳体的浮力平台，该水体具有表面和河床；以及

连接构件，其包括刚性开放式框架，所述连接构件位于所述壳体与所述浮力平台之间，并且布置成在所述风能转换器与所述浮力平台之间提供间隙，

该设备还包括与浮力平台连通的波能转换器，该波能转换器布置成将来自水体的波能转换成有用能，其中该波能转换器包括与波能转换构件联接的波能捕获构件，其中波能转换构件位于壳体中。

下文中列出的特征将被理解为适用于根据本发明的第一方面或第二方面的设备。

优选地，该设备是浮动风力设备。更优选地，该设备是张紧腿浮动风力设备。

由风力涡轮机捕获的风能由一次风能转换器转换为更有用的能量形式，例如旋转能或水能，然后可以通过诸如此旋转驱动轴，传动带或液压管路的能传递装置沿风力涡轮机桅杆向下传递至机房。

在能传递装置是旋转的驱动轴或传动带的情况下，主能转换器将是机械齿轮系统。在能传递装置是液压管路的情况下，则初级能转换器将是液压马达。

由波能捕获浮子捕获的波能可以通过机械管路或液压管路传递到机械室。在能传递装置是机械管路的情况下，则初级能转换器将是与滑轮或多个滑轮组合作用的机械管路。在能传递装置是液压管路的情况下，则初级能转换器将是液压马达。

机房包含次级能转换器，该次级能转换器将由风能传输装置和波能传输装置提供给它的能转换为电能。

机房位于连接构件的顶部，位于设备上的位置，该位置比风能或波能的初级能转换器更容易接近，初级风能转换器位于风力涡轮机桅杆的顶部，而初级波能转换器在水下。

机械室在连接构件顶部的位置通过从风力涡轮机桅杆的顶部去除质量而提高了稳定性，该质量由于其高度而不稳定。

次级能转换器将来自风能和波能传输装置的能转换为电能。在来自风能或波能传递装置中的任一个的能供应是机械的情况下，则次级能转换器可以是具有适当传动装置的发电机。在来自风能或波能传递装置中的任一个的能供应是液压的情况下，则次级能转换器可以是联接至发电机的液压马达。

次级能转换器可以组合成单个系统。例如，如果波能和风能传递装置都提供了机械能，则这两个能传递装置都可以通过适当的连接器和传动装置连接到一个共同的轴或飞轮上。如果两个能传递装置的能都是液压的，则它们可以通过适当的液压回路和蓄能器连接到公共液压马达。

优选地，第二方面的设备可以包括第一方面的任何合适的特征。

附图说明

现在将仅通过示例并参考附图来描述特定实施例，其中：

图1示出了根据本发明的浮力能转换设备的第一示例实施例的等距视图；

图2a示出了图1的浮力能转换设备的第一示例性实施例的特写等距视图；

图2b示出了图2a所示的第一示例的替代的特写等距视图；

图3示出了图1的浮力能转换设备在维护配置中的第一示例性实施例的侧视图；

图4示出了图1的浮力能转换设备在使用中的配置中的第一示例性实施例的侧视图；

图5示出了图1的浮力能转换设备处于生存或风暴配置的第一示例性实施例的侧视图；

图6示出了根据本发明的浮力能转换设备的第二示例性实施例的立体图；

图7示出了根据本发明的浮力能转换设备的第三示例实施例的立体图；

图8示出了根据本发明的浮力能转换设备的第四示例实施例的立体图；

图9示出了来自图8的浮力能转换设备处于生存或风暴中的配置的第四示例性实施例的侧视图；

图10a示出了图1的浮力能转换设备的替代示例实施例的特写等距局部剖视图；

图10b示出了图10a所示的第一示例实施例的替代方案的特写等距剖视图；

图11示出了图10a和10b的浮力能转换设备的替代示例实施例的特写等距局部剖视图；

图12示出了图11所示的示例实施例的另一特写等距局部剖视图；

图13示出了根据本发明的浮力能转换装置的第五示例实施例的立体图。

具体实施方式

参考图1，示出了根据本发明的第一方面的浮力能转换设备100的示例实施例的等距视图，其定位在具有表面(未示出)和河床的水体(未示出)内。该设备包括风力涡轮机3，浮力平台7和其间的连接构件9。风力涡轮机3包括细长的塔架6，该细长的塔架6的第一端联接到机舱5，该机舱5的纵向轴线正交于塔架6的纵向轴线布置，机舱5容纳旋转发电机(未示出)。多个叶片4联接到发电机并从发电机延伸，所述多个叶片4布置在基本平行于塔架6的纵向轴线的平面中。塔架6还包括联接到连接构件9的第一端的第二端。

连接构件9包括形成基本为矩形的平截头体的格子框架，其第一端具有第一端长宽比，第二端具有第二端长宽比，其中第一端长宽比小于第二端长宽比。连接构件9的第二端联接至浮力平台7的最上表面的中心区域。

浮力平台7包括平面结构，该平面结构包括大致矩形的格子框架21，并且浮子(浮力室)22大约位于格子框架21的四个角中的每个角处，在图2中更紧密地看到。浮力平台7的纵向轴线定向成基本正交于连接构件9和风力涡轮机3的纵向轴线。

图1至图5示出了根据本发明的组合式风能和波能转换设备的第一示例实施例。

在所述图1至图5中，示出了设备100被放置在具有表面1和河床2的水体中，该设备包括风力涡轮机3，该风力涡轮机3进一步包括涡轮机叶片4，机舱5和桅杆6。设备还包括浮力平台7，在浮力平台7上是多个波能转换器8和连接构件9，风力涡轮机3安装在连接构件9上。

该设备还包括位于连接构件9顶部的机房10，该机房包含功率转换设备，该功率转换设备将波能转换器和风力涡轮机捕获的能转换为适合于从机器输出的格式的电能，例如符合电网的电力。

该设备还包括系泊装置11，该系泊装置11进一步包括定位在海床2上的锚12，系泊缆13和深度设定装置14。系泊缆13通常是柔性缆，其可以是绳索或链条或两者的组合。深度设定装置通常是绞盘或拉链器。

波能转换器8通常位于浮力平台7的最上表面上，每个均包括能捕获浮子15，多个联接构件16以及引导联接构件16并与浮子15建立几何关系的多个滑轮17，以便优化能捕获。在使用中的配置中，如图4所示，设备100的能捕获浮子15相对于浮力平台7的上表面定位在最佳高度H'，使得在联接构件16和浮力平台7的上表面之间产生角度A，所述角度是最佳能捕获所需要的。典型的最佳角度的一个例子是45度，合适的角度范围是15至75度。最佳高度H'在浮力平台7的上表面和浮子15的底侧之间提供了足够的间隙。所述间隙是一个距离，该距离提供了由能捕获浮子15捕获的最佳波能。最佳的距离可以从15m到50m的范围选择。

每个联接构件16采取柔性线的形式，并且联接到能转换器18。

通常，每个能转换器18将包括鼓，联接构件16缠绕在该鼓上，该联接构件又与旋转发电机链接。作为示例在每个鼓17的端部上示出的旋转发电机还可以用作绞盘，以允许调节联接构件16的长度，并且因此调节待调节的浮子15的深度。还可通过单独的绞盘或其他调节装置(未示出)来驱动鼓，以允许独立于旋转发电机来调节联接构件16的长度。

风力涡轮机3的机舱5包含通常将是旋转发电机的能转换器(未示出)。

用于风力涡轮机和波能转换器18的旋转发电机可以是任何类型的发生器，但是通常将是发电机。每个发电机将是公共电气系统(未示出)的一部分，该公共电气系统会将每个发电机的电输出连接到最终的功率转换级，以允许设备通过单根功率输出电缆23以所需的格式输出功率。最终的功率转换级将由诸如逆变器和变压器的组件组成，并且被容纳在机房10中，以使得易于维修保养。机械室10还将包含控制和通信系统(未示出)。

参考图4，示出了图1的浮力能转换设备100在温和的海况下处于使用中的配置的示例实施例。在所示的使用中的配置中，浮力平台7被浸没在水体150的表面1下方，深度设定构件14的系泊绳13被固定到它们各自的锚定构件12上，该锚固构件12位于水体150的河床2上。在所示的使用中的配置中，连接构件9被示出为突出穿过水体150的表面1，使得风力涡轮机3在水体150的表面1上方，并且该连接构件9不与水体150接触。连接构件9被示出为具有空腔10(在这种情况下为机房10)，该空腔基本上保持在水体150的表面1上方，并且被布置为容纳设备(未显示)。在所示的使用配置中，波能转换器的浮子15位于水体150的表面1附近，以捕获波的运动。

参考图5，示出图1的浮力能量转换装置100在暴风雨期间以生存或风暴配置的示例实施例，，在实施例中以大波浪示出。在所示的风暴配置中，浮力平台7基本上按其在使用中的配置中的方式定位，浸没在水体150的表面1下方，并且深度设定构件14的系泊绳13固定在在水体150的河床2上的相应的锚定构件12。参照图4，在图5所示的风暴配置中，连接构件9被示为突出穿过水体150的表面1，该表面1由水体150内的浮力平台7的深度(由系泊绳13的长度确定)限定。因此定位连接构件9，使得壳体10相对于平均海平面L位于壳体高度H”，壳体高度H”确保壳体保持在水体150的表面1上方。风力涡轮机3因此也始终定位在水体150的表面1上方，并且不与水体150接触。在风暴配置中，波浪能转换器8的浮子5位于浮力平台7处，并且因此被优化以使设备100抵抗大浪的最小阻力，最小化设备100上的力和深度设定构件14的系泊缆索13的张力以及最大化设备100的稳定性。

在图12中示出了波能转换器8的示例，波浪能转换器8包括能捕获浮子15，能转换装置17以及将浮子15联接到能转换装置17的联接构件16。联接构件16包括缠绕在处于能转换装置17中的鼓上的柔性线，鼓由绞盘驱动以调节浮子15和浮力平台7之间的距离。当浮子15通过波浪移动时，它们交替地延伸和收缩其各自的联接构件16并致动各自的能转换装置17，使设备能够发电。这种类型的波能转换器是示例性的，并且可以在设备上使用其他类型的波能转换器。

图12中也示出了系泊绞盘14成对地布置成一条垂直的系泊绳13(示出)，并且还布置成在浮力平台7的角上提供一条成角度的系泊绳(未示出)，但是其他绞盘位置也是可能的。

所描述的实施例中的波能转换器应被认为仅是为了示例的目的。出于说明的目的，已经描述了类似于船用动力系统WaveSub(RTM)的波能转换器。可以想到包括不同的波能转换器的另外的实施例，下面将更详细地描述其一些示例：

参照图6，设想了本发明的第二实施例51，其在所有方面与第一实施例相似，不同之处在于波能转换器的能捕获构件包括可滑动地固定在桅杆53上并布置成可自由移动的浮力盘52，该浮力盘52随着波浪的运动在桅杆53上上下移动。将理解实施例，其中代替地将浮动盘不可移动地固定到可滑动桅杆的顶部，可滑动桅杆被类似地布置成通过压差提供能捕获和转换。在适当的地方将使用与图1至图5的实施例相同的编号。在第二实施例51中，浮力盘52均与对应的联接构件(未示出)连通，该联接构件可包括液压柱塞和能传递管线(未示出)，该能传递管线传递相应的捕获和/或转换的能并与浮力盘52建立能传递，以便优化能捕获。在所示的实施例中，设备51包括一个浮力平台7，该浮力平台7的深度设置成使得桅杆53的上表面与海面1具有最佳的间隙距离。所述间隙距离提供了由能捕获盘52捕获的最佳波能。所述桅杆53的最佳间隙距离可以在10m至50m的范围内选择。

与第二实施例51相似，第三实施例54在图7中示出，其中特征大体上相同并且使用其等同的标号。在图7的第四实施例54中，浮力盘52被换成细长的浮子55。设备54包括定位在一定深度处的浮力平台7，以使得浮子55的上表面与海面1的最优间隙距离。所述间隙距离提供通过能捕获浮子55捕获波浪能的最优的间隙。用于所述浮子55的最佳间隙距离可以选自15m至40m的范围。

在图6和图7的实施例中，每个波能转换器都采用压差波能转换器的形式，并且可以包括例如液压柱塞，其用于从波能捕获盘52或浮子54中捕获波能。这种液压机构会将液压能通过能量传输管线传递到壳体10中的换能器中。可替代地，可以使用呈挠性线形式的联接构件，并且该联接构件经由滑轮被引导至位于机房10中的能转换器18。机房10总是在水面上，因此能转换器18可以在干燥的环境中。每个能转换器可以包括鼓，联接构件缠绕在该鼓上，该联接构件继而链接到旋转发电机。旋转发生器(未示出)也可以用作绞盘以允许联接构件的长度，并且因此调节浮力盘52或细长浮子55的深度。还可通过单独的绞盘或其他调节装置(未示出)来驱动鼓，以允许独立于旋转发电机来调节联接构件的长度。一个例子可以在图12中看到。将认识到使用压差装置进行能捕获，传递和转换的其他实施例，并且例如可以包括膜，该膜被布置为传递机械能或动能，潜在地利用如上所述的液压能传递机制来传递机械能或动能，导致压差。

参考图8，示出了本发明的第四实施例56的等轴测图，其类似于第二实施例的等轴测图，并且在适当的地方使用同的标号。在图8的第四实施例56中，波能转换器57包括桨叶58，该桨叶58布置成在桨叶58的第一主表面上的桨叶58与浮力平台7相邻的第一位置与在桨叶58的第二主表面上桨叶58与浮力平台7相邻的第二位置之间绕铰链往复地旋转，其中第一主表面与第二主表面相对。以这种方式，桨叶58可以随着波的流动绕铰链往复旋转，并因此驱动旋转发电机(未示出)。将理解实施例，其中旋转发电机将被容纳在位于连接构件顶部的机械室10中。图9示出了在风暴配置中的图8的的第三实施例，其中桨叶58定位在浮力平台7附近。

在替代实施例(未示出)中，能转换装置可以是固定的或具有适合于风能转换系统和潮汐发电系统的组合的结构。

所描述的实施例示出了典型的水平轴风力涡轮机，但是将理解另外的实施例，其中其他类型的风能捕获装置用作风能转换器，作为风能转换器的一部分和/或在风能转换器之内，例如，垂直风轮机，轴风力涡轮机或风筝发电机系统。

设计设备的结构，以便当设备处于使用中的配置时，只有相对较薄的框架位于波浪区域中，从而减少了设备上的波浪负载。

为了在暴风雨中幸存，可以将波能转换器的浮子缩回到浮力平台的主要结构上，在浮子/平台与风力涡轮机塔架之间留出较大的缝隙，使汹涌的暴风波可以以最小的载荷通过它而通过设备。

在所描述的实施例中描绘的深度设定构件包括四个竖直系泊绳和四个成角度的系泊绳，以为驳船平台提供高水平的稳定性。将理解另外的实施例，其中替代的系泊布置是可能的。

在所示实施例中的能传输装置采取脐带电的形式，其将电力从装置输出到水下能量存储构件，该水下能量存储构件在所示实施例中是接线盒。另一根电缆(未显示)从接线盒将能量输送到地面。

在图3所示的传输配置中，设备的所有运动部件和连接都在水体的表面以上，可以进行维护。浮力平台上的浮子是所示实施例中的浮力罐，提供使整个设备浮起所需的浮力，并且具有固定浮力。将理解另外的实施例，其中浮力平台的浮力部分是固定的或可变的浮力。

在运输配置中，如果设备处于所需位置并且连接了脐带电源，则在不使用波能转换器的情况下，风力涡轮机可以保持运行。例如，这允许在风力涡轮机仍在发电时对波能转换器进行维护。

在图4中描述和示出的使用中的配置中，浮力平台被浸没到允许波能转换器起作用并产生能量的水平。波浪能转换器可以在水体的表面上或附近，并且可以通过波浪移动。在此配置中，风力涡轮机保持无水状态，在波能转换器继续发电的同时可以进行维护。

可以理解这样的实施例，其中，在将装置运送到所述部位之前，将深度设定构件或深度设定构件的一部分预先安装在装置的期望位置。在这样的示例情况下，为了将装置从其运输配置以其使用中的配置展开，该装置连接到预安装的系泊绳，该系泊绳通过相应的锚定构件附接到水体的河床。系泊绳的长度通过深度设定部件上的绞车进行调节。绞车卷入系泊绳中，以将浮力平台拉到水面以下，克服浮力平台的浮力部分中的浮力，以将浮力平台定位在所需深度。

在风暴配置中，波能转换器的浮子进一步缩回水下，并且优选地固定在浮力平台上。在风暴配置中，水下浮子的深度应使它们免受大的力的影响，否则在暴风浪中，大的力可能会作用于海面或其附近。连接构件突出穿过水体的表面，使得连接构件在水表面上方足够高，以至于风暴波无法到达风力涡轮机塔架。因此，设备中暴露于风暴波的唯一部分是连接部件的框架，该连接部件由格子结构制成，包括横截面较薄的梁，这些梁允许波自由通过其结构而不会受到较大的破坏。

图10a和10b中示出了图1至5的替代实施例。在图10a中，风力涡轮机3的机舱5包括传动装置19，该传动装置使驱动轴20旋转，该驱动轴20沿着桅杆6延伸到机械室10中的能转换器18。能转换器18通常是旋转发电机。

在图10b中，风能转换器和波能转换器15、16、17分别将风能和波能转换成能的过渡形式，例如液压能或机械能，然后通过液压或机械手段将其传递到机房10中，传递到容纳在机房10中的能量发电机18。这具有的优点是，更多的复杂机械被容纳在易于工程设计(例如，不在海底)并且易于维护的位置(例如，不在海底并且不在风力涡轮机桅杆的顶部)。

浮力平台7和连接构件9包括大体上矩形的格子框架21，并且大约位于格子框架21的每个角处的是浮力室22。浮力室22确保装置具有净正浮力。虽然示出的设备的实施例具有大体上矩形的平台7，但是可以理解，其他形状，例如三角形或圆形也是可能的。

该设备还包括电力输出电缆23，其布置成将由该设备产生的能传输到海底连接器24。海底连接器24通常将进一步连接到固定海底电缆(未示出)或能存储装置(未示出)。

参考图11，示出了本发明的替代实施例。该替代实施例在所有方面与图10a和10b中所示的实施例相似，除了从风力涡轮机3到机械室10的能传递机构。

本发明的替代实施例使用沿着涡轮机桅杆6的内部向下延伸的传动带25代替第一实施例的传动轴20。传动带25由涡轮机舱5中的皮带轮26驱动，并连接至机房10中的另一个皮带轮27，该皮带轮转动旋转能转换器18。

可以理解，皮带传动装置可以代替链传动装置并且以非常相似的方式操作。

将理解实施例，其中从风力涡轮机3和波能转换器8到机械室10的能传递机构是液压的。液压系统例如可以在机舱5中使用液压发电机，该液压发电机将风力涡轮机3中的旋转能转换成液压能，该液压能通过沿着桅杆6内部延伸的液压管路传递到机房10中的能转换器18。

波能转换器8包括角带轮17，角带轮17将联接构件16直接引导至液压发电机(未示出)。通过液压管线连接到机房10中的次级能转换器的水力发电机。

图10b中所示的替代实施例可以利用公共的次级能转换器，该次级能转换器将来自风力涡轮机3和波能转换器8的液压能转换成电能。

在前述实施例中，风能转换器包括水平轴风力涡轮机。将理解诸如图13所示的其他示例实施例，其中风能转换器包括垂直轴风力涡轮机。

将理解的是，上述实施例仅通过示例的方式给出，并且在不背离所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对其进行各种修改。所描述的壳体可以包含风能转换构件或波能转换构件中的任一个或全部或部分。由于某些情况下的维护要求，波能转换构件可能是放置在外壳中最关键的组件。