PL231279B1 - Pływająca wyspa energetyczna do wytwarzania energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii oraz sposób montażu tej wyspy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest pływająca wyspa energetyczna do wytwarzania energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii oraz sposób montażu tej wyspy. Wyspa energetyczna wytwarza energię elektryczną z takich źródeł jak: morskiego falowania wiatrowego, wiatru i słońca.

Znana jest elektrownia morska usytuowana na wybrzeżu morskim, która zbudowana jest z segmentów konwerterów połączonych ze sobą, turbiny wodnej, pomp hydraulicznych oraz generatora prądotwórczego. Zasada działania elektrowni morskiej polega na tym, że połączone ze sobą segmenty konwerterów poruszając się względem siebie na sfalowanej powierzchni morza wprawiają w ruch pompy tłoczące płyn poruszający turbinę wodną, która napędza generator prądotwórczy.

Znane jest urządzenie punktowe do pochłaniania energii fali, które składa się z konwertera, z boi połączonej z kapsułą falującą za pomocą pala. Kapsuła połączona jest z podmorskim źródłem zasilania. Energia pobierana jest podczas opadania i wznoszenia się boi i przekazywana do konwertera energii fali.

Znane jest również urządzenie do pochłaniania energii fali składające się z długich, pływających segmentowych struktur ustawionych równolegle do kierunku nabiegania fal, pomp hydraulic znych usytuowanych pomiędzy segmentami, przy czym zmiany w wysokości fal powodują uginanie się segmentów i pracę pomp hydraulicznych.

Niedogodnością znanych rozwiązań jest to, że konwertery nie wykorzystują wprost oscylacyjnego ruchu cząstek falującej wody do napędu generatora prądotwórczego. Dotychczas znane konwertery (przykładowo opisane wyżej) przekształcają ruch falowy na ruch powietrza lub płynu przy pomocy, którego poruszają turbinę powietrzną lub wodną służącą do napędu generatora prądotwórczego lub innych urządzeń prądotwórczych. Znane rozwiązania są skomplikowane w montażu.

Celem wynalazku jest konstrukcja pływająca wyspy energetycznej do wytwarzania energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii oraz sposób montażu tej wyspy, pozbawiona powyższych niedogodności.

Istota wynalazku zawierającego turbinę, konwerter polega na tym, że posiada rozstawiającą się samodzielnie na morzu konstrukcję nośną w postaci statku wodnego z równolegle usytuowanymi względem siebie co najmniej trzema podwodnymi lub nawodnymi kadłubami jednym centralnym i dwoma bocznymi, połączonymi ze sobą kratownicami, przy czym w przestrzeni między kadłubami na poziomych osiach prostopadłych do podłużnych osi kadłubów, zamocowane są turbiny falowe konwertera pochłaniające energię falowania, w których zamocowane są wolnoobrotowe prądnice, zaś w przestrzeni między kadłubami usytuowanych jest kilka rzędów osi z turbinami falowymi, przy czym konstrukcja nośna zakotwiczona jest na pozycji przy użyciu leżących na dnie żelbetowych kotwic i wyposażona jest w wiatraki, zbiorniki wodne oraz specjalny pokład obrotowy nadążny za słońcem, na którym zainstalowane są ogniwa fotowoltaiczne automatycznie oczyszczane strumieniem wody pod ciśnieniem.

Sposób montażu wyspy energetycznej do wytwarzania energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii, polega na tym, że kadłuby konstrukcji nośnej buduje się w doku wraz z montażem niezbędnego wyposażenia elektrycznego, mechanicznego, konstrukcyjnego w możliwie największym stopniu oraz instaluje się na niej żuraw, a następnie woduje się konstrukcję nośną w doku w stanie złożonym utrzymywanym przy pomocy cięgien i wciągarek, zaś kabel energetyczny układa się pod dnem morza do przesyłania wytworzonej energii na ląd, następnie wyholowuje się żelbetowe kotwice pływające w miejsce pracy wyspy energetycznej i posadawia się je na dnie poprzez zalanie ich zbiorników balastowych wodą, następnie wyprowadza się z doku konstrukcję nośną w stanie złożonym w morze przy pomocy holowników, po czym rozstawia się ją poprzez powolne odwijanie z bębnów wciągarek cięgien aż do całkowitego rozstawienia konstrukcji nośnej, a następnie przeholowuje się konstrukcję nośną w miejsce pracy i zakotwicza się ją do zatopionych na dnie żelbetowych kotwic, po czym zamontowuje się na konstrukcji nośnej pozostałe wyposażenie wyspy energetycznej dostarczone na pontonie za pomocą żurawia poruszającego się po torowisku zamontowanym na kratownicach oraz sprzężonego z nim mechanicznie w sposób uniemożliwiający jego oderwanie od torowiska w trakcie pracy z dużym obciążeniem na wysięgu.

Zaletami wyspy energetycznej do wytwarzania energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii, według wynalazku jest to, że przez zastosowanie turbin falowych, ogniw fotowoltaicznych i możliwość instalowania wiatraków, uzyskuje się maksymalne ilości pochłanianej równocześnie energii z trzech odnawialnych źródeł energii, to jest, z morskiego falowania wiatrowego, słońca i wiatru. Zastosowanie

PL 231 279 B1 obrotowego nadążnego za słońcem pokładu zabudowanego panelami składającymi się z ogniw fotowoltaicznych powoduje dodatkowe zwiększenie sprawności pochłaniania energii słonecznej. Ponadto wyposażenie wyspy w zbiorniki wodne do magazynowania w postaci ciepła (akumulatory ciepła) nadmiaru lub części wytworzonej energii wyeliminuje problem braku przewidywalności i niestabilności ilości energii dostarczanej z odnawialnych źródeł energii OZE do sieci energetycznej, co jest kłopotliwe i kosztowne. Sam fakt wykorzystania aż trzech niezależnych od siebie odnawialnych źródeł energii zmniejsza skalę wymaganego magazynowania. W związku z tym nie będzie zachodzić konieczność kosztownego bilansowania mocy w sieci energetycznej przy użyciu konwencjonalnych elektrowni w przypadku braku lub nadmiaru energii pochodzącej z odnawialnych źródeł energii. Wyspa energetyczna do wytwarzania energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii jest przyjazna dla środowiska morskiego. Może służyć do ochrony odcinków wybrzeża zagrożonych, z powodu zachodzących zmian klimatycznych, zwiększoną abrazją, których zniszczenie spowodowałoby przede wszystkim zagrożenie życia ludzi i mienia oraz odcinków wybrzeża cennych ze względów przyrodniczych lub społecznoekonomicznych, np. turystycznych. Z punktu widzenia ochrony środowiska jest to bardzo dobry, przyjazny dla środowiska sposób ochrony brzegu, ponieważ eliminuje konieczność budowy ingerujących w środowisko bardzo kosztownych budowli hydrotechnicznych w postaci falochronów i opasek brzegowych, progów podwodnych, ostróg lub też długotrwałego sztucznego zasilania plaż. Ponadto z uwagi na efekt globalnego ocieplenia następuje powolny wzrost poziomu morza co w długoletniej perspektywie stwarza konieczność ponoszenia dodatkowych kosztów związanych z podwyższaniem wybudowanych konstrukcji, a także ich remontów. Wyspa energetyczna może także służyć do poszerzania plaż lub odbudowy zniszczonego wybrzeża, ponieważ umożliwia kontrolowanie i regulowanie ilości dochodzącej do brzegu energii falowania wiatrowego. Przedkłada się to na możliwość osłabiania lub przerwania prądu brzegowego odpowiedzialnego za transport osadów dennych w morskiej strefie brzegowej, a co za tym idzie lokalnej akumulacji transportowanych osadów.

Zaletą opracowanego sposobu jest to, że konstrukcję nośną wyspy energetycznej w stanie złożenia można wybudować w jednym miejscu tj. w suchym doku co byłoby niemożliwe biorąc pod uwagę wymagany gabaryt rozłożonej konstrukcji. Dodatkowo takie rozwiązanie obniża koszty montażu wyspy energetycznej na morzu eliminując korzystanie z pracy bardzo kosztownych dźwigów pływających, pomijając ich przestoje ze względu na przerwy w pracy spowodowane złymi warunkami pogodowymi związanymi z pracą na morzu. Praktycznie przyjęta technologia wymaga tylko pontonu i holownika do transportu (pozostałych, niezainstalowanych wcześniej) elementów wyposażenia. Ponadto ułatwia montaż stanowiąc go mniej wrażliwym na warunki pogodowe oraz skraca jego czas, ponieważ zainstalowany na konstrukcji żuraw może wykorzystać do pracy krótkie okresy dobrej pogody bez straty czasu w jakim dźwig pływający musiałby dotrzeć na miejsce pracy.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie pływającą wyspę energetyczną do wytwarzania energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii, zaś fig. 2 - sposób montażu tej wyspy.

Wyspa energetyczna do wytwarzania energii elektrycznej z trzech niezależnych od siebie odnawialnych źródeł energii takich jak: morskiego falowania wiatrowego, wiatru i słońca, pokazana na fig. 1, składa się z konstrukcji nośnej, którą jest trzykadłubowy statek wodny z równolegle usytuowanymi względem siebie podwodnymi lub nawodnymi kadłubami 1, jednym centralnym i dwoma bocznymi, połączonymi ze sobą stalowymi kratownicami. W przestrzeni między kadłubami 1 na poziomych osiach prostopadłych do podłużnych osi kadłubów 1, zamocowane są turbiny falowe 2 konwertera pochłaniające energię falowania, w których zamocowane są wolnoobrotowe prądnice. Turbiny falowe 2 pracują w całkowitym zanurzeniu na niewielkiej głębokości pod poziomem wody. Aby zwiększyć sprawność wyspy energetycznej można zamocować w przestrzeni między kadłubami 1 kilka rzędów osi z turbinami falowymi 2, tak aby pochłonąć maksymalną ilość energii morskiego falowania wiatrowego. Statek zakotwiczony jest na pozycji przy użyciu leżących na dnie czterech żelbetowych kotwic 3. Kotwice 3 te mogą być wynurzone po wyparciu z ich zbiorników wodnych wody za pomocą sprężonego powietrza. Do ustawiania statku prostopadle do kierunku falowania przewidziany jest wielolinowy układ cum 9 odpowiednio skracanych i wydłużanych przy pomocy wciągarek 4 zamocowanych w kadłubach 1. W ten sam sposób realizowane jest utrzymywanie stałego wymaganego dla optymalnej pracy turbin falowych 2 ich zanurzenia w zależności od aktualnego poziomu morza. W kadłubach 1 umieszczone jest niezbędne wyposażenie elektryczne, którego przeznaczeniem jest transformacja wygenerowanego napięcia tak, aby uzyskać optymalne parametry do przesyłu i wprowadzenia do sieci energetycznej. Energia elektryczna jest przesyłana do lądu kablem ułożonym na dnie, który przechodzi przez strefę brzegową w przewiercie

PL 231 279 B1 sterowanym. Wyspa energetyczna wyposażona jest w specjalny pokład obrotowy 5 nadążny za słońcem, na którym zainstalowane są ogniwa fotowoltaiczne 6 automatycznie oczyszczane strumieniem wody pod ciśnieniem, a także w wiatraki 7 i zbiorniki wodne (akumulatory ciepła) 8 do magazynowania nadmiaru lub części wytworzonej energii w okresie, kiedy jest jej nadmiar i uwalniania jej w okresie jej zaniku tj. zachmurzenia, braku wiatru lub falowania.

Sposób montażu wyspy energetycznej do wytwarzania energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii, przedstawiony na fig. 2, polega na tym, że kadłuby 1 konstrukcji nośnej buduje się w doku wraz z montażem niezbędnego wyposażenia elektrycznego, mechanicznego, instalacyjnego, konstrukcyjnego w możliwie największym stopniu oraz instaluje się na niej żuraw 11, a następnie woduje się konstrukcję nośną w doku w stanie złożonym utrzymywanym przy pomocy cięgien 10 i wciągarek 4, zaś kabel energetyczny układa się pod dnem morza do przesyłania wytworzonej energii na ląd, następnie wyholowuje się żelbetowe kotwice pływające 3 w miejsce pracy wyspy energetycznej i posadawia się je na dnie poprzez zalanie ich zbiorników balastowych wodą, następnie wyprowadza się z dok u konstrukcję nośną w stanie złożonym w morze przy pomocy holowników, po czym rozstawia się ją poprzez powolne odwijanie z bębnów wciągarek 4 cięgien 10, aż do całkowitego rozstawienia konstrukcji nośnej, a następnie przeholowuje się konstrukcję nośną w miejsce pracy i zakotwicza się ją do zatopionych na dnie żelbetowych kotwic 3, po czym zamontowuje się na konstrukcji nośnej pozostałe wyposażenie wyspy energetycznej dostarczone na pontonie 12 za pomocą żurawia 11 poruszającego się po torowisku zamontowanym na kratownicach oraz sprzężonego z nim mechanicznie w sposób uniemożliwiający jego oderwanie od torowiska w trakcie pracy z dużym obciążeniem na wysięgu.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Pływająca wyspa energetyczna do wytwarzania energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii, zawierająca turbinę, konwerter, znamienna tym, że posiada rozstawiającą się samodzielnie na morzu konstrukcję nośną w postaci statku wodnego z równolegle usytuowanymi względem siebie co najmniej trzema podwodnymi lub nawodnymi kadłubami (1) jednym centralnym i dwoma bocznymi, połączonymi ze sobą kratownicami, przy czym w przestrzeni między kadłubami (1) na poziomych osiach prostopadłych do podłużnych osi kadłubów (1), zamocowane są turbiny falowe (2) konwertera pochłaniające energię falowania, w których zamocowane są wolnoobrotowe prądnice, zaś w przestrzeni między kadłubami (1) usytuowanych jest kilka rzędów osi z turbinami falowymi (2), przy czym konstrukcja nośna zakotwiczona jest na pozycji przy użyciu leżących na dnie żelbetowych kotwic (3) i wyposażona jest w wiatraki (7) i zbiorniki wodne (8) oraz w specjalny pokład obrotowy (5) nadążny za słońcem, na którym zainstalowane są ogniwa fotowoltaiczne (6) automatycznie oczyszczane strumieniem wody pod ciśnieniem.

2. Sposób montażu wyspy energetycznej do wytwarzania energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii, znamienny tym, że kadłuby (1) konstrukcji nośnej buduje się w doku wraz z montażem niezbędnego wyposażenia elektrycznego, mechanicznego, konstrukcyjnego w możliwie największym stopniu oraz instaluje się na niej żuraw (11), a następnie woduje się konstrukcję nośną w doku w stanie złożonym utrzymywanym przy pomocy cięgien (10) i wciągarek (4), zaś kabel energetyczny układa się pod dnem morza do przesyłania wytworzonej energii na ląd, następnie wyholowuje się żelbetowe kotwice (3) pływające w miejsce pracy wyspy energetycznej i posadawia się je na dnie poprzez zalanie ich zbiorników balastowych wodą, następnie wyprowadza się z doku konstrukcję nośną w stanie złożonym w morze przy pomocy holowników, po czym rozstawia się ją poprzez powolne odwijanie z bębnów wciągarek (4) cięgien (10), aż do całkowitego rozstawienia konstrukcji nośnej, a następnie przeholowuje się konstrukcję nośną w miejsce pracy i zakotwicza się ją do zatopionych na dnie żelbetowych kotwic (3), po czym zamontowuje się na konstrukcji nośnej pozostałe wyposażenie wyspy energetycznej dostarczone na pontonie (12), za pomocą żurawia (11) poruszającego się po torowisku zamontowanym na kratownicach oraz sprzężonego z nim mechanicznie w sposób uniemożliwiający jego oderwanie od torowiska w trakcie pracy z dużym obciążeniem na wysięgu.