可再生能源产生系统及其控制方法

相关申请的交叉引用

本申请要求在2021年11月18日提交的韩国专利申请No.10-2021-0159659的优先权，其全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及可再生能源产生系统及其控制方法。

背景技术

本部分中的陈述仅提供涉及本发明的背景信息，并不必然构成现有技术。

为了产生电，存在并广泛使用各种方法，包括使用化石燃料的化学能的火力发电、通过形成水坝来使用水的势能的水力发电以及使用铀的核裂变的核能发电。

然而，近年来，资源枯竭、安全问题和环保价值正越来越多地推动可再生能源发电的比例超过三大发电源。可再生能源包括使用诸如太阳能、太阳热、潮汐能、波浪能、风能和地热的无限能源的发电。

地球表面的70％以上是与不同国家接壤的海洋，这些国家拥有大量水体，这使得它们成为利用水体的无限能量的良好环境候选者，这引发了对波浪发电的兴趣。波浪发电是指利用波浪引起的水面周期性上下运动来产生电能。

大规模波浪发电在陆上安装方面存在空间限制。此外，在远洋、沿海和近海水域安装波浪发电装置面临着能量转移的困难，并且需要安装昂贵的海底电缆，从而产生大量的费用。

内置的驻波发电装置因波浪的不规则运动导致其不规则的上下左右运动而难以产生稳定的电力。亦即，难以通过应对海面变化来产生稳定的电力，从而无法有效地产生电力。

在本发明的该背景技术部分中包含的信息仅仅用于增强对本发明的总体背景的理解，而不可被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面致力于提供一种可再生能源产生方法，该方法包括：第一产生步骤、存储步骤以及运输步骤，在第一产生步骤中通过使用漂浮在海中的多个发生器将波浪能转换为电能来产生电力，所述发生器具有滚球(roly poly)状胶囊的形状；在存储步骤中将在第一产生步骤中产生的电能存储在连接至发生器的第一枢纽(hub)中；在运输步骤中通过使用运输器将存储在第一枢纽中的电能运输至预定位置。

根据本发明的至少一个示例性实施方案，本发明提供一种可再生能源产生系统，该系统包括：多个发生器、第一枢纽、多个电缆、多个电池和多个运输器，所述多个发生器漂浮在海中并且通过将波浪能转换为电能来产生电力；所述第一枢纽排列成连接至发生器以存储电能；所述多个电缆连接发生器和第一枢纽；所述多个电池配置为与第一枢纽联接或分离并且存储电能；所述多个运输器配置为与第一枢纽联接或分离并且将电池储存在其中。

通过引入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其他特征和优点将变得显而易见或得到更详细的阐述。

附图说明

图1为根据本发明的示例性实施方案的可再生能源产生系统的框图。

图2为根据本发明的示例性实施方案的可再生能源产生方法的流程图。

图3为示出根据本发明示例性实施方案的可再生能源产生系统的发生器之间的连接的示意图。

图4为根据本发明示例性实施方案的可再生能源产生系统的发生器的内部的截面图。

图5为示出根据本发明示例性实施方案的可再生能源产生系统的发生器和第一枢纽之间的连接的示意图。

图6为示出根据本发明另一示例性实施方案的可再生能源产生系统的发生器和第一枢纽之间的连接的示意图。

图7为示出根据本发明示例性实施方案的可再生能源产生系统的第一枢纽、第二枢纽和第三枢纽之间的关系的示意图。

图8为详细地示出根据本发明示例性实施方案的可再生能源产生系统的第一枢纽的示意图。

图9为示出根据本发明示例性实施方案的可再生能源产生系统的第一枢纽的截面图。

可以理解，附图并非一定是按比例的，而是示出了说明本发明基本原理的各个特征的某种简略画法。如本文所包括的本发明的具体设计特征(包括例如具体的尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体的目标应用和使用环境来确定。

在这些图中，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记指代本发明的相同或等同的部分。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例在附图中示出并如下所述。尽管将结合本发明的示例性实施方案来描述本发明，但是应理解，本说明书并非旨在将本发明限制为本发明的那些示例性实施方案。另一方面，本发明旨在不但覆盖本发明的示例性实施方案，而且还覆盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围之内的各种替代形式、变型形式、等同形式及其他实施方案。

根据本发明的各个示例性实施方案的可再生能源产生系统可以在沿海和近海水域以及远海通过将波浪能转换为电能来产生电力，并且使用运输器将电能运输至陆地。

根据本发明的各个示例性实施方案的可再生能源产生系统可以通过以下方式有效地产生电力：通过考虑波浪的强度、速度和周期来控制多个发生器和发电机。

本发明的方面并不限于上述方面，本领域技术人员根据以下描述将能够清楚地理解本文未提及的其他方面。

在下文，将参考附图来详细地描述本发明的各个示例性实施方案。在以下描述中，相同的附图标记优选表示相同的元件，尽管这些元件在不同的附图中示出。此外，在以下对本发明的各个示例性实施方案的描述中，为了清楚和简洁起见，当相关的已知组件和功能被认为使本发明的主题模糊时，将省略对这些组件和功能的详细描述。

此外，在为组件编号时使用的诸如第一、第二、i)、ii)、(a)、(b)等的字母数字编号仅用于区分一个组件与另一个组件，而不是暗示或意指这些组件的重要性、次序或顺序。贯穿本说明书，当部件“包括”或“具有”组件时，表示该部件还包括其他组件，而不是排除其他组件，除非存在与其相反的特别描述。

图1为根据本发明至少一个示例性实施方案的使用可再生能源发生器110的可再生能源产生系统的框图。

如图1所示，可再生能源产生系统100可以包括以下全部或一部分：可再生能源发生器110、第一枢纽120、第二枢纽130、第三枢纽140、运输器150和电池160。

多个可再生能源发生器110可以通过使用电缆来相互连接，并且它们可以漂浮在沿岸水域和远海中。多个可再生能源发生器110可以各自呈滚球式小装置或胶囊的形状。多个可再生能源发生器110可以各自将波浪能转换为电能以产生电力。

第一枢纽120可以定位成被多个可再生能源发生器110环绕。第一枢纽120可以经由电缆连接至多个可再生能源发生器110并且可以从多个可再生能源发生器110接收电能。第一枢纽120可以接收并存储来自可再生能源发生器110的电能。转移至第一枢纽120的电能可以对联接至第一枢纽120的电池160和运输器150充电。在本情况中，运输器可以为无人驾驶飞行器(unmanned aerial vehicle，UAV)、无人驾驶船、无人机等。

第二枢纽130可以各自定位成被包括第一枢纽120的多个第一群组710环绕。第三枢纽140可以各自定位成被包括第二枢纽130的多个第二群组720环绕。在下面将更详细地描述第一枢纽120、第二枢纽130和第三枢纽140以及第一群组710和第二群组720之间的关系。

运输器150可以在第一枢纽120、第二枢纽130和第三枢纽140之间相互运送电池160和电能。此外，运输器可以将电池和电能运送至第一枢纽120、第二枢纽130、第三枢纽140和位于地面的单独位置。在此，单独位置可以是现在和未来的移动工具例如电动车辆(EV)、专用车辆(purpose-built vehicle，PBV)、城市空中交通(urban air mobility，UAM)、机器人，它们的充电站，住宅，工业设施等。例如，通过车辆到电网(V2G)技术，可充电的环保车辆可以连接至电网以使用如由本发明提供的剩余电力。通过使用如下方法，环保车辆可以作为移动储能系统(energy storage system，ESS)工作，首先使用电网对车辆充电并在车辆运行后将剩余电量供应回电网。

可再生能源产生系统100可以将电能转换为氢能并将转换的氢能转移。当将能量长期存储在第一枢纽120至第三枢纽140中时，可以存储大量的能量(1TWh以上)。对于大容量的能量存储，氢能是比电能更合适的能量形式。此外，由于在长途运输过程中氢能比电能损耗少，因此氢能特别适合于能源的国际运输。

图2为根据本发明的示例性实施方案的可再生能源产生方法的流程图。

参考图2，在根据本发明的示例性实施方案的可再生能源产生方法中，使用多个发生器110产生电能(S210)。多个发生器110各自通过将波浪能转换为电能来产生电力。

将由发生器110产生的电能转移至第一枢纽120(S220)。通过电缆使多个发生器110和第一枢纽120相互连接，并且可以通过使用电缆将电能从发生器110转移至第一枢纽120。可以利用转移至第一枢纽120的电能对联接至第一枢纽120的电池160充电(S230)。

运输器150可以联接至第一枢纽120并且将经充电的电池160运输至第二枢纽130和第三枢纽140(S240)。运输器150能够在第一枢纽120、第二枢纽130和第三枢纽140之间转移电池160和电能。

可再生能源产生系统100确定是否需要将电能转换为氢能(S250)，并且如果需要就将电能转换为氢能(S270)。当长期存储能源或长途运输能源(如在国家之间进行能源运输)时，可能需要进行转换。一旦将电能转换为氢能，就可以使用运输器150运输氢能(S280)。

如果不需要将电能转换为氢能，则可以使用运输器150运输电池160和电能(S260)。运输器150可以将电池160和电能转移至第一枢纽120、第二枢纽130和第三枢纽140以及在地面上的位置。

图3为示出根据本发明示例性实施方案的可再生能源产生系统的发生器之间的连接的示意图。

参考图3，可再生能源产生系统100的多个发生器110可以使用电缆相互连接。电缆可以包括漂浮式电缆310和柔性电力电缆320。柔性电力电缆320的一个端部可以连接至漂浮式电缆310的两个端部。柔性电力电缆320的另一个端部可以连接至发生器110。

漂浮式电缆310可以漂浮在海面上，并防止多个发生器110之间发生碰撞。此外，漂浮式电缆310可以在任一端包括止动件，以减轻在与发生器110碰撞时对发生器110和漂浮式电缆310的冲击。

柔性电力电缆320可以将由多个发生器110中的一个产生的电能转移至第一枢纽120和另一个发生器110。柔性电力电缆320可以为电线类型，以免干扰发生器110的运动。

在发生器110的表面可以设置太阳能电池板111。太阳能电池板111可以设置在发生器110的表面的上部，该上部亦为没有浸没在海水中的部分。发生器110可以通过使用太阳能电池板111将太阳能转换为电能，以及将波浪能转换为电能。

图4为根据本发明示例性实施方案的可再生能源产生系统的发生器的内部的截面图。

参考图4，可再生能源产生系统的发生器110可以包括以下全部或一部分：摆锤113、齿轮单元115、发电机117、内部电池119和控制器。

可再生能源产生系统的发生器110可以通过利用摆锤113的运动将波浪能转换为电能来产生电力。发生器110内的摆锤113可以随波浪的运动而运动，并且摆锤的动能可以产生电能。可以通过齿轮单元115将摆锤113的运动传递至发电机117。发电机117可以产生电能并将其存储在内部电池119中。

根据本发明的至少一个示例性实施方案的可再生能源发生器110的控制器可以将诸如波浪的强度、速度和频率的参数考虑在内以控制可再生能源发生器110。例如，控制器可以通过考虑波浪的强度、速度和频率，使可再生能源发生器110旋转来提高可再生能源发生器110的发电效率。控制器可以配置为控制可再生能源发生器110使用各种形式的波浪能，例如滚动、前后波动、左右波动、势能以及竖直和水平的动能。

图5为示出根据本发明示例性实施方案的可再生能源产生系统的发生器和第一枢纽之间的连接的示意图。

图6为示出根据本发明另一示例性实施方案的可再生能源产生系统的发生器和第一枢纽之间的连接的示意图。

参考图5和图6，根据本发明的示例性实施方案的可再生能源产生系统100的第一枢纽120可以以被多个发生器110环绕的方式定位。第一枢纽120可以通过电缆连接至多个发生器110并且从多个发生器110接收电能。第一枢纽120可以存储从多个发生器110接收到的电能。

图5为示出串联连接的多个发生器110的示意图。图6为示出并联连接的多个发生器110的示意图。本发明的可再生能源产生系统100的结构并不限于此，多个发生器110可以根据各种实施方案相互连接。可再生能源产生系统100可以基于其能量产生能力通过连接多个发生器110来按比例地缩小或扩大。

图7为示出根据本发明示例性实施方案的可再生能源产生系统的第一枢纽、第二枢纽和第三枢纽之间的关系的示意图。

参考图7，可再生能源产生系统100可以包括以下全部或一部分：第一群组710、第二群组720和第三群组730。

第一群组710可以包括第一枢纽120和多个发生器110。第一枢纽120和环绕第一枢纽120的多个发生器110可以形成第一群组710。根据本发明的可再生能源产生系统100可以包括多个第一群组710。

第二群组720可以包括第二枢纽130和多个第一群组710。第二枢纽130可以以被多个第一群组710环绕的方式定位。第二枢纽130和环绕第二枢纽130的多个第一群组710可以形成第二群组720。根据本发明的可再生能源产生系统100可以包括多个第二群组720。

第三群组730可以包括第三枢纽140和多个第二群组720。第三枢纽140可以以被多个第二群组720环绕的方式定位。第三枢纽140和环绕第三枢纽140的多个第二群组720可以形成第三群组730。根据本发明的可再生能源产生系统100可以包括多个第三群组730。可再生能源产生系统100的结构并不限于此，而可以通过建立多个群组来缩小或扩大。

图8为详细地示出根据本发明示例性实施方案的可再生能源产生系统的第一枢纽的示意图。

图9为示出根据本发明示例性实施方案的可再生能源产生系统的第一枢纽的截面图。

参考图8，可再生能源产生系统100的第一枢纽120可以包括多个第一舱室121(121a和121b)、多个第二舱室123和储存部125。

多个第一舱室121可以在第一枢纽120中形成为使得电池160与它们联接或分离。第一舱室121可以通过从多个发生器110接收电能来对电池160进行充电。

本发明的电池160根据尺寸可以有两种类型：长距和短距。第一舱室121可以包括用于长距的第一舱室121b和用于短距的第一舱室121a，长距电池160b与用于长距的第一舱室121b联接或分离，短距电池160a与用于短距的第一舱室121a联接或分离。运输器150可以通过考虑天气状况、运输距离等来选择长距电池160b和短距电池160a并运输电池160。运输器150可以接近第一舱室121以安装或收取电池160。

多个第二舱室123可以形成为使得运输器150与它们联接或分离。第二舱室123可以通过从多个发生器110接收电能来对运输器150进行充电。

储存部125可以位于第一枢纽120的中央。用于运输电池160的运输器150(例如UAM和UAV)可以在储存部125中进行充电和储存。

参考图9，第一舱室121和第二舱室123可以包括凹入第一枢纽120中的接收部。第一舱室121的接收部可以形成为使得电池160与它们联接或分离。第一舱室121的接收部可以具有与电池160相对应的形状，以使得电池160与它们联接或分离。例如，用于长距的第一舱室121b的接收部(其与长距电池160b联接或分离)和用于短距的第一舱室121a的接收部(其与短距电池160a联接或分离)可以具有与电池160相对应的尺寸。

第二舱室123的接收部可以形成为使得运输器150与它们联接或分离。第二舱室123的接收部可以具有与运输器150相对应的形状，以使得运输器150与它们联接或分离。第二舱室123的接收部可以具有可容纳螺旋桨或臂的圆形或可扩展构思。例如，第二舱室123的接收部可以包括容纳运输器150的翼等的空间。

根据本发明的示例性实施方案，根据示例性实施方案的可再生能源产生系统具有如下效果：在沿海和近海水域以及远海通过将波浪能转换为电能来产生电力，而对安装无限制条件，并且在无需安装昂贵的海底电缆的情况下使用运输器来提高经济效率。

根据本发明的示例性实施方案，根据示例性实施方案的可再生能源产生系统具有通过以下方式提高可再生能源产生系统的效率的效果：通过考虑波浪的强度、速度和周期来控制多个发生器和发电机。

此外，与诸如“控制器”、“控制设备”、“控制单元”、“控制装置”、“控制模块”或“服务器”等的控制装置相关的术语是指包括存储器和处理器的硬件装置，其配置为执行一个或更多个被解释为算法结构的步骤。存储器存储算法步骤，处理器执行算法步骤以进行根据本发明的各个示例性实施方案的方法的一个或更多个过程。根据本发明的示例性实施方案的控制装置可以通过非易失性存储器和处理器来实施，所述非易失性存储器配置为存储用于控制车辆的各种组件的操作的算法或关于执行这些算法的软件指令的数据，所述处理器配置为使用存储在存储器中的数据来执行以上描述的操作。存储器和处理器可以是单独的芯片。或者，存储器和处理器可以集成在单个芯片中。处理器可以实施为一个或更多个处理器。处理器可以包括各种逻辑电路和运算电路，可以根据从存储器提供的程序处理数据，并且可以根据处理结果产生控制信号。

控制装置可以是通过预定程序运行的至少一个微处理器，所述预定程序可以包括用于执行包括在本发明的前述各个示例性实施方案中的方法的一系列指令。

前述发明还可以实施为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是能够存储随后可由计算机系统读取的数据以及存储和执行随后可由计算机系统读取的程序指令的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括硬盘驱动器(HDD)、固态硬盘(SSD)、硅盘驱动器(SDD)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储设备等以及以载波方式的实施(例如通过互联网传输)。程序指令的示例包括诸如由编译器生成的机器语言代码以及可由计算机使用解释器等执行的高级语言代码。

在本发明的各个示例性实施方案中，上述每个操作可以经由控制装置来执行，所述控制装置可以由多个控制装置配置或者由集成的单个控制装置配置。

在本发明的各个示例性实施方案中，控制装置可以以硬件或软件的形式实施，或者可以以硬件和软件的组合来实施。

此外，包括在说明书中的诸如“单元”、“模块”等的术语意指用于处理至少一种功能或操作的单元，其可以通过硬件、软件或它们的组合来实施。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上部”、“下部”、“里面的”、“外面的”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前面”、“后面”、“背部”、“内部”、“外部”、“向内”、“向外”、“里面”、“外面”、“内部的”、“外部的”、“向前”和“向后”用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。将进一步理解的是，术语“连接”或其衍生词均是指直接连接和间接连接。

前面对本发明的具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。这些描述并非旨在是穷举的或将本发明限制为所公开的精确形式，显然根据上述教导可以有很多变型形式和变体形式。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同的变体形式和变型形式。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同形式来限定。