用于将电力供应到海上设施的系统、方法和组件的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及使用波浪能来驱动与海上设施关联的一个或多个空气涡轮机的方法和系统，其中这样的涡轮机可以生成电力以便用于海上设施和/或附近的设施和设备。海上设施可以是海上平台或浮船。涡轮机可以容纳在设施的结构部件或从设施悬挂的管状部件中。涡轮机也可以容纳在连接到设施的结构部件的管状部件内。
【专利说明】用于将电力供应到海上设施的系统、方法和组件
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2011年3月11日提交的美国临时专利申请第61/451，649号和2011年11月3日提交的美国临时专利申请第61/555，325号的权益和优先权。
【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及使用可再生能量为海上油气设施提供电力，并且具体地涉及使用低水头水-空气涡轮机从波浪引起的空气压力产生所述电力。
【背景技术】
[0004]海上油气平台具有巨大的电力需求。固定和浮式海上设施上的电负荷典型地由化石燃料驱动发电设备(例如，柴油发电机)供应。小于大约50kW的较小负荷常常由小型可再生能量发电机、例如太阳能面板或微型风力涡轮机供应。具有这样的功率要求的设施的例子是具有延伸到海底的腿部的固定平台、典型地用线固定到海底的浮式平台以及浮式生产储卸(FPSO)船。
[0005]考虑到前述情况，用于从可再生能源产生/生成较大(例如，大于50kW)电力负载方法和系统将是很有益的，特别地其中这样的方法/系统占用很小的空间和/或以不挑战在这样的海上平台上长期存在的空间限制的方式被使用/定位。
【发明内容】
[0006]本发明涉及使用波浪能来驱动与海上烃设施关联的一个或多个空气涡轮机的方法、系统和组件，其中这样的涡轮机可以生成电力以便用于海上设施和/或附近的勘探和生产(E&P)设施和设备。
[0007]在一些实施例中，本发明涉及用于利用或以另外方式捕获波浪能以便用于海上油和/或气平台的一种或多种方法，所述方法包括以下步骤:(I)将振荡水柱包含到海上油和/或气平台中，其中由波浪能驱动的水从结合到平台的结构中的入口 /出口进入和离开，并且其中水的向内/向外流动升高和降低振荡水柱中的水平面，由此实现位于所述柱中的水之上的空气的压力变化；(2)使用在振荡水柱之上的空气的压力变化来驱动与发电装置(例如，旋转式交流发电机)联接的水-空气涡轮机(例如，韦尔斯(Wells)型涡轮机)从而生成电力；以及(3)使用(例如，经由电力输出缆线)电力为海上油/气平台上或附近的装置提供电力。
[0008]在一些其它实施例中，本发明涉及用于利用或以另外方式捕获波浪能以便用于海上油和/或气平台的一种或多种系统，所述系统包括以下部件:(I)具有支撑结构的海上油和/或气平台，其中所述支撑结构包括具有在水平面处的共同入口 /出口的柱状体积；(2)在支撑结构的柱状体积内的振荡水柱，振荡水柱具有振荡(上升/下降)水平面，所述柱中的水平面由进出共同入口 /出口的波浪引起的水流升高和降低；(3)在水平面之上的空气的可变体积；(4)容纳在水平面之上的支撑结构的柱状体积和空气的可变体积中的水-空气涡轮机(例如，韦尔斯型涡轮机)，其中涡轮机响应在水平面之上的空气体积的变化旋转；
(5)由涡轮机经由轴驱动的旋转式交流发电机(或其它类似装置);(6)位于涡轮机之上的进气/排气口 ；以及(7)在一个端部连接到旋转式交流发电机并且在另一端部连接到一个或多个电气装置的电力输出缆线。
[0009]前述内容相当宽泛地概述本发明的特征以便可以更好地理解接下来的本发明的详细描述。将在下文中描述形成本发明的权利要求的主题的本发明的附加特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图进行的以下描述，其中:
[0011]图1是根据本发明的一个或多个实施例的海上设施的示意性环境图；
[0012]图2是具有定位在根据本发明的一个或多个实施例的图1的设施的支撑结构内的空气涡轮机的发电组件和系统的示意图；以及
[0013]图3是图2的发电组件和系统的替代实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0014]如前面的部分中所述，本发明涉及使用波浪能来驱动包含到海上设施中或以另外方式与海上设施关联的一个或多个空气涡轮机的过程、方法、组件和系统，其中这样的涡轮机可以生成电力以便在海上设施上或附近使用。
[0015]参考图1，海上设施11显示为它的操作区域在海13的表面之上。设施11示出为固定平台，但是不旨在限制本公开的范围，原因是其它类型的设施已被论述并且被预料。典型地，多个立管15从设施11延伸到定位在海底19上的水下井口 17。立管15和井口 17示出为生产立管和井口，但是本领域的技术人员将容易领会本公开的范围也包括与钻井操作关联的立管和水下组件。在图1所示的实施例中，多个腿部或支撑件21在设施11和海底19之间延伸以提供设施11的稳定性。在设施11的替代实施例中，支撑件21可以是锚固或系泊线。图1中所示的实施例的支撑件21优选地至少具有带中空内部的一部分。
[0016]参考图2，显示发电组件和系统200的至少一个实施例。在图2所示的实施例中，组件和系统200包括支撑结构201、图1中的支撑结构21。支撑结构201的中空内部限定柱状体积，该柱状体积具有在海或水平面213处的共同开口 211。在图2所示的实施例中，开口通过结构211的侧壁形成。当水平面随着波浪上升和下降时，水通过开口 211进入和离开支撑结构201的柱状体积，由此允许柱状体积内的水线振荡。这样的振荡水平面限定支撑结构211内的振荡水柱203，具有在水平面之上的空气的可变体积。
[0017]涡轮机205容纳在水平面之上的支撑结构201的柱状体积和空气的可变体积中。涡轮机205可以是单级涡轮机或多级涡轮机。涡轮机205响应由于与振荡水柱203关联的增加和减小体积引起的气压的变化而旋转。旋转式交流发电机209 (或其它类似装置)由涡轮机205的轴机械地驱动以响应涡轮机205的旋转生成电力。电力输出缆线215连接到旋转式交流发电机，使得一个或多个电气装置与交流发电机209电连通。另一开口 207在涡轮机205之上通过支撑结构201形成以允许空气流入和流出柱状体积。
[0018]参考图3，显示发电组件和系统300的至少一个附加实施例。在图3所示的实施例中，组件和系统300包括从设施11 (图1)悬挂的管状部件302。图3将管状部件302示出为邻近支撑结构301仅仅是为了示出管状部件不同于设施11的支撑结构301。取决于系统的实施例管状部件可以是从平台悬挂或在FPSO的侧上的空立管或套管。在图3的图示中，管状部件302具有限定柱状体积的中空内部，所述柱状体积具有在海或水平面313处的共同开口 311。在图3所示的实施例中，开口 311形成于管状部件302的下端部处，但是它也可以类似于图2的开口 211通过侧壁。当水平面随着波浪上升和下降时，水通过开口 311进入和离开管状部件302的柱状体积，由此允许柱状体积内的水线振荡。这样的振荡水平面限定管状部件302内的振荡水柱303，具有在水平面之上的空气的可变体积。
[0019]涡轮机305容纳在水平面之上的管状部件302的柱状体积和空气的可变体积中。涡轮机305可以是单级涡轮机或多级涡轮机。涡轮机305响应由于与振荡水柱303关联的增加和减小体积引起的气压的变化旋转。旋转式交流发电机309 (或其它类似装置)由涡轮机305的轴机械地驱动以响应涡轮机305的旋转生成电力。电力输出缆线315连接到旋转式交流发电机，使得一个或多个电气装置与交流发电机309电连接。另一开口 307在涡轮机305之上通过管状部件302形成以允许空气流入和流出柱状体积。
[0020]2.方法
[0021]在一些实施例中，本发明涉及从波浪能产生电力以便用于海上设施的方法，所述方法包括以下步骤:(I)将振荡水柱包含到海上设施中，其中由波浪能驱动的水从结合到设施的结构中的开口进入和离开，并且其中水的向内/向外流动升高和降低振荡水柱中的水平面，由此实现位于所述柱中的水之上的空气的压力变化；(2)使用在振荡水柱之上的空气的压力变化来驱动与发电装置(例如，旋转式交流发电机)联接的涡轮机(例如，韦尔斯(Wells)型涡轮机)从而生成电力；以及(3)使用(例如，经由电力输出缆线)电力为海上设施上的装置提供电力。
[0022]振荡水柱(OWCs)以及在利用波浪中使用OWCs在本领域中是已知的。这样的OWCs的例子可以在Nishikawa的美国专利第4，719，754号和Sieber的美国专利第7，836，689号中找到。
[0023]在一些实施例中，本发明涉及从波浪能产生电力以便用于海上设施的方法，所述方法包括以下步骤:(1)使振荡水柱与海上设施关联，其中由波浪能驱动的水从结合到从设施悬挂的管状部件中的开口进入和离开，并且其中水的向内/向外流动升高和降低振荡水柱中的水平面，由此实现位于所述柱中的水之上的空气的压力变化；(2)使用在振荡水柱之上的空气的压力变化来驱动与发电装置(例如，旋转式交流发电机)联接的涡轮机(例如，韦尔斯(Wells)型涡轮机)从而生成电力；以及(3)使用(例如，经由电力输出缆线)电力为海上设施上的装置提供电力。
[0024]在另外的实施例中，本发明涉及从波浪能产生电力以便用于海上设施的方法，所述方法包括以下步骤:(1)使振荡水柱与海上设施关联，其中由波浪能驱动的水从结合到管状部件中的开口进入和离开，并且其中水的向内/向外流动升高和降低振荡水柱中的水平面，由此实现位于所述柱中的水之上的空气的压力变化；(2)使用在振荡水柱之上的空气的压力变化来驱动与发电装置(例如，旋转式交流发电机)联接的涡轮机(例如，韦尔斯(Wells)型涡轮机)从而生成电力；以及(3)使用(例如，经由电力输出缆线)电力为海上设施上的装置提供电力。管状部件可以从设施或设施的结构支撑件悬挂。取决于设施的类型管状部件可以从平台悬挂或邻近船定位。[0025]在一些实施例中，上述涡轮机可以是单级和/或多级涡轮机。在一些这样的上述实施例中，这样使用的涡轮机是单向涡轮机，其中这样的涡轮机响应在水平面之上的空气体积的变化旋转，并且其中涡轮机在相同方向上旋转而不管空气的体积使增加还是减小。这样的涡轮机的例子包括但不限于韦尔斯(Wells)涡轮机和萨沃钮斯(Savonius)涡轮机。例如参见Wells的美国专利第4，383，413号。附加地或替代地，在一些或其它这样的实施例中，可以作为这样使用的任何单向涡轮机的代替或附加使用往复式涡轮机。
[0026]在一些实施例中，有许多电力输出情形。这样的情形包括但不限于(a)连接到蓄电池或直接连接到总线负载的发电机的涡轮机直接驱动，和(b)空气压缩机的涡轮机直接或电驱动以便储存在蓄积器中，其中空气将按需排出以驱动腿中(in-leg)涡轮机或独立空气涡轮机以便快速电力输送到总线。可以预料在一些这样的实施例中，来自蓄积器的压缩空气将用于通过提升进气压力和/或温度增加平台上的燃式涡轮机的效率。
[0027]在一些这样的上述方法实施例中，该方法能够生成超过50kW的电力负荷。在一些或其它这样的实施例中，该方法能够生成超过IOOkW的电力负荷。
[0028]3.系统
[0029]系统与经由如接下来的段落中所述的功能基础结构实现上述的方法大体上一致。
[0030]如本文中先前所述，在一些实施例中本发明涉及从波浪能产生电力以便用于海上设施的系统。参考图2，这样的系统和组件(200)可以包括以下部件:具有支撑结构201的海上设施，其中所述支撑结构201包括具有在水平面213处的共同开口 211的柱状体积；在支撑结构201的柱状体积内的振荡水柱203，振荡水柱203具有振荡水平面，所述柱中的水平面由进出共同开口 211的波浪引起的水流升高和降低；在水平面之上的空气的可变体积；容纳在水平面之上的支撑结构201的柱状体积和空气的可变体积中的涡轮机205，其中涡轮机205响应在水平面之上的空气体积的变化旋转；由涡轮机经由轴驱动的旋转式交流发电机209 (或其它类似装置);位于涡轮机之上的空气开口 207 ;以及在一个端部连接到旋转式交流发电机并且在另一端部连接到一个或多个电气装置的电力输出缆线215。
[0031]在一些这样的上述实施例中，一个或多个涡轮机可以定位在海上油/气平台的一个或多个腿部中。在一些这样的实施例中，腿部修改成具有外部增压室，由此增加到达在腿部的内部和/或外部的涡轮机的体积。
[0032]如本文中先前所述，在一些实施例中，本发明涉及从波浪能产生电力以便用于海上设施的系统。参考图3，这样的系统和组件300可以包括以下部件:具有管状部件302的海上设施，其中所述管状部件302包括具有在水平面313处的共同开口 311的柱状体积；在管状部件302的柱状体积内的振荡水柱303，振荡水柱303具有振荡水平面，所述柱中的水平面由进出共同开口 311的波浪引起的水流升高和降低；在水平面之上的空气的可变体积；容纳在水平面之上的管状部件302的柱状体积和空气的可变体积中的涡轮机205，其中涡轮机305响应在水平面之上的空气体积的变化旋转；由涡轮机经由轴驱动的旋转式交流发电机309 (或其它类似装置);位于涡轮机之上的空气开口 307 ;以及在一个端部连接到旋转式交流发电机并且在另一端部连接到一个或多个电气装置的电力输出缆线315。
[0033]在一些这样的上述系统实施例中，一个或多个涡轮机可以定位在与海上设施11关联的一个或多个管状部件302中。
[0034]在一些这样的上述系统实施例中，一个或多个涡轮机可以定位在海上设施的甲板上。在一些这样的实施例中，(平台的)每个腿部或支撑结构在有或没有腿部修改的情况下联接到涡轮机以产生外部增压室。在一些或其它这样的实施例中，两个或更多个腿部或支撑结构联接到共同空气歧管。
[0035]尽管现有的海上设施的类型和尺寸将可能对OWC/水-空气涡轮机发电系统的尺寸和数量造成限制，但是可以预料未来这样的设施将发展以将该技术更好地结合到用于海上设施的总体发电方案中。
[0036]上述的方法和系统容易地适合于各种情况。例如，如果使用多个这样的涡轮机，则它们可以单独地或串联地使用。而且，结构和/或环境限制可以指导或以另外方式规定空气如何被引入并且从系统排出(参见上文)。
[0037]5.总结
[0038]本发明涉及使用波浪能来驱动与海上设施关联的一个或多个空气涡轮机的方法和系统，其中这样的涡轮机可以生成电力以便用于海上设施和/或附近的设施和设备。
[0039]本文中引用的所有专利和公开文本在不与本发明不一致的程度上通过引用被合并于此。将理解上述实施例的上述结构、功能和操作中的某些不一定实施本发明并且仅仅为了一个或多个示例性实施例的完整性而包括在说明书中。另外，将理解上述引用专利和出版物中所述的具体结构、功能和操作可以与本发明结合实施，但是它们对于它的实施来说不是必不可少的。所以应当理解本发明可以以不同于如具体所述的以另外方式实施而实际上不脱离如附带的权利要求限定的本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种用于从波浪能产生电力以便用于海上设施的方法，所述方法包括以下步骤: a)将与海上设施关联的管状部件定位成与水连通，所述管状部件具有开口以便来自水的波浪进入和离开所述管状部件，水的向内/向外流动升高和降低所述管状部件中的水平面，由此限定所述管状部件内的振荡水柱并且由此实现位于柱中的水之上的空气的压力变化； b)使用在所述振荡水柱之上的空气的压力变化来驱动与发电装置联接的涡轮机以便生成电力；以及 c)使用电力为所述海上设施上的装置提供电力。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述管状部件从所述海上设施悬挂。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述管状部件形成于所述海上设施的结构支撑件中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述海上设施是海上油平台；以及 所述管状部件形成于所述海上设施的结构支撑件中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述海上设施是海上油平台；并且 所述管状部件从所述平台悬挂。
6.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述海上设施是海上油平台；并且 所述管状部件连接到所述平台的结构支撑件。
7.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述海上设施是浮船；并且 所述管状部件形成于所述海上设施的结构支撑件中。
8.一种用于从波浪能产生电力以便用于海上设施的系统，所述系统包括: 海上设施，所述海上设施具有邻近水平面定位的管状部件，所述管状部件具有柱状体积，所述柱状体积具有在海平面处的开口 ； 在所述管状部件的所述柱状体积内的振荡水柱，所述振荡水柱具有振荡水平面，所述柱中的水平面由于进出共同开口的由波浪引起的水流而升高和降低； 在所述水平面之上的空气的可变体积； 容纳在所述水平面之上的管状部件的所述柱状体积和空气的可变体积中的涡轮机，所述涡轮机响应在所述水平面之上的空气体积的变化旋转； 由所述涡轮机驱动的旋转式交流发电机； 位于所述涡轮机之上的空气开口 ；以及 连接到所述旋转式交流发电机的电力缆线，所述电力缆线将电力输送到与所述海上设施关联的一个或多个电气装置。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述管状部件从所述海上设施悬挂。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述管状部件形成于所述海上设施的结构支撑件中。
11.根据权利要求8所述的系统，其中:所述海上设施是海上油平台；并且 所述管状部件形成于所述海上设施的结构支撑件中。
12.根据权利要求8所述的系统，其中: 所述海上设施是海上油平台；并且 所述管状部件从所述平台悬挂。
13.根据权利要求8所述的系统，其中: 所述海上设施是海上油平台；并且 所述管状部件连接到所述平台的结构支撑件。
14.根据权利要求8所述的系统，其中: 所述海上设施是浮船；并且 所述管状部件形成于所述海上设施的结构支撑件中。
15.根据权利要求8所述的系统，其中多个涡轮机容纳在所述水平面之上的管状部件的所述柱状体积和空气的可变体积中。
16.根据权利要求8所述的系统，其中设有多个管状部件，每个管状部件具有容纳在其中的柱状体积和涡轮机。
17.根据权利要求8所述的系统，其中: 设有多个管状部件，每个管状部件具有柱状体积；并且 设有容纳在所述水平面之上的各个所述柱状体积内的多个涡轮机。
18.根据权利要求8所述的系统，其中所述管状部件还包括形成于所述涡轮机之上的空气开口。
19.一种用于从波浪能产生电力以便用于海上设施的系统，所述系统包括: a)具有支撑结构的海上设施，所述支撑结构具有柱状体积，所述柱状体积具有在水平面处的第一开口； b)在所述支撑结构的所述柱状体积内的振荡水柱，所述振荡水柱具有振荡水平面，所述水平面由于进出所述第一开口的波浪引起的水流而升高和降低； c)在所述水平面之上的空气的可变体积，所述可变体积响应所述水平面的振荡变化； d)容纳在所述水平面之上的所述支撑结构的所述柱状体积和空气的可变体积中的涡轮机，所述涡轮机响应所述可变体积的变化旋转； e)由所述涡轮机驱动的旋转式交流发电机； f)位于所述涡轮机之上的空气开口；以及 g)电力输出缆线，所述电力输出缆线连接到所述旋转式交流发电机以将电力提供给与所述海上设施关联的一个或多个电气装置。
【文档编号】F03B17/06GK103492708SQ201280019853
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年3月8日 优先权日:2011年3月11日
【发明者】W·桑顿, J·泰克曼 申请人:雪佛龙美国公司