Foreliggende oppfinnelse vedrører et system for utnyttelse av energien i vannbølger, omfattende minst ett flytelegeme forbundet med motvekt og med anordning for overføring av flytelegemets vertikale bevegelser til rotasjonsenergi, drift av pumper eller annen form for mekanisk eller stillingsenergi og eventuelt videre omdannelse av denne energi til elektrisk energi. Nevnte over-føring av energi kan utføres ved hjelp av i og for seg kjente anordninger.

Den potensielle energien i havbølger er stor. Utenfor den norske vestkysten er den årsgjennomsnittlige bølgeenergien de siste 26 år ca. 50 kW/m (ISBN 82595 2649-2), dvs. at over en strekning på 251 km er det like mye potensiell energi som hele Norges elektriske forbruk på 110.000 GWh/år.

Under kraftige stormer og orkaner kan energifluksen komme opp i over 1 MW/m. Det er viktig at et bølgekraftverk tåler slike ekstreme påkjenninger som storm og orkan, uten å havarere og samtidig utnytte energien under disse ekstreme forholdene. Mye av den årsgjennomsnittlige bølgeenergien kommer nettopp fra slike store stormer.

Et generelt problem ved bølgekraftverk er at de fleste typer er avhengige av en eller annen form for feste i havbunnen. Ved storm/orkan er disse forankringspunktene svakhetssoner og kan være havariårsak. I mange tilfeller betyr det også at man får et totalhavari på hele bølgekraftverket.

Det finnes i dag ingen kommersielt drevne bølgekraftverk, på tross av at det de siste 15 årene er nedlagt meget store forskningsressurser både i Norge og i verden forøvrig.

Det har vært arbeidet mye med ulike typer bøyer som generer strøm ved at de følger bølgene opp og ned. Et slikt system er beskrevet i norsk patentsøknad nr. 742429. Videre er det fra DE 34.09.325 kjent en type bølgekraftverk hvor man anvender flytelegemer forbundet med motvekter. Forbindelsesstrengen mellom bøye og motvekt går over en akse med trinse for overføring av bøyens horisontale bevegelse til rotasjonsbevegelsen som så videre utnyttes for fremstilling av elektrisk energi. Overførelsesanord-ningen er plassert i et flytelegeme forankret til bunnen, og flytelegemene går i glideføringer som også er forankret til bunnen. Hele systemet består av en hel rekke bøye/motvekter, og alle disse er koblet til et felles kraftverk. Ulempen med slike anordninger er at de krever forankringer i bunnen, og disse er da utsatt for sterke påkjenninger fra bølgene. De mest vitale og kostbare enheter utsettes for store krefter som kan oppstå under storm og uvær, og dermed blir risikoen for havari stor.

US-patent nr. 4.754.157 beskriver et apparat for utnyttelse av energien i bølgene. Det omfatter et flytelegeme festet til et stempel i en sylinder som så er forankret i havbunnen. Vann fra sylindrene pumpes inn i en kanal rett under havbunnen og inn til et basseng på land, hvorfra vannet driver en turbin. Vitale deler som sylindre med stempel og deres forankring er imidlertid utsatt for bølgekreftene ettersom de er plassert over havbunnen.

Videre er det fra fransk patentsøknad nr. 2.4 31.618A kjent en anordning for utnyttelse av bølgeenergi. Den omfatter flottør stivt forbundet med vertikale, fortannede stenger som driver en aksel for produksjon av elektrisk energi. Stengene går i rør-formede føringer i et rammeverk festet på havbunnen. De stive forbindelsene gjør systemet sårbart overfor bølgebevegelser. Hele anordningen er dertil plassert over havbunnen, hvorved den er utsatt for totalhavari.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse var å komme frem til et system for utnyttelse av energien i vannbølger på en effektiv og økonomisk måte samtidig som man unngikk ulempene ved kjent teknikk, først og fremst med hensyn til risikoen for havari av vitale og økonomisk kostbare enheter.

Et ytterligere formål var å oppnå flest mulig av de fordeler kjente systemer har med hensyn til fleksibilitet ved utnyttelse av bølgenergien og beskyttelse av kyststrekninger og moloanlegg mot bølgeerosjon og andre skader forårsaket av kraftig sjø.

Utviklingsarbeidet startet med et nærmere studium av kjente systemer for å finne deres svakeste punkter samt årsaker til havari. Oppfinneren fant at et vesentlig problem var forankring og festing av installasjoner til havbunnen. Selve festepunktet til installasjonen, f.eks. flytebøyen, kunne være et svakt punkt, og påkjenninger her burde reduseres. Videre spurte man seg hvordan man kunne redusere konsekvensene av brudd og resulterende havari. Utfra erfaringene med kjent teknologi og ovenstående betraktninger fant oppfinneren at han ville satse på bruk av flytelegemer forbundet med motvekter. Selve forbindelsen mellom flytelegemene og motvektene kan være kraftige stenger, rør, wirer etc. Som samlebegrep for disse anvendes i det etterfølgende "stenger", og disse er dimensjonert utfra flytelegemets og motvektens størrelse og vekt.

Man prøvde så å feste flytelegeme og motvekt i hver sin ende av stangen, men problemet var da å finne en enkel og billig måte å overføre energien på samt forankring av det hele. Det ble da overraskende funnet at flere problemer kunne løses hvis man plasserte motvekten i et hulrom eller kammer i grunnen under havbunnen. For det første slapp man herved problemet med forankring til havbunnen. Selve energioverføringssystemet kunne også plasseres i undergrunnen, og man ville derved oppnå at kun det relativt billige flytelegemet ble utsatt for bølgekreftene. Eventuelle havarier ville da få liten konsekvens ettersom flytelegemet vil være den billigste del av systemet.

Det nye og særegne ved oppfinnelsen blir følgelig i første rekke at vitale deler av et bølgekraftverk er anlagt i hulrom i undergrunnen under sjø/havbunnen og vil da ikke kunne havarere på grunn av bølgekreftene. Samtidig vil vedlikehold og inspeksjon av disse deler av systemet være enkelt. Ettersom man må gå inn med en underjordisk tunnel for å lage de nødvendige hulrom for installasjoner og motvekter, kan dette kombineres med tunneler for undersjøisk vei/jernbaneforbindelse eller olje/gass rørled-ninger som en integrert del av bølgekraftverket. Selve kraftverket kan plasseres undersjøisk eller man kan plassere det på land enten i forbindelse med at man pumper vann opp til et høyereliggende nivå eller man overfører energien fra flytelegemene ved hjelp av f.eks. pumper, som så overfører energien til et kraftverk.

Systemet bygger videre på prinsippet med én, fortrinnsvis flere bøyer på sjø/havoverflaten som holdes delvis neddykket under vannoverflaten ved hjelp av motvekter plassert i hulrom i undergrunnen. Når det blir bølger på vannoverflaten, vil bøye/motvekt-systemet begynne å svinge opp og ned med en egen frekvens bestemt av dimensjonen på bøyen og massen på motvekten. Energien i dette svingesystemet kan utnyttes ved hjelp av flere i og for seg kjente teknikker.

En foretrukket teknikk går ut på at de svingende motvektene eller stengene som forbinder bøye og motvekter driver pumper som leverer væske til et sentralt reservoar. Dette reservoaret kan enten stå under trykk eller ha en gitt høydeforskjell i forhold til sj©overflaten. Væsken fra det sentrale reservoaret kan så drive en turbin og en generator av tradisjonell type. Således får man fanget opp bølgeenergien over en stor strekning med billige innretninger, mens man bare trenger å investere i en turbin og en strømgenerator.

Det er også mulig å utforme motvektene slik at disse både fungerer som motvekt og som stempel i en stempelpumpe for levering av væske til et sentralt reservoar.

Videre er det også mulig å utnytte energien fra det svingende motvektsystemet ved å ha generatorer knyttet til hver enkelt motvekt eller at elektrisiteten induseres direkte fra bevegelsen til motvektene.

Det foretrekkes at bøyene på vannoverflaten er utformet som sylindere, men en hvilken som helst form vil selvsagt kunne fungere. Det primære ved valg av bøyer er kostnad sett i relasjon til virkningsgrad. Man må også vurdere sannsynligheten for skader og havari og velge form og materiale ut fra dette. Størrelsen på og avstanden mellom bøyene kan man optimalisere utfra forsøk og beregninger.

For å kunne utnytte bølge- eller tidevannsenergien på den mest effektive måte kan man tenke seg at bøye/motvekt-systemet låses i en gitt posisjon for en kortere eller lengre tid for så å slippes løs på det rette tidspunkt.

Det spesielle ved oppfinnelsen er som definert i de tilknyttede patentkrav.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart i forbindelse med omtale av figurene. Fig. 1 viser et lengdesnitt av et system med flere bøyer.

I fig. 1 er vist et system omfattende flere flytelegemer eller bøyer ₁ forbundet med motvekter 3 med en stang 2. Motvekten 3 er plassert i et underjordisk kammer 4. Overføring av den vertikale bevegelse til stangen 2 kan skje ved f.eks. tannstagoverføring til pumper 5. En serie av pumper 5 kan være sammenkoblet og drive en turbin som driver en elektrisk generator i et kraftverk 8. Energioverføringsenhetene, pumpene 5, er plassert i en underjordisk tunnel 6. I tilknytning til tunnelen 6 kan man ha en tunnel 7 som kan være en veitunnel, jernbanetunnel eller en tunnel for gass/olje rørledninger. De underjordiske installasjoner og tunneler er plassert i sikker avstand fra havunnen 9 nede i undergrunnen 10.

Fig. 2 viser vertikalsnittet av systemet omtalt i fig. 1, og man ser her at tunnelen 6 for energioverføringsenhetene er sidestilt tunnelen 7 og at kamrene 4 for motvektene er plassert til side for tunnelene 6 og 7 slik at stangen 2 med sine gjennomføringer ikke behøver å passere gjennom tunnelene 6 og 7. Kraftverket 8 som er vist plassert i undergrunnen kan som ovenfor nevnt også plasseres på land.

Dersom foreliggende bølgekraftverk plasseres i områder med stor forskjell mellom flo og fjære, vil også tidevannet gi et energibidrag. Et bølgekraftverk bestående av f.eks. 100 bøyer som hver har en motvekt på 3 00 tonn, har et potensielt energibidrag fra flo og fjære på ca. 0,6 GWh pr. år når forskjellen mellom flo og fjære er 10 m som i den engelske kanal.

Det ligger også innenfor oppfinnelsens ramme å velge plasseringen slik at man kan kombinere vanlig vannkraft med bølgeenergi. Ved å bruke bølgekraftverket til å pumpe vann til et høyereliggende basseng kan man gjennom et konvensjonelt vannkraftverk både utnytte bølgeenergien og nedbøren i området. Med en årlig nedbørsmengde på 2000 mm og en fallhøyde på 200 m vil man få et årlig energibidrag fra nedbøren på ca. 1 GWh pr. km² nedbørsfelt der all nedbøren avrenner til bassenget. På denne måten kan man utnytte nedbørsfelter som ellers ikke ville være kommersielt utnyttbare.

En annen mulig effekt man kan få dersom man velger å pumpe vannet til et høyereliggende basseng er at dette bassenget også kan tenkes utnyttet til fiskeoppdrett. Fordelen med dette ville være at anlegget ikke er utsatt for vær og vind, og at vannet som pumpes opp til bassenget kan tas fra ulike dyp slik at gunstigst mulig sjøtemperatur kan oppnås og eventuelle forurensninger, bl.a. fra alger, kan unngås.

Med en slik kombinasjon av bølgekraftverk og en rekke andre anvendelser som antydet i det ovenfor nevnte, er det mye større muligheter for en økonomisk utnyttelse av bølgekraft fordi omkostningene både ved anleggelse og drift blir delt mellom flere ulike interessenter.

Ved systemet ifølge oppfinnelsen har man ikke feste direkte i havbunnen, og det er kun en liten og relativt billig del som eksponeres for bølgene og som kan tenkes å få problemer med havari etc. De store investeringer og dyre komponentene ved kraftverket er trygt anbragt i fjell under sjøbunnen og/eller på land og kan ikke havarere. Videre er det mulig, dersom værfor-holdene skulle bli for ekstreme, at bøyene helt eller delvis kan trekkes under vannflaten for således å minske påkjenningen på disse. Dette kan enten oppnås ved at motvektene inne i fjellet økes eller at bøyene delvis fylles med vann. På denne måten er det også mulig å minske egenfrekvensen slik at man bedre kan utnytte bølger med større bølgelengde som forekommer hyppigere ved storm/orkan.

Ved foreliggende oppfinnelse kan videre bølgekraft og undersjøisk tunnel kombineres så man får en viss synergieffekt. For det første er den undersjøiske tunnelen adkomst til kraftverkets vitale deler, og kombinert med en undersjøisk vei/jernbanetunnel vil brukerne av vei eller jernbane være med på finansiering av anlegget. Dernest vil driftsutgiftene ved en undersjøisk tunnel bli mindre fordi lekkasjevannet som alltid lekker inn i tunnelen kunne bli pumpet ut av bølgekraftverket.