(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. B63B 39/02 (06.01) B63B 39/00 (06.01) B63J 3/04 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato () Prioritet , NL, (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR (73) Innehaver Itrec B.V., Admiraal Trompstraat 2, 311 HH Schiedam, NL-Nederland (72) Oppfinner ROODENBURG, Joop, 7 St. Eustatiusstraat, NL-2612 HA Delft, NL-Nederland EKELAAR, Cornelis, Johannes, 84 Rotterdamse Rijweg, NL-43 BN Rotterdam, NL-Nederland (74) Fullmektig Acapo AS, Postboks 1880 Nordnes, 817 BERGEN, Norge (4) Benevnelse Hivkompensatorsystem og -fremgangsmåte. (6) Anførte publikasjoner GB-A US-A WO-A1-04/ WO-A1-07/ "ACTIVE HEAVE COMPENSATION WINCHES OFFER LOW WEIGHT, POWER CONSUMPTION" OFFSHORE, PENNWELL, TULSA, OK, US, vol. 61, no., 1 October 01 (01--01), page 140, XP ISSN:

2 1 Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et aktivt hivkompensatorsystem og en aktiv hivkompensatorfremgangsmåte. 1 Hivkompensering har vært velkjent i årevis. Mange løsninger har blitt tilveiebrakt, noen av disse vil bli diskutert nedenfor. Generelt sett tilveiebringer hivkompensatorer en kompensasjon for bølgebevegelse på en last. Lasten kan være nedsunket eller delvis nedsunket, og derved utsatt for bølgebevegelse. Også, eller i stedet for, kan det være tilfellet at lasten holdes av en flytende plattform (som for eksempel et skip), som er utsatt for bølgebevegelse. Videre kan et antall andre tilfeller tenkes hvor hivbevegelse kan være ønskelig, som for eksempel en situasjon hvor en last skal tas fra eller plassers på en flytende plattform, og den flytende plattformen er utsatt for bølgebevegelse. Hivkompensasjon kan tilveiebringes for enhver last type, for eksempel for en last som fraktes av en kran eller andre løfteinstallasjoner, konstruksjoner nedsunket under vann slik som rørleggingsutstyr, osv. Det bør forstås at eksemplene ovenfor bare er illustrerende, og er ikke tiltenkt å skulle begrense omfanget av dette dokumentet på noe vis. Hivkompensatorsystemer kan deles i aktive og passive hivkompenatorsystemer. Kombinasjoner av aktive og passive systemer kan også tilveiebringes. I et passivt hivkompensatorsystem tilveiebringes et kompressbart medium i form av en gassfjær, hydraulikksystem, osv. for å tilveiebringe kompensasjonen. I et aktivt hivkompensatorsystem tilveiebringes en utløser for å aktivt kompensere for effektene til bølgebevegelsen. Mange konstruksjoner er beskrevet i litteraturen. Generelt sett bruker et aktivt hivkompensatorsystem et hydraulikksystem. En hydraulisk sylinder kan for eksempel tilveiebringes som har en utstrekning og komprimerer synkronisert med bølgebevegelsen, og derved samvirker med for eksempel en kabel som holder lasten. I hver bølge overføres energi til hydraulikksystemet for å påføre en kraft på lasten. Noe av energien kan gjenvinnes i den andre delen av hivbevegelsessyklusen og for eksempel lagres ved kompromittering av en gass. I den neste syklusen kan den kompromitterte gassen så påføres for å drive lasten eller i hvert fall delta deri. 3 Aktive og passive hivkompensatorsystemer er kjente fra artikkelen «Active heave compensation winches offer how weight, power consumptions» utgitt i eller som skal i 01 i Offshore Magazine og som viser den nærmeste kjente teknikk.

3 2 Selv om hydraulikk/gasstrykk aktiv hivkompensasjon er blitt brukt i stor utstrekning i mange konfigurasjoner, er det en ulempe at dette oppsettet fører til et komplekst system og omfatter en risiko for lekkasje av hydraulikkvæske, og resulterer i et på en side relativt komplisert og dyrt system, mens det på den andre siden krever jevnlig og sikkert vedlikehold for å unngå lekkasje og risiko for miljøforurensing av den grunn. For å i det minste delvis kompensere for de ovenfor nevnte ulempene til aktive hivkompensatorsystemer har oppfinnerne funnet opp et aktivt hivkompensatorsystem omfattende en motorgenerator som samhandler med en last og en kontrollenhet som er tilrettelagt for å kontrollere driften av motorgeneratoren, hvor kontrollenheten er tilrettelagt for å: 1 - drive motorgeneratoren for å drive lasten i en første del av bølgebevegelsessyklusen, og - drive motorgeneratoren for å regenerere i en andre del av bølgebevegelsessyklusen minst en del av energien som lasten er blitt kjørt med i den første delen av bølgebevegelsessyklusen, det aktive hivkompensatorsystemet omfatter et elektrisk lagringselement for å buffre minst deler av den regenererte energien for å gi kraft til motorgeneratoren i en etterfølgende syklus av bølgebevegelse. 3 Det aktive hivkompensatorsystemet i følge den foreliggende oppfinnelsen omfatter derved en kombinasjon av en motorgenerator og et elektrisk lagringselement. I den første del av bølgebevegelsessyklusen gjenvinnes energi og motorgeneratoren virker som en generator og regenererer derved minst deler av energien hvor med lasten drives i den første delen av bevegelsessyklusen. Regenereringsenergien lagres i det elektriske lagringselementet. Den lagrede energien kan nå brukes i en første del av en etterfølgende bølgebevegelsessyklus for å gi kraft til motorgeneratoren. Innenfor omfanget av den foreliggende oppfinnelsen kan man for motorgeneratoren anvende en separat motor og en separat generator som begge samhandler med lasten, men i følge en foretrukket utførelse anvender man en motortype som fungerer som en generator, og derved en motor som, når den ikke tilveiebringes med elektrisk energi, men drives mekanisk av en korresponderende bevegelse av lasten, genererer elektrisk energi og derved virker som en generator. Alle typer motorgeneratorer kan tilveiebringes, som for eksempel kan fremstilles fra

4 3 1 enhver trefase asynkron motor. Utrykket motorgenerator kan generelt defineres som en sammenstilling som er tilpasset for å omdanne elektrisk energi til bevegelse, og omdanne bevegelse til elektrisk energi. Enhver type elektrisk lagringselement kan anvendes, men det er foretrukket at en kondensator påføres siden en kondensator kan tilveiebringe lagring med lite tap, og derved forbedre energieffektiviteten til hivkompensatorsystemet. Fortrinnsvis omfatter kondensatoren en superkondensator, da en høy kondensatorverdi og derved en høy energilagringskapasitet derved kan tilveiebringes i et til sammenligning lite volum. Videre kan en superkondensator tilveiebringe en lavserie motstand, og derved tillate et lavt tap av energilagring, og kan tillate en rask ladning og utladning, kan tilveiebringe høy effektivitet, og kan tilveiebringe et langt driftsliv. Også en kombinasjon av et batteri og en kondensator, som for eksempel en superkondensator, kan anvendes som et elektrisk lagringselement. Mens en kondensator kan tilveiebringe et høyt uttak av energi og et batteri kan tilveiebringe energi i løpet av et relativt langt tidsrom, kan en kombinasjon dra fordel av begge egenskapene. I samsvar med oppfinnelsen kan en kontrollenhet tilveiebringes for å styre motorgeneratoren for å drive lasten i en første del av bølgebevegelsessyklusen og for å regenerere energien i den andre delen av bølgebevegelsessyklusen. Kontrollenheten (som omfatter for eksempel en mikrokontroller, mikroprosessor, eller enhver programmerbar logikkanordning, som for eksempel tilveiebringes med passende programinstruksjoner for å utføre handlingene som beskrevet) kan også derved for eksempel styre en strømforsyning forbundet med motorgeneratoren. Kontrollenheten kan derved styre strømforsyningen for å gi kraft til motorgeneratoren for å drive lasten i den første delen av syklusen og for å regenerere minst deler av energien i den andre delen av syklusen. 3 Lagringselementet, så som superkondensatoren, kan være elektrisk sammenkoblet på mange måter. En fordelaktig konfigurasjon oppnås når lagringselementet er elektrisk koblet i parallell til en elektrisk strømkilde for å levere strøm til motorgeneratoren. Strømkilden kan for eksempel dannes av en matespenning, en leveringsspenning til en installasjon hvori det aktive hivkompensatorsystemet er anbrakt, osv. Derved kan toppene av strømleveringsspenningen til den elektriske strømkilden som drar elektrisk kraft iden første delene av bølgebevegelsessyklusen og regenererer i den andre delen av bølgebevegelsessyklusen reduseres grunnet en buffring av den elektriske kraftkilden av lagringselementet, i særdeleshet superkondensatoren.

5 4 1 I følge en annen fordelaktig utførelse kan en omformer tilveiebringes som er elektrisk koblet mellom motorgeneratoren og lagringselementet. Omformeren kan omforme en motorgenerator spenning til en ladning som henholdsvis utlader spenningen til lagringselementet og tilsvarende. Omformeren kan derved tilveiebringe en spenningsnivåomdanning for å ta hensyn til forskjeller i spenningsnivå til motorgeneratoren eller andre elementer til strømkilden, og lagringselementet. I særdeleshet, når man anvende kondensatoren, så som superkondensatoren i lagringselementet, kan omformeren tilveiebringe en omforming mot en passende ladningsspenning til kondensatoren/superkondensatoren og for utladning derav, og muligens tillate (super)kondensatoren å brukes på et bredt spenningsområde, og derved over et bredt ladnings/utladningsområde. Omformeren kan omfatte enhver passende omformer, i følge en foretrukket utførelse en toveis likestrøms-likestrøms omformer, så som en koplingsomformer kan påføres, siden en lavkostnadsomforming kan tilveiebringes. 3 Når i dette dokumentet henvisning gjøres til en kondensator eller en superkondensator kan dette forstås å omfatte et flertall kondensatorer/superkondensatorer, seriekoblet, parallellkoplet, eller en kombinasjon derav. Når lagringselementet omfatter et flertall (super) kondensatorer, kan omformeren omfatte et koblingsnettverk for å kople kondensatorene i serie- og/eller parallellkombinasjoner. Derved kan en tapsomforming tilveiebringes, for eksempel, dess lavere spenning som tilveiebringes til omformeren for å lade kondensatorene, dess flere kondensatorer anbringes parallelt, mens dess høyre spenning tilveiebringes til omformeren, dess flere kondensatorer seriekoplet. Derved kan man ved å kople kondensatoren i serie/parallelle konfigurasjoner oppnå et driftsspenningsområde for de individuelle kondensatorene tilpasset til spenningen tilveiebrakt for ladning. For utladning anvendes det samme prinsippet. I samsvar med en annen utførelse hvor en (super)kondensator brukes som lagringselementet kan omformeren omfatte en induktor for å danne en induktorkondensator resonanskrets med superkondensatoren. For å oppnå optimale resultater kan resonansfrekvensen til resonanskretsen tilpasses syklusfrekvensen til bølgebevegelsen. Derved kan en omforming med lite tap tilveiebringes, særlig når resonansfrekvensen er tilpasset syklusfrekvensen til bølgebevegelsen, siden

6 syklusen for tilveiebringelse av energi og lagring av regenerert energi derved kan synkroniseres med resonansmodus til resonanskretsen. 1 Kontrollenheten kan omfatter en spenningsmålingsanordning for å måle spenningen til strømkilden. Kontrollenheten kan derved tilveiebringes for å sammenligne målt spenning med en lav og høy spenningsgrenseverdi for å drive omformeren for å lade det elektriske lagringselementet når spenningen overstiger den høye spenningsgrenseverdien, og for å utlade det elektriske lagringselementet når den målte spenningen overstiger den lave grenseverdien. Derved kan en enkel kontrollalgoritme tilveiebringes, som i tilfellet av en lav leveringsspenning, det vil si i tilfellet der en stor strømmengde trekkes av motoren, vil det elektriske lagringselementet utlades, og derved tilveiebringe energi for å drive motorgeneratoren, og dersom strømforsyningsspenningen er høy, noe som indikerer at energi regenereres av motorgeneratoren, drives omformeren for å lade (super)generatoren, omformeren drives for å lade (super)kondensatoren, og lagrer derved regenerert energi. Alternativt kan kontrollenheten omfatte en strømmålingsanordning for å måle en strøm, tilveiebrakt av strømkilden. Kontrollenheten kan derfor anbringes for å sammenligne den målte strømmen med en fastsatt strømterskel, for å drive omformeren for å utlade det elektriske lagringselementet når de måle strømmen overstiger den fastsatte strømterskelen, og for å lade det elektriske lagringselementet når den fastsatte strømterskelen overstiger den målte strømmen. En enkel kontrollalgoritme kan tilveiebringes, og i tilfelle av en høy matingsstrøm, det vil si i tilfeller av at en høy matingsstrøm som trekkes av motoren, blir det elektriske lagringselementet utladet, og tilveiebringer derved energi for å drive motorgeneratoren. Dersom kraft matingsstrømmen er lav, og indikerer at energien regenereres av motorgeneratoren, drives omformeren til å lade (super)kondensatoren, og derved lagre regenerert energi. 3 I følge en annen, fordelaktig utførelse, kan kontrollenheten anbringes for å måle driftsspenningen til det elektriske lagringselementet og for å kople en elektrisk strømdissipator når driftsspenningen til lagringselementet overstiger en maksimal driftsspenning, og derved forebygger lagringselementet fra å overbelastes ved å dissipere deler av energien lagret deri i tilfeller av at en maksimal spenning overstiges. I følge en annen utførelse kan overskuddsenergien mates tilbake til strømforsyningen. Det kan være en fordel å bruke energien på andre steder om bord skipet.

7 6 1 I samsvar med en annen utførelse, anbringes kontrollenheten for å sammenligne et tidsgjennomsnitt til spenningen på lagringselementet med en forhåndsdefinert lagringsspenningsterskel. Det foretrukne lagringsspenningsterskelen representerer den ønskede driftsspenningen til lagringselementet. Det kan forventes at den gjennomsnittlige driftsspenningen til lagrinselementet vil synke, siden i hver syklus til bølgebevegelsen vil energi dissiperes i kabler og inni motorgeneratoren. Når, i dette tilfellet, kontrollenheten kan endre strømterskelen, kan kontrollenheten drive strømkilden for å tilveiebringe energi for å kompensere for tapene. I følge en annen utførelse av oppfinnelsen, omfatter kontrollenheten en målingsanordning for å måle en variabel, representativ for hivbevegelse, so, skal kompenseres. Denne variabelen kan være, blant andre, en bølgerelatert variabel, en hivrelatert variabel, eller en motorgeneratorrelatert variabel. Dette kan være forbundet med enhver passende parameter, som en dybde på vannet som målt av en passende sensor, så som en ultralydsensor, en akselerasjon av kabelen, lasten osv. som målt av en akselereringssensor, en vinkel på kabelen, osv., som målt av en vinkelmåler, eller en luftfartshastighet som målt av en lufthastighetsmåler. Kontrollenheten anbringes for å drive omformeren for å lade eller utlade det elektriske lagringselementet for å tilveiebringe eller buffre minst en dela av den elektriske energien involvert med hivkompensasjonen basert på den målte variabelen. Kontrollenheten kan også anbringes for å drive strømkilden for å tilveiebringe eller motta minst en del av den elektriske energien involvert i hivkompenseringen. Derved kan lagringselementet og/eler strømkilden starte raskt for å levere eller buffre energien involvert med hivbevegelsekompensasjon, og resultere i en bedre hivkompensasjon eller mindre energitap. De samme eller lignende fordeler og foretrukne utførelser som oppnådd med hivkompensatorsystemet i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan også tilveiebringes ave en hivkompensatorfremgangsmåte for i det minste delvis kompensering for en effekt av en bølgebevegelse på en last, hvor fremgangsmåten omfatter: 3 - å drive en motorgenerator som samhandler med lasten for å drive en første del av en bølgebevegelsessyklus, og

8 7 - å drive motorgeneratoren for å regenerere i en andre del av bølgebevegelsessyklusen minst en del av energien som lasten er blitt drevet med i den første delen av bølgebevegelsessyklusen, hvor minst deler av den regenererte energien buffres i et elektrisk lagringselement for å gi kraft til motorgeneratoren i en etterfølgende syklus av bølgebevegelsen. Andre kjennetegn, effekter og fordeler ved den foreliggende oppfinnelsen vil bli klare fra de medfølgende tegningene og samsvarende beskrivelsen, hvori ikke begrensende utførelser av oppfinnelsen tilveiebringes, hvori: 1 fig. 1 viser en svært skissert konfigurasjon av en last neddykket fra en flytende plattform, fig. 2 viser en svært skissert hivinstallasjon med kompensator, fig. 3 viser en svært skissert representasjon av en bølgebevegelse, fig. 4 viser en svært skissert representasjon av en bølgebevegelse kompensering i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen, fig. viser en annen utførelse av en hivkompensator i samsvar med oppfinnelsen, fig. 6 viser enda en annen utførelse av hivkompensasjonen i samsvar med oppfinnelsen, fig. 7A-7C viser kondensatorkonfigurasjoner i samsvar med aspekter av den foreliggende oppfinnelsen, fig. 8 viser en resonanskrets i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen, fig. 9a viser en funksjonell plan over kontrollenheten i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen, fig. 9b viser en annen funksjonell plan av kontrollenheten i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen, og fig. viser et tverrsnitt av et fartøy med fast rulledempende ballast. 3 Fig. 1 viser et svært skissert riss av en delvis neddykket last L holdt av en heveinstallasjon LI så som en kran, hvor løfteinstallasjonen LI er anbrakt på en flytende plattform FP som for eksempel et skip. Bølgebevegelsene vil resultere i vertikale krefter, og derved tilveiebringe en periodevis vertikal bevegelse av lasten L så vell som den flytende plattformen FP. Som et resultat derav vil krefter periodisk påvirke kabelen CA til løfteinstallasjonen LI. Hivkompensasjonen er tiltenkt å skulle kompensere for bølgesyklusbevegelsene, og derved unngå mulig skade på lasten, overbelastning av kabelen CA til løfteinstallasjonen LI, osv. Selv om det i fig. 1 vises

9 8 et eksempel hvor lasten og plattformen som holder løfteinstallasjonen LI er delvis under vann, er det også mulig at en av lasten og løfteinstallasjonen er fastmontert, som et eksempel kan en løfteinstallasjon fastsettes på en brygge, eller lasten skal plasseres på bryggen mens løfteinstallasjonen er fastmontert på en flytende plattform. Mange andre konfigurasjoner er mulige. For eksempel, kan lasten være neddykket og krever stabilisering, mens den flytende plattformen som holder løfteinstallasjonen er utsatt for bølgebevegelse. Kabelen CA er viklet om vinsj WI. Igangsetting av vinsj WI for å vikle kabelen CA vill løfte lasten L og vice versa. 1 Fig. 2 viser en skisse av et eksempel på en konstruksjon som kan brukes i et konvensjonelt hivkompensatorsystem som igjen viser løfteinstallasjonen LI med en kabel CA som holder lasten L. Kabelen CA er ledet via et taljehjul PW som er sammenkoblet med en hydraulisk sylinder HC, hvor taljehjulet som er sammenkoblet med stempelet også beveges nedover. Derved vil en lengde av en sløyfe av kabelen CA ledet via taljehjulet PW få lengden endret, noe som vil forårsake at lasten løftes eller henholdsvis senkes avhengig av retningen på bevegelsen til stempel PI. Den hydrauliske sylinderen HC kan drives aktivt, og derved oppnår man et aktivt hivkompensatorsystem. Også, eller i tillegg dertil, er det mulig å anvende en gassfjær, for eksempel dannet av et avgrenset volum av sammenpressbar gass, som virker på et hydraulisk system som den hydrauliske sylinderen HC er del av. 3 So illustrert i fig. 3 vil en bølgebevegelsessyklus resultere i et periodisk mønster av oppover og nedover virkende krefter på enten lasten, løfteinstallasjonen, eller begge to. Fig. 4 viser et svært skjematisk riss av en del av et aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. En motorgenerator M/G er drevet av en strømforsyning PS, så som for eksempel en vekselretter. Strømforsyningen PS får kraft av en strømkabel PL (som for eksempel et elektrisk nettverk) tilveiebrakt med elektrisk kraft fra en kraftkilde SRC, så som en generator. En strømforsyning PS styres av en strømfordeler CON, som kan omfatte enhver passende anordning, så som en mikrokontroller, mikroprosessor, logikkelektronikkretser eller enhver annen programmerbar logikkanordning. En kopling mellom strømfordeleren CON og strømforsyningen PS er skjematisk indikert av en avbrutt linje. Enhver type kopling kan tilveiebringes, som for eksempel serie- eller parallelldatabusser, en kontrollinje, en glassfiber, eller enhver passende kopling. Motorgeneratoren M/G kan samhandle med lasten som vist i fig. 1 og 2, på ethvert vis. I følge en foretrukket utførelse virker

10 9 motorgeneratoren M/G på vinsjen WI hvorpå kabelen CA er viklet. Motorgeneratoren M/G kan for eksempel drive vinsjen WI, men mange andre konfigurasjoner er tenkelige. Det er for eksempel mulig at motorgeneratoren virker på en arm AR til løfteinstallasjonen, for eksempel ved å løfte og senke armen, og/eller dra ut en lengde derav. 1 Fig. 4 viser videre et energilagringselement, i dette eksemplet en kondensator, som for eksempel en superkondensator. Selv om i fig. 4 bare en enkelt kondensator er vist, kan kondensatoren omfatte en kombinasjon av et flertall av serie- eller parallellkoplede (super)kondensatorer eller enhver passende kombinasjon derav. I en første del av bevegelsessyklusen styrer kontrollenheten CON kraftforsyningen PS for å tilveiebringe elektrisk energi til motorgeneratoren og fører derved til at motorgeneratoren virker på lasten, og derved tilveiebringer energi til lasten. I en andre del av bølgebevegelsessyklusen styrer kontrollenheten CON kraftforsyningen slik at motorgeneratoren regenererer minst deler av energien som lasten er blitt drevet med i første delene av bølgebevegelsessyklusen. Motorgeneratoren virker nå som en generator. I den første delen av bølgebevegelsessyklusen blir derved energi tilveiebrakt til lasten for stabilisering, mens i den andre delen av bølgeformen blir minst deler av energien regenerert av motorgeneratoren, og den regenererte energien vil lagres minst delvis i det elektriske lagringselementet. Den energien som lagres på dette viset kan nå brukes i en første del av den etterfølgende bølgebevegelsessyklusen for å gi kraft til motorgeneratoren. Derved kan bruk av hydraulikksystemet med dets ulemper, så som kompleksitet, lekkasjerisiko, krav om jevnlig vedlikehold, osv., unngås, mens på den andre siden kan et kompakt, lavkostnads og/eller lite vedlikeholds system oppnås. Videre kan energiforbruket til hivkompensatorsystemet reduseres ved energigjenvinning. Styringsenheten kan dannes av en separat styringsenhet, men det er også mulig at styringsenheten danner del av en eksisterende styringsenhet på løfteinstallasjonen eller på enhver annen installasjon. Det er for eksempel mulig at styringsenheten tilveiebringes med sensorer for å observere bølgebevegelse, hvor sensorene tilveiebringer et passende signal til styringsenheten for å la den styre motorgeneratoren. 3 Kraftforsyningen kan omfatter enhver passende konfigurering for å tilføre kraft til motorgeneratoren: for eksempel kan kraftforsyningen PS omfatte en inverterer. Mange alternativer er mulige: det er for eksempel tenkelig at strømforsyningen

11 omfatter et flertall koplinger for å for å elektrisk kople motorgeneratoren enten strømlinjen PL og/eller med kondensatoren C for energilagring. Mange implementeringer er mulige, noen av disse vil beskrives nedenfor. Fig. viser en svært skjematisk skisse av en mulig utførelse av hivkompensasjonen i samsvar med et aspekt av oppfinnelsen. Her styrer igjen kontrollenheten CON kraftforsyningen PS for å drive motorgeneratoren. Kraftforsyningen PS er tilveiebrakt med elektrisk energi via kraftlinjen PL fra kraftkilden SRC. I fig. er det elektriske lagringselementet, i dette eksemplet (super)kondensatoren, parallellkoplet til strømkilden SRC. Derved buffrer (super)kondensatoren effektivt strømkilden SRC og kraftlinjen PL. 1 Derved er i den første delen av bølgebevegelsessyklusene energilagringselementet minst delvis utladet, mens i den andre delen av bølgebevegelsessyklusen blir energien som er regenerert av motorgeneratoren buffret av energilagringselementet. Som en konsekvens derav, kan i oppsettet i samsvar med fig. mange elementer til en konvensjonell vinsj drivmotor og strømkilde fremdeles brukes, mens topper og bunner i forsyningsspenningen ved strømlinjen kan utjevnes ved buffringen av energilagringselementet, som når strøm trekkes av motorgeneratoren, som kan føre til at strømlinjespenningen faller, energi trekkes fra energilagringselementet, som superkondensatoren, mens energien gjenvinnes, og fører til at strømlinjespenningen øker, energi lagres i energilagringselementet. Med konfigurasjonen i samsvar med fig. kan en eksisterende vinsj drivmotor relativt tilrettelegges for å tilveiebringe hivkompensasjonen, og derved fjerne nødvendigheten for tilleggshydraulikksystemer i samsvar med kjent teknikk. 3 Et videre eksempel vises i fig. 6, hvor motorgeneratoren igjen drives av en kraftforsyning PS som er tilveiebrakt med elektronisk energi via kraftlinjen PL fra kraftkilden SRC. Kraftforsyningen PS styres av kontrollenheten CON. En omformer CONV tilveiebringes og kobles mellom kraftforsyningen PS og energilagringselementet, i dette eksemplet en kondensator eller superkondensatorer. Omformeren CONV kontrolleres av kontrollenheten CON. Omformeren, som styres av kontrollenheten, for å omdanne en motorgenerator spenning eller en kraftforsyningsspenning til en ladespenning til lagringselementet. Videre er omformeren anordnet for å utlade energilagringselementet, og omforme utladningsspenningsstrømmen til en kraftforsyningsspenning til en motorgeneratorspenning for å drive motorgeneratoren. Derved kan energilagringselementet anvendes over et bredt drifts-

12 11 spenningsområde, da omforming til en passende ladnings/utladnings spenning er tilveiebrakt av omformeren CONV. Derved kan en stor mengde elektrisk energi buffres av energilagringselementet. Omformeren kan omfatte enhver type omformer, som et eksempel kan en toveis likestrøms strømomformer tilveiebringes, for å oppnå en omforming med lite tap. 1 Fig. 7a-7c viser henholdsvis en parallellkonfigurasjon, parallell/serie konfigurasjon og en seriekonfigurasjon av (super) kondensatorer omfattet i energilagringselementet i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen. En omformer med et koplingsnett kan tilveiebringes med en kopling av (super)kondensatorene for å bli konfigureringen i samsvar med figurene 7A-7C. Med et slikt koplingsnettverk (ikke vist) kan et bredere spenningsområde oppnås: når ladespenningen tilveiebrakt til superkondensatorene senkes kan superkondensatorene kobles i konfigurasjonen i samsvar med fig. 7A, mens dess høyere ladningsspenningen blir, vil først omformeren kople om til konfigurasjonen i samsvar med fig. 7B, og så til konfigurasjonen i samsvar med fig. 7C. Derved kan et større ladningsspenningsområde håndteres av superkondensatorene. Man bør forstå at utførelsene i fig. 7A- 7C bare er for å illustrere: i en praktisk utførelse kan man anvende en større mengde superkondensatorer, og derved tilveiebringe muligheter for mange serie/ parallellkoplinger og kombinasjoner derav. En kombinasjon med en eller flere batterier i serie- og/eller parallellkobling kan også være en praktisk tilnærming. Fig. 8 indikerer skjematisk en videre mulig utførelse av omformeren og energilagringselementet. I følge denne utførelsen omfatter omformeren en leder for å danne en resonanskrets med (super) kondensatoren, en resonansfrekvens til resonanskretsen er tilpasset til en syklusfrekvens til bølgebevegelsen for å derved muliggjøre en syklus for å tilveiebringe energi og regenerere energi. Tilpassing av resonansfrekvensen til syklusfrekvensen på bølgebevegelsen kan foregå ved å omkoble flere eller færre kondensatorer til energilagringselementet ved et passende koplingsnettverk (ikke vist) for å derved endre den totale kapasitansverdien. 3 I følge en videre utførelse kan kontrollenheten omfatte en spenningsmålingsanordning for å måle en spenning til kraftlinjen PL eller kraftkilden SRC. Den målte spenningen sammenlignes så av kontrollenheten, med en passende sammenligner derav, med en lavterskelspenning og en høyterskelspenningsverdi. Omformeren (så som omformeren i fig. 6) blir så drevet av kontrollenheten for å lade det elektriske lagrinselementet når den målte spenningen overgår en høyterskelspenningsverdi

13 12 som tilveiebringer en indikasjon på regenerering av energi -, og for å utlade det elektriske lagringselementet når den målte spenningen overstiger lavterskelspenningen, og derved er en indikator gitt på at energi er dradd fra kraftkilden SRC for å drive motorgeneratoren. Som en konsekvens derav kan omformeren derved redusere topper og daler i kraftlinjespenningen forårsaket av den sykliske driften av motorgeneratoren. 1 I samsvar med en videre utførelse kan kontrollenheten omfatte en strømmålingsanordning for å måle strømmen til kraftkilden SRC. Etter sammenligning med en strømterskel (som diskuteres nedenfor) vil kontrollenheten så drive omformeren CONV for å utlade det elektriske lagringselementet når den målte strømmen overstiger strømterskelen og for å lade det elektriske lagringselementet overstiger strømterskelen den målte strømmen. En høy leveringsstrøm (det vil si høyere enn gjennomsnittet) ville indikere at en høy strøm trekkes av motoren. I så tilfelle kan det være fordelaktig dersom det elektriske lagringselementet utlades og tilveiebringer energi for å drive motorgeneratoren. Dersom kraftleveringsstrømmen er lav (det vil si lavere en gjennomsnittet) kan omformeren drives for å lade (super) kondensatoren. I fig. 9A vises et eksempel på en funksjonell plan over en slik kontrollenhet. Strømmålingsanordningen CMD måler strømmen tilveiebrakt av kraftkilden SRC. Verdien mates til kontrollenheten. Nedenfor vil den funksjonelle planen for kontrollenheten først diskuteres uten å ta hensyn til inntak 2 til komparator COMP1, det vil s dets verdi ansees å være null. Verdien til den målte strømmen fra kraftkilden SRC mates til COMP1. Dens uttak inverteres og blir via et proporsjonelt integrert (PI) system PUS matet til omformeren Dette kan drive omformeren til å drive energilagringen for å levere mer energi når kraftkilden leverer energi. Deretter vil kraftkilden så tilveiebringe mindre energi. På dette viset kan energien tilveiebrakt av kraftkilden minimaliseres. PI systemet PIS vil tilveiebringe raske responser til endringene i den målte strømmen. Alle tidsforsinkelser i denne loopen minimaliseres og P virkningen til kontrolleren gir en direkte respons til omformeren. Denne delen av kontrollenheten kan vise til den raske strømkontroll loopen. 3 Da energitap vill foregå i kablene, omformerne og motorgeneratoren, vil energinivået til energilageret synke selv dersom man har perfekt bølgekompensasjon. Derfor bør kraftkilden kompensere for disse tapene. Dette kan oppnås ved en «sakte spenningskontrolloop». En funksjon til en slik sakte spenningskontrolloop kan være å styre spenningen til kondensatorene rundt den konstante ønskete driftsspenningen

14 13 til lagringselementet. Dette foretrukne lagringsspenningsreferanseverdien (inntak 3 i fig. 9a) mates til komparatoren COMP2 så vel som en gjennomsnittstid (inntak 4) på spenningen til legeringselementet. Tidsgjennomsnittet til spenningen til lagringselementet kan oppnås ved å føre den målte spenningen til lagringselementet gjennom et lavpassasjefliter LPF. Derved kan COMP2 ikke reagere på raske bevegelser (som hivbevegelser) men kan reagere på forandringer innenfor en høyere tidskonstant, så som gjennomsnittlige tap for systemet eller langvarige heisebevegelser. Forskjellen mellom den foretrukne lagringsspenningsreferanseverdien og tidsgjennomsnittet på spenningen til lagringselementet mates så gjennom en P styringsblokk til komparatoren COMP1 som strømreferanseverdien. Den seine spenningskontrolloopen vil tilveiebringe at energilagringen tilveiebringes med energi fra kraftkilden, når driftsspenningen til energilagringen er nedenfor den ønskede verdien. 1 Det kan være fordelaktig å ta hensyn til den forventede hivkompensasjonen. Dette vil føre til en raskere respons og derved en mer effektiv kompensasjon, det vil si færre energitap. Den forventede hivkompensasjonen kan beregnes basert på målinger av bølger, trekkrefter på land, og/eller akselerasjon av drivakslingene til motorgeneratoren. Også bevegelsen til selve skipet kan brukes for å beregne en forventet hivkompensasjon. En verdi representativ for den forventede hivkompensasjonen (inntak 3 i fig. 9b) kan mates til enda en annen komparator COMP3. På dette viset, for eksempel når det forventes at energi vil kreves av motorgeneratoren, kan styringsenheten begynne å drive omformeren for å levere energi til motorgeneratoren, på et raskere vis en uten å ta hensyn til den forventede hivkompensasjonen. I alle utførelsene ovenfor, så vel som enhver mulig utførelse, kan en elektrisk strømdissipator, så som en motstander eller enhver strømforbrukende anordning, kobles til det elektriske lagringselementet for å tape energien, når driftsspenningen til det elektriske lagringselementet ville overstige en maksimal driftsspenning. Derved kan trygg drift av det elektriske lagringselementet tilveiebringes. I følge en annen utførelse, sikres trygg drift ved tilbakeføring av overskuddsenergi til kraftkilden. 3 Da alle elektriske anordninger beskrevet i utførelsene ovenfor har deres egne driftsegenskaper for trygg drift, kan man forstå at flere styringssystemer kan brukes for å måle driftsspenninger og strømmer og for å rykke inn når trygg drift er truet. Anordninger kan for eksempel frakobles fra systemet når spenninger er for høye.

15 14 Disse sikkerhetskontrollsystemene er ikke vist på figuren eller beskrevet for å holde ting klare. I sammenheng med dette dokumentet omfatter utrykket «hivkompensasjon» enhver form for bølgebevegelseskompensasjon, inkludert blant annet vertikal bevegelseskompensasjon, horisontalbevegelseskompensasjon, og rullekompensasjon. Man bør også forstå at bruken av en superkondensator, muligens i kombinasjon med en «sein spenningskontrolloop» og en «rask spenningskontrolloop» som beskrevet ovenfor kan ha fordeler for andre systemer hvor i en del av en syklus energi kreves, mens i en annen del av en syklus produseres og lagres energi. 1 Et eksempel på et slikt system beskrives i internasjonale patentsøknad PCT/NL08/ Den viser et fartøy med et skrog med en tungløftskran. I figur vises et tverrsnitt av fartøyet. Fartøyet tilveiebringes med en aktiv rulledempende mekanisme. Den aktive rulledempende mekanismen omfatter en fast rulledempende ballast 11 som er flyttbar i den transverse retningen til skroget (retningen indikert av pil A), en sensor som detekterer rullebevegelsen til skroget, og et drifts og styringssystem 12 som kan drives for å tilveiebringe og kontrollere bevegelsene til den faste rulledempende ballasten i respons til det sensoren detekterer for å tilveiebringe stabilisering. Drifts- og kontrollsystemet kan tilveiebringes med en motor/generator M/G og ene energilagring C (så som en superkondensator med en omformer) som beskrevet ovenfor for å drive den faster rulldempende mekanismen. Bevegelsene til den faste rulledempende ballasten kan beskrives som en syklus, der ballasten kan beveges fra styrbord til barbord og vice versa. I syklusen kan energi produseres og lagres i en første del av syklusen, og kan kreves i en annen del. 3 Enhver av de ovenfor nevnte utførelsene i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan påføres det aktive rulledempende mekanismen, motor/generatoren M/G og energilagringen C. I særdeleshet kan en «sein spenningskontrolloop» og en «rask spenningskontrolloop» påføres for å kontrollere buffring av energi i energilagringen og tilveiebringe energi fra energilagringen for å drive motoren/ generatoren, som driver den faste rulledempende ballasten.

16 1 Man kan forstå fra det ovenfor nevnte at lignende utførelser kan utføres på andre typer skip, som for eksempel boreskip. Siden boreskip ofte posisjoneres ved en posisjon i sjøen, kan de oppleve rulling av skipet som en distraherende faktor. Et anti-rullesystem for å motvirke rullingen av boreskipet kan baseres på rullestabiliseringssystemet beskrevet ovenfor og i internasjonale patentsøknad PCT/NL08/ I dette tilfellet kan også enhver av utførelsene av oppfinnelsen brukes til å drive en motor/generator M/G og et energilager C, som kan omfatte en superkondensator, for å buffre energi i energilageret og for å tilveiebringe energi fra energilageret for å drive motoren/generatoren, som driver den faste rulledempende ballasten. 1 Man vil forstå at i utførelsene og bruk av oppfinnelsen som beskrevet ovenfor er det mulig at en motor som samhandler med lasten ikke genererer eller regenererer energi, og at en kraftforsyning tilveiebringer energi til energilageret. Når motoren krever energi, kan energilageret tilveiebringe i det minste deler av energien som kreves av motoren for å samhandle med lasten. Derved er energien krevd av motoren tilveiebrakt helt av kraftkilden, for eksempel på kontinuerlig vis i løpet av hele syklusen. I syklusdelen, når motoren ikke krever energi, lagres energien tilveiebrakt av kraftkilden i energilageret. I syklusdelen er når motoren krever energi denne tilveiebrakt minst delvis av energilageret. Derfor kan et aktivt hivkompensatorsystem tilveiebringes som omfatter en motor som samhandler med lasten; en styringsenhet anordnet for å kontrollere driften av motoren, hvor styringsenheten er anordnet for å drive motoren for drive lasten i en første del av en bølgebevegelsessyklus; og et elektrisk lagringselement anordnet elektrisk koblet til motoren for å buffre energi for å gi kraft til motoren i en etterfølgende syklus av bølgebevegelse. Dette kompensatorsystemet kan også anvendes for å kompensere for rullebevegelser, det vil si et antirullesystem som beskrevet ovenfor og i internasjonal patent PCT/NL08/ Utførelser av oppfinnelsen, som beskrevet i kravene 2-16, kan også påføres dette aktive hivkompensator- eller antirullesystemet.

17 16 Patentkrav 1. Et aktivt hivkompensatorsystem omfattende en motorgenerator (M/G) for å samhandle med en last og en styringsenhet (CON) som er anordnet for å kontrollere driften av motorgeneratoren, hvor styringsenheten (CON) er anordnet for: - å drive motorgeneratoren (M/G) for å drive lasten i en første del av bølgebevegelsessyklusen, og - å drive motorgeneratoren (M/G) for å regenerere i en andre del av bølgebevegelsessyklusen minst en del av energien som lasten er blitt drevet med i den første delen av bølgebevegelsessyklusen, hvor det aktive hivkompensatorsystemet omfatter et elektrisk lagringselement (C) for å buffre minst deler av den regenererte energien for å gi kraft til motorgeneratoren (M/G) i en etterfølgende syklus av bølgebevegelse Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med krav 1, hvor det elektriske lagringselementet (C) omfatter en kondensator, som for eksempel en superkondensator. 3. Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med krav 1, hvor det elektriske lagringselementet (C) omfatter et batteri eller en kombinasjon av et batteri og en kondensator, som for eksempel en superkondensator. 4. Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med et av krav 1-3, hvor lagringselementet (C) er elektronisk parallellkoblet til en elektrisk kraftkilde (SRC) for å gi strøm til en motorgenerator.. Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med krav 1 eller 2, hvor en omformer (CONV) er elektrisk koblet mellom motorgeneratoren og lagringselementet, hvor omformeren omdanner en motorgenerator spenning til ladning eller henholdsvis utladning av spenning i lagringselementet og vice versa. 6. Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med krav, hvor omformeren omfatter en toveis likestrøm-likestrøm omformer Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med krav, hvor lagringselementet omfatter et flertall kondensatorer og hvor omformeren omfatter en koplingskrets for å omkoble kondensatorer i serie- og/eller parallellkombinasjoner.

18 17 8. Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med krav, hvor lagringselementet omfatter en superkondensator og hvor omformeren omfatter en induktor for å danne en induktor-kondensator resonanskrets med superkondensatoren, hvor en resonansfrekvens til resonanskretsen er tilpasset en syklusfrekvens til bølgebevegelsen Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med et av krav -8, hvor styringsenheten omfatter en spenningsmåleanordning for å måle en spenning til kraftkilden, styringsenheten (CON) som er anbrakt for å sammenligne den målte spenningen med en lav og høy terskelspenningsverdi, for å drive omformeren for å lade det elektriske lagringselementet når den målte spenningen overgår den høye terskelspenningsverdien, og for å utlade det elektriske lagringselementet når den målte spenningen overstiger den lave terskelspenningen.. Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med et av krav 4-9, hvor styringsenheten omfatter en strømmålingsanordning for å måle en strøm fra kraftkilden, hvor styringsenheten (CON) er anordnet for å sammenligne den målte strømmen med en bestemt strømverdi, for å drive omformeren for å utlade det elektriske lagringselementet når den målte strømmen overstiger den bestemte strømverdien, og for å lade det elektriske lagringselementet når den bestemte strømverdien overstiger den målte strømmen. 11. Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med ethvert av de tidligere kravene, hvor kontrollenheten er anbrakt for å måle driftsspenningen til det elektriske lagringselementet og koble en elektrisk strømdissipator når driftsspenningen til det elektriske lagringselementet overstiger en maksimal driftsspenning. 12. Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med et av krav 3-9, hvor kraftkilden omfatter en leveringsstyringsenhet og hvor styringsenheten er anordnet for å måle en driftsspenning til det elektriske lagringselementet og for å drive leveringsstyringsenheten for å levere elektrisk strøm til kraftkilden når driftsspenningen til det elektriske lagringselementet overstiger en maksimal driftsspenning Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med krav, hvor styringsenheten anordnes for å sammenligne et tidsgjennomsnitt for spenningen til lagringselementet

19 18 med en på forhånd definert lagringsspenningsverdi, og for å endre den bestemte strømverdien basert på sammenligningen. 14. Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med ethvert av krav -13, hvor styringsenheten (CON) omfatter en måleanordning for å måle en variabel, som representerer en hivbevegelse som skal kompenseres, hvor styringsenheten er anordnet for å drive omformeren for å lade eller utlade det elektriske lagringselementet for å tilveiebringe elle buffre minst en del av den elektriske energien involvert i hivkompensasjonen basert på den målte variabelen. 1. Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med krav 14, hvor styringsenheten (CON) er anordnet for å drive kraftkilden for å tilveiebringe eller motta minst deler av den elektriske energien involvert i hivkompensasjonen Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med ethvert av krav 14-1, hvor variabelen er en bølgevariabel, en hivvariabel eller en motorgeneratorvariabel. 17. Aktivt hivkompensatorsystem i samsvar med ethvert av de foregående kravene, hvor lasten omfatter en fast rulledempende ballast som er flyttbar i en transvers retning på et skrog. 18. Et aktiv hivkompensator fremgangsmåte for og i det minste delvis kompensere for en effekt til en bølgebevegelse på en last, hvor fremgangsmåten omfatter: - å drive en motorgenerator (M/G) som samhandler med lasten for å drive lasten i en første del av en bølgebevegelsessyklus, og - å drive motorgeneratoren (M/G) for å regenerere i en andre del av bølgebevegelsessyklusen minst en del av energien som lasten er blitt drevet med i den første delen av bølgebevegelsessyklusen, hvor minst deler av den regenererte energien er buffret i et elektrisk lagringselement (C) for å gi kraft til motorgeneratoren (M/G) i en etterfølgende syklus av bølgebevegelsen.

20