CN101248268B - 发电装置及发电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发电装置和发电方法。即使水的落差小也使利用水坝式或水路式发电厂所使用的高落差用水车和发电机进行发电成为可能，降低发电单价。具备：利用水(W1)的流动驱动的第一水车(2)；由第一水车(2)驱动、抽取水(W1)的一部分的泵(3)；设置在地面一侧、配置在比泵的取水位置高的位置的第二水车(4)；升压管道，设置在泵和第二水车之间，利用第一水车所受到的水的动能使由泵抽取的水上升到用于旋转驱动第二水车的压力；压力控制阀(7)，设置在升压管道上，将提供给第二水车的水的压力保持一定；以及，设置在地面一侧、由第二水车(4)驱动的发电机(5)。

Description

发电装置及发电方法 
技术领域
本发明涉及利用了自然能量的发电，尤其涉及利用了水流或潮流的能量的发电装置及发电方法。 
背景技术
我们已经知道利用配置在流体中的水车的旋转力发电的技术(参照例如专利文献1)。并且，还知道利用风车的旋转力产生油压，用油压电动机驱动发电机的技术(参照例如专利文献2)。 
专利文献1：日本特开平8-210237号公报 
专利文献2：日本特开平11-280637号公报 
但是，为了普及利用自然能量的发电，需要大幅度地降低发电单价。但是，上述专利文献1所记载的那种装置由于将水车和发电机一起埋没在流体中，因此发电机要求高的防水性。因此，不仅发电装置价格高，而且维护保养费也高，发电单价高。 
并且，在利用河川的水流的发电中，为了降低发电单价，希望使用一般的水力发电厂所使用的标准型水车或发电机。但是，利用河川的水流发电由于水的落差显著地小，因此不能使用水坝式或水路式发电厂所采用的高落差用水车等。 
而且，风力发电容易受天气的影响，与水力发电相比设备开动率低。因此，上述专利文献2所记载的那种装置如果风车不旋转则不能产生油压，因此发电单价变高。并且，由于该风力发电装置使用油压驱动发电机，因此高黏度的油产生的管道摩擦压力损失大，发电效率低。而且，利用油压的发电装置存在油泄漏的危险，担心油泄漏污染环境。 
发明内容
因此，本发明的目的就是要提供一种即使水的落差小也使利用水坝式或水路式发电厂所采用的高落差用水车和发电机进行发电成为可能，不仅降低发电单价、而且不污染环境的发电装置以及发电方法。 
为了达到上述目的的本发明的第一方案为一种发电装置，其特征在于，具备：由水流驱动的第一水车；由上述第一水车驱动、抽取上述水的一部分的泵；设置在地面一侧、配置在比上述泵的取水位置高的位置的第二水车；升压管道，设置在上述泵和上述第二水车之间，利用上述第一水车所受到的水的动能使由上述泵抽取的水上升到用于旋转驱动上述第二水车的压力；压力控制阀，设置在上述升压管道上，将提供给上述第二水车的水的压力保持一定；以及，设置在地面一侧、由上述第二水车驱动的发电机。 
本发明的第2方案的特征在于，在方案1的发电装置中，具备存储上述发电机产生的电力的电力存储单元。 
本发明的第3方案为一种发电方法，其特征在于，由水流驱动第一水车，由连接在上述第一水车上的泵抽取上述水的一部分，利用上述第一水车所受到的水的动能和设置在上述泵和第二水车之间的升压管道，使由上述泵抽取的水上升到用于旋转驱动上述第二水车的压力，并且由压力控制阀将提供给上述第二水车的水的压力保持一定，由从上述升压管道提供的压力上升后的水驱动设置在地面一侧的上述第二水车，由该第二水车驱动设置在地面一侧的发电机进行发电。 
本发明的第4方案的特征在于，在方案3的发电方法中，上述发电机产生的电力用于电解水来制造氢。 
本发明的第5方案的特征在于，在方案3的发电方法中，上述发电机产生的电力提供给靠电动机行驶的车辆。 
本发明的第6方案的特征在于，在方案1或2所述的发电装置或者方案3～5中的任一项所述的发电方法中，具有多个上述第一水车多个和上述泵。 
本发明的第7方案的特征在于，在方案1或2所述的发电装置或者方案3～5中的任一项所述的发电方法中，上述第一水车通过由增 速堰加速后的水流来驱动。 
本发明的第8方案的特征在于，在方案7所述的发电装置或发电方法中，上述第二水车和发电机配置在上述增速堰之上。 
本发明的第9方案的特征在于，在方案1或2所述的发电装置或者方案3～5中的任一项所述的发电方法中上述第一水车和泵被支持在漂浮系泊在上述水上的浮子上。 
本发明的第10方案的特征在于，在方案1或2所述的发电装置或者方案3～5中的任一项所述的发电方法中，上述泵抽取来自上述第一水车的下游一侧的水，从上述第二水车排出的水返回至上述第一水车的上游一侧。 
而且，还可以像如下这样。第1，方案3所述的发电方法中，上述水为海水，具备捕获从上述第二水车排出的海水中含的矿物资源的矿物资源收集过程。 
第2，方案3所述的发电方案中，上述水为海水，将上述第二水车排出的海水用于鱼贝类养殖。 
第3，方案3所述的发电方案中，上述水为海水，淡水化处理从上述第二水车排出的海水。并且将淡水化获得的水用于粮食生产。或者将淡水化获得的水用于电解制造氢。 
发明的效果： 
如果采用方案1和方案3所述的发明，由于将第二水车和发电机设置在地面一侧，将从泵排出的水升压到预定的压力，将压力上升的水提供给第二水车，因此即使水的落差小也能够使用水坝式或水路式发电厂所使用的高落差用水车和发电机。由此，能够将装置抑制在低价，能够降低发电单价。并且，由于发电机设置在地面一侧，因此能够使用标准型发电机，与发电机配置在水中的结构相比维护保养容易。而且，由于没有采用由油压驱动发电机的结构，因此没有油流出到流水或潮流中的危险，不用担心污染环境。并且，水或海水的黏度 比油低，管的摩擦压力损失小，因此与使用油压时相比提高了发电效率。 
如果采用方案2的发明，由于将发电机产生的电力存储到电力存储单元中，因此在昼间的高峰时能够将存储的夜间电力提供给负荷，能够使电力负荷平均化。 
如果采用方案4的发明，由于由发电机产生的电力电解水制造氢，因此能够在降水量多的地域制造大量的氢。如果将该氢输送到电力需要量大的各地域的话，能够在各地域进行清洁能源进行的发电。 
如果采用方案5的发明，由于将发电机产生的电力提供给靠电动机行驶的车辆，因此能够消除轿车、公共汽车、卡车等车辆排出的CO2，能够抑制地球气候变暖。 
如果采用方案6的发明，由于具备多个第一水车和泵，因此能够给第二水车提供大量的水，能够高速旋转驱动发电机。由此，能够利用流水或潮流进行大规模的发电。 
如果采用方案7的发明，由于通过被增速堰加速后的水流驱动第一水车，因此即使在流动缓慢的河川也能够增加从泵排出的水流量，能够增加发电量。 
如果采用方案8的发明，由于将第二水车和发电机配置在增速堰之上，因此不需要确保设置发电厂的空间，能够降低发电厂的建设成本。 
如果采用方案9的发明，由于第一水车和泵支持在系泊的浮子上，因此与将水车和泵支持在河川等河底上设置的基座上的结构相比，能够降低成本。 
如果采用方案10的发明，由于使泵抽取的河川的水返回第一水车的上游一侧，因此能够增大通过第一水车的水的速度，能够增加发电量。 
而且，还能获得以下效果。第1，通过利用从第二水车排出的海 水，不需要像以往利用海水的矿物资源采集或淡水化那样用电动机等抽取海水。因此能够以较少的能量进行矿物资源的采集或淡水化，能够降低成本。 
第2，通过将从第二水车排出的海水用于鱼贝类养殖，在地面一侧利用海水的鱼贝类养殖容易。由此像海洋养殖那样受气象等条件影响的情况少，能够提高鱼贝类的生产效率。 
第3，通过淡水化处理从第二水车排出的海水，能够在获取淡水困难的场所进行粮食生产等。并且，通过将淡水化获得的水用于电解进行的氢制造，在获取电解所需要的淡水困难的地方也能够进行氢制造。 
附图说明
图1是本发明的实施形态1的发电装置的结构框图。 
图2是本发明的实施形态1的发电装置的发电系统图。 
图3是本发明的实施形态1的发电装置的增速堰周边的俯视图。 
图4是图3的A-A剖视图。 
图5是表示用本发明的实施形态1的发电装置进行发电的利用方法的框图。 
图6是本发明的实施形态2的发电装置的发电系统图。 
图7是图6的B-B剖视图。 
图8是本发明的实施形态3的发电装置的发电系统图。 
图9是本发明的实施形态4的发电装置的发电系统图。 
图10是本发明的实施形态5的发电装置的发电系统图。 
图11是本发明的实施形态6的发电装置的发电系统图。 
图12是图11的C-C剖视图。 
图13是表示本发明的实施形态6的发电装置中的浮子位置的控制方法的流程图。 
图14是本发明的实施形态7的发电装置的结构框图。 
图15是图14的发电装置的概要立体图。 
图16是图15中的框架的放大立体图。 
图17是图16的框架中形成的流路附近的剖视图。 
符号说明 
(1)河川；(2)第一水车；(3)泵；(4)第二水车；(5)发电机；(6)管道；(7)压力控制阀(升压机构)；(8)调速器；(11)开关；(12)过滤器；(21)交流/直流变换器；(22)电力存储单元(蓄电池)；(23)直流/交流变换器；(24)太阳电池；(25)控制器；(26)氢制造装置；(34)充电器；(35)增速堰；(50)浮子；(70)电动汽车；(80)浮子；(200)框架；(201)流路；(211)增速堰；(214)矿物资源采集装置；(216)养殖池；(217)淡水化装置；(219)粮食生产农场；(220)氢制造装置；(W1)水；(W2)海水 
具体实施方式
下面根据图示实施形态说明本发明。 
(实施形态1) 
图1～图5表示本发明的实施形态1。本发明中的水也包括海水。本发明作为对象的自然能量，如果是河川的话则为水流，如果是海洋的话则为潮流(海流)。实施形态1既可以用于水流也可以用于潮流，但这里说明利用河川的水流的例子。 
符号1表示河川。河川1的水W1中设置有3台第一水车2。第一水车2只要是能够通过水流获得旋转驱动力的水车，不管种类如何。在水深浅的情况下，希望采用斗式输送型水车。本实施形态使用螺旋桨式水车作为第一水车2。由螺旋桨式水车构成的第一水车2安装在泵3的旋转轴上。泵3具有通过其旋转轴被第一水车2驱动旋转抽取河川1的水W1的功能。并且，根据提供给第二水车4的水的压 力和流量选择最合适的种类和大小的泵3。本实施形态设置了3台第一水车2和3台泵3。各泵3固定在河川1的川底设置的基座36上。基座36由钢筋混凝土构成。第一水车2埋没在水中，但为了使设置工程容易，也可以采用从地面一侧支持第一水车2和泵3的结构。并且，第一水车2和泵3也可以采用支持在后面将要叙述的使用了钢板桩的增速堰35上的结构。各泵3上连接有向地面一侧所设置的发电室20延伸的管道6。 
管道6具有吸入用管道6a和排出用管道6b。在各泵3的吸入用管道6a的顶端安装有过滤器12。当河川1的水流使第一水车2旋转来驱动泵3时，河川1的水W1的一部分通过过滤器12被抽入泵3。被泵3抽取的水W1通过排出用管道6b提供给第二水车4一侧。在泵3下游一侧的排出用管道6b中设置有作为升压机构的压力控制阀7。该压力控制阀7具有将各泵3排出的水W1升压到预定压力的功能。由压力控制阀7控制的水W1的压力值根据第二水车4的种类设定为最合适的值。为了将提供给第二水车4的水W1的压力保持一定，压力控制阀7具有使提供给压力控制阀7的水W1的一部分返回到第二水车4下游一侧的下游侧管道6c的功能。另外，升压机构并不局限于压力控制阀7，也可以是使流路截面积缩小的调节阀。 
发电室20内配置有第二水车4和发电机5等。第二水车4和发电机5固定在设置于地面一侧的基座上。第二水车4的输出轴上连接有发电机5的旋转轴。发电机5在第二水车4的旋转驱动力的作用下旋转，产生交流电力。第二水车4上设置有调速器8。调速器8具有根据发电机5负荷的变动自动地调整提供给第二水车4的水量的功能。由此，防止发电机5的负荷变动引起第二水车4和发电机5转速的变动，将交流电力的频率保持为一定。从第二水车4排出的水W1通过下游侧管道6c从排出口6d返回到第一水车2的上游一侧。 
第二水车4由水坝式或水路式发电厂等采用的标准型轴同辐流式 水车或佩尔顿冲击式水车等构成。发电机5由与水坝式或水路式发电厂等水力发电厂所使用的相同的同步发电机构成。采用多台第一水车2和泵3是为了从河川1提供大量的水W1驱动大型第二水车4。即，通过增加第一水车2和泵3，能够高速旋转地驱动与水坝式或水路式发电厂相同的大型第二水车4。由此，即使是利用河川1的水流的发电也能够大规模地发电，而且与将发电机设置在水中的结构相比，维护性能也提高。并且，通过采用一般的水力发电厂所使用的标准型水车和发电机作为第二水车4和发电机5，能够降低发电装置的投资成本。 
在第一水车2的上游一侧设置有用来增加水W1的速度的增速堰35。该增速堰35固定在川底。只要是能够改变水W1的流动的建筑，增速堰35可以是混凝土、石垒结构、铁制等任何种类。例如，将钢板桩(steel sheet piling)打入川床中，能够容易地获得增速堰35。增速堰35的上游一侧的端部35c位于川岸1a的附近。增速堰35的倾斜部35a从川岸1a的附近倾斜地横贯河川地延伸到第一水车2的附近。增速堰35的直线部35b沿与河川的流向相同的方向从第一水车2上游附近延伸到泵3的下游附近。在增速堰35的上游一侧，水的流速为V1。第一水车2所处位置的水W1的流速被增速堰35增速到明显比V1快，为V2。 
从川底到增速堰35顶部的高度为H1。从水面到增速堰35的顶部的高度为H2。本实施形态中，增速堰35的顶部露出水面，但也可以比水面稍微低一点。此时，由于从地面一侧看不到增速堰35，因此能够维持以往的景观。增速堰35的高度H1设定为当洪水等水量增加时水W1不会泛滥到地面的高度。增水时水W1越过增速堰35流到下游一侧。在水的流速快的山间部等场所，不需要增速堰35。平原部水的流动比山间部缓，但通过采用使水W1的流集中的增速堰35，能够以大的能量驱动第一水车2。 
在第一水车2的上游一侧，希望设置防止鱼类或流木等异物进入第一水车2一侧的栅栏。希望在该栅栏上设置防止异物滞留的异物除去装置，并且，为了防止网孔堵塞，希望在过滤器12的吸入部位设置用流水能量驱动旋转的旋转刷。而且，在泵3的下游一侧也希望设置防止异物进入第一水车2一侧的栅栏。 
发电机5产生的交流电力通过开关11提供给需要者或变换器21。由变换器21变换成直流的电力提供给作为电力存储单元的蓄电池22一侧。电力提供的目的地根据负荷的变动由开关11自动切换。蓄电池22由电力存储用的铅蓄电池(valve regulated lead acid battery)构成。蓄电池22例如具有能够储存夜间生成的所有电力的容量。储存在蓄电池22中的电力由变换器23变换成交流。控制器25具有根据负荷的变动通过变换器23将储存在蓄电池22中的电力提供给需要者一侧的功能。太阳电池24给控制器25提供电力。例如，在国外的未开发地域，设置本装置时有可能无法得到电力。因此该装置最初利用太阳电池24的电力使控制器25动作，开始发电。在其后的运用中通过变换器21给控制器25提供电力。作为电力存储单元，除蓄电池以外还有抽水发电等。如果使用抽水发电的话，能够利用自然能量储存大的电力。 
如图5所示，来自发电机5的电力的一部分输送给例如氢制造装置26。水27提供给氢制造装置26。如果将氢制造装置26设置在川岸的附近，则能够容易地给氢制造装置26提供河川的水W1。氢制造装置26利用发电机5提供的电力进行电解，通过这样制造氢28。如果将本发明的发电装置用在例如喜马拉雅山脉等降水量多的地域的河川中的话，能够获得大的电力。如果通过输电线将该大的电力提供给建设在港口附近的氢制造装置26的话，则能够在港口附近制造大量的氢。由氢制造装置26制造的氢28进行液化，用船等氢运输机构29输送到国外需要的地方。之所以将发电机5产生的电力变换成 液态氢用船输送，是因为用输电线将电力送往国外电力损耗大，发电单价高的缘故。 
到达需要地港口的氢28提供给例如建设在港口附近的发电厂30。发电厂30设置有燃料电池31、电力存储用蓄电池32和变换器33。大型燃料电池31利用提供的氢28产生直流电力。来自燃料电池31的电力的一部分储存在电力存储用蓄电池32中。来自燃料电池31的直流电力用变换器33变换成交流，输送给需要者。另外，如果使用氢28作为氢运输机构29的输送能量的话，则能够在从河川1的发电到发电厂30的发电的过程中完全消除CO2的排出。由此能够抑制CO2的排出使地球变暖。为了进一步抑制CO2排出使地球变暖，希望将本发明的发电装置产生的电力提供给靠电动机行驶的车辆。例如，如果像图1和图5所示那样通过充电器34将该自然能量产生的电力用于电动汽车70的蓄电池充电的话，则能够抑制汽车整体的CO2的排出。其中，靠电动机行驶的车辆包括以蓄电池为电源的车辆和通过导电弓从架线提供电力的车辆。因此，靠电动机行驶的车辆不仅包括轿车，还包括卡车、公共汽车、无轨电车、铁道车辆等。 
下面说明本实施形态的作用。在河川1中流动的水W1被增速堰35引导到第一水车2一侧。在配置第一水车2的地方，由于水W1的流速被增速堰35提升，因此第一水车2被增速后的水W1驱动旋转。第一水车2使泵3旋转后，河川1的水W1的一部分被泵3抽取，水W1从泵3提供给第二水车4一侧。从泵3排出的水W1被作为升压机构的压力控制阀7升压，压力达到预定的值。压力上升后的水W1被提供给第二水车4，驱动第二水车4，发电机5进行发电。由于排出口6d位于第二水车4的上游一侧，因此第二水车4排出的水W1回到第一水车2的上游一侧。由此，第一水车2上游一侧的水量增加，通过第一水车2的水W1速度更快。 
虽然本实施形态在河川1中设置增速堰35，但没有增速堰35也 能够发电。在河川1的流动缓慢的场所，流动的水的能量小，难以使用水坝式或水路式发电厂所使用的水车和发电机进行发电。本发明由于提供给第二水车4的水被压力控制阀7升压，因此即使流动缓慢也能够驱动水坝式或水路式发电厂所使用的标准型水车。因此，能够用例如高落差用佩尔顿冲击式水车构成的第二水车4驱动发电机5，利用河川1的水流也能够与高落差发电一样进行发电。这样一来，由于泵3抽取的水W1用升压机构升压，因此即使作为取水位置的过滤器12的位置比第二水车4的位置低也能够旋转驱动第二水车4。 
并且，由于在本实施形态中使用多个第一水车2和泵3，因此也能够确保足够的提供给第二水车4的水W1的流量，能够提高第二水车4的输出。因此，即使河川1的水深浅，通过同时使用多个第一水车2和泵3，不用使用风力发电的风车那样大直径的水车也能够进行大输出的发电。 
一般来说，具有大直径的水车难以批量生产，制造成本高。通过像本实施形态这样使用多台第一水车2，能够获得与具有大直径的水车相同的能量。小直径的水车适合于批量生产，制造成本低。并且，小直径的水车输送到现场、在现场的安装、设置也容易。这样一来，设置了多台小直径的第一水车2的本发电装置的结构利用量产效果等能够降低投资成本。 
并且，由于河川1的水W1常年不断地流，因此本发明的发电装置能够一直进行发电。因此，与风力发电和太阳光发电相比，设备开动率显著提高，与其他的自然能量发电相比能够降低发电单价。 
将发电机设置在浮于水上的浮子上的现有技术的装置由于高电压线随浮子摆动，因此高电压线容易损伤，在可靠性方面存在问题。与此相反，本实施形态由于发电机5固定在设置于地面一侧的发电室20内，因此能够固定高电压线。因此，给需要者提供电力的高电压线不会摇摆，能够提高发电装置的可靠性。并且，由于发电机5配置 在地面一侧，因此与埋没在水中的结构的发电机相比维护也容易。而且，由于由第一水车2驱动的泵3不是用油压泵而是用水泵构成，因此即使水W1从泵3或排出用管道6b泄漏到河川1中也不会污染河川1。 
(实施形态2) 
图6和图7表示本发明的实施形态2。本实施形态中增速堰38的结构与实施形态1不同，其他的结构与实施形态1相同，因此对于相同的结构添加与实施形态1相同的附图标记，省略其说明。另外，后面叙述的实施形态3～7也一样。 
如图6所示，在河川1中设置类似于河中沙洲的台形增速堰38。河川的宽度因为增速堰38的斜边部38a从上游一侧向下游一侧逐渐变窄。斜边部38a的下游一侧为直线部38b。该直线部38b从第一水车2的上游附近沿与河流方向相同的方向延伸到泵3的下游附近。第一水车2和泵3配置在直线部38b与川岸1b之间。直线部38b与川岸1b之间由于水流集中，因此流速明显比上游一侧快。增速堰38离川底的高度为H3。增速堰38离水面的高度为H4。高度H3设定为洪水等流量增加时水不会泛滥到地面的高度。增水时水越过增速堰38流到下游一侧。在增速堰38上配置发电室20。该发电室20由多根支柱20a支持。支柱20a的高度设为增水时水不会淹没发电室20的高度。 
通过像本实施形态这样使增速堰38为河中沙洲形状，不需要在河川1以外的场所确保建设发电厂的空间。因此，能够降低发电厂的建设成本。 
(实施形态3) 
图8表示本发明的实施形态3。上述实施形态1、2沿与河川流向垂直的方向配置多个第一水车2，但本实施形态沿与河川流向平行的方向配置多个第一水车2。该配置在河川宽度窄时有效。 
(实施形态4) 
图9表示本发明的实施形态4。实施形态4在地面一侧设置引导河川的水的水路1d，在水路1d中配置第一水车2和泵3。在河川1中配置增速堰39。增速堰39将大量的河川1的水量导入水路1d，提高水路1d的流速。这样一来，通过在水路1d中配置第一水车2和泵3，与直接将水车和泵配置在河川1中的结构相比维护容易。例如，如果在水路1d的上游端和下游端设置能够开闭的闸门37a、37b的话，能够阻止流入水路1d中的水，第一水车2和泵3的检修容易。 
(实施形态5) 
图10表示本发明的实施形态5。第一水车2和泵3支持在浮在河川1中的浮子80上。浮子80通过绳索81系泊在地面一侧设置的固定装置82上。作为管道的高压管83连接在泵3上。从泵3排出的水通过高压管83提供给第二水车4。由此，即使由于河川1水位的变化使浮子80的位置改变，高压管83也不随浮子80移动，因此不会损伤管道。 
上述实施形态1采用由河底设置的基座36固定泵3的结构，但本实施形态由于采用系泊浮子80的结构，因此不需要建设费用高的基座36，能够降低投资成本。 
(实施形态6) 
图11～图13表示本发明的实施形态6，为利用海洋中的潮流能量的形态。本实施形态中为了提高潮流的速度，也希望设置增速堰35。符号50表示浮在海水W2上的浮子。浮子50具有机体51、箱52、舵53和操舵部54。在机体51的左右安装有箱52。在机体51的下游一侧设置有舵53。舵53由操舵部54驱动。浮子50例如通过钢丝绳57连接在地面一侧的支柱60上。浮子50能够以支柱60为中心向海洋一侧或地面一侧移动。让海水W2流过的管道6沿钢丝绳57延伸。管道6通过多个连接工具59支持在钢丝绳57上。 
第一水车2和泵3能够移动地安装在机体51上。由此，第一水车2和泵3总能与潮流的流向相对。泵3由第一水车2驱动，抽取海水W2的一部分。从泵3排出的海水用压力控制阀7增压。在地面一侧设置第二水车4和发电机5。第二水车4由压力升高后的海水W2驱动，用第二水车4驱动发电机5。从第二水车4排出的海水W2返回第一水车2的上游一侧。使用海水W2的各水车2、4和泵3等使用考虑了耐海水W2的腐蚀性的金属材料。 
在机体51的下面安装了轮子55。轮子55为将浮子50导向地面一侧的机构。在支柱60一侧设置检测浮子50的位置的角度传感器61。角度传感器61根据支柱60与钢丝绳57的角度检测浮子50的位置。在浮子50的上游端部，设置有检测潮流流速的流速传感器56。来自角度传感器61和流速传感器56的信号输入控制器25中。操舵部54由控制器25控制。在海岸75一侧形成有收容浮子50的港口(port)76。浮子50能够通过港口76的倾斜面76a拉到地面一侧。 
在本实施形态中，如图11所示，当浮子50位于港口76一侧时，舵53的角度为θ1。在将浮子50移动到海岸75一侧的情况下，由操舵部54将舵53的角度控制在θ2。图13表示浮子50的位置控制。在步骤101中，控制舵53的角度。步骤102中，通过将舵53的角度控制在θ2，在作用于舵53的潮流力的作用下，浮子50离开海岸75。在步骤103中，根据来自角度传感器61的信号检测浮子50的位置。步骤104中根据来自流速传感器56的信号检测潮流的速度。步骤105中判断浮子50是否到达最远离海岸75的位置。当到达最远离位置时，前进到步骤106，根据来自角度传感器61和流速传感器56的信号用控制器25计算潮流速度最大的场所。在步骤107中根据步骤106中计算的结果控制舵53，使浮子50移动到流速最大的位置，然后停止。这样一来，由于浮子50停止在流速最大的位置，因此能够获得高的发电输出。 
(实施形态7) 
图14～图17表示本发明的实施形态7，尤其表示从第二水车4排出的海水W2的利用形态。如图15所示，沿海岸延伸有钢筋混凝土构成的防波堤210。与防波堤210相对的海洋中，海水W2沿防波堤210流动。在防波堤210的附近，设置有沿越向上游一侧离防波堤210越远的方向倾斜地延伸的增速堰211。增速堰211的下游端部211a与海水W2的流向大致平行。增速堰211底部固定在海底，上部突出于海面。在防波堤210与增速堰211的下游端部之间的海中，配置有金属制的框架200。框架200的一端200a支持在防波堤210上，另一端200b支持在增速堰211的下游端部211a上。框架200形成为近似长方体，具有多个流路201。各流路201为让海水W2通过的结构，沿海水W2的流向延伸。增速堰211与防波堤210一样用钢筋混凝土构成，但也可以用耐腐蚀性的金属等材料构成。增速堰211具有将海水W2的流动收敛到框架200的各流路201中，提高通过各流路201的海水W2的速度的功能。希望增速堰211不仅具有提高海水W2的速度的功能，还兼具抑制大浪的防波堤的功能。 
如图17所示，框架200中各流路201的上游部形成为往下游去流路截面积逐渐变小的漏斗状部202。漏斗状部202的下游端连接有圆筒部203。第一水车2和泵3配置在圆筒部203的内侧。第一水车2位于泵3的上游侧，第一水车2连接在泵3的旋转轴上。泵3支持在圆筒部203的内周面上。第一水车2由被漏斗状部202增速了的海水W2的动能驱动旋转。吸取海水W2的过滤器12设置在泵3的下游一侧。在过滤器12的吸入部设置有由海水W2的流动而旋转、防止海藻等附着的旋转刷(图示省略)。当泵3被第一水车2旋转驱动时，通过过滤器12抽取海水W2。从各泵3排出的海水W2在框架200一侧汇集，通过管道204提供给设置在地面一侧的升压机构7。设置在地面一侧的第二水车4被由升压机构7提高了压力的海水W2 旋转驱动。设置在地面一侧的发电机5由第二水车4旋转驱动，产生交流电力。发电机5产生的电力通过输电线路提供给需要地。 
从第二水车4排出的海水W2通过管道213提供给设置在地面一侧的矿物资源采集工程。矿物资源采集工程中设置有矿物资源采集装置214。矿物资源采集装置214具有利用吸附法捕获海水中的铀的功能。吸附法在将铀吸附到钛酸等吸附剂上后，用解吸剂从吸附剂获取解吸液。然后解吸液通过离子交换树脂吸附在离子交换树脂上。然后对吸附在离子交换树脂上的抽取液进行与铀矿处理相同的处理，采集铀。由于从第二水车4排出的海水W2全部通过矿物资源采集装置214，因此能够使大量的海水W2与吸附剂接触，能够采集大量的矿物资源。矿物资源采集装置214采集到的铀用于原子能发电。另外，能够采集的矿物资源并不局限于铀，海水中含的锂等也能够采集。这样一来，由于能够利用从第二水车4排出的海水W2，因此不需要用电动机等抽取海水W2，能够用很少的能量采集矿物资源。 
从矿物资源采集装置214排出的采集完铀后的海水W2通过管道215a提供给设置在地面一侧的养殖池216。养殖池216为养殖海水中生育的鱼贝类的场所。提供给养殖池216的海水W2调整到适合鱼贝类养殖的温度。调整该海水W2的温度所需要的电力使用来自发电机5的电力。设置在地面一侧的养殖池216，由于像海洋养殖那样受气象条件等影响的情况较少，因此与海洋养殖相比能够提高鱼贝类的生产效率。本实施形态利用从矿物资源采集装置214排出的海水W2，但当然也可以利用直接从第二水车4排出的海水W2。另外，铀采集后的海水W2中的剩余部分返回海洋。 
从矿物资源采集装置214排出的铀采集后的海水W2通过管道215b提供给地面一侧设置的淡水化装置217。淡水化装置217具有利用逆渗透法使海水W2变成淡水的功能。逆渗透法为给海水W2加压使海水W2通过一种被称为“逆渗透膜”的薄膜，获得淡水的方法。 该方法与其他的淡水化方法相比能量消耗少，运行维持管理也容易。由淡水化装置217获得的淡水像后面将要叙述的那样用于粮食生产和氢制造。 
淡水化装置217生成的淡水通过管道218a提供给粮食制造工厂219。粮食制造工厂219为用水耕栽培法自动地生产例如蔬菜等的工厂。蔬菜等生长所需要的光和热量使用发电机5产生的电力。蔬菜等的水耕栽培中淡水不可或缺，但即使在获取淡水困难的场所，只要有海水W2，利用淡水化装置217也能够生产粮食。并且，由于还可以利用淡水生产作为家畜饲料的谷物，因此还可以饲养家畜。由于在粮食生产农场219通过控制光或热容易使蔬菜等的生长条件一定，因此与田或田地等野外栽培相比不容易受气象条件的影响，能够提高生产效率。 
淡水化装置217生成的淡水通过管道218b提供给氢制造装置220。氢制造装置220具有利用来自发电机5的电力电解淡水化装置217获得的淡水、获得氢的功能。用电解制造氢中淡水不可或缺，但即使在获取淡水困难的场所，如果有海水W2，利用淡水化装置217也能够制造氢。由氢制造装置220获得的氢在例如液化后输送到各地，通过燃料电池变换成电力。 
这样一来，本实施形态通过有效利用从第二水车4排出的海水W2，能够以少的能量进行矿物资源采集、海水淡水化、鱼贝类养殖。 
以上详细叙述了本发明的实施形态1～7，但具体的结构并不局限于这些实施形态，在不脱离本发明宗旨的范围内的设计变更等也包含在本发明中。例如，也可以采用将本发明的发电装置配置在远离陆地的海洋上，用超导电缆等将通过流动快的潮流(海流)获得的电力提供给陆地的结构。并且，本发明中“地面”意为水面或海面的上方，并不局限于陆地。因此，人工在河川或海洋上建造的位于水面或海面上方的建筑物也包含在地面中。 

Claims (15)

1.一种发电装置，其特征在于，具备：
由水流驱动的第一水车；
由上述第一水车驱动、抽取上述水的一部分的泵；
设置在地面一侧、配置在比上述泵的取水位置高的位置的第二水车；
升压管道，设置在上述泵和上述第二水车之间，利用上述第一水车所受到的水的动能使由上述泵抽取的水上升到用于旋转驱动上述第二水车的压力；
压力控制阀，设置在上述升压管道上，将提供给上述第二水车的水的压力保持一定；以及，
设置在地面一侧、由上述第二水车驱动的发电机。
2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，具备存储上述发电机产生的电力的电力存储单元。
3.如权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，具有多个上述第一水车和多个上述泵。
4.如权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，上述第一水车通过由增速堰加速后的水流来驱动。
5.如权利要求4所述的发电装置，其特征在于，上述第二水车和发电机配置在上述增速堰之上。
6.如权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，上述第一水车和泵被支持在漂浮系泊在上述水上的浮子上。
7.如权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，上述泵抽取来自上述第一水车的下游一侧的水，从上述第二水车排出的水返回至上述第一水车的上游一侧。
8.一种发电方法，其特征在于，
由水流驱动第一水车，
由连接在上述第一水车上的泵抽取上述水的一部分，
利用上述第一水车所受到的水的动能和设置在上述泵和第二水车之间的升压管道，使由上述泵抽取的水上升到用于旋转驱动上述第二水车的压力，并且由压力控制阀将提供给上述第二水车的水的压力保持一定，
由从上述升压管道提供的压力上升后的水驱动设置在地面一侧的上述第二水车，
由该第二水车驱动设置在地面一侧的发电机进行发电。
9.如权利要求8所述的发电方法，其特征在于，上述发电机产生的电力用于电解水来制造氢。
10.如权利要求8所述的发电方法，其特征在于，上述发电机产生的电力提供给靠电动机行驶的车辆。
11.如权利要求8～10中的任一项所述的发电方法，其特征在于，具有多个上述第一水车和多个上述泵。
12.如权利要求8～10中的任一项所述的发电方法，其特征在于，上述第一水车通过由增速堰加速后的水流来驱动。
13.如权利要求12所述的发电方法，其特征在于，上述第二水车和发电机配置在上述增速堰之上。
14.如权利要求8～10中的任一项所述的发电方法，其特征在于，上述第一水车和泵被支持在漂浮系泊在上述水上的浮子上。
15.如权利要求8～10中的任一项所述的发电方法，其特征在于，上述泵抽取来自上述第一水车的下游一侧的水，从上述第二水车排出的水返回至上述第一水车的上游一侧。
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