JP2011516779A - 波エネルギー変換器を配置し回収するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

波エネルギー変換器（５）を配置するためのシステムは、気体が充填された場合に、潜水可能構造（１）が浮くことを可能とするのに十分に大きな浮力室（３）を有する潜水可能構造（１）を含む。使用の間、波エネルギー変換器（５）は、潜水可能構造（１）上の場所に輸送され、浮力室（３）からの気体を解放することによって進水することができる。システムはまた、潜水可能構造（１）に波エネルギー変換器（５）を繋ぐために、潜水可能構造（１）に動作可能に連結される３本のテザー（６）の形をとるテザー手段を含む。システムは、輸送の間、潜水可能構造（１）に波エネルギー変換器（５）を機械的に連結するために、潜水可能構造（１）と接続して設けられるドッキング・ステーション（１０）を含む。また、波エネルギー変換器を配置する方法も説明される。
【選択図】図５

Description

本発明は、海洋波エネルギーを電気エネルギーに変換するための波エネルギー変換器に関し、より具体的には、波エネルギー変換器（ＷＥＣ：ｗａｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を輸送し、進水し、係留し、回収するためのシステム及び方法に関する。

ＷＥＣを作動させるのは、時間を要し、費用を要し、危険な事業実施作業であることが分かっており、進水前に最良の可能な進水条件を待つことが必要である。何時、適切な天候及び海洋条件となるかの保証がないため、このことは、長時間の遅延及び費用の超過を生じうる。ＷＥＣは、理想的には、大きな波のある厳しい場所に配置され、従って、ＷＥＣの進水又は回収の際に克服する必要のある重大な安全上及び被害抑制上の問題がある。

水深が、海洋波の波長の半分よりも小さい場合、波内部のエネルギーは、海底と波内部の水粒子の運動との摩擦損失のために減衰される。このエネルギー密度変化特性を考慮すると、ＷＥＣを設置する最良の場所は、摩擦損失が無視できる遠い沖合である。しかしながら、ＷＥＣ及びその係留具は、ダイバーが容易に接近できる深さにある必要があるため、ＷＥＣを進水させるのに現在採用されている実務では、深い水中（＞５０ｍ）へのＷＥＣの設置は本来的に除外される。５０ｍよりも深いところでダイバーを使うことは可能であるが、このような深さでは飽和ダイバー（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｄｉｖｅｒ）が必要となる。飽和潜水は、非常に特殊な水中施設と、作業を行うことができない長い順応時間とを必要とし、結果として、この種の潜水は極めて高価になる。このような要素が、飽和ダイバーの費用を手の届かないものとしており、結果として、現在のＷＥＣは、より浅く、よりエネルギー密度が小さい、商業ダイバーが接近可能な水中に配置される。

ＷＥＣを進水させるための現在の実務は、典型的には、クレーン付きの大型船と他の非常に専門的且つ高価な装備との組合せ、及び前述の商業ダイバーを必要とする。商業潜水は、人命に大きな危険を伴う専門的な職業であり、それ故に、当然ながら高価である。これらの問題は全て、海洋からエネルギーを抽出する費用、複雑さ及び人身傷害の危険を大いに増大させる。その結果、もし波エネルギーが、来るべき世界の再生可能エネルギーの未来において役割を演じるのであれば、それらを回避するのが好ましい。

本発明は、商業ダイバーを使わずに、多種多様な海洋状況及び天候条件において、ＷＥＣを配置及び／又は回収を行うためのシステム及び方法を提供する目的をもって開発された。

本明細書における先行技術の参照は、説明の目的のためのみになされるものであり、そのような先行技術を、オーストラリア又は他国における共通の一般的知識の一部であるとの自認として解釈すべきではない。

本発明の一態様によれば、波エネルギー変換器を配置するためのシステムであって、
気体が充填された場合に、潜水可能構造が浮くことを可能とするのに十分に大きな浮力室を有する潜水可能構造であって、使用時に、波エネルギー変換器は、潜水可能構造上の場所に輸送され、浮力室からの気体を解放することによって進水することができる、潜水可能構造、
潜水可能構造に波エネルギー変換器を繋ぐために、潜水可能構造に動作可能に連結されるテザー手段、及び
輸送の間、潜水可能構造に波エネルギー変換器を機械的に連結するために、潜水可能構造と接続して設けられるドッキング・ステーションを含むシステムが提供される。

好ましくは、潜水可能構造は、複数の浮力室が内部に設けられる艀（はしけ）構造である。好ましくは、艀構造は、艀構造を沖へ牽引するための船舶に連結することを可能とする複数の牽引点が設けられる。

艀構造は、好ましくは、浮力室が空にされた場合に、波エネルギー変換器のための塊重り係留具の機能を果たすのに十分な質量を有するバラストを更に含む。

テザー手段は、好ましくは、複数のテザーを含む。テザーは、好ましくは、艀構造に波エネルギー変換器を接続するために使用され、それによって、艀構造が沈んだ場合に係留手段として機能することを可能とする。テザー手段は、好ましくは、波エネルギー変換器の配置又は回収の間、テザーのそれぞれを巻くための複数のテザー巻回アセンブリを更に含む。各テザー巻回アセンブリは、好ましくは、それぞれのテザーが巻回されるスピンドル又はウィンチを含む。スピンドル／ウィンチは、艀構造の潜水及び再浮上の間、テザーに対して特定の張力を保持するために使用される。

好ましくは、ドッキング・ステーションは、ドッキング・ステーションにおけるドッキング位置に対する波エネルギー変換器の自動的な位置決めを容易にすることになるガイド手段を組み込んでいる。好ましい実施形態において、ガイド手段は、ドッキング位置における波エネルギー変換器の水平移動を禁止するようにも作用する複数の突出位置決めガイドを含む。

本発明の別の態様によれば、波エネルギー変換器を配置する方法であって、
潜水可能構造の上面と接続して設けられるドッキング・ステーションに波エネルギー変換器をドッキングさせるステップであって、ドッキング・ステーションは、輸送の間、潜水可能構造に波エネルギー変換器を機械的に連結するステップ、
潜水可能構造に動作可能に連結されるテザー手段によって、潜水可能構造に波エネルギー変換器を繋ぐステップ、
波エネルギー変換器が取り付けられる潜水可能構造を浮かせるステップであって、潜水可能構造は、気体で充填された場合に、潜水可能構造が浮くことを可能とするのに十分に大きな浮力室を有するテップ、
波エネルギー変換器が取り付けられる潜水可能構造を牽引することによって、波エネルギー変換器を配置場所へ輸送するステップ、及び
潜水可能構造が潜水するように浮力室からの気体を解放することによって波エネルギー変換器を進水させるステップであって、テザー手段は、波エネルギー変換器が、潜水の間、潜水可能構造に動作可能に連結されるのを保持するステップを含む方法が提供される。

明細書を通して、文脈から他の読み方を要求されない限り、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」或いは「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」のような変化形は、記述された整数又は整数群を含むが、任意の他の整数又は整数群を除外しないことを意味すると理解される。同様に、用語「好ましくは（ｐｒｅｆｅｒａｂｌｙ）」或いは「好ましい（ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ）」のような変化形は、記述された整数又は整数群が望ましいが、本発明の動作に不可欠ではないことを意味すると理解される。

本発明の本質は、添付の図面を参照して、単に例として与えられる、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）を配置するシステム及び方法の幾つかの具体的な実施形態の以下の詳細な説明からより良く理解される。

ＷＥＣを配置するためのシステムの好ましい実施形態の斜視図である。 図１のシステムにおいて用いられる潜水可能艀構造の部分的に透視される斜視図である。 図１のシステムにおいて用いられるテザー手段の好ましい実施形態の拡大図である。 図１のシステム上に設けられるＷＥＣとドッキング手段の好ましい実施形態との拡大図である。 図１のシステムを用いて進水しているＷＥＣを示す。

図１から５に示すように、本発明による波エネルギー変換器を配置するためのシステムの好ましい実施形態は、潜水可能艀（はしけ）構造１の形をとる潜水可能構造を含む。艀構造１は、気体を充填した場合に、艀構造１が浮くことを可能とするのに十分に大きな容量を組み合わせた複数の浮力室３を有する（図２を参照）。使用時に、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）５は、艀構造１上に取り付けられ、現場に輸送され、浮力室３からの気体を解放してそれに水を充満させることによって進水することができる。ＷＥＣ５は、説明の目的のため、基本的なブイ型のＷＥＣである。しかしながら、配置システムは、他の型の繋がれた波エネルギー変換器とともに使用することもできる。

艀構造１は、好ましくは、浮力室３が空にされた場合に、ＷＥＣ５のための塊重り係留具の機能を果たすのに十分な質量を有するバラスト２を更に含む。潜水艀１が海底に固定されるのを確保するため、塊重りと併せて他の係留技術を用いてもよく、これらは、海錨、パイロン、ねじパイロンを含んでよい。

複数の牽引点４は、好ましくは、艀構造１を沖に牽引するために船舶（図示せず）に連結されることができるように、艀構造１に設けられる。牽引点４は、要求される牽引方向へ容易にアクセスすることを可能とするため、艀構造１の船首、船尾、及び側部に位置する。浮力室３を再充填するために、組込み式の圧縮気体タンク１３が設けられる。代替的に、外部空気供給源に接続するために空気ホース（図示せず）が設けられてもよい。これらの空気供給源は、艀構造１の再浮上が要求される場合に、浮力室３内の水を排出するのに用いられる。

システムは、好ましくは、艀構造１にＷＥＣ５を繋ぐために、潜水可能艀構造１に動作可能に連結されるテザー手段を更に含む。図示される実施形態のテザー手段は、３本のテザー６（図３及び５を参照）を含む。テザー６は、メインの艀構造１にＷＥＣ５を接続するのに用いられ、それによって、艀構造１が潜水したときに係留手段として機能することを可能とする。テザー６はまた、艀が浮かんでいるときに、艀１のデッキにＷＥＣ５を取り付ける手段としても機能する。

テザー手段は、ＷＥＣ５の配置又は回収の間、それぞれのテザー６を巻くための３つのテザー巻回アセンブリ９を更に含む。各テザー巻回アセンブリ９は、それぞれのテザー６が巻回されるスピンドル／ウィンチ７を含む。スピンドル／ウィンチ７は、艀構造１の潜水及び再浮上の間、テザー６に対して特定の張力を保持するのに用いられる。繋ぎウィンチ７の第二の目的は、それぞれのスピンドルの周囲にテザー６を巻き取り、それによって、浮上の間、艀のデッキからＷＥＣ５が押し流されるのを防止することである。繋ぎウィンチ７の第三の目的は、テザー６が動いて、もつれて危険となるのを防止することである。それぞれの主動力部８、例えば油圧モータが、それぞれのテザースピンドル／ウィンチ７を駆動するために設けられる。

配置システムは、好ましくは、輸送の間、艀構造１にＷＥＣ５を機械的に連結するため、艀構造１の上部デッキに接続して設けられるドッキング・ステーション１０を更に含む。ＷＥＣドッキング・ステーション１０は、輸送の間、ＷＥＣが位置する艀のデッキ上に位置する構造である。ドッキング・ステーション１０は、好ましくは、ＷＥＣ５が水平面で移動するのを防止し、一方、ＷＥＣテザーに加えられる張力が、垂直方向の移動を防止する。好ましくは、ドッキング・ステーション１０は、ＷＥＣドッキング・ステーション１０におけるドッキング位置に対するＷＥＣ５の自動位置決めを容易にするガイド手段を組み込んでいる。図示する実施形態では、ガイド手段は、図４に示すようにドッキング位置でのＷＥＣ５の水平移動を制限するように作用する複数の突出位置決めガイド１１（図４参照）を含む。

好ましくは、システムは、テザー組立体９及び浮力空気解放及び再充填システムに動作可能に接続される制御及び通信システム１２を含む。制御及び通信システム１２は、制御された態様で艀構造１の潜水及び上昇を確保するのに使用され、艀構造の傾きを許容可能な限度内に制限する。通信システム１２は、進水する船にフィードバックを与えるとともに、システムの潜水及び再浮上を推進する進水及び回収船のための遠隔制御受信機として機能する手段を提供するのに使用される。

上述したシステムを用いて、ＷＥＣ５を配置する好ましい方法を、添付図面を参照してここで簡単に説明する。ＷＥＣ５は、ドッキング・ステーション１０における潜水可能艀構造１のデッキ上に取り付けられる。それから、艀構造１は、船又は他の船舶の後ろに牽引されることができ、所望の位置に到達すると、艀の浮力室３内の余分な浮力は解放される。浮力室３に水を満たすと、艀が潜水する。潜水プロセス中または潜水プロセス後、ＷＥＣ５は、スピンドル／ウィンチ７に巻かれるテザー６によって、艀１に接続されたままである。スピンドル７は、テザーライン６に対する一定の張力を保持するように、所定の速度で巻き出す。配置が完了すると、スピンドル７は、テザー６の長さを固定するようにロックすることができ、或いは、スピンドル７に対して、所望の結果を達成するようにテザー６の長さを調整できる動的制御機構を適用することができる。

ＷＥＣ５の回収方法は、配置の逆である。艀１は、圧縮気体／空気で浮力タンク３を再充填することによって再浮上させることができ、これは、制御及び通信システム１２を用いて遠隔手段によって制御することができる。再浮上過程の間、一定張力が、スピンドル７に取り付けられた、空気、油圧、又は電気による主動力部のような適切な手段によって、スピンドル７を通してテザー６に加えられる。テザー６に対するこの張力により、艀１が上昇するにつれて、テザーがスピンドルの周囲に巻回され、テザーのもつれの可能性がなくなる。テザー６に対する一定張力によって、ＷＥＣ５は、艀の上昇の間、ＷＥＣ５が艀デッキ上のそのドッキング・ステーション１０へ戻る時まで、艀１の上方に位置したままである。それから水の残りを浮力タンク３から一掃し、これによって、艀と取り付けられたＷＥＣ５とは、輸送船による牽引の準備ができる。

ＷＥＣを配置するシステム及び方法の好ましい実施形態を詳細に説明したので、それによって、以下を含む、先行技術に対する数々の効果が得られることが明らかである。
（ｉ）多種多様な海洋状態並びに海洋深度に対して、ＷＥＣを配置することが可能となる。
（ｉｉ）完全自動且つ遠隔制御可能とするのに役立つ。
（ｉｉｉ）商業ダイバーを使わずに、安全な場所から、ＷＥＣの作動及び回収を遠隔制御することを可能とする多くの機能を組み込むことが可能となる。

関連する技術分野において知識を有する者にとって、本発明の基本的発明概念から逸脱することなく、既に上記で説明したものに加えて、前述の実施形態に種々の変形及び改良をなすことができる点は直ぐに分かる。例えば、ＷＥＣは、代替的に、単一のテザーによって、艀に繋がれてもよい。システムの好ましい実施形態の説明及び添付図面においては、ただ１つのＷＥＣが係留システムに取り付けられる。しかしながら、システムの機能としては、２つ以上の係留システムが単一のＷＥＣに取り付けられることもできるし、或いは、２つ以上のＷＥＣが単一の係留システムに取り付けられることもできる。それ故、本発明の範囲は、説明した特定の実施形態に限定されないことが理解される。

Claims (17)

1. 波エネルギー変換器を配置するためのシステムであって、前記システムは、
   気体が充填された場合に、潜水可能構造が浮くことを可能とするのに十分に大きな浮力室を有する前記潜水可能構造であって、使用時に、波エネルギー変換器は、前記潜水可能構造上の場所に輸送され、前記浮力室からの前記気体を解放することによって進水することができる前記潜水可能構造と、
   前記潜水可能構造に前記波エネルギー変換器を繋ぐために、前記潜水可能構造に動作可能に連結されるテザー手段と、
   輸送の間、前記潜水可能構造に前記波エネルギー変換器を機械的に連結するために、前記潜水可能構造と接続して設けられるドッキング・ステーションと
   を備えることを特徴とする波エネルギー変換器を配置するためのシステム。
2. 前記潜水可能構造は、複数の浮力室が内部に設けられる艀構造であることを特徴とする請求項１に記載の波エネルギー変換器を配置するためのシステム。
3. 前記艀構造には、前記艀構造を沖へ牽引するための船舶に連結することを可能とする複数の牽引点が設けられることを特徴とする請求項２に記載の波エネルギー変換器を配置するためのシステム。
4. 前記艀構造は、前記浮力室が空にされた場合に、前記波エネルギー変換器のための塊重り係留具の機能を果たすのに十分な質量を有するバラストを更に含むことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の波エネルギー変換器を配置するためのシステム。
5. 前記テザー手段は、複数のテザーを含むことを特徴とする前記請求項の何れか１つに記載の波エネルギー変換器を配置するためのシステム。
6. 前記テザーは、前記艀構造に前記波エネルギー変換器を接続するために使用され、それによって、前記艀構造が沈んだ場合に係留手段として機能することを可能とする請求項５に記載の波エネルギー変換器を配置するためのシステム。
7. 前記テザー手段は、前記波エネルギー変換器の配置又は回収の間、夫々の前記テザーを巻くための複数のテザー巻回アセンブリを更に含むことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の波エネルギー変換器を配置するためのシステム。
8. 各テザー巻回アセンブリは、それぞれのテザーが巻回されるスピンドル又はウィンチを含むことを特徴とする請求項７に記載の波エネルギー変換器を配置するためのシステム。
9. 前記スピンドル又はウィンチは、前記艀構造の潜水及び再浮上の間、前記テザーに対して特定の張力を保持するために使用されることを特徴とする請求項８に記載の波エネルギー変換器を配置するためのシステム。
10. 前記ドッキング・ステーションは、前記ドッキング・ステーションにおけるドッキング位置に対する前記波エネルギー変換器の自動的な位置決めを容易にすることになるガイド手段を組み込んでいることを特徴とする前記請求項の何れか１つに記載の波エネルギー変換器を配置するためのシステム。
11. 前記ガイド手段は、前記ドッキング位置における前記波エネルギー変換器の水平移動を禁止するように作用する複数の突出位置決めガイドを含むことを特徴とする請求項１０に記載の波エネルギー変換器を配置するためのシステム。
12. 波エネルギー変換器を配置する方法であって、前記方法は、
    潜水可能構造の上面と接続して設けられるドッキング・ステーションに波エネルギー変換器をドッキングさせるステップであって、前記ドッキング・ステーションは、輸送の間、前記潜水可能構造に前記波エネルギー変換器を機械的に連結するようにドッキングさせるステップと、
    前記潜水可能構造に動作可能に連結されるテザー手段によって、前記潜水可能構造に前記波エネルギー変換器を繋ぐステップと、
    前記波エネルギー変換器が取り付けられる前記潜水可能構造を浮かせるステップであって、前記潜水可能構造は、気体で充填された場合に、前記潜水可能構造が浮くことを可能とするのに十分に大きな浮力室を有するステップと、
    前記波エネルギー変換器が取り付けられる前記潜水可能構造を牽引することによって、前記波エネルギー変換器を配置場所へ輸送するステップと、
    前記潜水可能構造が潜水するように前記浮力室からの前記気体を解放することによって前記波エネルギー変換器を進水させるステップであって、前記テザー手段は、前記波エネルギー変換器が、潜水の間、前記潜水可能構造に動作可能に連結されるのを保持するステップと
    を含むことを特徴とする波エネルギー変換器を配置する方法。
13. 前記テザー手段は、テザー巻回アセンブリに巻回されるテザーラインを含み、前記テザーラインは、前記テザーに対する一定張力を保持するように設計された速度で巻出されることを特徴とする１２に記載の波エネルギー変換器を配置する方法。
14. 前記配置が完了すると、前記テザー巻回アセンブリは、前記テザーライン長さを固定するためにロックされることを特徴とする１３に記載の波エネルギー変換器を配置する方法。
15. 前記配置が完了すると、前記テザーラインの前記長さを絶えず調整して特定の結果を達成する動的制御機構が、前記テザー巻回アセンブリに適用されることを特徴とする１３に記載の波エネルギー変換器を配置する方法。
16. 添付図面の何れか一つ又はそれ以上を参照して実質的に本明細書に説明され、または図示される波エネルギー変換器を配置するためのシステム。
17. 添付図面の何れか一つ又はそれ以上を参照して実質的に本明細書に説明され、または図示される、波エネルギー変換器を配置する方法。

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