JP2011517275A - 改良されたタービンの設置方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、事前に敷設され、海底Ｂへ降下する前の水力発電タービン１０に接続される電力ケーブルＣが、タービン１０の設置中に損傷を受けないようにしつつ、海底Ｂなどに水力発電タービンシステムを設置する方法を提供する。この方法は、海底Ｂへ向けて水力発電タービン１０を降下させている間、電力ケーブルＣの張力を保つために水力発電タービン１０を移動させることを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、海底等への水力発電タービンの設置の改良方法に関し、特に、水力発電タービンと、タービンにより発生する電力が供給される陸上発電所と、の間を接続する電力ケーブルの取り扱いを改良する方法に関する。

化石燃料の燃焼による地球環境の悪化を受けて、太陽エネルギー、風力エネルギー、潮力関連の多くのプロジェクトが進められるにつれ、再生可能エネルギーがようやく大きな注目を浴び始めてきた。相対的には断続的であり、そのため信頼性の低い風力又は太陽エネルギーと異なり、潮流は完全に予測可能かつ一定であることを考えれば、これらの代替型エネルギーのうち潮力は最も魅力的と言ってよい。

しかしながら、潮汐エネルギーの利用には、とりわけ、潮力発電機（例えば、水力発電タービン）の設置及び保守に関する課題がある。この発電機は、一定運転という性質そのものにより、比較的高速の潮流中に配置しなければならず、また、どちらかといえば海底に配置しなければならない。加えて、経済的に実行できるためには、これらのタービンは大規模に作られなければならない。一方、これらのタービンは、本来、陸上に電力を送り届けて、最終的に送電網に供給する必要がある。タービンにより発生する電力のレベルは、電気システムの機能に有害な影響を与える。これは、タービンの設置位置が海底上の水中及び高速の潮流域であるということにより増大する。この高速の潮流域は、通常、遠隔地に見られるため、その地点への往復移動は、時間を消費し、危険であり、そのため費用のかかる作業となる。さらに、このようなタービンの設置及び除去のプロセスでは、通常、熟練の潜水夫に加えて、多数の汎用船舶及び付随重機の使用が必要である。またさらに、経済的に実行可能であるためには、これらのタービンは、通常、潮汐タービンファーム（ｆａｒｍ）の形式で複数配置される必要がある。このため、設置されるタービン数により設置プロセスが増加する。このような設備や潜水夫の安定的な確保には、比較的不安要素がある。したがって、潮汐タービンの設置及び除去に要する時間及び設備を削減することは、極めて望ましい。

水力発電タービンにより発生した比較的大きな電流、及びタービン及び付随する電力ケーブルが露出するという極度に厳しい条件により、各タービンから陸上へ延びる電力ケーブルは、相対的に大きく、かつ強固でなければならない。電力ケーブルの直径が３００ｍｍ〜５００ｍｍの範囲にあり、かつ巻き込む電力ケーブルの長さを考慮すると、電力ケーブルの重量は著しいものとなる。このため、電力ケーブルの取り扱いは困難で時間を費やす作業であり、水力発電タービンが配置される地点の潮汐状態により一層困難となる。電力ケーブルにはあまり柔軟性もなく、その取り扱いミスにより、直ちに、かつ容易に、電力ケーブルのねじれ／もつれとなって、永久的な損傷を受けるため、交換が必要となる。

このため、本発明は、水力発電タービンを設置する方法であって、設置プロセス中における電力ケーブルの損傷を回避する方法を提供することを目的とする。

このため、本発明は、潮汐地点で水力発電タービンシステムを設置する方法を提供し、事前に敷設された電力ケーブルをシステムに接続するステップと、電力ケーブルの張力を保つように、潮流の方向に沿って水力発電タービンシステムを移動させながら、配置地点に向けてシステムを降下させるステップと、を含んで構成される。

好ましくは、本方法は、電力ケーブルを接続する前に、水力発電タービンシステムを配置地点の略上方に配置することを含んで構成される。

好ましくは、本方法は、配置船から水力発電タービンシステムを降下させることと、それと同時に、電力ケーブルの張力を保つように配置船を移動させることと、を含んで構成される。

好ましくは、配置船は、駆動源を含んで構成される。

好ましくは、本方法は、降下ステップ中、水力発電タービンシステムの上流にアンカーを配置するステップと、アンカーに水力発電タービンシステムを直接的又は間接的に接続するステップと、水力発電タービンシステムをその降下中に移動させるためにアンカーを使用するステップと、を含んで構成される。

好ましくは、本方法は、アンカーを海底に配置することを含んで構成される。

好ましくは、本方法は、曳航船で配置船を曳航するステップと、配置船の移動を行うために曳航船を利用するステップと、を含んで構成される。

好ましくは、本方法は、配置船の移動を行うために、水力発電タービンシステムの降下中、ウィンチ（ｗｉｎｃｈ）で配置船を曳航船へと引き寄せるステップを含んで構成される。

好ましくは、本方法は、曳航船をアンカーに固定するステップと、配置船の移動を少なくとも部分的に行うために、曳航船をアンカー方向に引っ張るステップと、を含んで構成される。

好ましくは、配置船又は曳航船は、自動船位保持船を含んで構成される。

好ましくは、本方法は、事前に敷設された電力ケーブルの位置を浮遊デバイスで示すステップを含んで構成される。

好ましくは、本方法は、潮流中に水力発電タービンシステムを降下させることを含んで構成される。

好ましくは、本方法は、配置地点における水力発電タービンシステムの最終的な配置に先立ち、又はその一環として、水力発電タービンシステムを水平方向に移動させるステップを含んで構成される。

本明細書では、「水力発電タービンシステム」という用語は、基部に搭載された水力発電タービンであって、基部と共に海底に降下可能なもの、タービンから分離した基部であって、それが海底に降下すると、それに続いて、タービンが基部上の適切な位置に降下するもの、又は、基部から分離したタービンであって、それが既に配置された基部へ降下するもの、のいずれかを意味するものとする。

本発明の方法による設置の早期段階における水力発電タービンシステムの側面概略図 水力発電タービンシステムが海底に向けてある程度降下した状態の図１に示される配置方法の概略図

ここで、添付図面を参照すると、本発明の好ましい実施形態による、潮汐地点において海底Ｂに水力発電タービン１０を設置する方法が図示されている。以下の説明では、海底Ｂへのタービン１０の設置について言及しているが、当然のことながら、本発明の方法は、適切な、又は所望のいかなる位置、例えば、河床などへのタービン１０の設置にも適用される。

ここで、特に図１を参照すると、本発明の方法には、タービン１０を、その使用時に配置される海底Ｂの潮汐配置地点Ｓの略上方位置に運搬することが含まれる。タービン１０を潮汐配置地点Ｓの上方位置に運搬する前に、電力ケーブルＣは海底Ｂへ事前に敷設される。陸地から、又は他の場所から、配置地点Ｓへ電力ケーブルＣを敷設していくプロセスは周知であり、以下、本明細書では詳述しない。電力ケーブルＣが配置地点Ｓに至る最終段階（例えば、最後の１００ｍ）では、卓越潮流Ｔの方向に略一致させて敷設する。電力ケーブルＣの自由端の配置及び回収を可能とするために、ブイ（図示せず）等の形の浮遊デバイスが電力ケーブルＣの自由端に、又はその近傍に係留され、これにより、タービン１０が潮汐配置地点Ｓの上方位置に運ばれてくると、水面Ｗでその位置を確認できることが好ましい。また、電力ケーブルＣの端部に、アンビリカル（ｕｍｂｉｌｉｃａｌ）ケーブル又は延長ケーブルを取り付けるとより実用的であり、その場合、アンビリカルケーブル／延長ケーブルは、海底Ｂに対して昇降する部分になると予想される。電力ケーブルＣは、陸上に直接電力を送るために、又は、タービン１０を１以上の追加タービン（図示せず）と連結するために、用いられてもよい。

電力ケーブルＣが配置地点Ｓまで事前に敷設された状態で、タービン１０は、前述のように、配置地点Ｓの略上方位置へ運ばれる。図示される好ましい実施形態において、タービン１０は、任意の適切な形の配置船１２、図示される実施形態においては、無動力のはしけ１２形の配置船１２により運ばれる。しかし、配置船１２は駆動源を含んで構成されてもよい。タグボート１４形式の曳航船は、タービン１０及びはしけ１２を適切な位置に曳航するために、図示する実施形態においては、潮流Ｔに逆らって曳航するために用いられる。この実施形態において、タグボート１４とはしけ１２との間には通常の曳航線１６が接続され、その長さは、タービン１０及びはしけ１２の位置を微修正するために調整される。一方、タグボート１４は、設置プロセス中における所望位置を精密に保つために、ＧＰＳ（全地球測位システム）の利用が可能な自動船位保持船（図示せず）で置き換えることができる。タービン１０は、はしけ１２に任意の適切な配列で着脱可能に接続されるが、接続の詳細は本発明の方法の題材ではないので、以下、本明細書では詳述しない。

タービン１０を配置地点Ｓの上方の適切な位置に曳航する前に、図示される実施形態では、設置中における潮流Ｔの方向に対して潮汐配置地点Ｓより上流の海底Ｂの位置に、少なくとも１つのアンカー（ａｎｃｈｏｒ）１８が設置される。アンカー１８は、任意の適切な形であればよく、図示される実施形態では、通常のロックタイプ（ｒｏｃｋ−ｔｙｐｅ）アンカー１８の形である。しかし、アンカー１８の形式及び／又は大きさは、海底の状態により変化する。さらに、後述される理由により、アンカー１８の水面Ｗ上の位置を示すために、係留ブイ（図示せず）又は類似の標識がアンカー１８に固定されるのが好ましい。

タグボート１４によりタービン１０及びはしけ１２を配置地点Ｓの上方に配置した時点で、タグボート１４はアンカー線２０によりアンカー１８と接続される。これは、アンカー１８と接続されたブイ（図示せず）をタグボート１４に回収し、その後、タグボート１４にアンカー線２０を適切に固定することで簡単に達成できる。アンカー１８により、タグボート１４、ひいてはタービン１０及びはしけ１２が、潮流Ｔに逆らって位置を保つことができる。しかし、この時点で、また、本発明の設置方法に関する以下の記載から明らかになるように、タグボート１４を省略することは可能であるが、その場合には、船舶１２は直接アンカー１８に接続されるという点に留意されたい。これは、船舶１２の駆動源の有無に関らず可能である。

タービン１０及び船舶１２が、アンカー１８により潮流Ｔに逆らって固定されると、電力ケーブルＣ（あるいはアンビリカルケーブル）の自由端を水面まで回収し、公知の方法でタービン１０に電気的に接続する。電力ケーブルＣは、はしけ１２上に設けられた通常のウィンチ装置を用いて回収されるか、又は別の支援船（図示せず）により回収される。この時点で、タービン１０は海底Ｂへの降下に向けての準備がなされる。図示される実施形態では、タービン１０は、その使用時に海底Ｂでタービン１０を支持する基部２２に事前に搭載されている。したがって、図示される実施形態では、はしけ１２にタービン１０を固定するために用いられるのは基部２２である。タービン１０及び基部２２が一緒になって、水力発電タービンシステムとなる。電力ケーブルＣは基部２２に接続され、その後、基部２２とタービン１０との間に適切な接続がなされることは予想されることである。

次に、図２を参照すると、タービン１０及び基部２２は海底Ｂに向けて降下している。これは、任意の適切な手段により達せられるが、図示される実施形態では、複数の支持線２４がはしけ１２と基部２２との間に接続される。このため、はしけ１２には、支持線２４の昇降、つまり海底Ｂに対する基部２２及びタービン１０の昇降を可能とする複数のウィンチ（図示せず）が対応して設けられる。図示される実施形態では、タービン１０及び基部２２は、それらをはしけ１２から海底Ｂに向けて迅速かつ容易に降下させるために、下方に吊り下げる形ではしけ１２に接続される。しかし、他の適切ないかなる配置も採用可能である。

タービン１０は、海底Ｂに向けて降下していくその間に、同時に潮汐流の方向に沿って、そして、図示される実施形態では潮流Ｔに逆らって、電力ケーブルＣの張力を保つように、アンカー１８方向に変位する。これは、アンカー１８に向かって前方へタグボート１４を引き寄せるか、若しくはタグボート１４とはしけ１２との間の曳航線１６を短縮するか、又は、これらの手順を組み合わせるか、のいずれかによって成される。しかし、前述したように、タグボート１４が省略されて、はしけ１２がアンカー１８に直接接続されてもよい。この場合には、はしけ１２をアンカー１８に接続する線（図示せず）が用いられ、潮流Ｔに逆らって前方にはしけ１２を引き寄せる。いずれの状況においても、タービン１０は、電力ケーブルＣが潮流の方向に沿いながら、海底Ｂに向けて円弧状の経路を降下する。この経路により、タービン１０又は基部２２に接続された電力ケーブルＣの張力維持が確保される。そして、この張力により、タービン１０の降下中における電力ケーブルＣのねじれ又はもつれの発生を確実に防げる。タービン１０が海底Ｂに設置されると直ぐに、支持線２４が切り離され、はしけ１２まで巻き戻される。この時点で、タービン１０は運転を開始し、電力ケーブルＣを介して電力を陸上へ、又は他のあらゆる所望の場所へ送り始める。また、この時点で、電力ケーブルＣは、潮流Ｔの方向に対して直線状となり、運転中におけるいかなる過度な動きも回避するために、張力を受けた状態にしておくべきである。

当然のことながら、前述の設置方法は、より困難にはなるが、アンカー１８のない状態でも達成可能である。電力ケーブルＣをタービン１０に接続する間、タグボート１４、又は、好ましくは、自動船位保持船（図示せず）が、潮流Ｔに逆らってタービン１０及びはしけ１２を初期位置に留めておくために使用される。タグボート１４は、タービン１０の降下を開始すると直ちに、タービン１０の経路を前述の円弧状とするために、はしけ１２を引き寄せる。

理由のいかんにかかわらず、タービン１０の移動が必要な場合、これは、支持線２４が基部２２から切り離される前であれば可能である。例えば、海底Ｂでの最初の設置後の基部２２の姿勢が好ましくないために、タービン１０の移動が必要とされる。例えば、最後の１００ｍ程度が直線状である電力ケーブルＣの配置では、基部２２を海底Ｂから僅かに上昇させて、タグボート１４を用いてはしけ１２を初期位置から横方向に再配置することができる。

例えば、保守又は交換のため海底Ｂからタービン１０を収容するためには、単純に前述とは逆の手順となる。

さらに、本発明の方法は、図１及び２に関して説明され、かつ示された潮流の方向とは反対方向でも実施可能であることが予想される。この場合、曳航船１４、及び（使用される場合）アンカー１８は、配置地点Ｓの上方の略固定された位置にはしけ１２を留めておくために、図１及び２に示されたはしけ１２とは反対側にある必要がある。タービン１０を海底Ｂに向けて降下させるときには、潮流を利用することによりタービンを移動させて、電力ケーブルＣの張力を保つことができる。潮流による電力ケーブルＣの張力を保つためには、例えば、曳航線１６又はアンカー線２０を供給してその長さを延長し、単純にはしけ１２を潮流に乗せ、これによってタービン１０を運ぶことが可能である。さらに、この手順は、アンカー１８を使用せずに行なえる。

Claims (13)

1. 潮汐地点で水力発電タービンシステムを設置する方法であって、
   事前に敷設された電力ケーブルを前記水力発電タービンシステムに接続するステップと、
   前記電力ケーブルの張力を保つように、前記潮流の方向に沿って前記水力発電タービンシステムを移動させながら、配置地点に向けて前記水力発電タービンシステムを降下させるステップと、
   を含んで構成される方法。
2. 前記電力ケーブルを接続する前に、前記水力発電タービンシステムを前記配置地点の略上方に配置することを含んで構成される請求項１に記載の方法。
3. 配置船から前記水力発電タービンシステムを降下させることと、
   それと同時に、前記電力ケーブルの張力を保つように前記配置船を移動させることと、
   を含んで構成される請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記配置船は、駆動源を含んで構成される請求項３に記載の方法。
5. 前記降下ステップ中、前記水力発電タービンシステムの上流にアンカーを配置するステップと、
   前記アンカーに前記水力発電タービンシステムを直接的又は間接的に接続するステップと、
   前記水力発電タービンシステムをその降下中に移動させるために前記アンカーを使用するステップと、
   を含んで構成される請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の方法。
6. 前記アンカーを海底に配置することを含んで構成される請求項５に記載の方法。
7. 曳航船で前記配置船を曳航するステップと、
   前記配置船の移動を行うために前記曳航船を利用するステップと、
   を含んで構成される請求項３〜請求項６のいずれか１つに記載の方法。
8. 前記配置船の移動を成すために、前記水力発電タービンシステムの降下中、ウィンチで前記配置船を前記曳航船へと引き寄せるステップを含んで構成される請求項７に記載の方法。
9. 前記曳航船を前記アンカーに固定するステップと、
   前記配置船の移動を少なくとも部分的に行うために、前記曳航船を前記アンカー方向に引っ張るステップと、
   を含んで構成される、請求項５又は請求項６に従属する場合における、請求項７又は請求項８に記載の方法。
10. 前記配置船又は前記曳航船は、自動船位保持船を含んで構成される請求項３〜請求項９のいずれか１つに記載の方法。
11. 前記事前に敷設された電力ケーブルの位置を浮遊デバイスで示すステップを含んで構成される前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
12. 潮流中に前記水力発電タービンシステムを降下させることを含んで構成される前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
13. 前記配置地点における前記水力発電タービンシステムの最終的な配置に先立ち、又はその一環として、前記水力発電タービンシステムを水平方向に移動させるステップを含んで構成される前記請求項のいずれか１つに記載の方法。