JP2013036376A - Wave-activated power generation system, and construction method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は波力発電システム及びその構築方法に関するものであり、より詳細には、振動水柱の振動により空気室内に発生する空気振動流によって発電装置を作動させる固定式振動水柱型の波力発電システム及びその構築方法に関するものである。 The present invention relates to a wave power generation system and a method for constructing the wave power generation system. And its construction method.
海洋の波浪エネルギーを利用して発電する波力発電システムが知られている。波力発電システムをそのエネルギー変換方式より分類すると、主として、振動水柱型、可動物体型及び越波型に大別される。振動水柱型の波力発電システムは、装置内に配設した空気室を海面下で海洋に連通させ、海面の上下動により生じる空気振動流によって空気タービンを回転させて発電する方式の発電システムである。可動物体型の波力発電システムは、波浪エネルギーによって運動する可動物体を用い、可動物体を介して波のエネルギーを機械的運動エネルギーに変換して発電する方式の発電システムである。また、越波型の波力発電システムは、波を貯水池等に超波させて過渡的に貯留し、貯水池内の海水を導水溝によって重力下に海に排水する際に導水溝の水車を回転させて発電する方式の発電システムである。 There is known a wave power generation system that generates power using ocean wave energy. When the wave power generation system is classified according to its energy conversion method, it is mainly classified into an oscillating water column type, a movable object type, and an overtopping type. An oscillating water column type wave power generation system is a power generation system that generates electricity by rotating an air turbine by an air vibration flow generated by vertical movement of the sea surface by communicating an air chamber disposed in the apparatus to the ocean below the sea surface. is there. The movable object-type wave power generation system is a power generation system that uses a movable object that moves by wave energy and generates electric power by converting wave energy into mechanical kinetic energy via the movable object. In addition, the overtopping-type wave power generation system causes waves to be transiently stored in a reservoir or the like, and the water turbine in the reservoir is rotated when the seawater in the reservoir is drained into the ocean under gravity by the conduit. This is a power generation system that generates electricity.
また、波力発電システムをその設置方式より分類すると、装置を海面又は海中に浮遊させる浮体式と、装置を沖合又は沿岸部に固定する固定式とに大別される。固定式の振動水柱型波力発電システムの構成が、例えば、特開平10-246171号公報(特許文献1)に記載されている。 Further, when the wave power generation system is classified according to its installation method, it is roughly classified into a floating type that floats the device on the sea surface or in the sea and a fixed type that fixes the device offshore or on the coast. The configuration of a fixed oscillating water column type wave power generation system is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-246171 (Patent Document 1).
図17は、固定式振動水柱型波力発電システムの構成を概略的に示す断面図である。一般に、固定式振動水柱型波力発電システムSの構造体は、港湾等の海底Bに施工した広域面積のマウンドMと、マウンドM上に構築された鉄筋コンクリート構造の防波堤N及びケーソンCとから構成される。海水Wの海面下に開口する空気室Aと、発電装置Gを収容する発電室Dと、各種計器類を収容する制御室Eとが、ケーソンCによって形成される。防波堤N及びケーソンCは、水面波のエネルギーを流体エネルギー(空気圧)に変換する一次変換装置を構成し、空気室Aは、波浪エネルギーを吸収する波浪エネルギー吸収装置を構成する。 FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a fixed oscillating water column type wave power generation system. Generally, the structure of the fixed oscillating water column type wave power generation system S is composed of a mound M of a wide area constructed on the seabed B such as a harbor, a breakwater N and a caisson C of a reinforced concrete structure constructed on the mound M. Is done. The caisson C forms an air chamber A that opens below the sea surface of the seawater W, a power generation chamber D that houses the power generation device G, and a control room E that houses various instruments. The breakwater N and the caisson C constitute a primary conversion device that converts water surface wave energy into fluid energy (pneumatic pressure), and the air chamber A constitutes a wave energy absorption device that absorbs wave energy.
矢印αで示す海洋波の入波エネルギーにより、空気室A内の水柱が上下方向に振動する。空気室A内の水面が矢印β方向に上下動するので、空気室Aの上部空間(空気柱)の空気圧が変動し、矢印γで示す往復気流が、通気孔Iを流通する。発電装置Gが通気孔Iに接続される。発電装置Gは往復気流γにより作動する。発電装置Gは、一次変換装置(防波堤N及びケーソンC)によって得られた流体エネルギー(空気圧)を電気エネルギーに変換する二次変換装置を構成する。発電装置Gとして、往復気流の作用により常に一定方向に回転する形式のウェルズタービン又は衝動型タービンを備えた発電装置が一般に使用される。発電装置Gの発電機によって発生した電力は、送電線等(図示せず)によって系外に送電される。なお、発電室Dは、発電室D内の空間を外気と連通せしめる給排気口Oを備え、往復気流γに相応した吸気流又は排気流が、矢印ηで示すように給排気口Oを流通する。 The water column in the air chamber A vibrates in the vertical direction by the incoming energy of the ocean wave indicated by the arrow α. Since the water surface in the air chamber A moves up and down in the direction of arrow β, the air pressure in the upper space (air column) of the air chamber A varies, and the reciprocating airflow indicated by the arrow γ flows through the vent hole I. The power generator G is connected to the vent hole I. The power generator G is operated by a reciprocating airflow γ. The power generator G constitutes a secondary converter that converts fluid energy (air pressure) obtained by the primary converter (breakwater N and caisson C) into electrical energy. As the power generation device G, a power generation device including a Wells turbine or an impulse type turbine that always rotates in a constant direction by the action of a reciprocating airflow is generally used. The electric power generated by the generator of the power generation apparatus G is transmitted outside the system through a transmission line or the like (not shown). The power generation chamber D includes an air supply / exhaust port O that allows the space in the power generation chamber D to communicate with the outside air, and an intake air flow or an exhaust flow corresponding to the reciprocating airflow γ flows through the air supply / exhaust port O as indicated by an arrow η. To do.
しかしながら、このような従来の固定式振動水柱型波力発電システムにおいては、波力に対する安定性を確保するために、構造体(防波堤及びケーソン)の自重を増大する必要があるので、構造体の材料費又は資材費等が嵩み、しかも、このような構造体を沖合又は沿岸部の海中又は海上において施工する必要が生じることから、構造体の建設費が高額化する傾向がある。 However, in such a conventional fixed oscillating water column type wave power generation system, it is necessary to increase the weight of the structure (breakwater and caisson) in order to ensure stability against wave power. Material costs or material costs increase, and it is necessary to construct such a structure offshore or in the sea in or on the coast. Therefore, the construction cost of the structure tends to increase.
また、固定式振動水柱型波力発電システムの設置場所は、防波堤及びケーソン等の構造体を施工可能な環境及び地形に限定される。 In addition, the installation location of the fixed oscillating water column type wave power generation system is limited to the environment and terrain where a structure such as a breakwater and a caisson can be constructed.
更に、固定式振動水柱型波力発電システムは、構造が比較的簡素であり、台風等の異常波浪に対する対策を講じ易いという点で可動物体型及び越波型の波力発電システムに比べて有利であるが、構造体の設計・施工においては、コンクリート等の経年劣化、塩害等に対する耐久性や、異常波浪、津波等のような極めて大きな外力に対する構造体強度等に関し、格別の考慮が必要となる。 Furthermore, the fixed oscillating water column type wave power generation system is advantageous over the movable object type and wave overtopping type wave power generation systems in that the structure is relatively simple and it is easy to take measures against abnormal waves such as typhoons. However, in the design and construction of structures, special considerations are required regarding the durability against aging of concrete, salt damage, etc., and the strength of structures against extremely large external forces such as abnormal waves and tsunamis. .
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、多くの海岸部の地形及び環境に適応可能な簡素な構造を有し、材料費又は資材費や、建設費等を低廉化することができ、しかも、優れた耐力及び耐久性を発揮し得る固定式振動水柱型波力発電システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to have a simple structure that can be adapted to the topography and environment of many coastal areas, An object of the present invention is to provide a stationary vibration water column type wave power generation system that can reduce construction costs and the like and that can exhibit excellent proof stress and durability.
上記目的を達成すべく、本発明は、海水面の上下動により発生する空気の振動流によって発電装置を作動させる固定式振動水柱型波力発電システムにおいて、
一端が海面下において海洋に開口し、他端が陸地において開口した穴又は坑を沿岸の地盤又は岩盤に掘削又は削孔することにより形成され、前記穴又は坑内の海水面の上下動により空気圧が変動する空気室を前記海水面の上方域に画成する波浪エネルギー吸収装置と、
前記穴又は坑の陸地側開口部に連結され、前記空気室の圧力変動により発生する往復気流の微細な圧力変動を緩和するバッファタンクと、
前記往復気流がバッファタンクを介して供給され、該往復気流によって作動して発電する発電装置とを有することを特徴とする固定式振動水柱型波力発電システムを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a fixed oscillating water column type wave power generation system in which a power generation device is operated by an oscillating flow of air generated by a vertical movement of a sea surface.
It is formed by excavating or drilling a hole or mine whose one end opens to the ocean below the sea surface and the other end opens on the land to the coastal ground or rock, and the air pressure is increased by the vertical movement of the sea surface in the hole or mine. A wave energy absorber that defines a fluctuating air chamber above the sea level; and
A buffer tank that is connected to the opening on the land side of the hole or mine and relaxes fine pressure fluctuations of the reciprocating airflow generated by pressure fluctuations of the air chamber;
A stationary vibration water column type wave power generation system is provided, wherein the reciprocating air flow is supplied via a buffer tank and includes a power generation device that operates by the reciprocating air flow to generate electric power.
本発明は又、海水面の上下動により発生する空気振動流によって発電装置を作動させる固定式振動水柱型波力発電システムの構築方法において、
一端が海面下において海洋に開口し、他端が陸地において開口する穴又は坑を沿岸の地盤又は岩盤に掘削又は削孔して、前記穴又は坑内の海水面の上下動により空気圧が変動する空気室を該海水面の上方域に画成する波浪エネルギー吸収装置を形成し、
前記空気室の圧力変動により発生する往復気流の微細な圧力変動を緩和するバッファタンクを前記穴又は坑の陸地側開口部に連結し、
該往復気流によって作動して発電する発電装置を陸地側において前記バッファタンクに連結することを特徴とする固定式振動水柱型波力発電システムの構築方法を提供する。
The present invention also provides a method for constructing a fixed oscillating water column type wave power generation system in which a power generation device is operated by an air oscillating flow generated by vertical movement of a sea surface.
Air whose fluctuating air pressure is caused by vertical movement of the hole or the sea level in the borehole or pit by drilling or drilling a hole or pit with one end opened to the ocean below the sea surface and the other end opened to the land. Forming a wave energy absorber defining a chamber above the sea level,
A buffer tank that relieves minute pressure fluctuations of the reciprocating airflow generated by pressure fluctuations in the air chamber is connected to the hole or the land side opening of the pit,
There is provided a construction method of a fixed oscillating water column type wave power generation system, characterized in that a power generation device that operates by the reciprocating airflow is connected to the buffer tank on the land side.
本発明の上記構成によれば、波浪エネルギー吸収装置は、沿岸の地盤又は岩盤によって形成される。波浪エネルギー吸収装置内の下部領域には、海洋側の開口を介して海洋の海水と連続する振動水柱が形成される。波浪エネルギーによる振動水柱の振動により穴又は坑内の海水面が上下動し、空気室の空気圧が変動する。空気室の空気は、往復気流としてバッファタンクに供給される。バッファタンクは、往復気流の微細な空気圧変動を緩和して発電装置に供給し、発電装置は往復気流により作動し、発電する。このような構成の波力発電システムによれば、波浪エネルギー吸収装置は、沿岸の地盤又は岩盤によって形成されるので、多くの海岸部の地形及び環境に適応可能な簡素な構造を有する。また、本発明によれば、従来の装置のように防波堤及びケーソン等のような比較的大規模な人工構造物を要しないので、構造体構築のための材料費又は資材費を大幅に軽減することができる。更に、本発明によれば、人工構造物を沖合又は沿岸部の海中又は海上で施工する必要がないので、構造体の建設費及び建設工事は大幅に軽減又は簡略化する。しかも、本発明の波浪エネルギー吸収装置は、自然の地盤又は岩盤によって強固に形成されるので、異常波浪や津波等の際に生じる大きな外力に耐え得る優れた耐力及び耐久性を発揮する。 According to the above configuration of the present invention, the wave energy absorbing device is formed by coastal ground or rock. In the lower region in the wave energy absorbing device, an oscillating water column that is continuous with oceanic seawater is formed through an opening on the ocean side. Due to the vibration of the vibrating water column due to the wave energy, the sea level in the hole or mine moves up and down, and the air pressure in the air chamber fluctuates. The air in the air chamber is supplied to the buffer tank as a reciprocating airflow. The buffer tank relieves minute air pressure fluctuations of the reciprocating airflow and supplies it to the power generator, and the power generator operates by the reciprocating airflow to generate power. According to the wave power generation system having such a configuration, the wave energy absorption device is formed by the coastal ground or rock, and thus has a simple structure that can be adapted to many terrain and environments of the coastal region. Further, according to the present invention, since a relatively large-scale artificial structure such as a breakwater and a caisson is not required as in the conventional device, the material cost or material cost for constructing the structure is greatly reduced. be able to. Furthermore, according to the present invention, since it is not necessary to construct an artificial structure offshore or in the coastal sea or on the sea, the construction cost and construction of the structure are greatly reduced or simplified. Moreover, since the wave energy absorbing device of the present invention is firmly formed by natural ground or rock, it exhibits excellent proof stress and durability that can withstand a large external force generated during abnormal waves, tsunamis, and the like.
他の観点により、本発明は、海水面の上下動により発生する空気振動流によって発電装置を作動させる固定式振動水柱型波力発電システムを用いた発電方法において、
一端が海面下において海洋に開口し、他端が陸地において開口した穴又は坑を沿岸の地盤又は岩盤に掘削又は削孔することにより形成した波浪エネルギー吸収装置を使用して、前記穴又は坑内の海水面の上下動により前記波浪エネルギー吸収装置の空気室内に発生する空気圧の変動により往復気流を発生させ、
陸地側に設置したバッファタンク内に前記往復気流を供給して、前記空気室の圧力変動により発生する往復気流の微細な圧力変動を緩和し、
前記バッファタンクに供給された前記往復気流を該バッファタンクから発電装置に供給し、前記往復気流により前記発電装置を作動して発電することを特徴とする発電方法を提供する。
According to another aspect, the present invention provides a power generation method using a fixed oscillating water column wave power generation system that operates a power generation device by an air vibration flow generated by vertical movement of a seawater surface.
Using a wave energy absorber formed by drilling or drilling a hole or mine with one end open to the ocean below the sea level and the other end opened to land, to the coastal ground or rock, A reciprocating airflow is generated by a change in air pressure generated in the air chamber of the wave energy absorption device by the vertical movement of the seawater surface,
Supplying the reciprocating airflow into a buffer tank installed on the land side, relieving fine pressure fluctuations of the reciprocating airflow generated by pressure fluctuations in the air chamber,
A power generation method is provided in which the reciprocating airflow supplied to the buffer tank is supplied from the buffer tank to a power generation device, and the power generation device is operated by the reciprocating airflow to generate power.
本発明によれば、多くの海岸部の地形及び環境に適応可能な簡素な構造を有し、材料費又は資材費や、建設費等を低廉化することができ、しかも、優れた耐力及び耐久性を発揮し得る固定式振動水柱型波力発電システム及びその構築方法を提供することができる。 According to the present invention, it has a simple structure that can be adapted to the terrain and environment of many coastal areas, can reduce material costs, material costs, construction costs, etc., and has excellent strength and durability. It is possible to provide a fixed oscillating water column type wave power generation system capable of exhibiting the performance and a construction method thereof.
また、本発明の発電方法によれば、自然に存在する海岸部の地形及び環境を利用して波力発電を合理的且つ効率的に実施することができ、しかも、このような波力発電方法は、環境負荷軽減や、自然保護等の観点より、極めて有益である。 Further, according to the power generation method of the present invention, wave power generation can be carried out rationally and efficiently using the natural topography and environment of the coastal area, and such a wave power generation method. Is extremely useful from the viewpoints of reducing environmental impact and protecting nature.
本発明の或る実施形態によれば、往復気流を一定方向の気流に調整又は変換する気流変換手段がバッファタンクに設けられ、或いは、バッファタンクと発電装置との間に介装され、一定方向の気流が発電装置に供給される。往復気流によって作動する発電装置として、往復気流の作用により常に一定方向に回転するウェルズタービン又は衝動型タービンを備えた構成のものが一般に使用されるが、このような気流変換手段を備えた発電システムにおいては、ラジアルタービン、軸流タービン等を備えた汎用の発電装置を使用することができる。 According to an embodiment of the present invention, the airflow conversion means for adjusting or converting the reciprocating airflow into the airflow in a certain direction is provided in the buffer tank, or is interposed between the buffer tank and the power generation device, and is in a certain direction. Is supplied to the power generator. As a power generation device that operates by a reciprocating airflow, one having a structure including a Wells turbine or an impulse turbine that always rotates in a fixed direction by the action of the reciprocating airflow is generally used. A power generation system including such an airflow conversion means In general, a general-purpose power generator equipped with a radial turbine, an axial turbine, or the like can be used.
本発明の他の実施形態によれば、複数の波浪エネルギー吸収装置がバッファタンクに並列に接続される。バッファタンクは、このような複数の波浪エネルギー吸収装置の往復気流を集合して一元的に発電装置に供給する。このような構成によれば、複数の波浪エネルギー吸収装置に発生した往復気流がバッファタンクに同時に供給されるので、波浪エネルギーを効果的に吸収することができる。 According to another embodiment of the invention, a plurality of wave energy absorbers are connected in parallel to the buffer tank. The buffer tank collects the reciprocating airflows of the plurality of wave energy absorbing devices and supplies them to the power generation device in an integrated manner. According to such a configuration, since the reciprocating airflow generated in the plurality of wave energy absorbing devices is simultaneously supplied to the buffer tank, the wave energy can be effectively absorbed.
好ましくは、波浪エネルギー吸収装置の海洋側部分は、穴又は坑の海洋側開口部から斜め上方に地盤又は岩盤内に延びるように地盤又は岩盤に掘削又は削孔される。入波エネルギーは、海洋側開口部から斜め上方に波浪エネルギー吸収装置に供給される。 Preferably, the ocean side portion of the wave energy absorbing device is excavated or drilled in the ground or the rock so as to extend obliquely upward into the ground or the rock from the ocean side opening of the hole or pit. The incoming wave energy is supplied to the wave energy absorbing device obliquely upward from the ocean side opening.
更に好ましくは、波浪エネルギー吸収装置は、穴又は坑の海洋側開口部から地盤又は岩盤内に延び且つ断面が拡大された海洋側部分と、穴又は坑の陸側開口部から地盤又は岩盤内に延び且つ海洋側部分の断面よりも断面を縮小した陸地側部分とを有する。海水面は、海洋側部分に形成され、陸地側部分は、空気室に発生した往復気流をバッファタンクに供給する流路を構成する。海洋側部分の空気室の圧力変動により発生した往復気流は、陸地側部分の流路によってバッファタンクに供給される。 More preferably, the wave energy absorbing device extends from the hole or pit ocean side opening into the ground or rock, and has an enlarged cross section, and from the hole or mine land side opening into the ground or rock. A land side portion that extends and has a smaller cross section than the cross section of the ocean side portion. The sea surface is formed in the ocean side portion, and the land side portion constitutes a flow path for supplying the reciprocating airflow generated in the air chamber to the buffer tank. The reciprocating airflow generated by the pressure fluctuation of the air chamber in the ocean side portion is supplied to the buffer tank by the flow path in the land side portion.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1及び図2は、本発明の実施例に係る固定式振動水柱型波力発電システムの構成を示す概略斜視図及び縦断面図である。 1 and 2 are a schematic perspective view and a longitudinal sectional view showing a configuration of a fixed oscillating water column wave power generation system according to an embodiment of the present invention.
図1及び図2には、海岸部又は沿岸部に一般に観られる地形及び環境として、海水Wの波打ち帯Jから陸地Lに向かって比較的急勾配に隆起する海崖(又は浜崖)Kが示されている。陸地L及び海崖Kは、海岸線に沿って延びる自然の地形である。本実施例の固定式振動水柱型波力発電システム1(以下、「発電システム1」という。)は、陸地L及び海崖Kの地盤又は岩盤によって形成された波浪エネルギー吸収装置10を有する。波浪エネルギー吸収装置10は、地盤又は岩盤を掘削又は削孔した概ね等断面且つ円形断面の穴又は坑からなり、海水Wの水面下に開口する海洋側の開口部11と、陸地Lの地盤面又は岩盤面に開口した陸地側の開口部12とを有する。波浪エネルギー吸収装置10の掘削又は削孔においては、掘削装置又は削孔装置を陸地Lの地盤面又は岩盤面に設置し、陸地L上の開口部12の位置から開口部11の位置に向かって穴又は坑を掘削又は削孔すれば良い。必要に応じて、開口部11、12の開口を画成する構造版、構造枠等が地盤又は岩盤に固定される。所望により、波浪エネルギー吸収装置10の内周面にライニング処理等が施される。
In FIG. 1 and FIG. 2, a sea cliff (or beach cliff) K that rises relatively steeply from the undulation zone J of the seawater W to the land L as the terrain and environment generally observed in the shore part or the shore part. It is shown. The land L and the sea cliff K are natural terrain extending along the coastline. The fixed oscillating water column type wave power generation system 1 (hereinafter referred to as “
図2に示すように、波浪エネルギー吸収装置10は、全体的に若干湾曲して斜め下方に延び、開口部11によって海水Wの水面下に開口する。開口部11を介して海水Wが坑内下部領域に流入しており、空気室13が坑内上部領域に形成される。矢印αで示す海洋波浪の入波エネルギーにより、坑内下部領域の水柱14が上下方向に振動する。水柱14の水面14aが矢印β方向に上下動するので、空気室13内の空気柱の空気圧が変動する。
As shown in FIG. 2, the wave
バッファタンク20及び発電室30が、陸地Lの地盤面又は岩盤面に設置され、空気タービン型発電装置31が、発電室30内に配設される。バッファタンク20は、概ね直方体形状を有する鉄筋コンクリート構造又は鋼構造の気密シェルターからなる。所望により、金属製気密タンク等をバッファタンク20として用いても良い。発電室30は、バッファタンク20に隣接して構築された鉄筋コンクリート構造又は鋼構造のシェルター34からなる。発電室30は、発電室30の室内空間を外気と連通せしめる給排気口33を備える。
The
バッファタンク20の底壁21は開口部22を有する。開口部22の外周部は、気密連結手段(図示せず)によって波浪エネルギー吸収装置10の開口部12に連結される。空気室13内の空気圧変動に相応して、矢印γで示す往復気流が開口部12、22を介してバッファタンク20に供給される。バッファタンク20は、開口部12、22を介して流入又は流出する空気の微細な圧力変化、或いは、不規則な圧力変動を緩和して発電装置31の回転運動を安定化する圧力緩衝手段として機能する。バッファタンク20は又、異常波浪時の波高上昇等により、波浪エネルギー吸収装置10内の海水が発電室30に進入又は到達し、或いは、海水が発電装置31にかかるのを防止する発電装置保護手段として機能する。好ましくは、バッファタンク20は、バッファタンク20内に進入した海水を排水するための排水口、排水溝、排水管等の排水設備又は排水手段を備える。
The
バッファタンク20内の空気圧は、空気室13の空気圧変動に応答して変動する。空気搬送ダクト32が、発電装置31のタービン部とバッファタンク20の開口部23との間に介装される。矢印λで示す往復気流が空気搬送ダクト32を介して発電装置31のタービン部に作用してタービン部を回転駆動し、発電装置31の発電機が発電する。発電装置31として、往復気流λの作用により常に一定方向に回転するウェルズタービン又は衝動型タービンを備えた発電装置を好ましく使用し得る。なお、往復気流λに相応した吸気流又は排気流が、矢印ηで示すように発電室30の給排気口33を流通する。
The air pressure in the
発電装置31の発電機が発電した電気は、給電線35を介して陸地L上の蓄電装置(バッテリー)40に給電され、蓄電される。蓄電装置40には、電力を系外に送電するため送電線41が接続される。
The electricity generated by the generator of the
このような構成の発電システム1によれば、海洋波浪の入波エネルギーによって波浪エネルギー吸収装置10内の水柱14が上下方向に振動すると、水柱14の水面14aが矢印β方向に上下動するので、空気室13の空気圧が変動し、往復気流γがバッファタンク20内に流入し又はバッファタンク20から流出する。バッファタンク20内の空気圧変動に応答して、往復気流λが、発電装置31のタービン部に作用してタービン部を回転駆動し、発電装置31の発電機が発電する。発電装置31が発電した電気は蓄電装置40に蓄電され、系外に適宜送電される。
According to the
図3〜図6は、図1及び図2に示す発電システム1の変形例を示す平面図及び斜視図である。
FIGS. 3-6 is the top view and perspective view which show the modification of the electric
図3及び図4に示す発電システム1は、単一のバッファタンク20に対して複数の波浪エネルギー吸収装置10を並列に配設し、波浪エネルギーを効果的に吸収するようにした構成を備える。図5及び図6に示す発電システム1は、単一のバッファタンク20及び発電室30を単一のユニット50としてユニット化し、複数のユニット50を蓄電装置40に並列に接続した構成を有する。このような構成の発電システム1によれば、地形の条件や、波の条件に適した発電システム1、或いは、目標とする発電出力に相応した発電能力を有する発電システム1を波浪エネルギー吸収装置10の本数及び配置や、ユニット50の設置数又は配置等により適宜構築することができる。
The
図7及び図8は、本発明の他の実施例に係る発電システム1の構成を示す概略斜視図及び縦断面図である。図9(A)及び図9(B)は、図7及び図8に示す弁装置の構成を示す平面図及び正面図である。また、図10は、図9に示す弁装置の機能を説明するための概略断面図である。
7 and 8 are a schematic perspective view and a longitudinal sectional view showing a configuration of a
図7及び図8に示す発電システム1は、バッファタンク20の往復気流λを単一方向の気流δに調整するための弁装置60を備える。図9に示すように、弁装置60は、円筒状の金属製タンクからなる本体部分61と、本体部分61の外周面に角度間隔を隔てて放射状に連結された吸気弁62と、本体部分61の頂部に連結された逆止弁63とから構成される。本体部分61の底板部64には、開口部65が形成される。図8に示すように、バッファタンク20の頂壁24に開口部25が形成され、開口部65は、開口部25に対して整列配置される。開口部25、65の外周部は、気密連結手段によって相互連結される。給気ダクト70の上流端が、逆止弁63の頂部に連結され、給気ダクト70の下流端が発電装置31の空気搬送ダクト32に連結される。
The
図9に示すように、吸気弁62は、円筒状弁ケーシング62aと、弁ケーシング62aの頂部に連結された吸気流路62bとを有する。弁ケーシング62aの底壁62cには、弁開口68が形成される。また、逆止弁63は、円筒状弁ケーシング63aを有する。弁ケーシング63aの底壁63cには、弁開口69が形成される。樹脂製の球状弁体66、67が、弁ケーシング62a、63a内に夫々収容される。
As shown in FIG. 9, the
弁装置60の機能が図10に示されている。図10(A)に示す波の上昇時には、入波エネルギーαによって水柱14が上昇し(矢印β’)、空気室13が昇圧される。逆止弁63の球状弁体67は、空気室13の圧力上昇によって上方に押圧され、弁開口69から離座し、この結果、弁開口69は開放する。空気室13の空気圧は、吸気流路62b(図9)を介して吸気弁62の球状弁体66に作用し、球状弁体66を下方に押圧する。球状弁体66は、弁開口68に着座し、弁開口68を閉鎖する。吸気弁62が閉鎖し、逆止弁63が開放するので、空気室13の空気は、発電装置31に向かう気流δとして給気ダクト70に給送され、発電装置31の空気搬送ダクト32(図8)を介して発電装置31(図8)のタービン部に供給される。
The function of the
図10(B)に示す波の降下時には、水柱14が降下し(矢印β”)、空気室13が減圧される。吸気弁62の球状弁体66は、空気室13の空気圧と大気圧との差圧によって弁開口68から離座し、弁開口68を開放する。吸気弁62が開放するので、吸気弁62を介して大気が空気室13に流入する。他方、逆止弁63の球状弁体67は、空気室13の減圧によって弁開口69に着座し、この結果、弁開口69は閉鎖する。波の降下時に逆止弁63が閉鎖するので、給気ダクト70から空気室13への空気の逆流は、阻止される。
10B, the
従って、空気室13の昇圧時には、気流δが発電装置31のタービン部に給送され、空気室13の減圧時には、逆止弁63が閉鎖され、給気ダクト70から空気室13への空気の逆流は阻止されるので、単一方向の気流δが発電装置31のタービン部に間欠的に給送される。
Therefore, when the pressure of the
このように単一方向の気流δのみを発電装置31に供給する弁装置60を備えた発電システム1によれば、発電装置31のタービンとして汎用のラジアルタービン装置、軸流タービン装置等を用いることが可能となる。
In this way, according to the
図11(A)は、発電システム1における空気室13の空気圧変動を示す線図であり、図11(B)は、発電システム1におけるバッファタンク20内の空気圧変動を示す線図である。
FIG. 11A is a diagram showing air pressure fluctuations in the
図11(A)には、波浪エネルギー吸収装置10の空気室13内に生じる空気圧変動の状態が概略的に示されている。空気室13の空気圧は海水面の上下動に応答して変動するが、微細な圧力変動を伴う不規則な圧力変化が空気室13に発生する。図11(B)には、バッファタンク20内に生じる空気圧変動の状態が概略的に示されている。図11(B)に示されるように、空気室13に観られる微細な圧力変化は、バッファタンク20内に発生しない。従って、バッファタンク20を空気室13と発電装置31との間に介装することにより、小刻み且つ急峻に空気圧が変化する微細な圧力変動が平準化され、発電装置31に供給される空気流が安定するので、発電装置31の回転運動は安定する。
FIG. 11A schematically shows the state of air pressure fluctuation that occurs in the
図12(A)、図12(B)及び図12(C)は、波浪エネルギー吸収装置の形状を検討するために試作した3種類の波浪エネルギー吸収装置の試験機を示す斜視図である。図12(D)及び図12(E)は、波浪エネルギー吸収能力に関する実験の実験方法を示す実験装置の概略断面図であり、図13及び図14は、その実験結果を示す線図である。 12 (A), 12 (B), and 12 (C) are perspective views showing three types of wave energy absorbing device testing machines that have been prototyped in order to study the shape of the wave energy absorbing device. 12 (D) and 12 (E) are schematic cross-sectional views of an experimental apparatus showing an experimental method for an experiment relating to wave energy absorption capability, and FIGS. 13 and 14 are diagrams showing the experimental results.
図12(A)、図12(B)及び図12(C)には、直立円筒型、ケーソン型及び傾斜円筒型の試験機91、92、93が示されている。直立円筒型の試験機91は、全高に亘って真円形断面を有し、壁体下部の片側面に正面視方形又は矩形の開口部94を備える。ケーソン型の試験機92は、全高に亘って方形又は矩形断面を有し、壁体下部の片側面に正面視方形又は矩形の開口部95を備える。傾斜円筒型の試験機93は、垂直軸線を有する真円形断面の上部円筒体93aと、軸線が傾斜した真円形断面の下部円筒体93bとを一体的に接合した構造を有する。下部円筒体93bの円形開口部96が試験機93の下部に開口する。
12A, 12B, and 12C show upright cylindrical type, caisson type, and inclined cylindrical
図12(D)及び図12(E)には、試験機91、92を試験用水槽97に漬浸した状態が示されている。試験機91、92、93は、図12(D)及び図12(E)に示すように試験用水槽97に漬浸される。図12(D)には、試験機91、92の水面上昇時の状態が示されており、図12(E)には、試験機91、92の水面降下時の状態が示されている。試験機91、92、93内の水柱は、矢印αで示す入波エネルギーにより、矢印β’、β”で示すように上下方向に振動する。
12D and 12E show a state in which the
試験機91、92、93の頂壁には、図12(D)に示すように送気管98を連結可能な送気部99が配設される。送気部99の下面は、試験機91、92、93内の空気室13に開口する。送気部99は、重力式差圧開閉型のダンパ101、102を備えたフラッタ式弁機構を備えており、空気室13内の空気を常に一定方向の空気流として送気管98に送出するように構成される。即ち、試験機91、92、93の水面降下時(図12(E))には、ダンパ101は開放し、ダンパ102は閉鎖し、従って、外気が空気室13に流入する。試験機91、92、93の水面上昇時(図12(D))には、ダンパ101は閉鎖し、ダンパ102は開放し、従って、空気室13内の空気が送気管98に送出される。
As shown in FIG. 12D, an
送気管98は定圧化タンク(図示せず)に連結される。定圧化タンクは、送気管98によって供給された所定圧力の空気を累積的に貯留するように構成される。実験においては、定圧化タンクの内部空気圧Tpと、定圧化タンク内に導入される空気の流量Qとの積、即ち、Tp×Qを波のパワーPtとして求め、波のパワーPtの相違に基づいて試験機91、92、93のエネルギー吸収能力を比較した。
The
図13及び図14は、図12に示す実験装置を用いた実験により得られた試験機91、92、93のエネルギー吸収能力を示す線図である。図13には、定圧化タンクの内部空気圧Tpを3.0g/cm2に設定した実験により得られた試験機91、92、93のエネルギー吸収能力が示されており、図14には、定圧化タンクの内部空気圧Tpを5.4g/cm2に設定した実験により得られた試験機91、92、93のエネルギー吸収能力が示されている。
13 and 14 are diagrams showing the energy absorption capability of the
図13及び図14に示すように、図12(C)に示す傾斜円筒型の試験機93では、図12(A)及び図12(B)に示す直立円筒型及びケーソン型の試験機91、92に比べて、パワーPtの値が増大する。従って、波浪エネルギー吸収能力を向上するには、波浪エネルギー吸収装置10を構成する地盤又は岩盤の穴又は坑は、図2に示す如く、陸地側から海側に向かって斜め下方に傾斜するように掘削又は削孔することが望ましいと判明した。
As shown in FIGS. 13 and 14, in the inclined
図15及び図16は、本発明の他の実施例に係る固定式振動水柱型波力発電システムの構成を示す縦断面図である。図15及び図16において、前述の実施例における各構成要素又は構成部材等と実質的に同一又は同等の構成要素又は構成部材等については、同一の参照符号が付されている。 15 and 16 are longitudinal sectional views showing the configuration of a fixed oscillating water column wave power generation system according to another embodiment of the present invention. In FIG. 15 and FIG. 16, the same reference numerals are assigned to substantially the same or equivalent constituent elements or constituent members in the above-described embodiments.
前述の実施例に係る発電システムでは、波浪エネルギー吸収装置は、概ね等断面の穴又は坑によって形成されているが、図15及び図16に示す発電システム1の波浪エネルギー吸収装置10は、断面を拡大した大口径の穴又は坑部分15(以下、「大口径部分15」という。)と、相対的に小口径の穴又は坑部分16(以下、「小口径部分16」という。)とから構成される。波浪エネルギー吸収装置10の掘削又は削孔においては、掘削装置又は削孔装置を陸地Lの地盤面又は岩盤面に設置し、回転ドリルの先端部によって陸地L上の開口部12の位置から開口部11の位置に向かって穴又は坑を掘削又は削孔した後、海中に突出したドリル回転軸の先端部に大型のドリルヘッドを装着し、ドリル回転軸を引上げながら回転させて大型ドリルヘッドにより穴又は坑を拡張又は拡径すれば良い。
In the power generation system according to the above-described embodiment, the wave energy absorption device is formed by holes or pits having a substantially equal cross section, but the wave
図15に示す波浪エネルギー吸収装置10は、開口部11から陸地側に概ね水平に延びて上方に屈曲した海洋側の大口径部分15と、開口部12から鉛直下方に延びる陸地側の小口径部分16とから構成される。大口径部分15内には、空気室13及び水柱14が形成される。水柱14は、海洋波浪の入波エネルギーαにより上下方向に振動する。水柱14の水面14aが矢印β方向に上下動するので、空気室13及び小口径部分16の空気柱の空気圧が変動する。小口径部分16は、往復気流γをバッファタンク20に供給する流路として機能する。
The wave
このように波浪エネルギー吸収装置10の口径又は断面を段階的に変化させることにより、バッファタンク20を設計変更することなく、開口部11の開口面積、水柱14の断面積、水面14aの表面積等を増大し、波浪エネルギー吸収装置10のエネルギー吸収能力を向上することができる。なお、相対的に断面が縮小した小口径部分16は、流路抵抗を増大する狭小断面流路、即ち、流路の絞り部分又はオリフィスとして作用するので、水面14aの上下動によって往復気流γの流動抵抗又は圧力損失が増大する。しかしながら、このような空気の流動抵抗又は圧力損失の増大は、波浪エネルギー吸収装置10全体のエネルギー損失を大きく増大させず、従って、波浪エネルギー吸収装置10のエネルギー吸収効率に大きく影響しない。
Thus, by changing the diameter or cross section of the wave
図16に示す波浪エネルギー吸収装置10は、大口径部分15を開口部11に向かって全体的に傾斜させた構成を有する。前述のとおり、波浪エネルギー吸収装置10を構成する地盤又は岩盤の穴又は坑を陸地側から海側に向かって斜め下方に傾斜せしめることにより、波浪エネルギー吸収装置10の波浪エネルギー吸収能力は向上する。従って、図16に示すように、海洋側の大口径部分15を海洋に向かって全体的に下方に傾斜させることにより、波浪エネルギー吸収装置10の波浪エネルギー吸収能力を向上することができる。
The wave
以上説明したように、波浪エネルギー吸収装置10を備えた上記各実施例の発電システム1によれば、波浪エネルギー吸収装置10は、沿岸部の地盤又は岩盤を掘削又は削孔することにより形成され、従って、波浪エネルギー吸収装置10として大型の人工構造物を施工する必要がないので、発電装置31等の主要機械を予め工場製作することにより、現場又は現地の作業及び工程を大幅に簡素化又は簡略化することができる。また、波浪エネルギー吸収装置10は、多くの海岸部の地形及び環境に適応可能な簡素な構造を有するので、施工に要する構造体の材料費、資材費や、工事費を大幅に軽減することができる。更に、波浪エネルギー吸収装置10は、自然の地盤又は岩盤によって形成されるので、異常波浪や津波等の大きな外力に耐える強靱な耐力及び耐久性を発揮する。加えて、本発明の上記実施例によれば、バッファタンク20及び発電装置31(又は発電室30)をユニット化し、或いは、工場製作可能なユニット構造に設計することが可能となり、これにより、発電システム1の設置コストを全体的に低廉化するとともに、更なる現場工事の簡素化、材料費、資材費及び工事費の低減、工程の短縮等を図ることが可能となる。
As described above, according to the
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications or changes can be made within the scope of the present invention described in the claims. Is possible.
例えば、上記実施例においては、円形断面の穴又は坑を地盤又は岩盤に掘削又は削孔して波浪エネルギー吸収装置を形成しているが、方形又は矩形断面、多角形断面等の穴又は坑を地盤又は岩盤に掘削又は削孔して波浪エネルギー吸収装置を形成して良い。 For example, in the above embodiment, a wave energy absorbing device is formed by excavating or drilling a hole or mine having a circular cross section in the ground or rock, but a hole or mine having a square or rectangular cross section, a polygonal cross section, etc. The wave energy absorbing device may be formed by excavating or drilling in the ground or rock.
また、上記実施例においては、等断面の穴又は坑、或いは、段階的に口径又は断面寸法が変化する穴又は坑によって波浪エネルギー吸収装置を形成しているが、断面が徐々に変化する穴又は坑によって波浪エネルギー吸収装置を形成しても良い。 Further, in the above embodiment, the wave energy absorbing device is formed by a hole or a pit having an equal cross section, or a hole or a pit whose diameter or cross-sectional dimension changes step by step. The wave energy absorbing device may be formed by a pit.
更に、バッファタンク、弁装置、発電装置等の構成や、バッファタンク、発電装置等の支持構造などは、地形、地盤の条件等に応じて、適宜変更し得るものである。 Further, the configuration of the buffer tank, the valve device, the power generation device, and the like, and the support structure of the buffer tank, the power generation device, etc. can be changed as appropriate according to the topography, ground conditions, and the like.
本発明は、振動水柱の振動により空気室内に発生する空気振動流によって発電装置を作動させる固定式振動水柱型の波力発電システムに好ましく適用される。本発明によれば、多くの海岸部の地形及び環境に適応可能な簡素な構造を有し、材料費又は資材費や、建設費等を低廉化することができ、しかも、優れた耐力及び耐久性を発揮し得る固定式振動水柱型波力発電システム及びその構築方法を提供することができるので、その実用的価値は顕著である。また、本発明に係る発電方法によれば、自然に存在する海岸部の地形及び環境を利用して波力発電を合理的且つ効率的に実施することができる。このような波力発電方法は、環境負荷軽減や、自然保護等の観点より、極めて有益である。 The present invention is preferably applied to a fixed oscillating water column type wave power generation system in which a power generation device is operated by an air oscillating flow generated in an air chamber due to vibration of an oscillating water column. According to the present invention, it has a simple structure that can be adapted to the terrain and environment of many coastal areas, can reduce material costs, material costs, construction costs, etc., and has excellent strength and durability. Since the fixed oscillating water column type wave power generation system and its construction method can be provided, the practical value is remarkable. Moreover, according to the power generation method according to the present invention, wave power generation can be carried out rationally and efficiently by utilizing the terrain and environment of the coastal area that exist in nature. Such a wave power generation method is extremely useful from the viewpoints of reducing environmental load and protecting nature.
1 固定式振動水柱型波力発電システム
10 波浪エネルギー吸収装置
11 海洋側開口部
12 陸地側開口部
13 空気室
14 水柱
14a 水面
20 バッファタンク
30 発電室
31 空気タービン型発電装置
32 空気搬送ダクト
40 蓄電装置
W 海水
α 入波エネルギー
γ、λ 往復気流
DESCRIPTION OF
Claims (15)
一端が海面下において海洋に開口し、他端が陸地において開口した穴又は坑を沿岸の地盤又は岩盤に掘削又は削孔することにより形成され、前記穴又は坑内の海水面の上下動により空気圧が変動する空気室を前記海水面の上方域に画成する波浪エネルギー吸収装置と、
前記穴又は坑の陸地側開口部に連結され、前記空気室の圧力変動により発生する往復気流の微細な圧力変動を緩和するバッファタンクと、
前記往復気流がバッファタンクを介して供給され、該往復気流によって作動して発電する発電装置とを有することを特徴とする固定式振動水柱型波力発電システム。 In the fixed oscillating water column type wave power generation system that operates the power generation device by the vibration flow of the air generated by the vertical movement of the seawater surface,
It is formed by excavating or drilling a hole or mine whose one end opens to the ocean below the sea surface and the other end opens on the land to the coastal ground or rock, and the air pressure is increased by the vertical movement of the sea surface in the hole or mine. A wave energy absorber that defines a fluctuating air chamber above the sea level; and
A buffer tank that is connected to the opening on the land side of the hole or mine and relaxes fine pressure fluctuations of the reciprocating airflow generated by pressure fluctuations of the air chamber;
A fixed oscillating water column type wave power generation system comprising: a power generation device that generates electric power by operating the reciprocating air flow through a buffer tank and operating by the reciprocating airflow.
一端が海面下において海洋に開口し、他端が陸地において開口する穴又は坑を沿岸の地盤又は岩盤に掘削又は削孔して、前記穴又は坑内の海水面の上下動により空気圧が変動する空気室を該海水面の上方域に画成する波浪エネルギー吸収装置を形成し、
前記空気室の圧力変動により発生する往復気流の微細な圧力変動を緩和するバッファタンクを前記穴又は坑の陸地側開口部に連結し、
該往復気流によって作動して発電する発電装置を陸地側において前記バッファタンクに連結することを特徴とする固定式振動水柱型波力発電システムの構築方法。 In the construction method of the fixed oscillating water column type wave power generation system that operates the power generation device by the air vibration flow generated by the vertical movement of the seawater surface,
Air whose fluctuating air pressure is caused by vertical movement of the hole or the sea level in the borehole or pit by drilling or drilling a hole or pit with one end opened to the ocean below the sea surface and the other end opened to the land. Forming a wave energy absorber defining a chamber above the sea level,
A buffer tank that relieves minute pressure fluctuations of the reciprocating airflow generated by pressure fluctuations in the air chamber is connected to the hole or the land side opening of the pit,
A construction method of a fixed oscillating water column type wave power generation system, characterized in that a power generation device that operates by the reciprocating airflow is connected to the buffer tank on the land side.
一端が海面下において海洋に開口し、他端が陸地において開口した穴又は坑を沿岸の地盤又は岩盤に掘削又は削孔することにより形成した波浪エネルギー吸収装置を使用して、前記穴又は坑内の海水面の上下動により前記波浪エネルギー吸収装置の空気室内に発生する空気圧の変動により往復気流を発生させ、
陸地側に設置したバッファタンク内に前記往復気流を供給して、前記空気室の圧力変動により発生する往復気流の微細な圧力変動を緩和し、
前記バッファタンクに供給された前記往復気流を該バッファタンクから発電装置に供給し、前記往復気流により前記発電装置を作動して発電することを特徴とする発電方法。 In a power generation method using a fixed oscillating water column wave power generation system in which a power generation device is operated by an air vibration flow generated by vertical movement of the sea surface,
Using a wave energy absorber formed by drilling or drilling a hole or mine with one end open to the ocean below the sea level and the other end opened to land, to the coastal ground or rock, A reciprocating airflow is generated by a change in air pressure generated in the air chamber of the wave energy absorption device by the vertical movement of the seawater surface,
Supplying the reciprocating airflow into a buffer tank installed on the land side, relieving fine pressure fluctuations of the reciprocating airflow generated by pressure fluctuations in the air chamber,
A power generation method characterized in that the reciprocating air flow supplied to the buffer tank is supplied from the buffer tank to a power generation device, and the power generation device is operated by the reciprocating air current to generate power.
An air chamber is formed in the ocean side portion of the wave energy absorbing device that extends from the ocean side opening of the hole or pit into the ground or rock and has an enlarged cross section, and a wave energy absorbing device having a relatively reduced cross section. 12. The marine side portion is communicated with the buffer tank via a land side portion, and a reciprocating airflow generated by pressure variation in the air chamber is supplied from the land side portion to the buffer tank. The power generation method according to any one of 14.
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