JP2013044318A

JP2013044318A - 海洋エネルギー発電システム及び方法

Info

Publication number: JP2013044318A
Application number: JP2011184877A
Authority: JP
Inventors: Yujiro Nakatani; 祐二郎中谷; Motoji Tsubota; 基司坪田; Akira Tanaka; 明田中; Yoshihiro Hyodo; 義浩兵藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2013-03-04

Abstract

【課題】発電の主要施設が陸上に設置される海洋エネルギー発電技術を提供することを目的とする。
【解決手段】海洋エネルギー発電システム１０は、海洋３０の流体エネルギーを回転エネルギーに変換する水車１１と、前記回転エネルギーを圧力エネルギーに変換するポンプ１２と、前記圧力エネルギーが付与された作動流体を陸上の発電部１８に導く第１管路２１と、発電部１８でエネルギーを消費した作動流体をポンプ１２に戻す第２管路２２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、海洋の流体エネルギーを電気エネルギーに変換する海洋エネルギー発電技術に関する。

海流や潮流といった海洋の流体エネルギーを利用する発電技術として、この流体エネルギーを水車の回転エネルギーに変換してから発電する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３）。また、潮流や海流を利用して発電し、海洋で水素を製造する方法も提案されている（例えば、特許文献４）。

特開２００９−１７４３８８号公報特開２００９−１２１２４１号公報特開２００５−３５１２０１号公報特開２００３−７２６７５号公報

しかし、前記提案では、回転エネルギーを電気エネルギーに変換するための発電機が海洋に設置されている。このために、発生した電気を昇圧する変圧器も海洋に設置する必要があり、送電線も海底に設置する必要がある。
このように、発電の主要施設が海洋に設置されていると、漏電を防止するためにこれら施設は、耐食性や水密性を特別に配慮した設計にする必要がある。さらに、これら施設が海洋に設置された後は、陸上に設置された場合と比較して、アクセスやメンテナンスが困難である。また、海洋で水素を製造する場合にあっては、水素を貯蔵したり輸送したりするためのコストが余計にかかってしまう。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、発電の主要施設が陸上に設置される海洋エネルギー発電技術を提供することを目的とする。

海洋エネルギー発電システムにおいて、海洋の流体エネルギーを回転エネルギーに変換する水車と、前記回転エネルギーを圧力エネルギーに変換するポンプと、前記圧力エネルギーが付与された作動流体を陸上の発電部に導く第１管路と、前記発電部でエネルギーを消費した前記作動流体を前記ポンプに戻す第２管路と、を備えることを特徴とする。

本発明により、発電の主要施設が陸上に設置される海洋エネルギー発電技術が提供される。

本発明に係る海洋エネルギー発電システムの第１実施形態を示す概要図。本発明に係る海洋エネルギー発電システムの第２実施形態を示す概要図。本発明に係る海洋エネルギー発電システムの第３実施形態を示す概要図。本発明に係る海洋エネルギー発電システムの第４実施形態を示す概要図。本発明に係る海洋エネルギー発電システムの第５実施形態を示す概要図。（Ａ）は蓄圧状態にあるアキュムレータの概要図、（Ｂ）は放圧状態にあるアキュムレータの概要図。本発明に係る海洋エネルギー発電システムの第６実施形態を示す概要図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように第１実施形態の海洋エネルギー発電システム１０は、海洋３０の流体エネルギーを回転エネルギーに変換する水車１１と、前記回転エネルギーを圧力エネルギーに変換するポンプ１２と、前記圧力エネルギーが付与された作動流体を陸上の発電部１８に導く第１管路２１と、発電部１８でエネルギーを消費した作動流体をポンプ１２に戻す第２管路２２と、を備える。

水車１１は、翼を海流や潮流３１により回転運動させて、海洋３０の流体エネルギーを回転エネルギーに変換するものである。
ポンプ１２は、第２管路２２から供給される作動流体に対し、回転エネルギーから変換された圧力エネルギーを付与するものである。具体的なポンプとしては、ギヤポンプ、ベーンポンプ、ねじポンプ等の回転式のものが採用されるが、往復式のものを採用することもできる。

第１管路２１は、圧力エネルギーが付与された作動流体を、ポンプ１２から陸上の発電部１８に導くものである。
作動流体は、水、油、海水等の非圧縮性流体が好適に用いられるが、空気等の圧縮性流体を用いることもできる。
なお、第１実施形態において、水車１１及びポンプ１２は、海底に固定されている。

発電部１８は、作動流体を高速で噴出させて回転体を回転させるタービン１４と、このタービン１４の回転エネルギーを電気エネルギーに変換させる発電機１５と、この発電機１５で発生した電力を昇圧して送電線１７に送出する変圧器１６と、から構成されている。
この発電部１８でエネルギーが消費された作動流体は、第２管路２２によりポンプ１２に戻されて、再び圧力エネルギーが付与されることになる。

（第２実施形態）
図２に示すように第２実施形態の海洋エネルギー発電システム１０において、第２管路２２は、海洋３０中で分断され、作動流体である海水を海洋３０に排出する排出口２３と、海洋３０から海水を作動流体として取水する取水口２４と、を有する。
なお、図２において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

発電部１８の側に分断された第２管路２２ａに設けられる排出口２３は、海洋３０に開放されている。またポンプ１２の側に分断された第２管路２２ｂには、取り込んだ海水を濾過するフィルタ２５が設けられ、取水口２４は海洋３０に開放されている。
これにより第２実施形態では、作動流体（海水）のメンテナンスが不要となる効果が得られる。

（第３実施形態）
図３に示すように第３実施形態の海洋エネルギー発電システム１０における水車１１は、海底に固定されたアンカー２６に係留索１３で係留されている。
また、ポンプ１２及びこのポンプ１２に接続する第１管路２１及び第２管路２２も水車１１と共に係留索１３で係留されることとなる。
なお、図３において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

第３実施形態は、海底深度が深い場合等、海底に水車１１を固定設置することが困難な場合に好適な方法である。
また、第２管路２２は、図示されるような連続体に限定されるものでなく、図２の第２管路２２ａ，２２ｂのように分断したものを採用することも可能である。

（第４実施形態）
図４に示すように第４実施形態の海洋エネルギー発電システム１０における発電部１８は、第１管路２１に導かれた作動流体の位置エネルギーを蓄える第１貯留槽３２と、この作動流体の位置エネルギーを運動エネルギーに変換させる流導路２７と、を有している。
なお、図４において図２と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

第１貯留槽３２は、タービン１４及び海面よりも高い位置に設けられている。作動流体は、水車１１及びポンプ１２の動力により第１管路２１を上昇し、第１貯留槽３２に位置エネルギーを蓄える。
流導路２７は、その両端がそれぞれ第１貯留槽３２及びタービン１４に接続されており、経路に開閉弁（図示略）が設けられている。そして、第１貯留槽３２に作動流体が満たされている状態でこの開閉弁（図示略）を開状態にすると、この作動流体の自由落下により、その位置エネルギーが運動エネルギーに変換される。
そして、運動エネルギーが発電により消費された後の作動流体は、第２管路２２により、海洋３０（ポンプ１２）に戻される。

第４実施形態は、潮流３１の流体エネルギーや電力需要のバランスが一定でない場合等において、電力の供給バランスを最適化するのに好適な方法である。
なお、水車１１は、図示されるような固定方式に限定されるものでなく、図３のように係留方式を採用することも可能である。

（第５実施形態）
図５に示すように第５実施形態の海洋エネルギー発電システム１０における発電部１８は、エネルギーを消費した作動流体を貯留する第２貯留槽３３を有し、第２管路２２はこの第２貯留槽３３に接続されている。
なお、図５において図４と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

エネルギーを消費してタービン１４から排出される作動流体は、ドレン管２８により第２貯留槽３３に貯留される。そしてこの第２貯留槽３３に貯留された作動流体は、第２管路２２によってポンプ１２に導かれ再加圧される。

第５実施形態は、作動流体として、海水以外の真水や油を用いることができる点において好適な方法である。
なお、水車１１は、図示されるような固定方式に限定されるものでなく、図３のように係留方式を採用することも可能である。

図６は、第１管路２１に設けられるアキュムレータ４１の概要図である。アキュムレータ４１は、三方ジョイント４２を介して第１管路２１の任意の位置に設けられている。
図６（Ａ）に示すように、第１管路２１の内圧が高い場合は、アキュムレータ４１は、過剰な作動流体を蓄積して蓄圧状態となる。そして、図６（Ｂ）に示すように、第１管路２１の内圧が低い場合は、アキュムレータ４１は蓄積している作動流体を放出して放圧状態となる。
これにより、ポンプ１２の脈動や、第１管路２１の圧力衝撃を緩和して、作動流体の圧力を一定にすることができる。

（第６実施形態）
図７に示すように第６実施形態の海洋エネルギー発電システムは、第１管路２１及び第２管路２２に複数の水車１１が接続されている。
なお、図７において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。また、複数の水車が並列に接続されている例が図示されているが、これらを直列に接続してもよい。

これにより、第１管路２１に送出される作動流体の圧力エネルギーを増大させることができる。さらに、陸上に設けられる発電部１８を大規模化することができ、発電を高効率化することができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の海洋エネルギー発電システムによれば、海洋３０に発電機１５、変圧器１６及び送電線等を設置する必要がないといった特徴を持つ。これにより、機器の耐食性、メンテナンス性、アクセスを向上させることが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、各々組み合わせて実施すること、またその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…海洋エネルギー発電システム、１１…水車、１２…ポンプ、１３…係留索、１４…タービン、１５…発電機、１６…変圧器、１７…送電線、１８…発電部、２１…第１管路、２２（２２ａ，２２ｂ）…第２管路、２３…排出口、２４…取水口、２５…フィルタ、２６…アンカー、２７…流導路、２８…ドレン管、３０…海洋、３１…潮流、３２…第１貯留槽、３３…第２貯留槽、４１…アキュムレータ、４２…三方ジョイント。

Claims

海洋の流体エネルギーを回転エネルギーに変換する水車と、
前記回転エネルギーを圧力エネルギーに変換するポンプと、
前記圧力エネルギーが付与された作動流体を陸上の発電部に導く第１管路と、
前記発電部でエネルギーを消費した前記作動流体を前記ポンプに戻す第２管路と、を備えることを特徴とする海洋エネルギー発電システム。
請求項１に記載の海洋エネルギー発電システムにおいて、
前記第２管路は、前記海洋中で分断され、
前記作動流体である海水を前記海洋に排出する排出口と、
前記海洋から海水を前記作動流体として取水する取水口と、を有することを特徴とする海洋エネルギー発電システム。
請求項１又は請求項２に記載の海洋エネルギー発電システムにおいて、
前記水車は、海底に固定されたアンカーに係留索で係留されていることを特徴とする海洋エネルギー発電システム。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の海洋エネルギー発電システムにおいて、
前記発電部は、前記第１管路に導かれた前記作動流体の位置エネルギーを蓄える第１貯留槽と、前記作動流体の位置エネルギーを運動エネルギーに変換させる流導路と、を有することを特徴とする海洋エネルギー発電システム。
請求項４に記載の海洋エネルギー発電システムにおいて、
前記発電部は、エネルギーを消費した前記作動流体を貯留する第２貯留槽を有し、
前記第２管路は、前記第２貯留槽に接続されることを特徴とする海洋エネルギー発電システム。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の海洋エネルギー発電システムにおいて、
前記第１管路にアキュムレータが設けられていることを特徴とする海洋エネルギー発電システム。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の海洋エネルギー発電システムにおいて、
前記第１管路及び前記第２管路に複数の前記水車が接続されることを特徴とする海洋エネルギー発電システム。
海洋の流体エネルギーを回転エネルギーに変換する工程と、
前記回転エネルギーを圧力エネルギーに変換する工程と、
前記圧力エネルギーが付与された作動流体を陸上の発電部に導く工程と、
前記発電部でエネルギーを消費した前記作動流体に前記圧力エネルギーを付与する工程と、を含むことを特徴とする海洋エネルギー発電方法。