JP2013199257A

JP2013199257A - 洋上プラットホームによる電力生産システム

Info

Publication number: JP2013199257A
Application number: JP2012091410A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kubota; 博窪田; Mineko Uchida; 峰子内田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2013-10-03

Abstract

【課題】個々の風力発電装置を洋上で据付や保守工事することなく、陸湾岸において造船する如く洋上プラットホームを建造すると共に、風力発電装置などを据付け完工後、洋上プラットホームを曳航、又は帆と推進装置などと協同して目的の海域へ自航して留めることができる電力生産システムを提供する。
【解決手段】陸湾岸で造船の如くプラットホームを建造すると共に、多数の風力発電装置１１〜18を据付完工し目的海域にプラットホームごと設置する。減揺装置を備えた大規模なプラットホーム故に保守工事も陸上で作業すると同等な環境であり、海洋気象条件に左右され難い。よって稼働効率の大幅な向上が期待できる。また本システムを規格化して大量生産するとコストダウンが期待できる。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、海洋を利用する洋上プラットホームによる電力生産システムに関するものである。

従来、洋上では風力発電が実用化されているが、陸岸に近接する水深の浅い海域に着底してタワーを固定するか、多少水深の深い海域に浮揚して係留するタワーを設け、タワーに風力発電部を取付けて（以下タワーと風力発電部を含め風力発電装置と云う）電力を生産する。風力発電装置を洋上に多数配置して洋上電力ファームを形成し電力生産を行っている。
特開２００１−５９４７２、特開２００５−０４１２５３

発明が解決しようとする課題

本発明は、個々の風力発電装置を洋上で据付や保守工事することなく、陸湾岸において造船する如く洋上プラットホームを建造すると共に、風力発電装置などを据付け完工後、洋上プラットホームを曳航、又は帆と推進装置などと協同して目的の海域へ自航して留める。従って大幅な完成日時の短縮が期待できる。

課題を解決するための手段

本発明をイメージし易くするため数値概要を例示する。洋上プラットホームは例えば１Ｋｍ正方形の上部甲板を設け、それに内接する円柱の浮揚部で上部甲板を支え、甲板上に風力発電装置を碁盤目状に多数配置して電力生産する。
タワー高さ６０ｍ、３枚羽根風車直径８０ｍ、風力発電装置の生産電力２０００ｋｗ／台、風力発電装置の配置間隔１２０ｍ碁盤目状、上部甲板１Ｋｍ正方形、洋上プラットホームに配置する風力発電装置の最大数６４台（８行ｘ８列）、風力発電装置の合計最大生産電力１２８０００ｋｗを想定する。
この様な洋上プラットホームでは上部甲板の中央部などに風力発電装置１つを設置せず、その空間に下部浮揚部と結ぶエレベータを設け、保守のためのクレーン車を昇降させ、風力発電装置を下部浮揚部空間に収納し保守工事を行う。
また必要な空間を確保してヘリポートなども設置できる。洋上プラットホームが減揺装置を備える場合、少々の悪天候でも陸上と同等の保守工事が可能となり、個々の風力発電装置を洋上に配置し保守工事を行うに比べて、大幅な稼動効率の向上が期待できる。

請求項１において、洋上プラットホームに備える発電装置は、太陽光発電、太陽熱発電でもよいが、これらの発電は昼間且つ晴天の条件が避けられない。風力発電装置は昼夜区別なく、洋上では一定以上の風速が得られ易く稼動効率の観点から実用性が高い。
洋上プラットホームが波浪による動揺を抑制する減揺装置を備えると、風力発電装置が所定以上に傾き歯車等の損耗を避け得る。かくして、より風速の得易い沖合に係留又は定置自航させて電力生産を行うことができる。

請求項２は、風速を求める洋上プラットホームは不可避的に波浪による動揺が生じる。ならば、この動揺を抑制する減揺装置でも電力生産の一翼を担わせる発想に基づく発明である。この生産電力を蓄電して洋上プラットホームの制御などに関わる内部電力が賄えるなら、風力発電装置の生産電力が有効活用できる。

風力発電装置の風車回転面は風向に対して常に直角になるよう風力発電装置に備えたヨー駆動機構によって制御される。
請求項３は、洋上プラットホーム上に配置した風力発電装置の風車回転面をヨー駆動機構の制御にのみ委ねると、風力発電装置の風車回転面が各々真後になることも有り得る。過密な碁盤目に配置した状況では風力発電装置の風車回転面が４５度方向から風を受ける如く、洋上プラットホーム上の上部甲板又は洋上プラットホーム自体を回転させる。
これは風力発電装置を個々に洋上へ配置する場合、充分な間隔をとって風流の乱れを防ぐ配置が可能であるが、本発明の如く風力発電装置を過密な状態で配置した場合、風力発電装置の風車回転面が各々真後になる状態にヨー駆動機構が制御すると、後の風力発電装置ほど発電効率が低下する恐れがある。これを防止する発明であり、ヨー駆動機構は短期的な風向の変化に追従するために用いる。

請求項４は、洋上プラットホームで生産した電力を船舶に設置した蓄電池に充電し、電力を運搬することを想定した発明である。生産した電力を商用電力、又は自家発電電力として利用しない限り何ら効用が生じない。
洋上プラットホームの設置場所によっては送電線で生産電力を送電することも可能であるし、将来的には無線送電も夢ではないが、本邦設置海域に鑑み現状では最も運搬効率がよく実用性を考慮したものである。
これは電力が不足する電力管内に急遽運搬できる利点をも有する。

発明の実施の形態を実施例に基づき、図面の図１及び図２を参照して請求項１から請求項４の全貌を説明する。
図１は洋上プラットホームを上部から見た図である。図示する０１は洋上プラットホームの上部甲板、０２は上部甲板を支える下部浮揚部であり、例えば図の如く正方形と円柱とする。０３は請求項４に関わる蓄電し運搬する手段としての船舶であり、０４は洋上プラットホームによる生産電力を蓄電するための送電ケーブルである。０５は風向であり、１１〜１８・・・・８１〜８８は碁盤目状に配置した風力発電装置ある。これは請求項３に関わる風車回転面が風向に対して直角となる如く、洋上プラットホームの上部甲板又は洋上プラットホーム自体を回転させる。図１は風車回転面が４５度に揃った状態を示す。
これは前述の数値概要の例示において、碁盤目状配置間隔が１２０ｍ、すなわち風車回転直径８０ｍの１．５倍間隔に対し、４５度にすると１２０ｘ１．４＝１６８ｍ、約２倍の配置間隔が得られることになる。

図２は洋上プラットホームの側面から見た図である。図示する０１は洋上プラットホームの上部甲板、０２は上部甲板を支える下部浮揚部である。０３は蓄電し運搬する手段としての船舶であり、０４は洋上プラットホームによる生産電力を蓄電するための送電ケーブルである。この送電ケーブルは海上給油の実績を考えれば容易に実現できる。８１〜８８は風力発電装置である。
０７は海底であり、０８は海面である。０６ａと０６ｂは洋上プラットホームの推進装置である。洋上プラットホーム自体の回転は例えば０６ａを前進推進させ、０６ｂを後進推進させることで可能となる。

請求項１に関する実施例を図面の図３を参照して説明する。図示する０１は洋上プラットホームの上部甲板、０２は上部甲板を支える下部浮揚部である。０３と０４は海水を注入又は排出する密閉空間である。円柱周辺部に仕切りを用いて適切な個数を設ける。５は圧縮空気を蓄える圧縮機と圧搾空気タンクであり、５ａと５ｂは０３と０４の密閉空間の海水を排出する配管である。
さて、洋上プラットホームが図示する如く傾いた場合、０３密閉空間の底部を開き海水を注入し、０４密閉空間の底部を開き５ｂを通じて圧縮空気を送り海水を排出する如く動作させる。かくして海水の重量バランスを適切に制御し動揺を抑制する減揺装置として機能する。

請求項２に関する実施例を図面の図４を参照して説明する。図４は洋上プラットホームの下部浮揚部内の空間に設置され、例えば海水を注入又は排出する下部浮揚部の円柱周辺を仕切り適切に配置した密閉空間毎に存在する。
図示する０３は図２の０３に対応する密閉空間であり、５は圧縮機と圧搾空気タンクであり、５は一つであっても差支えない。５ａは０３密閉空間の海水を注入又は排出する配管に対応する。５ａ配管の内部には図示する弁６ａと６ｂが設けられる。
さて、０３密閉空間に海水を注入する場合、０３密閉空間部の底部に設けた弁６ｃと弁６ａが開き、弁６ｂが閉じる。海水の注入に伴い０３密閉空間の空気は開いた弁６ａを通じて開放空間に放出され、現在の海水面９ａが海水面９ｂまで注入される。
この時の空気流が配管の内部に設けた回転翼７を回転させる。７回転翼と一体の回転軸７ｂと連結する発電機７ａを駆動して発電する。
０３密閉空間の海水を排出する場合、弁６ａが閉じ、弁６ｂと弁６ｃが開き、高圧の圧搾空気が０３密閉空間に流入し海水を押し出す。この時の空気流が配管の内部に設けた回転翼７を回転させる。７回転翼と一体の回転軸７ｂと連結する発電機７ａを駆動して発電する。
かくして密閉空間に海水を注入又は排出して波浪による動揺を抑制する減揺装置においても電力生産が行い得る。

請求項３に関しては前述の図１と図２を参照して説明した通り、洋上プラットホームの上部甲板又は洋上プラットホーム自体を回転させ、風車回転面を４５度に保つなら風力発電装置の実効配置間隔が対角線となり１．４倍となる。これにより全風力発電装置の発電効率向上が期待できる。
上部甲板の回転機構は機関車や自動車を方向転換する装置を大型化したものと考えれば容易に実現できる。洋上プラットホーム自体の回転は前述の通り、例えば複数の推進力の前進、後進を利用して行う。

請求項４に関しても前述の図１と図２を参照して説明した通り、船舶に蓄電池を搭載し運搬する場合、洋上プラットホームに設置した風力発電装置よる生産電力は通常では交流である。従って蓄電するには交流から直流の変換手段を介して蓄電し、蓄電した電力を再度直流から交流に変換する手段を介して商用電力網に接続する。
この様な直交変換手段及び交直変換手段は半導体技術により容易に実現できる。

以上説明した請求項１から請求項３に関わる実施例の説明では、洋上プラットホームは上部甲板を正方形としたが、長方形や円でも差し支えない。
上部甲板を支える下部浮揚部は正方形に内接する１つの円柱としたが、複数の円柱、箱形、双胴船型、複数の船型など上部甲板と設置した風力発電装置の重量を支え、且つ洋上に浮揚するものであればよい。
この形状は曳航又は自航し易く、製作コスト的な要因に委ねられる。

請求項３に関しては洋上プラットホームの上部甲板が全風力発電装置を設置したまま風に向い回転する如く説明をしたが、複数の風力発電装置毎に分割して回転させてもよい。
洋上プラットホームの下部浮揚部が上記の様々な形状でも、自航する推進装置を有する時は、複数の推進装置の推進方向を変えて洋上プラットホーム自体を回転させることが可能である。
いすれにしろ、この回転は昼夜など長時間の緩やかな風向の変化に対応し、短時間の早い風向の変化は風力発電装置のヨー駆動機能により対応する。

陸湾岸において洋上プラットホームと風力発電装置を据付け完工後、曳航又は帆と推進装置と協同して目的海域に設置する。
洋上プラットホームを目的海域に到達した場合、錨その他係留手段で設置できるが、海底に日光が到達しない問題が生じる。
洋上プラットホームが自航する場合、定置自航させ例えば一カ月程度の期間で設置位置を移動させると日光の問題が解決できる。

洋上プラットホームを設置する目的海域によっては送電線を用いて商用電力網と接続できるが、漁業権の問題が発生する可能性が大である。
蓄電し運搬する手段は、運搬エネルギーを考慮するとエネルギー利用効率は劣るが、沖合の広い海域が活用でき漁業権の問題を回避し易い。従って規格化した大量の洋上プラットホームを建造し、量産効果のコストダウンが期待できる。

本発明の洋上プラットホームによる電力生産システムは、再生可能エネルギーにより地球環境を守る世界的な要望が激しい今日的な状況である。
特に原子力発電の致命的な危険性が判明した今、本発明は可及的速やかな実用化が望まれる状況にある。
日本造船業の衰退を目の当たりにするが、本システムが実用に至ると造船業、電力業、電機・電子業など一大産業を勃興させるに足りると考えられる。

は洋上プラットホームの上部から見た図である。［符号の説明］０１は洋上プラットホームの上部甲板であり、０２は上部甲板を支える下部浮揚部である。０３は船舶であり、０４は生産電力を蓄電するための送電ケーブルである。０５は風が吹く方向である。１１〜１８、２１〜２８、３１〜３８、４１〜４８、５１〜５８、６１〜６８、７１〜７８、８１〜８８は洋上プラットホームの上部甲板に碁盤目状に配置した風力発電装置であり、各風車回転面が４５度方向に揃った状態を示す。は洋上プラットホームの側面から見た図である。［符号の説明］０１は洋上プラットホームの上部甲板であり、０２は上部甲板を支える下部浮揚部である。０６ａと０６ｂは洋上プラットホームの推進装置である。０３は船舶であり、０４は生産電力を蓄電するための送電ケーブルである。０７は海底であり、０８は海面である。８１〜８８は風力発電装置である。は減揺装置である。［符号の説明］０１は洋上プラットホームの上部甲板であり、０２は上部甲板を支える下部浮揚部である。０３と０４は海水を注入又は排出する密閉空間である。５は圧縮空気を蓄える圧縮機と圧搾空気タンクであり、５ａと５ｂは０３と０４の密閉空間の海水を排出する配管である。０８は海面である。は減揺装置による発電機構である。［符号の説明］０３は海水を注入又は排出する密閉空間であり、５は圧縮空気を蓄える圧縮機と圧搾空気タンクである。５ａは０３密閉空間の海水を注入又は排出する配管である。６ａ、６ｂ、６ｃは０３密閉空間の海水を注入又は排出する時に開閉する弁である。７は５ａ配管の内部に設けられた回転翼であり、７ｂは７回転翼と一体の回転軸であり、７ａは回転軸と連結する発電機である。９ａは０３密閉空間に海水注入前の海水面であり、９ｂは海水注入後の海水面である。

Claims

電力の発電装置を備える洋上プラットホームにおいて、該洋上プラットホームは波浪による動揺を抑制する減揺装置を備えて成る洋上プラットホームによる電力生産システム。
前記減揺装置は、前記洋上プラットホームの周辺部が密閉空間であり、波浪で持ち上がる側の該密閉空間に海水を注入し、反対側の該密閉空間に注入している海水を排出する手段を備え、該注入排出手段による排出時又は注入時に回転翼を回転させ、該回転翼の軸に連結する発電機を有することを特徴とする請求項１の洋上プラットホームによる電力生産システム。
前記洋上プラットホームに備える発電装置が風力発電である場合、該洋上プラットホームは上部甲板部と該甲板部を支える下部浮揚部から構成されている時は、該甲板部に設置した上記風力発電装置の風車が風向に対し直角方向に上記甲板部が回転する、あるいは上記洋上プラットホームの上記甲板部と上記浮揚部が一体構造により構成されている時は、上記風力発電装置の風車が風向に対し直角方向となる如く、上記洋上プラットホーム自体が回転することを特徴とする請求項１又は請求項２の洋上プラットホームによる電力生産システム。
前記洋上プラットホームによる生産した電力を直流に変換する手段と、該手段で得られた直流を蓄電して運搬する手段と、該蓄電し運搬した電力を交流に変換する手段とを有し、該交流に変換する手段を介し商用電力網に接続することを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３の洋上プラットホームによる電力生産システム。