JP2014214601A

JP2014214601A - 海流発電装置

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Publication number: JP2014214601A
Application number: JP2013089437A
Authority: JP
Inventors: 典久半田; Norihisa Handa; 茂樹長屋; Shigeki Nagaya
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2014-11-17
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: JP6132088B2

Abstract

【課題】装置構成や制御系をシンプルなものとしたうえで、一対のタービンを含む装置本体の姿勢を確実に制御することが可能な海流発電装置を提供する。
【解決手段】双発の水中浮遊式発電装置であって、タービン３を有する一対のポッド４，４及びポッド４，４同士を並列に連結する連結ビーム５を具備した装置本体２と、シンカー９と、シンカー９を介して装置本体２を海底に係留する２本の係留索６，６を備え、一対のポッド４，４には、係留索６，６の連結位置を変更して装置本体２の姿勢を制御する連結位置調整機構１０が設けてある。連結位置調整機構１０は、一対のポッド４，４に軸心方向に沿ってそれぞれ固定されるヨー方向及びピッチ方向の位置調整用ガイドレール１１，１１と、位置調整用ガイドレール１１，１１に沿って往復移動可能にそれぞれ設けられて係留索６，６が連結されるスライダ１２，１２を具備している。
【選択図】図２

Description

本発明は、海流（潮流）を受けて回転するタービンを有する発電部を備えた浮上及び沈降可能な水中浮遊式の海流発電装置に関するものである。

近年、海流（潮流）等の海水の流れを利用して発電を行う海流発電装置が開発されている。
このような海水の流れを利用して発電を行う海流発電装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものがあり、この海流発電装置は、いわゆる双発の水中浮遊式発電装置であって、海流を受けて回転する水平軸型のタービンを有する一対の発電部同士を連結ビームにより並列に連結して成っている。

この双発水中係留式の海流発電装置は、連結ビームにより連結された一対の発電部を深度制御用の浮力付与支柱及び３本の係留ケーブルを介して海底に係留するようになっており、浮力付与支柱に配置される長さ制御部によって、浮力付与支柱と海底とを結ぶ３本の係留ケーブルのうちの少なくとも１本の係留ケーブルの長さをコントロールすることで、一対の発電部の深度や姿勢を制御するようになっている。

特表2010-531956号

上記したような水中浮遊式の海流発電装置は、海中において発電を行う都合上、装置構成や制御系を可能な限りシンプルにすることが求められる。
しかしながら、一対の発電部を浮力付与支柱及び３本の係留ケーブルを介して海底に係留するようにした上述の海流発電装置にあっては、その装置構成や姿勢を変更する姿勢制御系がシンプルであるとは言い難く、これを解決することが従来の課題となっている。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、装置構成や制御系をシンプルなものとしたうえで、一対のタービンを含む装置本体の姿勢制御を確実に行うことが可能である海流発電装置を提供することを目的としている。

上記した目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明では、海流を受けて回転する水平軸型のタービン及び該タービンの回転により発電する発電機を具備して、互いに並列に連結される一対のポッドと、海底に設置したシンカーと、前記シンカーを介して前記一対のポッドを海底に係留する２本の係留索を備えた双発水中係留式の海流発電装置において、前記２本の係留索は、前記一対のポッドにそれぞれ連結され、前記ポッド又は前記シンカーには、前記係留索の連結位置を変更して前記一対のポッドの姿勢を制御する連結位置調整機構と、前記係留索の長さ寸法を変化させて前記一対のポッドの姿勢を制御する係留索長さ調整機構との少なくともいずれか一方の機構を設けた構成としたことを特徴としており、この構成の海流発電装置を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

ここで、海流を受けて回転する水平軸型のタービンには、直径数十ｍのものが用いられ、このタービンの回転により発電する発電機は、水深数十ｍの位置に浮遊するようにして海底に係留され、双発の水中浮遊式発電装置の場合、発電容量はおおよそ数ＭＷである。なお、この発電容量は仕様等の違いに応じて上下する。
そして、このような双発の水中浮遊式発電装置は、海中において発電ファームを形成するべく複数台並べて配置される。

本発明に係る海流発電装置の一対のポッドは、係留されて海水の流れに対向するようにして浮遊（海水の流れに対して平行（水平）に浮沈）する。つまり、一対のポッドのヨー方向の姿勢は、海水の流れにより決まるので、運用中において、本来、ヨー方向の姿勢制御はほとんど必要ない。
しかしながら、上記発電ファームでは、そのエリアの肥大化を防ぎつつ複数の一対のポッドを発電に適した間隔をもって配置する都合上、例えば、片側のタービンの故障や破損等により左右のタービン間に微妙なトルクのズレが生じたり、海流の流速分布が変化したりした場合には、隣接する一対のポッド同士が接近して接触することも起こり得ることから、この接触を回避するために、ヨー方向の姿勢制御が必要になる。

本発明に係る海流発電装置では、例え一対のポッドがヨー方向の回転（鉛直軸回りの回転）を始めたとしても、ポッド又はシンカーに設けられた連結位置調整機構（或いは係留索長さ調整機構）を作動させることで、一対のポッドのヨー方向回転を抑え得ることとなり、その結果、発電ファームにおいて、隣接する一対のポッド同士が接近して接触する懸念を払拭し得ることとなる。

つまり、ポッド又はシンカーに対する係留索の連結位置を変更したり、ポッド又はシンカーにおいて係留索の長さ寸法を変化させたりするといった簡単な構成及び制御により、一対のポッドのヨー方向回転を確実に抑え得ることとなる。

本発明の請求項２に係る海流発電装置において、前記連結位置調整機構は、前記一対のポッドの少なくともいずれか一方に軸心方向に沿って固定されるヨー方向の位置調整用ガイドレールと、該位置調整用ガイドレールに沿って往復移動可能に設けられて前記係留索が連結されるスライダを具備している構成としている。

本発明の請求項２に係る海流発電装置では、一対のポッドがヨー方向の回転を始めたとしても、ヨー方向の位置調整用ガイドレール上において、この回転を止める方向のトルクを生じさせるべくスライダを移動させることで、一対のポッドのヨー方向回転を抑え得ることとなる、すなわち、簡単な構成及び制御により、一対のポッドのヨー方向回転を確実に抑え得ることとなる。

本発明の請求項３に係る海流発電装置において、前記連結位置調整機構は、前記一対のポッドに軸心方向に沿ってそれぞれ固定されるヨー方向及びピッチ方向の位置調整用ガイドレールと、これらの位置調整用ガイドレールに沿って往復移動可能にそれぞれ設けられて前記係留索が連結されるスライダを具備している構成としている。

本発明の請求項３に係る海流発電装置では、本発明の請求項２に係る海流発電装置と同様に、一対のポッドのヨー方向回転を抑え得るのに加えて、一対のポッドがピッチ方向の回転（水平軸回りの回転）を始めたとしても、一対のポッドの双方に配置したスライダをいずれもポッドの一端側（或いは他端側）に移動させることで、一対のポッドのピッチ方向回転を抑え得ることとなる、すなわち、簡単な構成及び制御により、一対のポッドのピッチ方向回転をも確実に抑え得ることとなる。

本発明の請求項４に係る海流発電装置において、前記連結位置調整機構は、前記一対のポッドの少なくともいずれか一方に鉛直方向に沿って固定されるロール方向の位置調整用ガイドレールと、該位置調整用ガイドレールに沿って往復移動可能に設けられて前記係留索が連結されるスライダを具備している構成としている。

本発明の請求項４に係る海流発電装置では、一対のポッドがロール方向の回転（ポッド間の軸心回りの回転）を始めたとしても、ロール方向の位置調整用ガイドレール上において、この回転を止める方向のトルクを生じさせるべくスライダを移動させることで、一対のポッドのロール方向回転を抑え得ることとなる、すなわち、簡単な構成及び制御により、一対のポッドのロール方向回転を確実に抑え得ることとなる。

本発明の請求項５に係る海流発電装置において、前記連結位置調整機構は、前記２本の係留索が連結される前記シンカーに少なくとも１本固定されるヨー方向の位置調整用ガイドレールと、該位置調整用ガイドレールに沿って往復移動可能に設けられて前記係留索が連結されるスライダを具備している構成としている。

本発明の請求項５に係る海流発電装置では、一対のポッドがヨー方向の回転を始めたとしても、シンカーに固定したヨー方向の位置調整用ガイドレール上において、この回転を止める方向のトルクを生じさせるべくスライダを移動させることで、一対のポッドのヨー方向回転を抑え得ることとなる、すなわち、簡単な構成及び制御により、一対のポッドのヨー方向回転を確実に抑え得ることとなる。

本発明の請求項６に係る海流発電装置は、前記一対のポッドの少なくともいずれか一方に配置される係留索巻き取り繰り出し機構を前記係留索長さ調整機構とした構成としている。

本発明の請求項６に係る海流発電装置では、一対のポッドがヨー方向の回転を始めたとしても、一対のポッドの少なくともいずれか一方に配置される係留索巻き取り繰り出し機構を動作させて、上記回転を止める方向のトルクを生じさせるべく係留索の巻き取り（或いは繰り出し）を行うことで、一対のポッドのヨー方向回転を抑え得ることとなる、すなわち、簡単な構成及び制御により、一対のポッドのヨー方向回転を確実に抑え得ることとなる。

本発明の請求項７に係る海流発電装置は、前記２本の係留索が連結される前記シンカーに配置されて、少なくともいずれか一方の係留索の巻き取り繰り出しを行う係留索巻き取り繰り出し機構を前記係留索長さ調整機構とした構成としている。

本発明の請求項７に係る海流発電装置では、一対のポッドがヨー方向の回転を始めたとしても、シンカーに配置される係留索巻き取り繰り出し機構を動作させて、上記回転を止める方向のトルクを生じさせるべく係留索の巻き取り（或いは繰り出し）を行うことで、一対のポッドのヨー方向回転を抑え得ることとなる、すなわち、簡単な構成及び制御により、一対のポッドのヨー方向回転を確実に抑え得ることとなる。

本発明の請求項８に係る海流発電装置は、前記連結位置調整機構の前記スライダに、前記係留索の巻き取り繰り出しを行う係留索巻き取り繰り出し機構が配置されている構成としている。

本発明の請求項８に係る海流発電装置では、例えば、一対のポッドがヨー方向及びロール方向の回転を始めたとしても、ロール方向の位置調整用ガイドレール上において、ロール方向回転を止めるべくスライダを移動させることで、一対のポッドのロール方向回転を抑え得ることとなり、この際、スライダに配置した係留索巻き取り繰り出し機構を動作させて、上記ヨー方向回転を止めるべく係留索の巻き取り（或いは繰り出し）を行うことで、一対のポッドのヨー方向回転をも抑え得ることとなる、すなわち、簡単な構成及び制御により、一対のポッドのヨー方向回転を確実に抑え得ることとなる。

本発明に係る海流発電装置では、装置構成や制御系をシンプルなものとしたうえで、一対のタービンを含む装置本体の姿勢を確実に制御することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施例による海流発電装置を示す全体斜視説明図である。図１に示した海流発電装置における装置本体の底面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。本発明の他の実施例による海流発電装置を示す図１Ｒ方向からの矢視説明図（ａ），連結位置調整機構の拡大説明図（ｂ）及び連結位置調整機構における他の構成例の部分拡大説明図（ｃ）である。本発明のさらに他の実施例による海流発電装置における装置本体の底面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。本発明のさらに他の実施例による海流発電装置におけるシンカーの平面説明図（ａ），（ｂ）である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本発明に係る海流発電装置の一実施例を示している。

図１に示すように、この海流発電装置１は、いわゆる双発の水中浮遊式発電装置であって、白抜き矢印で示す海流を受けて回転する水平軸型のタービン（回転軸が海水の流れに対して平行（水平）となる水平軸型のタービン）３を有する一対のポッド４，４及びこれらのポッド４，４同士を並列に連結する連結ビーム５を具備した装置本体２と、海底に設置したシンカー９と、このシンカー９を介して装置本体２を海底に係留する２本の係留索６，６を備えている。

タービン３は、海流の流れに沿う一対のポッド４，４の各下流側（図示左側）に配置されており、２本の係留索６，６は、装置本体２の一対のポッド４，４にそれぞれ連結され、シンカー９に対しては１本に纏められて連結されている。

一対のポッド４，４の各下流側端部には、増速機７介してタービンシャフト３ａと連結する発電機８がそれぞれ内蔵されており、これらのポッド４，４の各タービン３，３は、各々の回転トルクを相殺するべく互いに反対方向に回転する。また、一対のポッド４，４には、深度計や角度センサがそれぞれ内蔵されているほか、海中における発電時に深度の調整を行うためのバラストタンクがそれぞれ内蔵されており、このバラストタンクは、必要に応じて連結ビーム５内にも配置される。

この場合、装置本体２の一対のポッド４，４には、図２に示すように、係留索６，６の連結位置を変更して装置本体２の姿勢を制御する連結位置調整機構１０が設けてある。

この連結位置調整機構１０は、一対のポッド４，４に軸心方向に沿ってそれぞれ固定されるヨー方向及びピッチ方向の位置調整用ガイドレール１１，１１と、これらの位置調整用ガイドレール１１，１１に沿って往復移動可能にそれぞれ設けられて係留索６，６が連結されるスライダ１２，１２を具備している。

この連結位置調整機構１０では、例えば、左右のタービン３，３間に微妙なトルクのズレが生じて、装置本体２がヨー方向の回転を始めたとしても、位置調整用ガイドレール１１，１１上において、この回転を止める方向のトルクを生じさせるべくスライダ１２，１２を移動させることで、装置本体２のヨー方向回転を抑えるようにしている。

具体的には、図２（ａ）において装置本体２が時計回り方向に回転を始めた場合には、位置調整用ガイドレール１１，１１上において、スライダ１２，１２を一点鎖線で示す位置に移動させて、装置本体２に反時計回り方向のトルクを与えることで、装置本体２のヨー方向回転を抑え、一方、図２（ａ）において装置本体２が反時計回り方向に回転を始めた場合には、位置調整用ガイドレール１１，１１上において、スライダ１２，１２を二点鎖線で示す位置に移動させて、装置本体２に時計回り方向のトルクを与えることで、装置本体２のヨー方向回転を抑えるようにしている。

また、この連結位置調整機構１０では、例えば、海中における浅い層と深い層との各流速の違いにより、図２（ｂ）において装置本体２が重心Ｇを中心にして時計回り方向にピッチ方向回転を始めた場合には、スライダ１２，１２をいずれもポッド４，４の各一端側である一点鎖線で示す位置に移動させて、装置本体２に反時計回り方向のトルクを与えることで、装置本体２のピッチ方向回転を抑え、一方、図２（ｂ）において装置本体２が重心Ｇを中心にして反時計回り方向にピッチ回転を始めた場合には、ポッド４，４の各他端側である二点鎖線で示す位置に移動させて、装置本体２に時計回り方向のトルクを与えることで、装置本体２のピッチ方向回転を抑えるようにしている。

したがって、この海流発電装置１では、ポッド４，４に対する係留索６，６の連結位置を変更するといった簡単な構成及び制御により、装置本体２のヨー方向回転及びピッチ方向回転を確実に抑え得ることとなる。

なお、この実施例において、連結位置調整機構１０の位置調整用ガイドレール１１を一対のポッド４，４の双方に設置しているが、ピッチ方向の姿勢制御が必要でない場合には、位置調整用ガイドレール１１を一対のポッド４，４のいずれか一方にのみ設置するようにしてもよく、この場合には、構成及び制御がより一層シンプルなものとなる。

図３は本発明に係る海流発電装置の他の実施例を示している。
図３（ａ），（ｂ）に示すように、この海流発電装置１では、連結位置調整機構１０Ａが、一対のポッド４，４の双方に配置したスライダ１２，１２に鉛直方向に沿ってそれぞれ固定されるロール方向の位置調整用ガイドレール１３，１３と、これらの位置調整用ガイドレール１３，１３に沿って往復移動可能にそれぞれ設けられて耳金１４ａ，１４ａを介して係留索６，６が連結されるロール方向の位置調整用スライダ１４，１４を具備している構成を成しており、他の構成は、先の実施例に係る海流発電装置１と同じである。

この海流発電装置１の連結位置調整機構１０Ａでは、図３（ａ）において装置本体２が重心Ｇを中心にして時計回り方向にロール回転を始めた場合には、ロール方向の位置調整用ガイドレール１３，１３上において、ロール方向の位置調整用スライダ１４，１４のうちの図示左側のスライダ１４を上方に移動させると共に、図示右側のスライダ１４を下方に移動させることで、装置本体２のロール回転を抑え、一方、図３（ａ）において装置本体２が重心Ｇを中心にして反時計回り方向にロール回転を始めた場合には、図示左側のスライダ１４を下方に移動させると共に、図示右側のスライダ１４を上方に移動させることで、装置本体２のロール回転を抑えるようにしている。

この実施例において、連結位置調整機構１０Ａのスライダ１４に対して、耳金１４ａを介して係留索６を連結するようにしているが、図３（ｃ）に示すように、スライダ１４に、係留索６の巻き取り繰り出しを行う係留索巻き取り繰り出し機構１５を配置するようにしてもよく、この場合には、連結位置調整機構１０Ａによるヨー方向制御に比して制御代が大きなヨー方向制御を行い得ることとなる。

図４は本発明に係る海流発電装置のさらに他の実施例を示している。
図４（ａ），（ｂ）に示すように、この海流発電装置１では、装置本体２の一対のポッド４，４の双方に、係留索６，６の長さ寸法を変化させて装置本体２の姿勢を制御する係留索長さ調整機構としての係留索巻き取り繰り出し機構１５を設けた構成としている。

この実施例の海流発電装置１では、装置本体２がヨー方向の回転を始めたとしても、一対のポッド４，４のうちのいずれか一方の係留索巻き取り繰り出し機構１５に繰り出し動作を行わせると共に、いずれか他方の係留索巻き取り繰り出し機構１５に巻き取り動作を行わせることで、装置本体２のヨー方向回転を抑え得ることとなる、すなわち、簡単な構成及び制御により、装置本体２のヨー方向回転を確実に抑え得ることとなる。

なお、この実施例において、係留索巻き取り繰り出し機構１５を一対のポッド４，４の双方に設置しているが、係留索巻き取り繰り出し機構１５を一対のポッド４，４のいずれか一方にのみ設置するようにしてもよく、この場合には、構成及び制御がより一層シンプルなものとなる。

図５（ａ）は本発明に係る海流発電装置のさらに他の実施例を示している。
図５（ａ）に示すように、この海流発電装置１では、２本の係留索６，６が連結されるシンカー９に、係留索６，６の連結位置を変更して装置本体２の姿勢を制御する連結位置調整機構１０を設けており、この連結位置調整機構１０も、シンカー９に固定されるヨー方向の位置調整用ガイドレール１１，１１と、これらの位置調整用ガイドレール１１，１１に沿って往復移動可能にそれぞれ設けられて係留索６，６が連結されるスライダ１２，１２を具備している。

この実施例による海流発電装置１では、シンカー９に固定したヨー方向の位置調整用ガイドレール１１，１１上において、スライダ１２，１２を一点鎖線で示す位置に移動させることで、図外の装置本体２に反時計回り方向のトルクを付与すると共に、スライダ１２，１２を二点鎖線で示す位置に移動させることで、図外の装置本体２に時計回り方向のトルクを付与するようにしている。

したがって、この海流発電装置１においても、シンカー９に対する係留索６，６の連結位置を変更するといった簡単な構成及び制御により、装置本体２のヨー方向回転を確実に抑え得ることとなる。

図５（ｂ）は本発明に係る海流発電装置のさらに他の実施例を示している。
図５（ｂ）に示すように、この海流発電装置１では、２本の係留索６，６が連結されるシンカー９に、係留索６，６の長さ寸法を変化させて装置本体２の姿勢を制御する係留索長さ調整機構としての係留索巻き取り繰り出し機構１５，１５を設けた構成としている。

この実施例の海流発電装置１では、いずれか一方の係留索巻き取り繰り出し機構１５に繰り出し動作を行わせると共に、いずれか他方の係留索巻き取り繰り出し機構１５に巻き取り動作を行わせることで、図外の装置本体２にヨー方向回転を抑えるトルクを付与するようにしており、このように、シンカー９側において係留索６，６の長さ寸法を変化させるといった簡単な構成及び制御により、装置本体２のヨー方向回転を確実に抑え得ることとなる。

なお、この実施例において、係留索６，６の個々に対応して２個の係留索巻き取り繰り出し機構１５，１５をシンカー９上に設置しているが、シンカー９に係留索巻き取り繰り出し機構１５を１個のみ設置するようにしてもよく、この場合には、構成及び制御がより一層シンプルなものとなる。

本発明に係る海流発電装置の構成は、上記した実施例に限定されるものではない。

１海流発電装置
３タービン
４ポッド
６係留索
８発電機
９シンカー
１０，１０Ａ連結位置調整機構
１１ヨー方向及びピッチ方向の位置調整用ガイドレール
１２ヨー方向及びピッチ方向の位置調整用スライダ
１３ロール方向の位置調整用ガイドレール
１４ロール方向の位置調整用スライダ
１５係留索巻き取り繰り出し機構（係留索長さ調整機構）

Claims

海流を受けて回転する水平軸型のタービン及び該タービンの回転により発電する発電機を具備して、互いに並列に連結される一対のポッドと、
海底に設置したシンカーと、
前記シンカーを介して前記一対のポッドを海底に係留する２本の係留索を備えた双発水中係留式の海流発電装置において、
前記２本の係留索は、前記一対のポッドにそれぞれ連結され、
前記ポッド又は前記シンカーには、前記係留索の連結位置を変更して前記一対のポッドの姿勢を制御する連結位置調整機構と、前記係留索の長さ寸法を変化させて前記一対のポッドの姿勢を制御する係留索長さ調整機構との少なくともいずれか一方の機構を設けた
ことを特徴とする海流発電装置。
前記連結位置調整機構は、前記一対のポッドの少なくともいずれか一方に軸心方向に沿って固定されるヨー方向の位置調整用ガイドレールと、該位置調整用ガイドレールに沿って往復移動可能に設けられて前記係留索が連結されるスライダを具備している請求項１に記載の海流発電装置。
前記連結位置調整機構は、前記一対のポッドに軸心方向に沿ってそれぞれ固定されるヨー方向及びピッチ方向の位置調整用ガイドレールと、これらの位置調整用ガイドレールに沿って往復移動可能にそれぞれ設けられて前記係留索が連結されるスライダを具備している請求項１に記載の海流発電装置。
前記連結位置調整機構は、前記一対のポッドの少なくともいずれか一方に鉛直方向に沿って固定されるロール方向の位置調整用ガイドレールと、該位置調整用ガイドレールに沿って往復移動可能に設けられて前記係留索が連結されるスライダを具備している請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の海流発電装置。
前記連結位置調整機構は、前記２本の係留索が連結される前記シンカーに少なくとも１本固定されるヨー方向の位置調整用ガイドレールと、該位置調整用ガイドレールに沿って往復移動可能に設けられて前記係留索が連結されるスライダを具備している請求項１に記載の海流発電装置。
前記一対のポッドの少なくともいずれか一方に配置される係留索巻き取り繰り出し機構を前記係留索長さ調整機構とした請求項１に記載の海流発電装置。
前記２本の係留索が連結される前記シンカーに配置されて、少なくともいずれか一方の係留索の巻き取り繰り出しを行う係留索巻き取り繰り出し機構を前記係留索長さ調整機構とした請求項１に記載の海流発電装置。
前記連結位置調整機構の前記スライダに、前記係留索の巻き取り繰り出しを行う係留索巻き取り繰り出し機構が配置されている請求項２〜５のいずれか１つの項に記載の海流発電装置。