JP2014505198A - 水力発電タービン試験方法 - Google Patents

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Abstract

タービンを海底に設置して固定する前に、水力発電タービンを試験する方法であって、本方法は、タービンの予測通りの運転を確保するために、タービンを船舶に固定すること、タービンの１以上の運転パラメータを測定しながら、タービンを回転させるために、船舶を水中で移動させることを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タービンを通過する水の潮汐流をシミュレートすることにより、最終的に海底に配置する前にタービンを試験することができる水力発電タービン試験方法に関する。
環境意識への関心の高まり、及び再生不可能なエネルギー源を信頼することへの抵抗により、例えば、太陽光発電、風力、火力、そして潮力等の再生可能エネルギーシステムの利用が増加している。後者は、潮汐流領域におけるタービン発電機の設置を含み、そして、潮汐エネルギーを電気エネルギーに変換する。
このような水力発電タービン発電機は潮汐流領域に配置され、発電機を通過する海水の動きがタービン翼に作用し、これにより固定子内の回転子を回転させる。固定子のコイルに対する磁石の運動は、磁石によって生成される磁場に、各コイルにおいて起電力（ＥＭＦ）を誘起させる。これらの誘導起電力は、タービン発電機から電力出力を提供する。
潮汐エネルギーの利用には、厳しい海中環境において継続的かつ効率的な運転を確保するためのタービンの保守に関して重大な課題がある。海底のタービン発電機の設置及び閉鎖には比較的費用がかかり、システムにおける様々な部品の定期保守を行うことは経済的でない。
さらに、経済的に実行可能とするためには、これらのタービンは大規模に建設されなくてはならない。結果として、タービン及び関連する基部／支持部は、巨大で重量のある部品となり、そして、配置するためには、大規模な巻上げ機及び輸送機器を必要とする。そのような重量のある巻上げ機の使用は、通常、危険性の高い作業であり、この設備を海上で運転する時にはより危険な状態となる。
このような作業を行うのに適した船舶及び設備の市場の不足や、潮汐流の速い地点にて従事する潜水夫には極度の危険が存在するので、設置プロセスは、さらに困難となっている。
したがって、本発明は、タービンの予測通りの運転を確保するために、タービンを海底に設置して固定する前に水力発電タービンを試験する方法を提供することを目的とする。これにより、故障が生じた場合に、不本意ながら海底から水力発電タービンを回収せざるを得ない可能性が低くなる。この回収作業は、上述したように、費用や時間を消費し且つ技術的に困難な作業である。
本発明によると、固定子と、該固定子内で回転するよう内蔵された回転子と、を含んで構成される水力発電タービンを試験する方法であって、前記タービンを輸送船舶に固定するステップと、前記タービン及び船舶を開水域に輸送するステップと、少なくとも前記回転子を浸水させるように前記タービンを配置するステップと、及び前記回転子を回転させるために、前記輸送船舶及び前記タービンを水中で移動させるステップと、を含んで構成される方法が提供される。
好ましくは、前記方法は、前記タービンを開水域に輸送する前に、前記輸送船舶の下方に前記タービンを固定するステップを含んで構成される。
好ましくは、前記方法は、前記船舶及びタービンを水中で移動させるステップの前に、前記タービンを前記船舶から降下させるステップを含んで構成される。
好ましくは、前記方法は、前記船舶及びタービンを水中で移動させる時に、前記タービンからの運転データを記録又は分析するステップを含んで構成される。
好ましくは、前記方法は、前記タービンからの前記運転データを、データ記録器又は分析器にワイヤレスで送信するステップを含んで構成される。
好ましくは、前記方法は、前記タービンが水中で曳航される速度を変化させるステップを含んで構成される。
好ましくは、前記方法は、前記速度を変化させるステップにおいて、使用中に、前記速度を変化させて、前記タービンが受ける可能性のある潮汐速度の変化をシミュレートすること、を含んで構成される。
好ましくは、前記方法は、前記タービンを水中で移動させるステップにおいて、前記タービンを水中で第１の方向に移動させること、その後、前記タービンを水中で前記第１の方向と反対の第２の方向に移動させることを含んで構成される。
好ましくは、前記方法は、前記回転子を回転させるために、前記輸送船舶及びタービンを水中で移動させるステップにおいて、電気負荷を前記タービンに接続せずに、前記船舶及びタービンを移動させることを含んで構成される。
好ましくは、前記方法は、前記回転子を回転させるために、前記輸送船舶及びタービンを水中で移動させるステップにおいて、電気負荷を前記タービンに接続して、前記船舶及びタービンを移動させることを含んで構成される。
好ましくは、前記方法は、前記運転データを分析して、前記タービンを通過する水流の速度と、前記タービンの１以上の運転パラメータとの関係を決定するステップを含んで構成される。
好ましくは、前記方法は、前記運転データを分析して、前記タービンを通過する水流の速度と、前記回転子の角速度との関係を決定するステップを含んで構成される。
好ましくは、前記方法は、前記運転データを分析して、前記タービンを通過する水流の速度と、前記タービンによって生成される電力との関係を決定するステップを含んで構成される。
好ましくは、前記方法は、前記運転データを分析して、前記タービンを通過する水流の速度と、前記タービンの電気特性との関係を決定するステップを含んで構成される。
好ましくは、前記方法は、前記タービン及び基部を、複数の主線及び対応する補助線で前記船舶に固定するステップを含んで構成される。
配置船舶の下方に吊り下げられた水力発電タービンを取り付けた基部を示す斜視図である。 図１の機構を示す側面図である。
添付図面を参照すると、図示した実施形態において、使用時に、水力発電タービン１０を既知の方法で海底の適所に設置及び固定することにより、基部１２に取り付けられたタービン１０を試験する方法が記載及び示されている。本発明の方法によれば、以下で明らかとなるように、水力発電タービン１０を最終的に海底に配置する前に、タービン１０の運転シミュレーション及び試験を行うことが可能であり、それによって、最終的な海底配置プロセスに取り掛かる前に、タービン１０の予側通りの運転を確保する。
本実施形態において例示した基部１２は、３つの脚部１６を有する三角形型のフレーム１４を含んで構成されるが、該基部１２を、例示した実施形態のような、あるいは他のいかなる形状又は構造としてもよいことは、本発明の方法の以下の記載から明らかである。
タービン１０の試験を行うために、基部１２及びタービン１０が、船舶１８の下方に取り付けられる。ここで、船舶１８は、好ましくはタービン１０及び基部１２の最終的な海底配置に用いられるものと同じ船舶とされる。したがって、試験を開始する前に、タービン１０及び基部１２を船舶１８の適所に設置することが第１に必要とされる。これは、例えば、その地域で入手可能な設備に応じて、様々な方法でなされてよい。また、当然のことながら、タービン１０を船舶の下方に直接取り付ける必要はなく、また、本明細書に記載の試験のために、タービン１０を水中に配置可能な他のいかなる適切な位置又は方向に配置することも可能である。
船舶１８は、ウィンチ（winches）（図示しない）形式の耐荷重手段を備えており、それぞれ、基部１２を船舶１８の下方の位置に上昇させるために用いることができ、その結果、タービン１０は、一対の浮き２２と船舶１８の横方向部材２４とで規定されるポータル（portal）２０を通って突き出る。試験中、基部１２は、好ましくはそれぞれの脚部１６において、主線２６と曳航試験の補助線２８との一対の線によって船舶１８に固定される。主線２６は、それぞれ各ウィンチに巻きつけられており、タービン１０及び基部１２を、船舶１８から試験のために必要な深さに降下させるために用いられる。曳航試験の補助線２８は、好ましくは、船舶１８の固定点と基部１２の適当な場所（例えば、各脚部１６）を接続し、タービン１０及び基部１２が的確な試験深さに達したときに、完全に伸長された長さとなる。また一方では、タービン１０及び基部１２の主な荷重は主線２６により支えられると共に、一部の荷重が曳航試験の補助線２８に伝達されている。このようにして、曳航試験の補助線２８は張力を受けて完全に伸長する。こうして、主線２６に１以上の異常が発生した場合に、タービン１０及び基部１２が完全に伸長された曳航試験の補助線２８により支持され、したがって同じ深さにとどまることとなる。曳航試験の補助線２８がすでに伸長されているので、主線２６に１以上の異常が発生した場合には、曳航試験の補助線２８での「跳ね返り」は皆無かそれに近いはずである。
基部１２が船舶１８の下方に安全に固定された状態で、船舶１８及びタービン１０は開水域に輸送され、試験を開始する。この目的を達成するために、船舶１８は、自身の駆動源を含んでよいが、本実施形態においては、図１に示すタグボートＴに係留されており、タグボートＴは、船舶１８及びタービン１０を開水域外へ曳航するために用いることができる。
一度、船舶が開水域に入ると、次に、ウィンチ（図示しない）により基部１２及びタービン１０を船舶１８から降下させて、タービン１０を完全に浸水させ、そして、船舶１８によって生み出される乱流からの干渉を減少させるか、又は排除するために、船舶１８の底面の下方で適当な距離とするのが好ましく、そうしなかった場合には、得られた結果に変化をきたす可能性がある。船舶１８が静止している間、タービン１０は、好ましくは船舶１８から降下されるが、船舶１８が移動している間に、タービン１０を降下することができることは勿論である。その後、タービン１０の運転を試験するために、タグボートＴは、船舶１８及び浸水したタービン１０を、水中で所望の速度にて曳航するために用いることができる。タービン１０の運転を測定している間、船舶１８は、水中で例えば２，３ノットにて曳航されてよい。この速度を変化させて、タービン１０及び基部１２が最終的に配置されるであろう地点における支配的な状況をシミュレートすることができる。
さらに、試験中、様々な運転パラメータを測定しながら、タービン１０を水中で第１の方向に移動させてよく、そして、最終的に海底に配置される際にタービン１０が受けるであろう潮汐流の反転をシミュレートするために、水中で第１の方向と反対の第２の方向に移動させてよい。第１の方向から第２の方向への変更は、タービン１０が受けるであろう潮汐流の方向の変化を厳密に近似する方法でなされる。
試験中、タービン１０、特に電力端子（図示しない）は、開回路のままか、又はタービン１０が電力を生成できるように電気負荷に接続されてよく、それによって、最終的に海底に設置されるタービン１０の運転をシミュレートする。電気負荷は、タービン１０、基部１２、船舶１８、又は他のいかなる適当な場所に配置されてよい。
テレメトリ及び他の運転データ、例えば、タービン１０からの電気特性又は電力出力、回転速度又は角速度などは、水中で船舶１８及びタービン１０を移動させる時に、分析又は記録されるのが好ましい。したがって、船舶１８は、この運転データの測定又は記録を可能とする適当な設備を備えてよい。したがって、タービン１０又は基部１２と、前記分析又は記録設備との間にデータ接続が提供される。このデータ接続は、物理ケーブル３０を経由するか、又は例えば、海中の音響モデム（図示しない）等の無線を通じてなされてよい。
したがって、タービン１０を水中で移動させることによって、タービン１０を通過する水の潮汐流をシミュレートし、及び様々な速度でシミュレートして、通常の運転条件の下でタービン１０が受けるであろう潮汐速度の変化をシミュレートすることが可能である。それから、本試験により、例えば、タービン１０の始動速度、タービン１０を通過する水の様々な速度での発電量、そして、船舶１８が停止状態に達する際の、タービン１０の停止速度、又は停止時間などの有益な情報を得ることができる。それから、タービン１０を通過する水流の速度と、タービン１０の１以上の運転パラメータとの間の関係を決定するために、このデータを分析することが可能である。また、本試験により、例えば、タービン１０を通過及びタービン１０の周囲を流れる水の流体力学的挙動などのタービン１０の運転に関する他の事柄が明らかとなる可能性があり、その情報は、タービン１０の最終的な配置及び継続的な運転中に関わらず、他の目的に関しても有益となる可能性がある。
当然のことながら、本発明の方法は、このようにして、完全な海底設置に取り掛かる前に、巨大な水力発電タービン１０を試験する手段を提供する。

Claims (15)

  1. 固定子と、該固定子内で回転するよう内蔵された回転子と、を含んで構成される水力発電タービンを試験する方法であって、
    前記タービンを輸送船舶に固定するステップと、
    前記タービン及び船舶を開水域に輸送するステップと、
    少なくとも前記固定子を浸水させるように前記タービンを配置するステップと、及び
    前記固定子を回転させるために、前記輸送船舶及びタービンを水中で移動させるステップと、
    を含んで構成される方法。
  2. 前記タービンを開水域に輸送する前に、前記輸送船舶の下方に前記タービンを固定するステップを含んで構成される、請求項１に記載の水力発電タービンを試験する方法。
  3. 前記船舶及びタービンを水中で移動させるステップの前に、前記タービンを前記船舶から降下させるステップを含んで構成される、請求項１又は請求項２に記載の水力発電タービンを試験する方法。
  4. 前記船舶及びタービンを水中で移動させる時に、前記タービンからの運転データを記録及び分析の少なくとも一方を行うステップを含んで構成される、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の水力発電タービンを試験する方法。
  5. 前記タービンからの前記運転データをデータ記録器及び分析器の少なくとも一方にワイヤレスで送信するステップを含んで構成される、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の水力発電タービンを試験する方法。
  6. 前記タービンが水中で曳航される速度を変化させるステップを含んで構成される、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の水力発電タービンを試験する方法。
  7. 前記速度を変化させるステップにおいて、使用中に、前記速度を変化させて、前記タービンが受ける可能性のある潮汐速度の変化をシミュレートすることを含んで構成される、請求項６に記載の水力発電タービンを試験する方法。
  8. 前記タービンを水中で移動させるステップにおいて、前記タービンを水中で第１の方向に移動させること、その後、前記タービンを水中で前記第１の方向と反対の第２の方向に移動させることを含んで構成される、請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の水力発電タービンを試験する方法。
  9. 前記回転子を回転させるために、前記輸送船舶及びタービンを水中で移動させるステップにおいて、電気負荷を前記タービンに接続せずに、前記船舶及びタービンを水中で移動させることを含んで構成される、請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の水力発電タービンを試験する方法。
  10. 前記回転子を回転させるために、前記輸送船舶及びタービンを水中で移動させるステップにおいて、電気負荷を前記タービンに接続して、前記船舶及びタービンを水中で移動させることを含んで構成される、請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の水力発電タービンを試験する方法。
  11. 前記運転データを分析して、前記タービンを通過する水流の速度と、前記タービンの１以上の運転パラメータとの間の関係を決定するステップを含んで構成される、請求項４〜請求項１０のいずれか１つに記載の水力発電タービンを試験する方法。
  12. 前記運転データを分析して、前記タービンを通過する水流の速度と、前記回転子の角速度との間の関係を決定するステップを含んで構成される、請求項４〜請求項１０のいずれか１つに記載の水力発電タービンを試験する方法。
  13. 前記運転データを分析して、前記タービンを通過する水流の速度と、前記タービンによって生成される電力との間の関係を決定するステップを含んで構成される、請求項４〜請求項１０のいずれか１つに記載の水力発電タービンを試験する方法。
  14. 前記運転データを分析して、前記タービンを通過する水流の速度と、前記タービンの電気特性との間の関係を決定するステップを含んで構成される、請求項４〜請求項１０のいずれか１つに記載の水力発電タービンを試験する方法。
  15. 前記タービン及び基部を、複数の主線及び対応する補助線で前記船舶に固定するステップを含んで構成される、請求項１〜請求項１４のいずれか１つに記載の水力発電タービンを試験する方法。
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