JP2014526010A - 波エネルギー吸収ユニット - Google Patents

Abstract

水域から波エネルギーを吸収する前方旋回タイプの波吸収体要素１００は、吸収体要素１００が動作中にその回りで揺動する前方旋回軸１を備える前端部１０１と、吸収体要素本体１０３とを備え、その吸収体要素本体１０３は、前端部１０１から下側後縁２まで延在する前側部４と、上側後縁３から下側後縁２まで延在する後側部５と、前端部１０１から上側後縁３まで延在する上側部６と、前方旋回軸１に対して平行な軸方向において吸収体本体１０３の幅Ｆｗを規定する横側壁７、８とによって実質的に画定される。下側後縁２は第１の径方向１１において旋回軸１から第１の距離に位置し、上側後縁３は第２の径方向１２において旋回軸１から第２の距離に位置し、第１の径方向１１及び第２の径方向１２は吸収体要素１００の鋭角の先端角αを規定する。第１の距離は吸収体要素長Ｆｌを規定し、第１の径方向１１から上側後縁３の距離は吸収体要素高Ｆｈを規定する。吸収体要素１００は前方旋回軸１に対して垂直な切断面において見られるような断面外形を有し、その吸収体要素外形は、吸収体要素本体１０３の外形及び前方旋回軸１を囲み、前側部４における吸収体要素外形は、前端部１０１から後端部１０２に至る方向において見られるような凹形部分を備える。そのような吸収体要素１００を設ける方法は、所与の配備場所の波候に従って吸収体要素１００を構成することを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は水域から波エネルギーを吸収する前方旋回タイプの波吸収体要素を備える吸収体ユニットに関する。

更なる態様では、本発明は、水域から波エネルギーを吸収する前方旋回タイプの波吸収体要素を備える吸収体ユニットを設ける方法に関し、その方法は、所与の配備場所の波候（wave climate）において動作するように吸収体要素を構成することを含む。

ここ数十年、再生可能エネルギー源の利用に対して次第に関心が高まっている。

波エネルギーは再生可能エネルギー源であり、一部は沖合数百キロメートルにおいて大きな暴風によって引き起こされる場合があり、それらの暴風は大量のエネルギーを生成及び伝搬し、それらのエネルギーは波のうねり（swell）を介して長距離を移動し、別の部分は局所風によって生成される、局所海域のような局所的な作用によって引き起こされる場合がある。波エネルギーは純粋に再生可能なエネルギー源であり、潮汐エネルギー（tidal energy）とは異なる。波力発電所は、遠方で生成された波のうねり及び局所海域の両方に由来する波エネルギーを利用するように構成することができる。

再生可能エネルギー源としての波エネルギーは、幾つかの利点を有する。１つの利点は、波エネルギーの高い電力密度であり、それは波エネルギーが最も低いコストの再生可能エネルギー源になる能力を有することを示唆する。更なる利点は波エネルギーの予測可能性である。太陽光及び風とは異なり、波エネルギーレベルは、何日も前から予測することができ、波エネルギーを国家的な電力供給と融合させるのは難しくない。

しかしながら、予測可能ではあるものの、そのエネルギーを搬送する波は通常、極めて不規則であり、或る特定の期間にわたって、例えば、１年を通して観測された所与の場所における波候は、波長、高さ及び方向の統計的分布を含む。風力発電所の配備場所の局所的な条件によるが、観測される波は、幾つかの異なる発生源からの重ね合わせの結果である場合がある。結果として生成される波場は、明確な方向から到来する基本的に平行な波面（２Ｄ波と呼ばれる）から、数多くの異なる方向成分を有する極めて複雑な波面（３Ｄ波と呼ばれる）まで様々である。

さらに、海洋環境は特に過酷な環境であり、頻繁なメンテナンス及び修理が必要になると、エネルギーを生成する波力発電所の運用可能時間に深刻な影響を及ぼすおそれがある。

それゆえ、波エネルギーの利用の主な課題は、エネルギー吸収の効率を高めること、変動する波条件下でエネルギーを取り込むこと、波力発電所の生産可能時間を最大化すること、及び競争力のあるコストレベルにおいて有用なエネルギーを生成することを含めて、年間を通してエネルギー生産を最大化することである。

前方旋回タイプの吸収体を使用する波力発電所が特許文献１に開示されており、複数の前方旋回吸収体要素が沈水したプラットフォームに旋回可能に取り付けられ、吸収体要素の前方に配置される水平旋回軸の回りを揺動する。動作中に、到来波が吸収体要素の前端部から後端部に向かって進行し、吸収体要素と相互作用して、波から運動エネルギー及び位置エネルギーの両方を吸収する。プラットフォームフレームに対する吸収体要素の結果的な運動が水圧動力取出システムによって利用される。開示される吸収体要素は、閉じた先端及び開いた底部を有する浮体を備え、有孔壁を用いて複数のセルに更に分割することができ、有孔壁は水が浮体に流入及び浮体から流出する場合の流動抵抗として作用する。しかしながら、実際の応用形態の場合に必要とされるような広範な波スペクトルにわたって効率的である吸収体を提供し、構成する方法に関して更なる指示は与えられていない。

デンマーク国特許第１７４４６３号

したがって、本発明の１つの目的は、不規則な波において、かつ変動する波条件下で波のエネルギーを効率的に吸収できるようにする、前方旋回タイプの吸収体要素を提供することである。

一態様によれば、その目的は請求項１に記載の吸収体要素によって達成される。更なる態様では、その目的は、請求項１０に記載の吸収体要素を設ける方法によって達成される。

一態様によれば、その目的は、水域から波エネルギーを吸収する前方旋回タイプの波吸収体ユニットであって、前記吸収体要素は、前記吸収体要素が動作中にその回りで揺動する前方旋回軸を備える前端部と、吸収体要素本体とを備え、該吸収体要素本体は、前記前端部から下側後縁まで延在する前側部と、上側後縁から前記下側後縁まで延在する後側部と、前記前端部から前記上側後縁まで延在する上側部と、前記前方旋回軸に対して平行な軸方向において前記吸収体本体の幅を規定する横側壁とによって実質的に画定され、前記下側後縁は第１の径方向において前記旋回軸から第１の距離に位置し、前記上側後縁は第２の径方向において前記旋回軸から第２の距離に位置し、前記第１の径方向及び前記第２の径方向は前記吸収体要素の鋭角の先端角を規定し、前記第１の距離は吸収体要素長を規定し、前記第１の径方向から前記上側後縁の距離は吸収体要素高を規定し、前記吸収体要素は前記前方旋回軸に対して垂直な切断面において見られるような断面外形（profile）を有し、吸収体要素外形は前記吸収体要素本体の外形及び前記前方旋回軸を囲み、前記前側部における前記吸収体要素外形は前記前端部から前記後端部に至る方向において見られるような凹形部分を備える、波吸収体ユニットによって達成される。

用語「鉛直な」は重力に対して平行な方向を指しており、用語「水平な」は重力に対して垂直な方向を指している。吸収体の用語である「上部」及び「底部」は、使用中の、又は少なくとも水域に配置されるときの吸収体の位置に対して規定され、底部から上部に向かう「上向き」方向は水面から出る方向を指しており、上部から底部に向かう「下向き」方向は水中に入る方向を指している。吸収体に関する用語「前」及び「後」は、使用中の吸収体の位置に対して規定され、波の伝搬方向は、到来波の方向に面している前端部から到来波から離れて面している後端部に至る。用語「前」は、動作中に、波が到来する方向に面している吸収体要素の端部を指しているのに対して、吸収体要素本体は、波の伝搬方向に対して旋回軸の「下流に」浮遊する。それゆえ、前方旋回タイプの吸収体要素は、前端部、すなわち、波の伝搬方向に対して「上流に」配置される旋回軸の回りで回転運動するために旋回可能に支持されるように構成された要素であり、吸収体要素の実際の本体は旋回軸の後方（aft）に配置され、すなわち、吸収体要素の後端部は波の伝搬方向に対して「下流に」配置される。前方旋回軸は基本的に水平な方向に配置され、吸収体要素本体がその前方旋回軸の回りを回転する際に、前方旋回タイプの吸収体要素は上下に往復運動できるようになり、それにより、その運動を駆動する波から運動エネルギー及び位置エネルギーを吸収できるようになる。吸収体要素本体の往復運動は、波の伝搬方向に対して前方旋回軸の後方で実行される。

吸収体要素は吸収体ユニット内で動作し、吸収体ユニットは、水域上方の所与の旋回軸高にある前方旋回軸から吸収体要素を旋回可能に支持するフレームを備える。前方旋回軸は、一方では、吸収体要素が到来波と効率的に相互作用できるようにするほど水面に十分に近くなるように、他方では、上側部が沈水することに起因して、及び／又は吸収ユニットが波の衝撃を受け、それにより、波が吸収体要素にエネルギーを伝達するのではなく、フレームと相互作用することに起因してエネルギーを損失するのを回避するほど十分に水面より高くなるように選択される。吸収体ユニット構造及び前方旋回軸への波の直接的な衝撃が続くと、過剰な摩耗、更には吸収体ユニットの損傷を引き起こすおそれがある。吸収体ユニットのフレームは、海底に係留される浮遊プラットフォームの一部とすることができるか、又は海底に固定される土台によって固定することができる。吸収体ユニットを到来波の支配的な伝搬方向と位置合わせできるように、吸収体ユニットは、例えば、回転式係留システムによって、鉛直軸の回りで回転可能にすることが好ましい。波力発電所において用いられるとき、吸収体要素の往復運動が電力取出システムによって動力化され、電力取出システムは、発電機のような、動力化されたエネルギーを所望の形の有用なエネルギーに変換する変換手段を備える。

吸収体のアイドル時位置は、静水条件下の水域に対して規定することができ、水域の表面の平均レベルが静水基準を規定する。表面に対して垂直であり、かつ水域から出る方向における静水基準からの距離は、静水上方の高さと呼ばれる場合があるのに対して、表面に対して垂直であり、かつ水域の中に入る方向における静水基準からの距離は、静水下方の深さと呼ばれる場合がある。そのアイドル時位置において、吸収体要素は、静水上方の所定の軸高にある旋回軸から懸吊される（suspended）ように構成され、部分的に沈水される。それゆえ、前方旋回軸高は、静水上方の前方旋回軸の高さである。吸収体要素のアイドル時喫水（draught）は、吸収体要素の沈水された下側後縁の静水下方の深さによって規定される。通常、吸収体要素の主要部分は水中にあり、吸収体要素のわずかな上部のみが水面から突き出している。

前側部表面は、到来波に向かって面し、それゆえ、吸収体要素の圧力側を形成する。後面は到来波から離れて面し、それゆえ、吸収体要素の伴流側（wake side）を形成する。到来波と相互作用する圧力面を形成する前側部は、吸収体要素の前端部から後端部の底部まで延在する。前側部長は、前方旋回軸からの下側後縁の距離であり、すなわち、第１の距離に等しい。アイドル条件下の前側傾斜は、静水面に対する第１の径方向の角度である。吸収体要素動作角は、静水面に対する第１の径方向の角度と定義することができる。吸収体要素上側角は、静水面に対する第２の径方向の角度と定義することができ、前側傾斜と吸収体要素の先端角との間の差に等しい。

吸収体要素の長さは、旋回軸に対して垂直な第１の方向に対して平行な方向において前端部から後端部まで測定される。高さは、第１の方向に対して垂直な方向において、かつ旋回軸に対して垂直な平面において上部から底部まで測定される。吸収体の幅は、軸方向、すなわち、旋回軸に対して平行な方向において測定されるときの吸収体要素本体の全幅を指している。旋回軸に対して垂直な平面内で見た断面は吸収体要素の外形と呼ばれる場合がある。吸収体要素の外形の前側部に凹形部分を設けることによって、吸収体要素に向かって押し寄せて来る波を取り込み、それらの波と相互作用するのを改善し、それにより、吸収効率を高める。

上記のように、表面において波と相互作用するだけでなく、表面下の深い所で、波によって引き起こされた水粒子の再循環（recirculating）運動からのエネルギーも取り込むように、吸収体要素本体の主要部分は通常、沈水される。通常、吸収体は上部近くのレベルまで沈水される。吸収体要素の上側部は通常、水から突出する。また動作中、高い波において、又は極端な波のうねり若しくは暴風条件下で一般的に生じる場合がある上側部への海水のあふれ出しは別として、上側部が沈水されるのを回避することが好ましい。

吸収体要素の沈水された部分は、吸収体要素に対して浮力をもたらす。浮力は、上向き方向に持ち上げる力を与え、その力は、波の上昇段階において吸収体要素を持ち上げ、前方旋回軸の回りで上向き方向に揺動させる。さらに、前側部の沈水された部分は、旋回軸から水中に下方に延在する吸収体要素の圧力面を提供し、その面において吸収体要素は入射波と相互作用し、波の運動エネルギーを吸収する。それゆえ、上昇する波は、上側方向転換位置まで吸収体要素を上向き方向に加速し、それにより、波から位置エネルギー及び運動エネルギーの両方を吸収する。波が再び降下するにつれて、吸収体要素は主に重力の影響下で上側方向転換位置から下側方向転換位置まで戻り、その動きは後退する水域への吸収体要素外面の接着などの更に下方に作用する力によって助長される。後続の波によって駆動されるとき、吸収体要素は再び下側方向転換位置から上側方向転換位置まで上昇する。それにより、入射波場は吸収体ユニットのフレームに対する吸収体要素の往復運動を駆動することによって、そのエネルギーのかなりの部分を吸収体に伝達する。このエネルギーは、電力取出手段によって動力化することができ、電力取出手段は吸収体運動を有用な電気エネルギーに変換する発電機手段を駆動する。電力取出手段は、例えば、吸収体要素と吸収体ユニットフレームとの間に取り付けられるポンプを備える水圧システムとすることができ、そのシステムでは、ポンプを用いて、水力タービンを駆動する圧力を生成する。代替的には、電力取出システムは、直接エネルギー変換システムとすることができ、吸収体要素の機械的運動が機械的に変換され、連結されて、発電機の入力シャフトを直接駆動する。吸収体要素運動を電気エネルギーのような有用なエネルギーに変換することの代わりに、又はそれに加えて、その吸収体は防波堤システムにおいて用いることもできる。広いスペクトル範囲にわたって到来波のエネルギーのかなりの部分を吸収することによって、吸収体要素は、吸収体の後方に位置する水を穏やかにする／保護する効率的な防波堤としての役割を果たす。

後に更に詳述されるように、吸収体要素は、その吸収体要素が動作することになる所与の配備場所における支配的な波候に従って構成されることが好ましい。

また、本発明の一実施形態によれば、前記吸収体要素外形に対する凸包絡（convex envelope）の前側部部分は前記前端部から前記下側後縁まで延在する直線である。ある形状に対する凸包絡は、その形状の周囲に張られたゴムバンドによって画定される輪郭として視覚化することができる。その形状の輪郭の凹形部分は、凸包絡から離れて内側に向かって膨らんだ部分を意味する。凹形部分の領域では、その形状に対する凸包絡は直線である。吸収体要素の外形は前方旋回軸と、吸収体要素の本体に対する外形との両方を含む。前端部から下側後縁まで延在する直線を伴う凸包絡を有する吸収体要素を設けることは、前側部が第１の方向から離れて内側に膨らみ、到来波を捕捉する全体として凹形の圧力面を形成することを意味する。この構成によって、効率的な吸収が達成される。

有利には、吸収体要素外形は、前側部において実質的な凹形部分を設けられ、すなわち、吸収体要素外形の前側部部分の大部分が直線から逸脱し、吸収体要素外形に対する凸包絡に対して内側に膨らむ。それにより、吸収体要素外形によって囲まれる吸収体要素の断面積は、吸収体要素外形に対する凸包絡によって包囲される面積に比べて縮小される。有利には、その面積差は少なくとも１０％であり、代替的には少なくとも２０％であり、代替的には少なくとも３０％であり、その差は、吸収体要素外形の前側部が前端部から下側後縁まで延在する直線から逸脱することに起因すると考えられる。

凹形の形状をなす前側部表面によって、前端部から後端部まで基本的に直線に従う平坦な前側部表面に比べて、吸収効率が高められる。さらに、凹形の形状をなす前側部を用いることによって、平坦な前側部を有する吸収体要素、又は波の上部まで基本的に上昇する、すなわち、波によって引き起こされる水域の最上部の動きに追従する波追従体として構成される吸収体要素などの、同じ所与の／所望の浮力を有するが、異なる形状を有する吸収体要素の場合よりも、凹形の前側部が水中の深い所に達するように吸収体要素の浮力を分散させることができる。他の形状よりも水中の深い所に達することにより、波によって搬送されるエネルギーのうちのより大きな部分を吸収／動力化することができる。

さらに、本発明の一実施形態によれば、前記外形の前記前側部における前記凹形部分は、リッジによって分離される少なくとも２つの隣接する凹形小部分を備える。１つの凹形の前側部表面を複数の小部分に構造化することによって、効率を更に高めることができる。さらに、沖合配備場所における非常に深い海水、又は海岸若しくは堤防に近い浅瀬の海水などの異なる波条件との相互作用のために、前側部の形状を更に最適化することができる。

有利には、一実施形態によれば、凹形の小部分は径方向で互いの延長において配置され、第１の、基部に近い小部分は旋回軸の近くに位置し、１つ又は複数の更なる小部分は後端部に向かう方向において旋回軸から離れて配置される。

さらに、本発明の一実施形態によれば、前記凹形小部分うちの１つ又は複数、好ましくは全てが基本的に円弧に従う。

さらに、本発明の一実施形態によれば、前記外形の前記後側部部分は前記前方旋回軸を中心とした円弧に従う。外形の円形後端部は、吸収体要素が水域において上下に動くときに、吸収体の後方の波生成を最小化する。それにより、伴流生成に起因する損失は回避されるか、又は少なくとも低減される。

有利には、吸収体要素の寸法は、多数の潜在的な配備場所にとって効率的な吸収体を提供するために、以下の範囲の寸法から選択することができる。長さ及び高さに関する上限は通常、過大な吸収体要素に関連付けられる複雑さ及び上昇する建設コスト、並びにそのような大きな吸収体要素を支持し、動作させるのに必要とされるフレーム構造を考慮して与えられる。長さ及び高さに関する下限は通常、利用に適するようにするために、波の最小サイズ及び周波数に関して与えられる。

さらに、本発明の一実施形態によれば、前記吸収体要素長は５ｍ〜５０ｍの範囲にあり、代替的には１０ｍ〜４０ｍの範囲にある。

さらに、本発明の一実施形態によれば、最小の前記吸収体要素高は２ｍであり、代替的には３ｍであり、又は代替的には４ｍであり、最大の前記吸収体要素高は３０ｍであり、代替的には２０ｍであり、又は代替的には１０ｍである。

さらに、本発明の一実施形態によれば、前記先端角は１０度〜７０度であり、代替的には２０度〜６０度であり、好ましくは２５度〜５０度である。先端角の有利な値、したがって、関連する長さと高さとの比の有利な値は、吸収体要素が主に動作する波条件に従って決定されることが好ましい。例えば、浅水域における長周期の浅水波は小さな先端角を必要とする場合があるのに対して、高い周波数で到来する高振幅の波は、大きな先端角を有する相対的に短い波吸収体を必要とする場合がある。

有利には、一実施形態によれば、吸収体要素は約３０度の先端角αと、約２の長さ対高さ比とを有する。

さらに、本発明の一実施形態によれば、前記吸収体要素は、該吸収体要素をバラスト調整するための１つ又は複数の内部空洞を備える。吸収体要素をバラスト調整するために内部空洞を設けることによって、その全重量を制御することにより静止時の吸収体要素の喫水を調整できるようになる。異なる構成を思いつくことができる。前方旋回軸から更に長い距離に位置する異なるバラストタンク内に同じバラストを置くことによって、喫水を大きくすることができる。さらに、内部空洞を径方向において互いに隣接して配置される複数の別個のバラスト調整用タンクに細分することによって、吸収体要素の慣性モーメントも調整できるようになり、すなわち、例えば所与の全重量に対して、前方旋回軸の回りの回転運動のための吸収体要素の慣性を制御できるようになる。

更なる態様によれば、上記の実施形態のいずれかによる波吸収体ユニットを設ける方法は、所与の配備場所における波候において動作するために前記吸収体要素を構成することを含み、前記構成は、
前記配備場所の前記波候を記述する統計波データを入手するステップと、
前記統計波データから前記波候を代表する１つ又は複数の特性パラメーターを導出するステップであって、前記特性パラメーターは特性波高Ｈ及び／又は特性波周期Ｔを含む、導出するステップと、
前記所与の配備場所の波候において前記吸収体要素を動作させるときに、利用可能な波エネルギーを有用なエネルギーに変換する生産性を最適化するように、前記１つ又は複数の特性パラメーターに従って前記吸収体要素を寸法決めするステップであって、前記吸収体要素のアイドル時喫水Ｆｄが前記特性波高よりも大きくなるように寸法決めされ、前記アイドル時喫水は、静水条件下で、静水面上方の所定の軸高Ｆａにある前記前方軸から前記吸収体要素を旋回可能に懸吊するときに、前記静水面下方の前記下側後縁の沈水深さとして規定され、及び／又は前記吸収体要素の前記長さＦｌは、前記特性波周期に対応する特性波長よりも短くなるように選択される、寸法決めするステップと、
を含む。

上記のような現実的な応用形態では波が不規則であることから、広範な海況にわたって高いレベルの効率が必要とされる。これらの要件を満たすために、吸収体要素は、所与の配備場所において支配的な波候に従って構成される。それゆえ、有利には、吸収体要素の形状は、その波候を代表する特性値の観点から構成される。波候は、波高、波長及び波方向に関する統計データなどの、その配備場所の波データから導出することができる。

波成分の重ね合わせとして所与の海況を記述することができ、任意の方向の広がりを有する不規則な波からなる海況は、所与の観測期間を通しての規則的な波成分の発生の観点から記述することができる。これらの規則的な波成分にわたるエネルギー含量の分布は、不規則な波からなる海況を記述する不規則な波スペクトルに集約することができる。本出願を通して、用語「波スペクトル」は、不規則な波からなる海況を表す分布を指している。（不規則な）波スペクトルにおける波成分のスペクトル分布は、波エネルギー周期Ｔｅ、ピーク波周期Ｔｐ、平均ゼロクロス周期Ｔｚ及び／又は主要な（significant）波高Ｈｓなどの主要数値によって特徴付けることができる。Ｔｅ、Ｔｚ及びＨｓは、波スペクトルの度数積率ｍｎの観点から定義することができる。

ただし、以下の式が成り立つ。

ピーク波周期Ｔｐは、波スペクトルが最大値を示す波周期と定義することができる。波周期は対応する波長に関連付けることができ、波長は、波周期内で波が進行する長さである。波長λは近似的には以下の通りである。

ただし、ｇは重力定数であり、Ｔは適切な波周期である。

幾つかのデータ源から波データを収集することができ、それらのデータは多くの場合に組み合わせられる。波データ源の例は：直接測定、超音波ドップラー流速分布法（ＡＤＣＰ：Acoustic Doppler Current Profiling）、ブイ等；陸上、レーダ等からの直接測定；風データから場所（site）波データへの変換；広域及び／又は局所の波及び気象モデルを含む。必要な場合、これらのデータは特定の場所特性に合わせられる。例えば、その場所においてデータが正確に測定されない場合には、それらのデータは、水深及び他の場所特有の条件に関して、その場所に合わせられなければならない。それにより、場所特有の波候データのプールが作成され、アーカイブされることができる。

年間を通しての海況の統計的分布をこれらの主要数値の観点から解析して、主要数値の間隔に入る海況が、確立されることになる波候の範囲内で生じる頻度（月ごと、季節ごと、年ごと、又は吸収体の寿命などの任意の他の対象期間）に関する散布図を提供することができる。それらの間隔は、観測された海況の全範囲を適当な分解能で網羅するように細分される。例えば、主要な波高Ｈｓの間隔に対して一般的に用いられるビンサイズは０．５メートルであり、波エネルギー周期Ｔｅの間隔の場合、１秒である。海況、及びこれらの海況に含まれる波成分の発生は、波候の統計的記述のための時間基準としての役割を果たす所定の観測周期に正規化／区分される場合がある。一般的に用いられる時間基準は、１時間ごとである。

波候記述から、特性パラメーター、例えば、支配的な波高、支配的な波周期及び／又は支配的な方向の広がりを導出することができる。特性パラメーターは、基本的なパラメーターに対するその分布の最大値に関連する場合がある。代替的には、特性パラメーターは、その分布から計算されることができる積率の組み合わせから導出される場合があるか、又は別の方法で理論モデルに従って導出される場合がある。

海況に関する上記の統計的分布を海況のそれぞれの間隔内のエネルギー含量によって増減し、波候の種々の海況にわたって利用可能なエネルギーの分布を得ることができる。吸収体要素を用いて、利用可能なエネルギーを有用なエネルギーに変換することができ、その場合に、所与の吸収体要素の変換効率は到来波によって決まる。有用なエネルギーを利用可能なエネルギーで割った比として生産性を定義することができる。それゆえ、送電網への電気エネルギーを生産する波エネルギー変換システムの場合、生産性は、利用可能なエネルギーと比べたときの送電網に送達されるエネルギー出力と定義することができる。代替的には、例えば、吸収体要素構成を最適化するために、生産性は、利用可能なエネルギーと比べたときの吸収体要素のエネルギー吸収量（uptake）と定義することができる。

所与の吸収体要素外形を用いて開始して、所与の配備場所の波候において動作するように吸収体要素を構成するために、吸収体要素の以下の寸法：長さ、高さ、旋回軸高、アイドル時喫水及び幅を規定することができる。長さ及び高さを規定することは或る特定の先端角を暗に決定する。先端角を規定することは或る特定の長さ対高さ比を暗に決定する。本発明の利点のうちの１つは、配備場所の支配的な波長及び／又は波高に応じて、それぞれ吸収体要素長及び／又は吸収体要素アイドル時喫水を構成するだけで、所与の配備場所における動作に対して、前方旋回タイプの波吸収体要素をかなりの程度まで最適化できることがわかることである。

アイドル時喫水は、例えば、吸収体要素の異なる喫水を達成するために、浮力を与える容積を再分配するように沈水される部分の形状／寸法を変更することによって変化させることができる。所与の形状／寸法の吸収体要素の場合、アイドル時喫水は、吸収体要素によって運ばれるバラストを調整することによって変化させることができる。所与の吸収体要素が吸収体ユニット内で動作するように構成される。その構成は、前方旋回軸高Ｆａ及びアイドル時喫水Ｆｄの値を決定することを含む。前方旋回軸高Ｆａ及びアイドル時喫水Ｆｄを組み合わせて、例えば、アイドル時位置における静水条件下での水面に対する前側傾斜角によって表されるような、吸収体要素の動作角を決定する。通常、前方旋回軸高Ｆａは軸高Ｆａ及びアイドル時喫水Ｆｄの和（Ｆａ＋Ｆｄ）の約５％〜３０％に相当し、Ｆａは、（Ｆａ＋Ｆｄ）の約１０％であることが好ましい。

当業者は、喫水が周囲の水域の塩度及び温度などの幾つかのパラメーターによって決まることを知っていることに留意されたい。それゆえ、喫水は、好ましくは、２０℃の温度における淡水内などの１組の標準化された条件の場合に、又は代替的には、所与の配備場所における塩度及び／又は平均／支配的温度を用いて求めることができる。当業者は、所与の１組の標準化された条件の場合に求められた喫水値を種々の条件の場合の喫水値に変換する方法も知っている。

吸収体要素長及び／又はアイドル時喫水は等価な寸法決めパラメーターに関して表される場合もあり、それらのパラメーターは、所与の吸収体要素に対して明確に定義された関係によって、吸収体長及び／又はアイドル時喫水にそれぞれ変換できることにも留意されたい。例えば、アイドル時位置における吸収体要素の喫水線の長さとして有効長を定義することができる。吸収体要素と水域との間の相互作用の深さとして吸収体要素の有効高を定義することができ、それは吸収体要素の喫水として測定することができ、アイドル時喫水は構成の目的上、便利なパラメーターであることから選択された特殊なものである。所与の前側部長及び前方旋回軸高と組み合わせて、アイドル時喫水によって、水域に対する前側傾斜も決まる。所与の外形の場合の前側傾斜を変更することは、到来波と前側部によって形成される圧力面との間の相互作用に影響を及ぼし、それにより、吸収体要素の変換効率に影響を及ぼす。

アイドル時喫水の最適化は、統計的な波データから波候を代表する特性波高を導出し、所与の配備場所における波エネルギー変換システム内で吸収体要素を動作させるときに有用なエネルギーの生産を最大化するように、その特性波高に応じて吸収体要素のアイドル時喫水を構成することによって実行することができる。

したがって、吸収体長の最適化は、統計的な波データから波候を代表する特性波周期を導出し、対応する特性波長を求め、所与の配備場所における波エネルギー変換システム内で吸収体要素を動作させるときに有用なエネルギーの生産を最大化するように、その特性波長に応じて吸収体要素長を寸法決めすることによって実行することができる。

所与の配備場所の吸収体要素構成の反復最適化は、
（ａ）波高及び／又は波周期（又は対応する波長）に関して前記配備場所の代表的な波候を記述するエネルギー含量分布を導出するステップと、
（ｂ）規定されたアイドル時喫水及び／又は長さを有する所与の吸収体要素の場合に、波高及び／又は波周期（又は対応する波長）に関して変換効率分布を導出するステップと、
（ｃ）（妥当な場合、所与の波エネルギー変換システム内で動作させるときに、）前記エネルギー含量分布及び前記変換効率分布を組み合わせて、前記所与の波候における前記所与の吸収体要素の生産性分布を得る、組み合わせるステップと、
（ｄ）動作吸収体要素定数を規定するために残りのパラメーターを保ちながら前記アイドル時喫水及び／又は前記長さを変更するステップと、
（ｅ）最適化判定基準が満たされるまでステップ（ｂ）〜（ｄ）を繰り返すステップと、
を含む。

得られた吸収体要素の変換効率分布をその配備場所における波候の利用可能なエネルギー含量の分布と乗算することによって、その吸収体要素で達成することができる潜在的なエネルギー生産／出力電力が与えられる。

最適化判定基準は、所与の配備場所における対象周期中のエネルギー生産を最大化することに向けることができる。また、最適化判定基準は他の要因も含む場合があり、エネルギー生産の単なる最大化とともに、これらの要因を最大化すること、最小化すること及び／又はバランスをとることを含む場合がある。更なる要因は、その吸収体要素を用いるシステムに対する建設コスト、サービスへの配慮（friendliness）、ライフサイクル解析、環境的な考慮等を含む場合がある。

吸収体要素の長さ及び喫水を最適化するために、外形形状、幅、旋回軸高等の、吸収体要素を規定する他のパラメーターは一定に保たれる。しかしながら、上記の決められた手順を用いて、これらのパラメーターのうちのいずれかを最適化することもでき、その場合、代わりに、ステップ（ｄ）において、残りのパラメーターを一定に保ちながら、当該最適化されるパラメーターが変更される。

有利には、吸収体要素の幅は波の寸法／方向の広がりに従って寸法決めされる。支配的な方向の広がりが大きいほど、すなわち、波候の支配的な海況に含まれる波成分の方向の広がりが大きいほど、吸収体要素が狭く寸法決めされることができる。少なくとも１メートル又は数メートルの幅である吸収体要素の最小幅は、実用を考慮に入れて決定することができる。一方、大部分の時間にわたって到来波が主に一方向性である場合には、すなわち、支配的な海況に含まれる波成分が狭い方向の広がりを有する場合には、吸収体要素の幅を広くすることができる。方向の広がりが小さいが、到来波の方向が種々の海況間で大きく異なる場合、波エネルギーシステムは回転式係留システムによって異なる海況の支配的な波方向と位置合わせされることが有利である。

有利には、吸収体要素を構成することは、所望の正味の上昇力に従って合計質量を決定することを含み、正味の上昇力は、吸収体要素に下方に作用する重力と、上方に作用する浮力との差である。所与の形状を有する吸収体要素の合計質量を調整することによって、吸収体要素の動作角を、それにより、前側傾斜角を調整できるようになる。吸収体要素動作角／前側傾斜角を変更することは、動作中の吸収体要素の変換効率に影響を及ぼす。構成段階において質量を調整することによって、所与の配備場所の波候の全体的な波条件に吸収体要素動作角／前側傾斜を適応させることができ、所望により、最適化することができる。吸収体要素の質量は、変動する波条件下で吸収体要素の変換効率を動的に最適化するために、動作中にバラスト調整手段によって調整することもできる。

さらに、波吸収体要素を設ける方法の一実施形態によれば、前記統計データは、前記配備場所における海況の場合の、波高Ｈ、好ましくは主要な波高Ｈｓの間隔に、及び／又は波周期、好ましくは波エネルギー周期Ｔｅの間隔にわたるエネルギー含量分布である。

さらに、波吸収体要素を設ける方法の一実施形態によれば、前記波候を代表する前記１つ又は複数の特性パラメーターは、エネルギー含量の最大値に関連付けられる。波周期及び／又は波高に関して波エネルギー含量分布を記述するとき、特性波周期及び特性波高は、エネルギー含量分布が最大である波周期及び／又は波高値である。エネルギー含量分布内のピーク位置を特性パラメーターとして選択することは、利用可能なエネルギーの大部分が集中する分布の領域を推定する簡単な方法である。

さらに、波吸収体要素を設ける方法の一実施形態によれば、前記寸法決め／最適化は、前記波候を代表する統計データから選択された生成窓内における統計データに基づいて実行される。

生成窓は波候を記述する統計データの部分集合である。有利には、最適化は、完全な波候データによって網羅される波高及び／又は波周期の範囲から選択された波高及び／又は波周期の生成窓内で実行することができ、それにより、吸収体要素を構成するために最も起こりそうにない／極端な海況を無視することができる。

更に有利には、生成窓はエネルギー生産コストを考慮に入れて選択することができる。生成窓は、利用可能なエネルギーの多くの量を網羅したいという希望と、生成窓内に含まれる海況の全範囲にわたって応答する効率的な吸収体要素を設計することが難しいということとのバランスをとって選択することができる。狭い方の生成窓を用いて同じエネルギー含量を達成できる場合には、そのような狭い方の生成窓が好ましい場合がある。その代わりに、又はそれに加えて、生成窓は、エネルギー含量と吸収体要素の建設コストとのバランスをとることによって選択される場合もある。

有利には、生成窓は利用可能な波エネルギーの８５％〜９５％を構成する、取り得る（possible）最も小さな波群である。利用可能な全エネルギーの約８５％〜９５％というエネルギー含量の要件は、妥当なエネルギー生産コストにおいて最適化された生産性を得るのに良好な基準を提供することがわかる。

さらに、波吸収体要素を設ける方法の一実施形態によれば、前記アイドル時喫水Ｆｄは前記特性波高×高さ換算係数Ｄであり、前記高さ換算係数Ｄは２〜５の範囲にあり、好ましくは２．２〜４の範囲にあり、より好ましくは２．５〜３．５であり、又は約２．９である。水域内の深い所に達することによって、波によって搬送されるエネルギーの高い割合を利用することができ、それにより、吸収体要素の変換効率を高めることができる。特性波高は、波候のエネルギー含量が最大である主要な波高であることが好ましい。上記の一連の範囲から選択された要因によって増減されるアイドル時喫水を用いるとき、益々改善された変換効率が達成される。

さらに、波吸収体要素を設ける方法の一実施形態によれば、前記吸収体要素長Ｆｌは前記特性波長×長さ換算係数Ｌであり、前記長さ換算係数Ｌは、０．１〜０．４の範囲にあり、代替的には０．１１〜０．２５の範囲にあり、代替的には０．１２〜０．２０の範囲にあり、又は約０．１５である。特性波長は、波候のエネルギー含量が最大であるピーク波周期に関連付けられた波長であることが好ましい。上記の一連の範囲から選択された要因によって増減される吸収体要素長を用いるとき、益々改善された変換効率が達成される。

さらに、波吸収体要素を設ける方法の一実施形態によれば、利用可能な波エネルギーを有用なエネルギーに変換する生産性をコストに関して最適化するように、吸収体要素の長さ及び／又は吸収体要素のアイドル時喫水Ｆｄが低減される。

寸法を小さくすることによって、吸収体要素の建設コスト及び運用コストを削減できるようになる。吸収体要素を小型化することは、吸収体要素を備える波エネルギー変換システムの小型化を伴い、それによりコスト削減も伴う。したがって、吸収体要素の建設コストとエネルギー生産効率とのバランスをとるように寸法を小さくし、それにより、有用なエネルギーを生産するための全体のコストを最小化することができる。詳細には、長さ及び／又は高さに関する生産性の最大値が相対的に一定である場合には、生産性が相対的にわずかに下がることを犠牲にして、建設コストの削減をもたらすことができ、それにより、エネルギー生産の全体のコストを削減することができる。

さらに、波吸収体要素を設ける方法の一実施形態によれば、前記構成は、
前記吸収体要素の前記アイドル時位置における前記上側後縁が静水面の上方にあるように、前記吸収体要素の高さＦｈを前記アイドル時喫水Ｆｄよりも大きくなるように寸法決めするステップを更に含む。

吸収体要素本体高は、吸収体の上側部／上側後縁が動作中に沈水しないように構成されることが好ましい。それにより、吸収体要素の運動に対する非生産的な抵抗、及び吸収体要素の伴流における望ましくない波生成が回避される。

流体静力学解析に基づいて、吸収体要素のアイドル時位置における上側後縁が静水面の上方にあるように、すなわち、後縁の上側部分が水から突出するように、吸収体要素本体高を構成することができる。通常、吸収体要素高は、近似的に旋回軸高及びアイドル時喫水の和になるように選択される。

さらに、波吸収体要素を設ける方法の一実施形態によれば、前記構成は、
前記波候を代表する不規則な波場の影響下での前記吸収体要素について運動解析を実行するステップと、
前記波候における前記吸収体要素の動作中に前記上側後縁が沈水するのを防ぐように、前記吸収体要素の高さＦｈを決定するステップと、
を更に含む。

上記のように、吸収体要素本体高は、損失を回避するために、吸収体の上側部／上側後縁が動作中に沈水されないように構成されることが好ましい。

代替的には、又は上記の流体静力学解析と組み合わせて、運動解析に基づいて吸収体要素高を構成することができる。この手法では、吸収体要素高は、好ましくは、動作負荷及び／又は負荷変動を考慮に入れて、代表的な波場における所与の吸収体要素外形に対する運動解析から始めて繰返し求めることができる。開始外形の高さは、例えば、流体静力学的に決定された吸収体要素高とすることができる。運動解析は、原寸の吸収体要素に対する観測、モデル実験からの運動データ、及び／又はＣＦＤに基づく計算などのコンピュータシミュレーションを含むことができる。その運動解析は、実験解析及び／又は計算解析への入力として、所与の配備場所における波候を代表する統計的な波分布データを用いることができる。運動解析が波エネルギー吸収効率に影響を及ぼす場合がある深刻な沈水を特定する場合には、それに応じて、吸収体要素高が高くされる。満足のいく吸収性能が確認されるまで、こうして得られた吸収体要素外形に対して反復プロセスを繰り返すことができる。

建設／設置コストを削減するために、かつ吸収体要素と風との望ましくない相互作用を回避するために、吸収体要素外形は高くし過ぎないことが好ましい。

有利には、水域から波エネルギーを吸収する吸収体ユニットが上記の実施形態のいずれかによる吸収体要素を備え、吸収体ユニットは静水上方の所定の軸高Ｆａにある前方軸から吸収体要素を懸吊するフレーム構造を更に備え、そのフレーム構造は水域の平均レベルに対して基本的に静止しているように構成される。良好に近似するために、静水面の基準は吸収体ユニットのフレーム構造上のレベルに対応付けられる（mapped）ことができ、それゆえ、フレーム構造レベルは吸収体ユニットの構成及び／又は動作のための等価基準と見なすことができる。

軸高はフレーム構造によって支持され、フレーム構造は水域に対して基本的に動かず、基本的に到来波によって影響を及ぼされない。軸高は波の衝撃を緩和し、更に吸収効率を改善するように決定することができ、軸高の有利な値は、上記のように、軸高Ｆａ及びアイドル時喫水Ｆｄの和（Ｆａ＋Ｆｄ）の約５％〜３０％の範囲にある。

波エネルギーは、フレーム構造に対する吸収体要素の運動を動力化する電力取出手段によって利用される。通常、フレーム構造は沖合浮遊プラットフォームの一部であり、そのプラットフォームは、吸収体要素の前端部が到来波に向かって面するように吸収体ユニットの向きを合わせる回転式係留システムを用いて係留される。さらに、浮遊プラットフォームは通常、所与の波候を仮定するときに、水域内に静止しているように構成され、寸法決めされる。そのために、プラットフォームに能動及び受動安定化手段を設けることができる。それぞれが前方旋回吸収体要素を備える複数の吸収体ユニットを同じプラットフォームにおいて組み合わせることができる。

代替的には、海岸の近くの浅瀬の場所の場合に特に、フレーム構造は海底に固定される土台によって支持される場合もある。さらに、固定された土台間に係留された浮遊モジュールの組み合わせを思いつくことができる。

有利には、上記の実施形態のいずれかによる吸収体要素／ユニットは、水圧動力取出システムを駆動するために、及び／又は波エネルギーを電気エネルギーに変換する波力発電所内の直接エネルギー変換手段を駆動するために用いることができる。

有利には、上記の実施形態のいずれかによる吸収体要素／ユニットは、開放砕波体（open wave breaker）として使用することができる。本発明による吸収体要素／ユニットは、７０％更にはそれ以上に至る驚くほど高い吸収効率を有することができる。それゆえ、吸収体要素／ユニットの後方の出射波に含まれるエネルギーは、到来波に比べて実質的に低減することができる。同時に、そのような砕波体システムは、流体連通及び海洋生物の行き来のために開放されており、一方、下手側（leeward side）では、例えば、沿岸保護を提供し、ウインドファーム又は養魚場のような海洋構造物／設備を保護し、産卵域を保護する。それにより、波からの効率的な保護を提供しながら、その砕波体の環境への影響は最小化される。さらに、有利には、複数の吸収体要素／ユニットが、保護ラインに沿って並行、かつ互いに隣り合わせに配置される。さらに、波の全吸収量を増やし、かつ保護を改善するために、複数の吸収体要素／ユニットを順次、縦続接続する（cascaded）ことができる。縦続接続構成では、上流の吸収体要素／ユニットの後方の波の大きさが小さいことを考慮に入れるために、下流の吸収体要素は上流の吸収体要素よりも寸法を小さくすべきである。さらに、有利には、開放砕波体の吸収体要素／ユニットは、吸収体要素を支持するフレーム構造に対する吸収体要素の運動から有用なエネルギーを生成する電力取出手段を駆動するために用いられる。

以下において、本発明は図面を参照しながら更に説明される。

一実施形態による吸収体要素の断面図である。 動作条件下の図１の吸収体要素の形状パラメーターを示す概略図である。 図１の吸収体要素の平面図である。 図１の吸収体要素の側面図である。 波スペクトルの一例を示す図である。 吸収体要素を構成する方法の概略図である。 海況分布の散布図である。 エネルギー含量分布の散布図である。 異なる寸法を有する吸収体要素の性能を比較するグラフである。

図１〜図４を参照すると、吸収体要素の一実施形態が示される。図１は、図３に示されるような線Ｉ−Ｉに沿って見た断面図を示す。図２は、動作中の吸収体要素の形状パラメーターを示す。図３及び図４はそれぞれ平面図及び側面図を示す。吸収体要素１００は前方旋回軸１を備える前端部１０１を有し、吸収体要素１００は前方旋回軸の回りで、吸収体要素１００の前端部から後端部１０２に至る方向Ｗに進行する到来波の影響下で上下に揺動する。吸収体要素本体１０３が、前端部１０１から後端部１０２における下側後縁２まで延在する前側部４と、後端部１０２における上側後縁３から下側後縁２まで延在する後側部５と、前端部１０１から上側後縁３まで延在する上側部６と、前方旋回軸１に対して平行な軸方向において吸収体本体１０３の幅Ｆｗを画定する横側壁７、８とによって画定される。下側後縁２は第１の径方向１１において旋回軸１から第１の距離に位置し、上側後縁３は第２の径方向１２において旋回軸１から第２の距離に位置し、第１の径方向１１及び第２の径方向１２は、吸収体要素１００の鋭角の先端角αを規定する。第１の距離は吸収体要素長Ｆｌを規定し、第１の径方向１１から上側後縁３の距離は吸収体要素高Ｆｈを規定する。図１に示される実施形態は、約２の長さ対高さ比Ｆｈ／Ｆｌと、約３０度の先端角αとを有する。

図１の断面図は、前方旋回軸１に対して垂直な切断面Ｉ−Ｉにおける吸収体要素１００の外形を示しており、吸収体要素外形は、吸収体要素本体１０３の外形及び前方旋回軸１を含む。吸収体要素本体１０３の外形は図１において斜線を付したエリアとして示される。前端部１０１から後端部１０２への方向において見られるように、吸収体要素外形は前側部４において、リッジ１５によって分離される２つの凹形小部分１３、１４を有する凹形部分を含む。切断面Ｉ−Ｉにおける吸収体要素外形に対する凸包絡を、前方旋回軸及び吸収体要素本体１０３の外形を囲むように吸収体要素の周囲に張られたゴムバンドと見なすことができる。吸収体要素外形に対する凸包絡の前側部部分は、前端部１０１から下側後縁２まで延在する直線である。

側壁７、８は凸包絡に基本的に従い、前側部において著しい凹形部分を有する吸収体要素の場合に特に、吸収体要素に付加的な剛性を与える。側壁７と８との間に、かつ基本的に平行に配置される場合があるオプションの側壁間壁（図示せず）が、吸収体要素１００の剛性を更に高めることができる。

動作のために、吸収体要素１００は、静水条件下の表面レベルＳに等しい水域の平均表面上方の旋回軸高Ｆａに配置される前方旋回軸１から旋回可能に支持される。吸収体要素は、後端部１０２が部分的に沈水されるように構成され、下側後縁２は水中にあり、上側後縁３は水面の上方にある。静水条件下でのアイドル時位置において水面Ｓ上方の軸高Ｆａに懸吊されるときに、下側後縁２は水面Ｓ下の深さＦｄに位置し、深さＦｄは吸収体要素１００のアイドル時喫水を規定する。

吸収体要素ピッチは、第１の方向が水平線とともに囲む角度βとして測定される前側傾斜として規定することができる。代替的には、吸収体要素の動作角γは、表面Ｓと第２の方向１２との間の角度として規定することができ、動作角γは、上側後縁が前方旋回軸の下方にある場合に負と定義される。

吸収体要素外形の後側部５は、吸収要素長Ｆｌに等しい半径を有する、前方旋回軸１を中心とした円弧に基本的に従う。その結果、前方旋回軸から下側後縁２の第１の距離及び上側後縁３の第２の距離は互いに等しく、吸収体要素長Ｆｌに等しい。動作中に、円形の形状は、吸収体要素１００が水中で上下に動くときに、後面５が吸収体要素１００の伴流内に波を起こすのを回避する。

吸収体要素本体は、本体の浮力部分を旋回軸１に接続するアーム１７、１８を備える。浮力部分は、例えば、水を満たすことができる１つ又は複数の内部空洞などの、バラスト調整手段（図示せず）を備えることができ、バラスト調整手段は、入口及び出口開口部と、動作中に吸収体要素質量を調整できるようにする圧力手段とを備えることができる。

吸収体要素には、電力取出手段を吸収体要素に結合する手段（図示せず）、及び／又は吸収体要素運動の角度スパンを制限する制限係止機構とともに用いるブラケットなどの、吸収体要素の外部に取り付けられる更なる付属物（図示せず）を更に設けられることができる。

有利には、吸収体要素が、これらの特性パラメーターに従って吸収体要素を寸法決めすることによって所与の波候を有する所与の配備場所において動作するように構成される。所与の海況において吸収体要素を動作させるとき、その吸収体要素は不規則な波からなる波列に晒され、波列は前端部から入射し、吸収体要素の往復運動を駆動する。不規則な波からなる所与の海況は、異なる周波数、位相、振幅及び方向の正弦波の重ね合わせとして記述することができる。したがって、海況のエネルギー含量は波スペクトルＳ（ｆ）、すなわち、周波数依存性エネルギー分布Ｓ（ｆ）によって記述することができる。良好に近似するために、波スペクトルの形状は、ピアソン−モスコビッツ（ＰＭ：Pierson-Moscowitz）スペクトル又は合同北海波浪計画（ＪＯＮＳＷＡＰ：Joint North Sea Wave Program）スペクトルなどの、波動科学の分野における既知のモデルによって記述することができる。取り得る波スペクトルが図５に示される。不規則な海況のスペクトルは、上記で論じられたように、スペクトル分布Ｓ（ｆ）の積率から導出される主要数値によって表すことができる。これらの主要数値は、主要な波高Ｈｓ、波エネルギー周期Ｔｅ、平均波周期Ｔｚ、及びピーク波周期Ｔｐを含み、波周期Ｔは対応する波周波数ｆの逆数：Ｔ＝１／ｆである。

所与の場所における波候を特定するために、より長期にわたって波データが収集され、幾つかのデータ源を組み合わせて有用な１組の波データを得ることができる。したがって、波候は、その長期間内に生じる海況の集合であり、海況は、波候の統計的記述のための時間基準としての役割を果たす所定の観測周期内で収集される波データと定義することができる。一般的に用いられる時間基準は、１時間ごとである。したがって、波候は、或る特定の海況が生じる頻度に関する、時間に基づく統計的分布として表すことができる。海況の発生を主要数値に関して解析して、波候の散布図を提供することができる。応用形態に応じて、波候をそのように表す期間範囲は、月ごと、季節ごと、年ごと、又は吸収体の寿命などの任意の他の対象期間とすることができる。その統計的分布は、異なる海況のエネルギー含量によって更に増減／重み付けすることができる。波候記述から、全エネルギー含量が最大である波高及び／又は波周期などの、波候のその期間を通して生じる波の統計的分布を特徴付ける特性パラメーターを導出することができる。

以下において図６〜図９を参照しながら、一例として、所与の配備場所のための吸収体要素の構成が説明され、その構成は吸収体要素外形の所定の形状に対して実行される。配備場所の波候において動作するために吸収体要素を構成することは、基本的には、特定の場所における波候を特定し、それに応じて、商業的に実現可能なコストレベルにおいて利用可能な波エネルギーを効率的に取り込むのを確実にするように吸収体要素を寸法決めすることに等しい。

図６は、実行されるステップを示す。波候を特定することに関連するステップはあらかじめ実行されることができ、少なくとも部分的にアーカイブから入手可能な場合があることに留意されたい。波候データは、月ごと、季節ごと及び年ごとの波力の統計値、並びに月、季節、年及び経年の時間スケールにおける波力の変動性の考察を含むことができる。波データを収集することは極めて複雑であり、費用がかかる。それゆえ、多くの場合に幾つかのデータ源が組み合わせられる（６０１Ａ〜６０１Ｄ）。必要／可能なら、波データは配備場所の具体的な特徴に合わせられる（６０２）。これは、特定の配備場所の波候データのプールを作成する。その後、場所特有の波データは、波高及び周期に関するその海況の時間に基づく統計記述を提供する目的で、より具体的には、１時間ごとに分布した、そのプロジェクトの存続期間にわたる、その海況の主要な波高Ｈｓ、波エネルギー周期Ｔｅ、及びオプションで海況の波方向／方向の広がり（図示せず）の分布を提供する目的で波散布図７００に変換される（６０３）。好ましくは最も極端な海況を無視するように選択された生成窓内（６０４）で、波候の適切な表現を得た後に、それに応じて吸収体要素が寸法決めされる（６０５）。

図７は、所与の配備場所の波候を記述する散布図７００を示す。散布図７００は、ここでは、それぞれメートル単位及び秒単位において中央値を付された、主要な波高Ｈｓ及び波エネルギー周期Ｔｅの間隔７０２、７０３によって規定されるセル７０１に細分される。セル７０１の（Ｈｓ，Ｔｅ）間隔内に入る海況が、このセル７０１内にカウントされる。１年の期間及び１時間の時間基準を考えると、散布図７００は、１年を通しての海況の発生の１時間ごとの分布を示す。

海況の分布は、最適化パラメーターによって増減／重み付けされることができ、この例では、最適化パラメーターは（Ｈｓ，Ｔｅ）セルのエネルギー含量である。寸法決めするために、生成窓が選択されることが好ましい。場所特有の変動に応じて、生成窓は利用可能な波エネルギーの通常８５％〜９５％を構成する、取り得る最も小さな海況群である。実際には、これは、寸法決めの観点から、最も小さな波、最も短い波、最も長い波及び最も高い波が無視されることを意味する。

海況発生の散布図７００に対応する利用可能な波エネルギーの１年を通しての１時間ごとの分布が図８に示される。利用可能なエネルギーの分布は、各（Ｈｓ，Ｔｅ）セル内の波エネルギー含量を計算し、このセル内の海況の発生回数と乗算することによって、エネルギー含量散布図８００の形で得られる。エネルギー含量散布図８００のセル８０１を規定する（Ｈｓ，Ｔｅ）間隔８０２、８０３は、海況分布図７００の間隔７０２、７０３に対応する。最適化パラメーターによるスケール変更（re-scaling）が、最も頻度の高い海況を有するセル７０４の位置に対して最大のエネルギー含量を有するセル８０４の位置をシフトすることに留意されたい。その後、ピークエネルギー含量を有するセル８０４の位置を特徴付ける主要な波高Ｈｓ（ピーク）及び波エネルギー周期Ｔｅ（ピーク）が、吸収体要素を寸法決めするために配備場所における波候の特徴記述パラメーターとして用いられる。ピーク位置値はＨｓ＝３．２５ｍ及びＴｅ＝８．５ｓである。

上記のように、アイドル時喫水Ｆｄは、高さ換算係数Ｄを用いて波候の特性波高に応じて増減することができ、特性波高は、波候のエネルギー含量が最大である主要な波高であることが好ましい。また、吸収体要素長Ｆｌは、長さ換算係数Ｌを用いて波候の特性波長に応じて増減することができ、特性波長は、波候のエネルギー含量が最大であるピーク波周期Ｔｐに対応する波長であることが好ましい。試験により、有利な高さ換算係数Ｄは２〜５の範囲にあり、好ましくは２．２〜４の範囲にあり、より好ましくは２．５〜３．５であり、又は約２．９であり、有利な長さ換算係数Ｌは０．１〜０．４の範囲にあり、代替的には０．１１〜０．２５の範囲にあり、代替的には０．１２〜０．２０の範囲にあり、又は約０．１５であることがわかった。一例として、図９は、幾つかの異なる吸収体要素高に対する、吸収体要素長の関数としての所与の波エネルギー変換システムの変換効率に対する試験結果を示す。比較のために、そのデータは正規化されており、吸収体要素長は、無次元（dimensionless）長さ換算係数Ｌによって表され、吸収体要素高は無次元高さ換算係数Ｄによって表される。長さ換算係数Ｌは、主要数値Ｔｐに対応する波長に対して正規化され、高さ換算係数Ｄは主要な波高Ｈｓに対して正規化される。近似的には、上記の場合、Ｔ_ｐ＝１．１７Ｔ_ｅであり、対応する波長λｐは良好な近似として

に等しい。Ｌ＝０．１５の長さ換算係数を用いるとき、吸収体要素長は、

であるように構成されることが有利である。したがって、好ましいアイドル時喫水はＦ_ｄ＝２．９・３．２５ｍ＝９．４ｍと求められる。

エネルギー変換効率に対する吸収体要素寸法の最適化によって得られた値は、吸収体要素が大きくなるにつれて高くなる建設コストに対してバランスをとることができ、変換効率のわずかな低下と引き換えに、建設コストを大きく削減することにより、エネルギー生産の合計コストが削減される。建設コスト又は類似の検討事項は海況分布を重み付けするために最適化パラメーターに既に組み込まれている場合がある。代替的には、最大の変換効率を得るために吸収体要素寸法を決定した後に寸法の補正を実行することができる。

Claims (21)

1. 水域から波エネルギーを吸収する前方旋回タイプの吸収体要素（１００）を備える波吸収体ユニットであって、前記吸収体要素（１００）は、
   前記吸収体要素（１００）が動作中にその回りで揺動する前方旋回軸（１）を備える前端部（１０１）と、
   吸収体要素本体（１０３）であって、該吸収体要素本体（１０３）は、前記前端部（１０１）から下側後縁（２）まで延在する前側部（４）と、上側後縁（３）から前記下側後縁（２）まで延在する後側部（５）と、前記前端部（１０１）から前記上側後縁（３）まで延在する上側部（６）と、前記前方旋回軸（１）に対して平行な軸方向において前記吸収体本体（１０３）の幅Ｆｗを規定する横側壁（７、８）とによって実質的に画定され、前記下側後縁（２）は第１の径方向（１１）において前記旋回軸（１）から第１の距離に位置し、前記上側後縁（３）は第２の径方向（１２）において前記旋回軸（１）から第２の距離に位置し、前記第１の径方向（１１）及び前記第２の径方向（１２）は、前記吸収体要素（１００）の鋭角の先端角（α）を規定し、前記第１の距離は吸収体要素長Ｆｌを規定し、前記第１の径方向（１１）から前記上側後縁（３）の距離は吸収体要素高Ｆｈを規定し、前記吸収体要素（１００）は前記前方旋回軸（１）に対して垂直な切断面において見られるような断面外形を有し、前記吸収体要素外形は、該吸収体要素本体（１０３）の外形及び前記前方旋回軸（１）を囲む、吸収体要素本体（１０３）と、
   を備え、該吸収体ユニットは、
   前記前方旋回軸（１）から前記吸収体要素（１００）を旋回可能に支持するフレームを更に備え、アイドル時位置において、前記前方旋回軸（１）は静水上方の所定の前方旋回軸高Ｆａに位置し、前記吸収体要素（１）はアイドル時喫水Ｆｄだけ部分的に沈水される、波吸収体ユニットであって、
   前記前側部（４）における前記吸収体要素外形は、前記前端部（１０１）から前記後端部（１０２）に至る方向において見られるような凹形部分を備えることを特徴とする、水域から波エネルギーを吸収する前方旋回タイプの吸収体要素を備える波吸収体ユニット。
2. 前記前側部（４）における前記吸収体要素外形は、前記前端部（１０１）から前記下側後縁（２）まで延在する直線を越えて突出しないように、すなわち、前記吸収体要素外形に対する凸包絡の前側部部分が前記前端部（１０１）から前記下側後縁（２）まで延在する直線であるような形状をなす、請求項１に記載の吸収体ユニット。
3. 前記外形の前記前側部（４）における前記凹形部分は、リッジ（１５）によって分離される少なくとも２つの隣接する凹形小部分（１３、１４）を備える、請求項１又は２に記載の吸収体ユニット。
4. 前記凹形小部分（１３、１４）のうちの１つ又は複数、好ましくは全てが基本的に円弧に従う、請求項３に記載の吸収体ユニット。
5. 前記外形の前記後側部部分（５）は前記前方旋回軸（１）を中心とした円弧に従う、請求項１〜４のいずれか一項に記載の吸収体ユニット。
6. 前記吸収体要素長Ｆｌは５ｍ〜５０ｍの範囲にあり、代替的には１０ｍ〜４０ｍの範囲にある、請求項１〜５のいずれか一項に記載の吸収体ユニット。
7. 最小の前記吸収体要素高Ｆｈは２ｍであり、代替的には３ｍであり、又は代替的には４ｍであり、最大の前記吸収体要素高Ｆｈは３０ｍであり、代替的には２０ｍであり、又は代替的には１０ｍである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸収体ユニット。
8. 前記先端角（α）は１０度〜７０度であり、代替的には２０度〜６０度であり、好ましくは２５度〜５０度である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の吸収体ユニット。
9. 前記吸収体要素（１００）は、該吸収体要素（１００）をバラスト調整するための１つ又は複数の内部空洞を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の吸収体ユニット。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の吸収体ユニットを設ける方法であって、該方法は、所与の配備場所における波候において動作するために前記吸収体要素（１００）を構成することを含み、該構成は、
    前記配備場所の前記波候を記述する統計波データを入手するステップと、
    前記統計波データから前記波候を代表する１つ又は複数の特性パラメーターを導出するステップであって、前記特性パラメーターは特性波高Ｈ及び／又は特性波周期Ｔを含む、導出するステップと、
    前記１つ又は複数の特性パラメーターに従って前記吸収体要素（１００）を寸法決めするステップであって、前記吸収体要素（１００）のアイドル時喫水Ｆｄは前記特性波高Ｈよりも大きくなるように寸法決めされ、前記アイドル時喫水Ｆｄは、静水条件下で、静水面Ｓ上方の所定の軸高Ｆａにある前記前方軸（１）から前記吸収体要素（１００）を旋回可能に懸吊するときに、前記静水面下方の前記下側後縁の沈水の深さとして規定され、及び／又は前記吸収体要素（１００）の前記長さＦｌは前記特性波周期Ｔに対応する特性波長よりも短くなるように選択される、寸法決めするステップと、
    を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の吸収体ユニットを設ける方法。
11. 前記配備場所の前記波候において対象期間中に波エネルギー変換システム内で前記吸収体ユニットを動作させるときに、前記対象期間中に有用なエネルギーの生産が最大である、最適化されたアイドル時喫水を選択すること、及び／又は
    前記配備場所の前記波候において対象期間中に波エネルギー変換システム内で前記吸収体ユニットを動作させるときに、前記対象期間中に有用なエネルギーの生産が最大である、最適化された吸収体長を選択すること、
    によって、利用可能なエネルギーを有用なエネルギーに変換する生産性を最適化するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
12. 最適化されたアイドル時喫水を選択すること、及び／又は最適化された吸収体長を選択することは、
    （ａ）波高及び／又は波周期に関して前記配備場所の波候を記述するエネルギー含量分布を導出することと、
    （ｂ）規定されたアイドル時喫水及び／又は吸収体長を有する所与の吸収体要素の場合に、波高及び／又は波周期に関して変換効率分布を導出することと、
    （ｃ）前記エネルギー含量分布及び前記変換効率分布を組み合わせて、前記所与の波候における前記所与の吸収体要素の生産性分布を得ることと、
    （ｄ）前記動作吸収体要素定数を規定するために残りのパラメーターを保ちながら前記アイドル時喫水及び／又は前記長さを変更することと、並びに
    （ｅ）前記所与の配備場所における前記対象期間中のエネルギー生産が最大になるまでステップ（ｂ）〜（ｄ）を繰り返すことと、
    によって、繰返し実行される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記統計データは、前記配備場所における海況についての、波高Ｈ、好ましくは主要な波高Ｈｓの間隔に、及び／又は波周期、好ましくは波エネルギー周期Ｔｅの間隔にわたるエネルギー含量分布である、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記波候を代表する前記１つ又は複数の特性パラメーターは、エネルギー含量の最大値に関連付けられる、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記寸法決め／最適化は、前記波候を代表する統計データから選択された生成窓内における統計データに基づいて実行される、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記アイドル時喫水Ｆｄは前記特性波高×高さ換算係数Ｄであり、前記高さ換算係数Ｄは２〜５の範囲にあり、好ましくは２．２〜４の範囲にあり、より好ましくは２．５〜３．５であり、又は約２．９である、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記吸収体要素長Ｆｌは前記特性波長×長さ換算係数Ｌであり、前記長さ換算係数Ｌは、０．１〜０．４の範囲にあり、代替的には０．１１〜０．２５の範囲にあり、代替的には０．１２〜０．２０の範囲にあり、又は約０．１５である、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記吸収体要素（１００）の前記長さＦｌ及び／又は前記吸収体要素（１００）の前記アイドル時喫水Ｆｄは、吸収体要素建設コストとエネルギー生産効率とのバランスをとるように低減され、それにより、エネルギー生産の全体のコストを削減する、請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記構成は、
    前記吸収体要素（１００）の前記アイドル時位置における前記上側後縁（３）が静水面Ｓの上方にあるように、前記吸収体要素（１００）の高さＦｈを前記アイドル時喫水Ｆｄよりも大きくなるように寸法決めするステップを更に含む、請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記構成は、
    前記波候を代表する不規則な波場の影響下での前記吸収体要素（１００）について運動解析を実行するステップと、
    前記波候における前記吸収体要素（１００）の動作中に前記上側後縁（３）が沈水するのを防ぐように、前記吸収体要素の高さＦｈを決定するステップと、
    を更に含む、請求項１０〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 開放砕波体内で請求項１〜９のいずれか一項に記載の吸収体ユニットを使用すること。

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