JP2014533793A - 波力発電設備 - Google Patents

Abstract

本発明は、浮遊式本体(1)と当該本体が受ける波エネルギーを電力に変換する手段とを備える波力発電設備に関する。伝搬波が波の異なる段階において上側部分および下側部分に当たることによって下側部分が上側部分に対して主に反対方向に動く傾向を有するように、波の主な到来方向(A)に対向する本体(1)の断面の前側が、上側部分(11)が前上方に傾斜しかつ下側部分(12)が後下方に傾斜するように設計される。

Description

本発明は、浮遊式本体と当該本体が受ける波エネルギーを電力に変換する手段とを備える波力発電設備に関する。

本発明の目的は、波力発電設備の出力を増加させることができ、波状態の変化における操作上の予備調整を向上させることができる、改良された波力発電設備を提供することである。

この目的を達成するために、本発明による波力発電設備は、本体が、その大部分は水位Wより下にあるがその上部は水位より上にある概して垂直な壁であり、伝搬波が波の異なる段階において上側部分および下側部分に当たることによって下側部分が上側部分に対して主に反対方向に動く傾向を有するように、波の主な到来方向に対向する本体の断面の前側が、上側部分が前上方に傾斜しかつ下側部分が後下方に傾斜するように設計されることを特徴とする。当該本体は、緩やかに傾斜するS字の断面を形成しており、当該S字の末端部分は、おおむね水平位置に定められている。これに関連して、垂直および水平なる用語は、本体が穏やかな水に実質的に固定されている状態での本体の位置を意味する。稼働中の場合、当該本体は、おおむね波の到来方向に傾いている。

波力発電設備の本体は、好ましくは、その喫水が、所望される最も小さい機能的な波の長さ×0.5であるような寸法である。本体の上面は、好ましくは、閉じており、かつ平坦である。

本発明による解決策において、力および動きは、当該装置の上側部分および下側部分において反対であり、したがって、例えば、重力およびジャイロ力を利用することによって回転する回転子/ジャイレトリー発電器などによって電力を生み出すためにさらに使用される大きな動きおよび強い力を発生させる。刊行物の欧州特許第1384824(B1)号および国際公開公報第2005/071257(A1)号により、波によりジャイロシャフトが回転するときにジャイロの回転の運動量モーメントを使用して回転子のトルクを発生させる解決策が公知である。これらの公知の波力発電設備の問題は、回転子シャフトの回転を強めるトルクは、回転子が一回転する間に二回、短時間しか受けられないのに対し、中間段階において、ジャイロシャフトが旋回するときに、ジャイロの回転の運動量モーメントが、本体を傾けるトルクを発生する点である。本体がトルクの方向に傾くことが可能である場合、本体は、不必要な仕事を行い、回転子の回転を抑制するであろう。したがって、波と調和して回転子を回転させることが困難である。

本発明は、添付の図面を参照することにより、以下においてより詳細に説明される。

本発明の一態様による波力発電設備の本体の斜め前方からの線図を示す。 図1による本体の斜め後方の図を示す。 本体に設置された発電設備ユニットの実践形態の原理の線図を示す。

図1〜2は、波力発電設備の本体1の好ましい態様の原理の線図を示している。本体1は、概して垂直であるかまたは稼働時に波の到来方向において概して傾斜している壁であり、ほとんどの部分が水位Wより下にあるが、上側は水位の上にある。本体の壁型形状および概して垂直または傾斜した位置は、波の流動エネルギーを本体の運動エネルギーへと効率的にかつ広い表面積にわたって変換する。本体1の喫水は、好ましくは、最も小さい所望の機能的な波の長さ×0.5に一致する寸法であり、したがって、垂直方向における波の動きに等しくなる。図による例示的実践形態において、伝搬波が波の異なる段階において上側部分および下側部分に当たり、それにより、波が伝搬する際に、装置の上端および下端が大部分、波の異なる段階にあるような方式において、波の主な到来方向Aに対向する本体1の前側の上側部分11は前方に湾曲するように、ならびに下部12は後方に湾曲するように設計されており、したがって、断面において緩やかに傾くS字を形成している。次いで、これらのエリアでは、波の浮力および動的な動き(流動)に起因して反対方向に力および動きが生じる。小さい波では、装置の下側部分において波の動作はほとんど無く、そのため、動かない水が、この部分の動きに抵抗する。上側部分の設計の目的は、動的な動きによって生じる圧力変動と共に波の垂直運動によって生じる浮力の変動が、上側部分を段階的に異なる方向：後上方、前下方、に移動させることである。下側部分の少なくとも大部分が、異なる段階にある波の一部と接触するときに、この運動圧力変化(流動)によって発生する力が、下側部分を主に上側部分とは反対の方向に移動させる。本体1の上面16は閉じて作製される。

符番13は、例えば図3に関連して、より詳細に説明される発電設備ユニットの場所を示しており、示された態様には、2つのユニットが存在する。係留は、好ましくは、当該装置の下側部分における低運動位置33に固定されており、それにより、係留力および動きが、容易に制御される。係留力は、本体の動きを引き起こすこと/力を発生させることに関与し、そのエネルギーは回収される。実施例の場合、係留は、装置の下に吊り下げられた重り30によって実施されている。波力発電設備の設置場所の底に接続された、横方向に延びる細長い係留手段31が、重りに接続されて配置されている。当該重りは、係留に融通性を持たせ、大きな波において、システムのための下側ピボット32を形成する。小さい波では、当該ピボットは、本体の係留取り付け位置33である。この配置により、当該システムは、様々なサイズの波によって発生するエネルギーに適応する。当該システムの動きは非常に小さく、力における変動も中程度に維持される。係留の重りは、図に示された球形に加えて、例えば、平坦または円板形状であってもよく、これは、動きの創出およびエネルギーの発生における係留力の利用を増強する。

係留重り30は、好ましくは、中空であり、例えば、部分的にコンクリートが充填され、かつ部分的に空気が充填されており、それにより、移送の際に浮遊する。当該空洞が水で満たされると、当該重りは沈み、同時に、浮遊する発電設備を正しい位置へと引き込む。当該装置を除去するとき、重りの空洞は空気で満たされ、それにより、当該重りは、再び浮遊して移送を容易にする。発電設備それ自体も、水平位置へと水面近くまで上昇し、その場合、喫水は小さく、したがって、例えばドッキングなどを容易にする。エネルギー生産において、係留力が利用される。係留力は、主に、本体の上側前部の動き(力)の方向と反対であり、それにより、その部分に対するエネルギー生産を高める。

電力ケーブル(図示されず)と本体との接合部分も、好ましくは、係留点の近くの低運動位置に位置付けられており、動きを最小限に抑えるために係留線に従って海底へと導かれており、その場合、その摩擦はわずかである。当該装置の幅は選択可能であるため、当該装置を大きくすることもできる。出力は、数メガワットと高く、波の不規則性が本体の幅に対してある特定の制限を課す。装置の高さは、例えば、10〜40m、好ましくは、約15〜25 mの範囲内であり得、長さは、例えば、30〜100m、好ましくは、約50〜75mの範囲内であり得る。これらは、高い電力出力を可能にするためのオーダーを説明するための、装置の寸法の一例に過ぎない。閉じた本体の内側において力が電力へと変換されるため、大きなサイズがより適当である。

トルクの発生における波力に対する抗力は、重力とジャイロ力である。重力およびジャイロ力は、交互に入れ替わり、および同時に生じる。電気を生産するために使用される力(重力、ジャイロ力、波の動作によって発生した様々な方向での可変の加速度)は、閉じた本体に対して内在的である。これは、海洋の大気および海水から保護される簡単なメカニズムを可能にする。閉じた本体の外側には動きのメカニズムは存在しない。

上昇方向および側面方向における装置の寸法は、波のサイズに比べて大きく、それにより、両方の段階の波を利用することができる。当該装置は、すべての方向において、変化する浮力および波の運動エネルギーを同時に利用する。

当該装置は、好ましくは、サービスボートを安全に受け入れるためのビーチング用の傾斜を有する。ビーチングを容易にするために巻き上げ機によって使用される浮遊ロープが、当該傾斜の上側部分から後方に延びている。波の到来方向側には、当該傾斜の前に、通用口を提供する遮蔽板34が存在する。

好ましい一態様において、本体の下側部分に、水タンク14が備わっており、それにより、浮遊位置を調整することができる。現場に移送される場合、当該タンクは空であり、当該装置は、低く伏せて浮遊する。水タンク14は、円形断面を有し得、その軸は、長手方向に水平であり、すなわち、波の伝搬の方向に対して垂直である。この方法では、著しい惰性は形成されず、よってエネルギーを使用しないであろう。当該装置が波によって横揺れする場合でも、当該タンク内の水は、ほとんど追随しないであろう。

本体の中央部分の周辺側は、凸型であり、当該装置が波によって動かされる場合、後側が、波を「形成」しないように、すなわち、エネルギーを水に戻さないように、設計されている。本体の末端エリアは平坦であり、したがって、装置を循環する波の吸引を利用する。これは、捕捉幅を拡大する。

本発明によるシステムは、全体として、様々なサイズの波の動作に適応するため、当該システムは、波の動作の大きな力に抵抗する必要がないであろう。

図3に示された態様において、当該波力発電設備は、本体の細長いロール軸Bの周りで前後に揺れる細長い浮遊式本体1を含む。波の到来方向Aは、本体1のロール軸Bに対して垂直である。したがって、本体1は、一つの軸Bに対して前後に揺れる。本体には、波エネルギーを電気へと変換する2つ以上の発電設備ユニットが設置されている。両方の発電設備ユニットは、概して、主に垂直な回転子シャフト2の周りで回転する回転子3を含む。回転子3は、概して、主に水平なジャイロシャフト4の周りで回転するジャイロ5を含む。ジャイロ5およびジャイロシャフト4は、回転子3と共に回転子シャフト2の周りで回転する。発電器6は、ジャイロと共に回転するように接続されている。回転子3は、重心が回転子シャフト2から離れている塊Mを含み、本体が傾くとき、下記においてより詳細に説明されるように、塊Mおよびジャイロ5は、交互に、回転子3に平行トルクを発生させる。塊Mは、ジャイロの回転軸4に対して実質的に平行なアーム10によって回転子シャフト2に接続されている。ジャイロ5および発電器6は、部分的にまたは完全に、固定塊Mを形成する。

発電器6は、ジャイロシャフト4上に位置付けられているか、またはジャイロシャフトによって駆動されるように接続されている。回転子シャフト2から遠位の回転子3の外側末端には、当該回転子の外側末端に連結されている小さいホイール8が備わっており、これは、摺動することなく、回転子シャフト2を同軸的に囲む円形トラック9に沿って回転する。ホイール8、ジャイロ5、および発電器6は、一緒に回転するように接続されている。それらは、同じシャフト上に存在し得るか、またはお互いに適切な伝達率において接続されている。この態様において、ジャイロの回転速度は、回転子シャフト2の周りの回転子3の回転速度に関して一定であり、それに応じて波の周期に関して一定である。この態様では、各発電設備ユニットにおいて発電器6が一つのみ必要とされる。ジャイロ5および発電器6は、回転子の外側末端の付近に位置付けられてよく、それらは、塊Mにおける不可欠な一部を形成し、これは、本体が傾いた方向に塊Mが移動しようとするとき、重力に基づいて回転子を回転させる。回転するジャイロ5の運動量モーメントも、本体1の揺れによりジャイロシャフト4が旋回するとき、回転子3の回転を高めるトルクを発生させ、すなわち、歳差運動力が回転子にトルクを発生させ、その方向は、旋回の方向に対して90度の角度である。ジャイロの回転の方向は、いわば、ジャイロが回転子の回転の方向に、回転/進行するような方向でなければならない。

本体1の傾きの角度が最も大きく、揺れの方向が変わるとき、回転子は、好ましくは、図3に示された方向を有し、これは、ロール軸Bの方向と同じである。この場合、回転子の方向と本体の傾きの方向との間の角度、すなわち、いわゆる位相遅れは、90度である。換言すれば、回転子は、本体の傾きに対して90度の遅れ(後方)にある。次いで、塊Mは、重力の効果により、最大のトルクを提供する。その一方で、ロール軸Bおよびジャイロシャフト4は平行であるため、ジャイロ5は、この段階ではトラック9平面での回転子3のトルクには影響を及ぼさない。回転子3は、ジャイロシャフト4がロール軸Bに対して垂直な方向を向くまで回転し続け、揺れ動作は、ジャイロシャフトを徐々に速める。ジャイロシャフト4の方向の変化は、シャフト4がロール軸Bに対して垂直となるときに最速であり、ジャイロ力のモーメントは、その最大力によってトラック9の方向に回転子を押す。次いで、本体の揺れ動作は最速となり、トラックの平面は本質的に水平である。その場合、塊Mは、トルクを増加させない。したがって、ジャイロ力および塊のトルクは、90度の角度間隔で交替し、それぞれ、180度の角度間隔で、すなわち、両方とも回転子の1回転の間に2回、最大となる。

したがって、最も強力な稼働は、当該位相遅れが90度に調節されるときに達成される。中間形態では、塊によって生じるモーメントおよび回転子のジャイロによって生じるモーメントは、位相遅れの正弦に比例する。当該位相遅れは、発電器6の荷重を調節することによって調節することができる。波力発電設備の稼働において、その出力は、0〜90度の間で位相遅れを変えることによって、さらにはジャイロの回転速度を調節することによって、利用可能な波の出力に適合させることができる。

回転子/ジャイロ発電器の垂直軸は、波の到来方向にわずかに傾けて位置付けることができ、それにより、波によって生じる上下動作の加速が、トルクの発生に関与する。

本体が受ける波エネルギーを電力に変換するための手段は、好ましくは、ロール軸の付近で、本体の下側後部に位置される。これらの手段のための代替の位置は、本体の上部であり、重力およびジャイロ力に加えて、本体の揺れに従う加速度も、回転子のさらなるモーメントを生じる。

Claims (10)

1. 浮遊式本体(1)と、該本体が受ける波エネルギーを電力に変換する手段とを備える波力発電設備であって、
   該本体(1)が、その大部分が水位Wより下にあるがその上側部分は該水位より上にある概して垂直な壁であり、かつ、伝搬波が波の異なる段階で上側部分(11)および下側部分(12)に当たることにより該下側部分が該上側部分に対して主に反対方向に動く傾向を有するように、波の主な到来方向(A)に対向する該本体(1)の断面の前側が、該上側部分において前上方に傾斜しかつ該下側部分において後下方に傾斜するように設計されていることを特徴とする、波力発電設備。
2. 前記前側が、緩やかに傾斜したS字に設計されていることを特徴とする、請求項1記載の波力発電設備。
3. 本体が受ける波エネルギーを電力に変換するための手段が、閉じた構造としてフレーム部分の内側に位置付けられていることを特徴とする、請求項1または2記載の波力発電設備。
4. 本体(1)が受ける波エネルギーを電力に変換するための手段が、ロール軸の付近において、該本体の下側後方部分に位置付けられている(13)ことを特徴とする、請求項3記載の波力発電設備。
5. 波力発電設備が本体の下側部分に配置された係留手段を備え、該手段が下方に延びる細長い係留装置(35)に吊された係留塊(30)を含み、波力発電設備の設置場所の底に接続された横方向に延びる細長い係留装置(31)が該係留塊に接続されて配置されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項記載の波力発電設備。
6. 本体(1)の上面(16)が、実質的に平坦に作製されていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項記載の波力発電設備。
7. 本体(1)の喫水が、所望の最も小さい機能的な波の長さ×0.5に一致する寸法であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項記載の波力発電設備。
8. 本体(1)の下側部分に、必要に応じて波力発電設備の浮遊位置を調節するための水タンク(14)が備わっていることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項記載の波力発電設備。
9. 水タンク(14)が、本体(1)の側面方向に延びる円筒形容器であることを特徴とする、請求項8記載の波力発電設備。
10. 本体が受ける波エネルギーを電力に変換するための手段が、該本体上に支持されかつ概して垂直の回転子シャフト(2)の周りを回る回転子(3)と、概して水平のジャイロシャフト(4)の周りを回るジャイロ(5)と、該ジャイロまたは該回転子と一緒に回転するように接続された少なくとも1つの発電器(6、7)とであり、該ジャイロ(5)および該ジャイロシャフト(4)は、該回転子と共に該回転子シャフト(2)の周りを回り、かつ該回転子(3)が、重心が該回転子シャフト(2)から離れている塊(M)を含み、該本体が揺れるときに、該塊および該ジャイロが交互に、回転子を回転させる平行トルクを生じることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項記載の波力発電設備。

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