JP2015017614A - 発電システム及び発電プラント - Google Patents

Abstract

【課題】突発的な自然現象がもたらす破壊エネルギーへの安全性を確保し、ならびに建設コストを抑えうる、自然エネルギーを原動力とする発電システム及び発電プラントの提供【解決手段】アウターケーブルと、該アウターケーブル内に摺動自在に挿入されたインナーケーブルからなるエネルギー伝達ケーブルで、自然エネルギーから得られる往復運動のエネルギーの長距離伝達を行い、自然現象がもたらす破壊エネルギーが届きにくく、かつ建設が容易な場所に発電システム及び発電プラントの大部分を設置することで前記課題を解決する。【選択図】図１

Description

本発明は、自然エネルギーを電力へと変換するための動力伝達装置、発電装置を備えた発電システム及び発電プラントに関するものである。

現代生活に欠かせない電気の供給は、その大部分を原子力や石油資源などの化石燃料などを利用した発電によって賄われてきた。しかし近年、原子力の災害時における放射能汚染リスクや石油資源の枯渇、あるいはその利用の副産物である排出ガスがもたらす地球温暖化等の問題顕在化によって、環境対策を優先したエネルギーの利用が国家的急務とされている。その有力な解決策として、環境への影響が少ない再生可能エネルギー（自然エネルギー）を源とする発電が注目を集めている。

再生可能エネルギーを利用した発電システムとしては、波力発電や風力発電が有望視されている。なかでも長い海岸線を有する我が国日本にとって、波力発電の実現は極めて大きな意義を持つといえる。

現在、波力をエネルギー源としたさまざまな発電方法が案出され特許化されている。（特許文献１） しかしながら、小規模な設備や実験設備を除いて大規模なプラントで採用されている例は少ない。その最大の理由は、発電システム（波力の動力への変換設備と発電装置等）を洋上あるいは沿岸に設置するため、台風や異常波浪あるいは巨大津波等の自然災害時に、設備に大きなダメージあるいは壊滅的な破壊が発生するリスクが存在するからである。非特許文献1には安全設計として“台風、地震、津波などに対するハザードアナリシスはやっているのか”という指摘がある。多額の費用と時間をかけて設置した設備が突然回復困難で多額の復帰費用が掛かるような状態に陥ることは、経営にとって大きなリスクであり、加えて電力供給が長期間途切れることの社会的悪影響も大きい。突発的な自然現象がもたらす破壊エネルギーへの安全性確保は、波力発電に限らず自然エネルギーを原動力とする発電システム及び発電プラントにおいて、見過ごすことのできない大きな課題である。これまで公表されている装置あるいはシステムには、これを効果的に解決したものは現れていない。

特開平２００８−１８００８６号公報

波力発電検討会 「波力発電検討会報告書」WEB公開 平成２２年３月

本願発明が解決しようとする課題は、台風、地震、津波などの突発的な自然現象などへの安全性を高めるとともに建設容易であることを特徴とする自然エネルギーを原動力とする発電システムおよび発電プラントを提供することにある。

本発明は、発電システム及び発電プラントにおいて、自然エネルギーを可動物体を介して機械的な往復運動エネルギーに変換するエネルギー変換部と、該往復運動エネルギーを動力源として発電を行う発電装置との間のエネルギー伝達に、中空のケーブル（アウターケーブル）と該中空ケーブル内に摺動自在に挿入されたケーブル（インナーケーブル）とからなるエネルギー伝達ケーブル３を使用することを解決手段としている。

本発明の発電システム及び発電プラントに使用されるエネルギー伝達ケーブルにおいて、インナーワイヤーはアウターケーブル内壁に沿って移動するため、アウターケーブルの形状が直線ではなく湾曲していても、インナーワイヤーの一方の端に加えられた位置変化はもう一方の端に現れる。アウターケーブル内部とインナーワイヤーとの摩擦を軽減する設計を行い、アウターケーブルやインナーワイヤーの柔軟性と強度を適正にとれば、数十メートルあるいは数百メートルといった長距離の位置変化の伝達が可能になる。

前記エネルギー伝達ケーブルを発電システム及び発電プラントのエネルギー変換部が作り出す往復運動エネルギーの発電装置への伝達に使用すると、例えば波力発電においては、海上あるいは海岸付近に可動物体を介して自然エネルギーを機械的な往復運動エネルギーに変換するエネルギー変換部だけを設置し、前記エネルギー伝達ケーブルによって往復運動エネルギーを長距離伝達することで、大掛かりで建設費用も多額な発電設備を、例えば突発的な自然現象がもたらす海上の破壊エネルギーの届かない崖上等の場所に設置することができる。これにより、想定外の自然現象が海上で発生したとしても、設備へのダメージは小型で安価なエネルギー変換部とエネルギー伝達ケーブルの端部に限られるので、発電システム及び発電プラントに生じる台風や異常波浪あるいは巨大津波等の自然災害時のダメージあるいは破壊を最小限に抑えることが可能になる。

加えて、本発明の発電システム及び発電プラントによれば、波力発電においては、エネルギー変換部が崖下近辺に設置されるだけであるので、従来技術のように沖合や湾内等、漁船等が行き来する場所に大掛かりな設備を配置し、船の航行の安全面や漁業環境面の問題を指摘されることがないという利点を有する。

加えて、本発明の発電システム及び発電プラントによれば、波力発電においては、エネルギー変換部からエネルギー伝達ケーブルによって伝達された往復運動エネルギーを電力に変換する発電装置及びその周辺プラントの建設を、従来技術のように作業が困難な洋上ではなく陸地で行うことができるので、建設が容易で建設コストの上昇を避けることができるという利点を有する。

図１は本発明の発電システム及び発電プラントのフローチャートである。（実施例１） 図２はエネルギー伝達ケーブルの断面図及び側面図である。（実施例２） 図３波力発電におけるエネルギー変換部とエネルギー伝達ケーブルの接続例である。（実施例３） 図４は波力発電における設備の配置例を図にしたものである。（実施例４） 図５は複数のエネルギー変換部とエネルギー伝達ケーブルの組み合わせを用いてエネルギーを合力し、発電装置に伝達する例をフローチャートにしたものである。(実施例５)

以下本発明の一実施形態に係る発電システムおよび発電プラントについて説明する。なお、これは実施の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明の発電システムおよび発電プラントのフローである。
その第１段階は、波力や潮力あるいは風力等の自然エネルギー1である。
その第２段階は可動物体やピストンクランク機構等を介して前記自然エネルギーを機械的な往復運動エネルギーに変換するエネルギー変換部２である。
その第３段階は中空のケーブル（アウターケーブル）と該中空ケーブル内に摺動自在に挿入されたケーブル（インナーケーブル）とからなるエネルギー伝達ケーブル３によって前記機械的な往復運動エネルギーを長距離伝達する。
その第４段階は往復運動エネルギーを電力に変換する発電部４である。
その第５段階は電力を送電する送電部５である。
以上各段階は、図示しないが段階順にジョイントや接続子などの接続手段で連結されている。

図２は前記フローの第３段階のエネルギー伝達ケーブル３の断面図と側面図である。アウターケーブル６は中空のケーブルで、図示しないが少なくとも一層以上の構造となっており、必要であれば単一層のほか網構造の層等も使用してケーブルの性能に柔軟性と剛性を持たせてもよい。該アウターケーブル６の材料は樹脂や金属やカーボン素材や化学繊維のいずれかを含み、あるいは複合して構成される。
インナーケーブル７は前記アウターケーブル６内を摺動自在に挿入されたケーブルであり、少なくとも金属やカーボン素材や化学繊維のいずれかを含む材料を使用する。該インナーケーブル７の構造は、図示しないが柔軟性と剛性を持たせるため、伝達距離に応じて、単線、撚り線、あるいは単線と撚り線の複合の構造をとってもよい。該インナーケーブル７の両端は、エネルギー変換部で必要に応じて定められた往復運動の振幅と、前後の段階であるエネルギー変換部２と発電部４との接続のための接続域を確保する前記アウターケーブル６から露出する部分１０,１１を持つ。該エネルギー伝達ケーブル３は直線だけでなく湾曲していようとも往復運動エネルギーを確実に伝達できるよう、伝達距離に応じて前記アウターケーブル６の内面８と前記インナーケーブル６の外面９を摺動性を高めるよう摩擦係数を低くするコーティング等の加工を施してもよい。また、波力発電等水辺に近いところでの使用の際は前記アウターケーブル６の外面１２と前記アウターケーブル６の内面８と前記インナーケーブルの外面９に防水処理を施こしてもよい。

図３は本発明の発電システムおよび発電プラントの波力発電におけるエネルギー変換部２とエネルギー伝達ケーブル３の接続例である。エネルギー変換部２は、海岸壁１３に設置されたジョイント１４と該ジョイントに固定されるレール１５と移動用ジョイント１６を介して該レール１５に沿って上下動できるようにした浮体部１７からなる。エネルギー伝達ケーブル３のインナーケーブルの端部１８は浮体部１７に接続され、アウターケーブル６はケーブルホルダ１９を介して岸壁１３に固定されている。海面２０が上下動すると浮体部１７もそれに倣って上下動し、往復運動エネルギーが発生する。このエネルギーによって該エネルギー伝達ケーブル３のインナーケーブル７はアウターケーブル内を往復運動し、エネルギーの伝達がなされる。

図４は本発明の発電システムおよび発電プラントの波力発電における設備の配置例を図にしたものである。海面２０と岸壁１３近傍には図３で示したエネルギー変換部２とエネルギー伝達ケーブル３が配置されている。エネルギー伝達ケーブルのアウターケーブル６は複数のケーブルホルダ１９によって固定されながら岸壁を這うように誘導され、岸上２１近くから湾曲部２２を経て、岸上の平地２３にある発電設備２４に接続される。
本発明の発電システム及び発電プラントでは、図４に示す設備配置例にみるように、海面２０で発生した自然エネルギーは発電設備２４まで伝達され電力に変換される。
本発明により、岸上の平地２３に配置された発電設備２４が、洋上に建設する従来技術の発電設備より、はるかに建設が容易で、台風や異常波浪あるいは巨大津波等の自然災害時の影響を受けにくいことは論を待たない。

図５は本発明の発電システムおよび発電プラントにおいて複数のエネルギー変換部２とエネルギー伝達ケーブル３の組み合わせを合力部２５で、少なくとも一本のエネルギー伝達ケーブル２６に合力しに発電部４に伝達する例をフローチャートにしたものである。これによれば、エネルギー変換部２を合力して使用することにより、エネルギーを高めるとともに環境を考慮した外観の実現や設備の量産性を高めることができる。

１ 自然エネルギー
２ エネルギー変換部
３ エネルギー伝達ケーブル
４ 往復運動エネルギーを電力に変換する発電部
５ 送電部
６ エネルギー伝達ケーブルのアウターケーブル
７ エネルギー伝達ケーブルのインナーケーブル
８ アウターケーブルの内面
９ インナーケーブルの外面
１０ インナーケーブルの端部a
１１ インナーケーブルの端部b
１２ アウターケーブルの外面
１３ 海岸壁
１４ 海岸壁１３に設置された浮体部上下動用レール固定のためのジョイント
１５ 浮体部１７上下動用レール
１６ 浮体部用ジョイント
１７ 浮体部
１８ インナーケーブル７と浮体部１７の接続部
１９ アウターケーブルの海岸壁１３あるいは海岸上２１あるいは平地２３への固定用ジョイント
２０ 海面
２１ 海岸上
２２ エネルギー伝達ケーブルの湾曲部
２３ 平地
２４ 発電設備
２５ 合力部
２６ 合力したエネルギーを伝達するエネルギー伝達ケーブル

Claims (5)

1. アウターケーブルと、該アウターケーブル内に摺動自在に挿入されたインナーケーブルからなるエネルギー伝達ケーブルを、自然エネルギーから得られる往復運動の伝達に使用したことを特徴とする発電システム及び発電プラント。
2. 請求項１に記載のエネルギー伝達ケーブルのインナーケーブルの両端は、その一方を、自然エネルギーを往復運動にするエネルギー変換部に連結し、もう一方を往復運動を電力に変換する発電設備に連結していることを特徴とする請求項１に記載の発電システム及び発電プラント。
3. 請求項１または請求項２に記載の発電システム及び発電プラントのエネルギー伝達ケーブルは、少なくとも１メートル以上の長さを持ち、少なくとも一箇所以上の湾曲部を持つことを特徴とする。
4. アウターケーブル内面とインナーケーブル外面に、該インナーケーブルが摺動時の摩擦係数を減らすようコーティングを施しているとともに防水加工を施していることを特徴とする請求項１または２または３に記載のエネルギー伝導ケーブル。
5. 複数の、請求項１または２に記載の自然エネルギーを往復運動にするエネルギー変換部にエネルギー伝達ケーブルが連結された設備が伝達する往復運動エネルギーを、エネルギー合力部で合力し、合力された往復運動エネルギーを、少なくとも一本以上のエネルギー伝達ケーブルで、該往復運動エネルギーを電力に変換する発電設備に伝達することを特徴とする請求項１に記載の発電システム及び発電プラント。