JP2016521328A - ハイブリッド発電プラント - Google Patents

Abstract

本発明は、水の位置エネルギー（波に起因する水面の高低差）および水の運動（例えば、波、潮汐または潮流に起因する水の流れ）エネルギーを同時に捕獲することによる発電に関する。発電プラントは、高潮の際にエネルギー流束が発電プラントを超えて流れるのを防ぐための潮汐補償と、波峰に対して平行に自動的にその向きを変える方向安定装置とを有してよい。流れからエネルギーを捕獲する表面は、水深によって異なる流束に追従するために、最適な動きを有する。また、出力のリップルをフィルタリングするためのエネルギー蓄積を二相流体アキュムレータで構成することもできる。【選択図】図１

Description

本発明は、水の位置エネルギーと水の運動エネルギーとを同時に捕獲することによる発電に関する。この位置エネルギーは、波に起因する水面の高低差に関連し、運動エネルギーは、例えば、波、潮汐または潮流に起因する水の流れに関連する。

波浪のエネルギーは、２つの形態、すなわち、波として表れる水面の高低差を生じさせる位置エネルギーの形態と、水粒子を前進後退運動させる運動エネルギーの形態とにおいて存在している。エネルギーは、これらの２つの形態の間で等しく分配される。より詳細な説明は、Ｄｏｍｉｎｉｃ Ｒｅｅｖｅ，Ａｎｄｒｅｗ ＣｈａｄｗｉｃｋおよびＣｈｒｉｓ Ｆｌｅｍｉｎｇの書籍「Ｃｏａｓｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｐｒａｃｔｉｃｅ」第２版、２０１２年、Ｓｐｏｏｎ Ｐｒｅｓｓ、ロンドンおよびニューヨーク、ＩＳＢＮ９７８−０−４１５−５８３５２−７に記載されている。

従来技術は、ブイなどの様々な浮動体により波の位置エネルギーからエネルギーを捕獲することが行われている。また、従来技術は、各種のよどみ点圧力利用フラップ式構造物により水の運動エネルギーからエネルギーを捕獲することが行われている。従来技術は、両方のエネルギー形態を同時に効率的に捕獲しない。

大半の発電プラントは、両方の形態のエネルギーを同時に捕獲することに関して最適化されていない。波のエネルギーの半分が位置エネルギーの形態で存在し、残りの半分が運動エネルギーの形態で存在していることから、従来の発電プラントにおいては大量のエネルギー流速が素通りしていることになる。このために、従来の発電プラントが非効率になり、生産されるエネルギーの単価が高くなる。また、運動する物体の一部の領域において水流に逆らう動きがあることにより、構造に対して非常に大きい内部負荷が、そして支持構造に対して不要な反力が生じ、構造を過度に大きくしなければならず経済的ではない。

米国特許第８２５３２６３（Ｂ２）号は、両方の形態のエネルギーを捕獲する発電プラントを開示している。しかしながら、この従来技術の構造には特定の問題が関連している。この構造では、平行なアームに固定されたフラップを含むことにより、フラップが常に一定の向きとなるようにしている。様々な水深における水の速度分布に即したものではないために、フラップの動きがいずれかの終端位置に到達して停止する際に過度の力がこの構造に生じる。別の問題は、この構造の剛体浮子に関係している。波峰の長さは定まっていないため、剛体浮子は、浮子の一方の端部が波峰にかかり、他方が通過している場合に、提案の支持塔に過度の負荷を引き起こす。

米国特許第８２５３２６３（Ｂ２）号に開示された従来技術の解決策はまた、波の進行方向に沿って発電プラントを向け、過酷な状態に耐えることを頼みにしている。この向きは、浮動体に対し、浮動体沿いの波峰の位置および波峰が通過した位置に応じて、造船分野においてサギングおよびホギングとして知られる非常に大きな負荷を生じ、また、運動を制限する支持体に過度の負荷を引き起こすピッチング運動を生じることが知られている。このような状況において、貫通損傷のない、寸法が不適切な船舶、および定置式の柱に貫かれ、これに従う船舶サイズの物体は、貫通領域および柱に深刻な構造的問題を有する。

海底に永続的に固定される従来技術の発電プラントに関連する、さらなる問題がある。潮汐は水深とともに変化し、そのような発電プラントのあらゆるフラップ式構造物のエネルギー出力を急激に減少させる。これは、波の流速が水面で最大であり、水深とともに摩擦により流速が低下するためである。頑丈なフラップまたは羽根を海底に永続的に固定することでは、発電プラントは、満潮時に最良の表面エネルギー流速に到達できない。あらゆる固定された固定装置（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）はまた、様々な方向から到達する波における、波峰と発電プラントの向きとの間の迎え角という、別の電力低下要素を招く。

波力発電プラントの従来の技術レベルは、依然として、技術革新における試験段階にあり、したがって、日常保守およびプラント寿命に関する経済性はまだ重要な原動力になっていない。このことは必要な保守作業の複雑化となって現れ、つまり、非常に限られた十分に穏やかな天候の期間内に、ドライドックに入れる、潜水、岸への曳航などを行わなくてはならない。過酷な天候の下では、急流および発電プラントの激しい動きのために、海中での保守作業は不可能である。このように、発電プラントの生産性は小さな技術的問題によってもさらに低下する。

従来技術の波力発電プラントに関連するさらなる問題は、従来使用されている加圧アキュムレータに関係する。電力のリップルをフィルタリングするために利用できる蓄積容量が不適切であれば、出力電力が波によって変化する。このために、追加措置なしでは一般的な送電網で波力を利用するのが難しくなっている。

このように、従来技術の波力発電プラントは、最適な効率を有しておらず、過酷な天候で容易に損傷し、保守作業が困難である。

本発明の目的は、従来技術の発電プラントの問題を回避または低減し得る発電プラントを提供するための新しい解決策を提供することにある。

本発明の目的は、詳細には、より効果的な方法で、波の位置由来および運動由来の両方からのエネルギーならびに想定される流れからのエネルギーを同時に捕獲することによって、従来技術よりも優れた効率の発電プラントを提供することにある。様々な水面からの距離において水粒子の流速に一致する速度分布を有する各面を動かすことによって、運動エネルギーの捕獲を最適化する。本発電プラントはまた、潮汐による水位変化に追従する手段を提供し、流れ捕獲装置を、最高のエネルギー密度を有する最高流速領域に保持してもよい。さらに、本発電プラントは、到来波の進行方向と逆の方向に自ら向きを変えるものであり得る。本発電プラントは、荒天時（ｓｕｒｖｉｖａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）に過度の波の負荷を制限する能力を有していてもよい。

波からエネルギーを捕獲するための、本発明に係るハイブリッド発電プラントにおいて、発電プラントが、支持構造と１つ以上の波用浮子とを有することを特徴とし、浮子のうちの少なくとも１つが、波の位置エネルギーを捕獲し、浮子のうちの少なくとも１つに取り付けられた羽根またはフラップが、波の運動エネルギーを同時に捕獲し、波用浮子および羽根／フラップが、支持構造に接続し、この接続により、浮子および／または羽根／フラップの垂直方向の位置および／または向きが水面の高さおよび波の方向の変化に順応することが可能となる。

本発明の一部の好適な実施形態を従属請求項に記載する。

本発明の一実施形態によれば、発電プラントは、１つ以上の浮動体と、羽根および／またはフラップの様々な組み合わせとから構成されている。エネルギー捕獲装置を動かす浮動体の浮力および質量力により位置エネルギーを捕獲し、また、別々または共に、エネルギー捕獲装置を同様に動かす羽根またはフラップにより運動エネルギーを捕獲する。羽根の迎え角およびフラップの動きを調整して、様々な水深における水の流速分布に一致させる。波力発電プラントにおいて羽根を適用および制御する技術は、同一出願人の未公開の国際出願ＰＣＴ／ＦＩ２０１３／０５００４６号に詳述されており、参照により本明細書に援用される。

別の実施形態によれば、浮動体は、２つ以上の部品に分割される。浮動部品のうちの１つ以上は、急速な水面変化には追従しないが、潮汐による水位変動の間、一定の表面レベルを保つのに十分に小さい喫水領域を有する。一部の浮動部品は、動きに対抗するための質量（ｃｏｕｎｔｅｒ ｍａｓｓ）を提供し、１つ以上の浮動部品は、過度の波に対する保護のために追加的な浮力を提供する。残りの浮動部品は、波に追従し、位置エネルギーを捕獲する。

さらなる実施形態によれば、波従動浮動体を、ヒンジ機構またはスライド機構により、ゆっくりと動く浮動体に取り付ける。

さらなる実施形態によれば、波用浮子は、個々に垂直運動および回転運動して、基礎および支持機構への過度の負荷を防ぐことができる。

さらなる実施形態によれば、羽根またはフラップを、波面の変化に追従する浮動体に取り付ける。浮動体および羽根またはフラップ支持体を、流動を強化するような形状にすることができる。

さらなる実施形態によれば、羽根またはフラップを、潮汐による水位変化に追従するゆっくりと動く浮動体にも取り付ける。

さらなる実施形態によれば、浮動体を釣り合いのとれた向きに配置させることにより、発電プラントを波峰に対して自動的に平行に向ける。

さらなる実施形態によれば、羽根の迎え角が調整可能である。

さらなる実施形態によれば、配向された隣列に対抗するように羽根を配置させて、互いの反作用揚力を釣り合わせる。

さらなる実施形態によれば、共通または個別のエネルギー捕獲装置を有する、単一または複数あるいは群からなる配列に羽根をまとめる。

さらなる実施形態によれば、バー機構、ローラトラック（ｒｏｌｌｅｒ ｔｒａｃｋｓ）、ヒンジ、スライダまたはこれらの組み合わせにより、羽根またはフラップをシステムに取り付け、水流に関係する、様々な水深における動きが最適になるようにし、これにより、流れおよび動きの速さが調和していないことによって羽根またはフラップに内部の力がかかるのを防ぐ。

さらなる実施形態によれば、様々な水深における羽根またはフラップの動きを調整して、波の状態が変動する中でエネルギー捕獲を最適化する。

さらなる実施形態によれば、発電プラントは、杭／柱、アームまたは重力で海底に支持される。杭は、本発電プラントだけのための専用の構造とすることもできるし、風力発電プラントなどの別の目的のための既存の支持構造とすることもできる。支持構造により、好ましくは、波用浮子および羽根／フラップは、波の到来する方向に応じて向きを変えることができる。支持構造はまた、固定装置を備えていてもよい。

さらなる実施形態によれば、発電プラントは、反作用のための付加水質量を最大化するような形状にされた沈設構造である、固定された浮き基礎を有する。浮き基礎は、隔てられた水槽と、水槽間で水／空気をポンプ輸送する装置とを有していてもよい。これにより、支持構造が外部の力によって傾く傾向を補償することができる。

さらなる実施形態によれば、発電プラントを、ヒンジ式アーム機構で海底に固定し、発電プラントが、潮汐による水面の高さに追従し、かつ波の到来する方向に応じて向きを変えることができるようにする。

さらなる実施形態によれば、発電プラントは、例外的に高い波における過負荷を防ぐための浮力の低い浮子を有する。

さらなる実施形態によれば、羽根は、迎え角を調節可能として、過酷な状態において過負荷を防ぐ。

さらなる実施形態によれば、フラップは、フラップが、過酷な状態においては、流れに沿って向きを変えることができるようにする機構またはヒンジを有する。また、過圧力状態で開く蓋をフラップに設けることもできる。

さらなる実施形態によれば、動力取出装置には、羽根、羽根パネルまたはフラップおよびヒンジに接続される、液圧シリンダまたはポンプが設けられる。

さらなる実施形態によれば、発電プラントは、二相圧力アキュムレータを用いる流圧トランスミッションを有し、中間流体の有無は問わない。

さらなる実施形態によれば、発電プラントは、羽根またはフラップとシリンダまたはポンプとの間における伝達比を変化させるための有段または無段の調整カムおよびロッド機構を有する。

さらなる実施形態によれば、羽根を備える発電プラントは、連続的に流れる水における迎え角調整を有して、羽根を連続的に前後に動かす。

さらなる実施形態によれば、エネルギーは、二相アキュムレータに蓄積され、加圧流体が部分的に気体、部分的に液体であり、液体は、加圧体積が膨張すると沸点に達して気体になり、このため、作動流体の液位によらず圧力が一定に保たれる。典型的な加圧流体は、二酸化炭素である。この装置は、第３の中間流体を使用して、既知の、特定の条件下における腐食問題を防ぎ、液圧システムの作動圧力を高めることができる。

以下、添付の図面を参照しながら本発明を説明する。

潮汐調整浮子と突出した羽根の配列を有する波従動浮子とを別個に有する、本発明に係る例示的な発電プラントを示す図である。 潮汐調整浮子とヒンジ式の羽根の配列を有する波従動浮子とを別個に有する、本発明に係る例示的な発電プラントを示す図である。 潮汐調整浮子と羽根配列機構を有する波従動浮子とを別個に有する、本発明に係る例示的な発電プラントを示す図である。 潮汐調整浮子と摺動する羽根の配列を有する波従動浮子とを別個に有する、本発明に係る例示的な発電プラントを示す図である。 潮汐調整浮子と荒天時位置の垂直にヒンジ接続するフラップを有する波従動浮子とを別個に有する、本発明に係る例示的な発電プラントを示す図である。 潮汐調整浮子と水の流速分布に追従するフラップを有する波従動浮子とを別個に有する、本発明に係る例示的な発電プラントを示す図である。 別個の潮汐調整浮子を持たず、柱の両側に突出した羽根の二重の配列を有する、本発明に係る例示的な発電プラントを示す図である。 一体型の潮汐調整浮子と反対の水深位置に突出した羽根の二重の配列を有する、本発明に係る例示的な発電プラントを示す図である。 波の内側の水速度分布を示す図である。 水の速度分布に一致させるのに必要なフラップ速度分布を示す図である。 一番端の位置で水の動き対して平行に向きを変えることによって過負荷を防ぐ、フラップ配置を示す図である。 水平向きの羽根を有する、例示的な発電プラントを示す図である。 反作用のために付加質量を利用する構造を有する、浮き基礎を示す図である。 脚部で立つジャッキアップ本体部分を有する、代替的な発電プラントを示す図である。 発電プラントの実施に使用できる例示的な液圧圧力アキュムレータを示す図である。 フラップの動作原理を示す図である。 羽根の動作原理を示す図である。

提示している図は原寸に比例しておらず、また当然のことながら、構成要素の寸法は様々な用途における要件に応じて変わる。

図１に、本発明に係る発電プラントの例示的な実施形態を示す。発電プラントは、波用浮子５により波から位置エネルギーを捕獲し、波用浮子５は、波による水面の高さの変化に追従する。発電プラントは、波、潮汐または他の潮流から、あるいはこれらの組み合わせから運動エネルギーを捕獲するために、浮子に接続される羽根の配列６，７を有する。

発電プラントは、潮汐補償浮子がその周囲を摺動および回転する支柱１を有する。潮汐補償浮子は、部分的または完全に沈設される部分２と、接続部分３と、上部部分２２とから構成される。接続部分３は、小さい喫水領域を有して波による浮力変化を最小にし、これにより、補償浮子が一定の高さに保たれる。アーム４は、浮子５および羽根配列６，７を保持する。羽根は、羽根ハブ８により浮子に接続される。支柱を、専用杭とすることもできるし、風力タービン塔などの他の機能を有するものとすることもできる。

潮汐補償浮子はまた、高すぎる波に対する保護機能を有する。波峰が補償浮子の上部部分に到達すると、補償浮子は、追加的な浮力を浮子に発生させ、これにより、浮子システム全体を上昇させて、波用浮子５によってアーム４が望ましくない位置に向けられ、そのアームに流れる水が打ちつけられるのを防ぐ。潮汐補償浮子は、流れを羽根またはフラップに押しやり、これにより流速を高め、動力を増し、支柱に対する望ましくない抗力を減らすことによって、流動場を強化するような形状を有してよい。水流の方向に応じて、上下への追加的な揚力を生じるように浮子を形成することにより、波用浮子に対抗する動きによる発電プラントの動力捕獲が向上する。補償浮子はまた、アクティブ上下動スタビライザ槽またはアクティブ制御が可能な突出形部分２３を有してよい。

波用浮子５のそれぞれは、この例では２つ存在し、支持構造の両側にあり、発電プラントの周囲の不規則な波峰に追従するために、独立に動くことができる。波用浮子はまた、到来する波の峰の高さがその長さにわたって一定でない場合、横に回転することができる。

アーム４は、波用浮子の保守目的の吊上げ装置としても使用することもできる。同様の目的のために、潮汐補償浮子も、潮汐高さおよび局所的な水深に応じて、空になるよう揚水することもできるし、より深く沈むために充填することもできる。

羽根配列６，７は、互いの流体力学的揚力を釣り合わせるように、反対向きの移動方向を有する。本例では、２つの配列があり、波用浮子に取り付けられている。隣接する羽根配列の数は、設置場所で予想される波の状態に応じて変えることができる。一部の用途では、羽根またはフラップを、波用浮子とは別に、それ自体のアームに取り付けることができる。

波力発電プラントのための羽根は、深さによって変わる流速に対して最適な迎え角を保つために、ねじれていてもよく、また羽根に沿って輪郭を変化させることもできる。羽根全体はまた、深さによって変わる流速に適合するために、調節可能な迎え角を有してよい。

羽根は、好ましくは、例えば反動タービンにおいて知られるような、反作用の原理により水流が力を生じる形態を有していてもよい。そのような羽根は、例えば衝動タービンで知られるように、流水が作用力よりも大きい反作用力を生じる輪郭を有する。より具体的には、発電プラントの羽根の輪郭は、好ましくは、羽根の輪郭上で水流によって生じた力の成分が、水流の方向では、水流の方向に対して直交する方向の力の成分よりも小さくなるような形態を有し、かつ位置にある。換言すると、水流によって生じる揚力は、よどみ点圧力によって生じる力よりも大きい。羽根の形態および位置は、好ましくは、水流から揚力が最大のエネルギーを最小の抗力で与えるように最適化される。本発明の別の実施形態では、羽根表面の迎え角は、支持軸の周りでこの向きを変えることにより調整可能である。水中の羽根の輪郭形態は、対称でも非対称であってもよい。非対称の羽根の輪郭は、この構造が、好ましくは、流れの方向が往復する波力発電プラントで使用されることから、よく似ている（ｍｉｒｒｏｒｅｄ）２つの前縁を有する。対称の羽根の輪郭は、好適には、流れの方向が長期間一定である潮汐または川の流れで使用され、羽根の相反する動きは、例えば羽根をその支持軸の周囲で向きを変えることにより迎え角を調整することによって達成される。

波用浮子の動力は、アームおよび潮汐浮子の間の接合部に配置される、例えば、液圧シリンダ、ポンプまたは回転子（図示せず）により取り出される。羽根配列は、例えば、カムおよびロッド機構ならびに伝達比調整部を有する、それ自体の液圧動力取出装置を有する（図示せず）。好適な液圧圧力アキュムレータシステムの例を図１５に示す。

図２に、本発明に係る発電プラントの例示的な実施形態を示す。発電プラントは、性能の低い羽根ハブを省略するために、延長支持アーム９を有する羽根を有する。すべての他の実施態様は、図１の実施形態と同様であってよい。

図３に、本発明に係る発電プラントの例示的な実施形態を示す。羽根は、機構１１と共に動く配列１０に集約されている。すべての他の実施態様は、図１と同様であってよい。この実施形態では、羽根の全領域からのエネルギー供給を均一化することができる。羽根の輪郭は、この実施形態では、羽根に沿って一定であってもよい。羽根の配列はまた、図示されている垂直向き以外の様々な向きを有することもできる。羽根の向きは、例えば、水平であってもよく、その場合、羽根の配列は垂直方向に移動する。

図４に、本発明に係る発電プラントの例示的な実施形態を示す。羽根は、スライド１２と共に動く配列に集約されている。すべての他の実施態様は、図３と同様であってよい。

図５に、本発明に係る発電プラントの例示的な実施形態を示す。よどみ点圧力フラップ１３は、浮子に垂直にヒンジ接続されている。フラップは、支持構造に生じる力を釣り合わせるために、反対向きの回転方向を有してよい。すべての他の実施態様は、図１と同様であってよい。

図６に、本発明に係る発電プラントの例示的な実施形態を示す。フラップ１４は、機構１５により浮子に対して支持されており、フラップを水深によって異なる水の速度分布に追従させる。また、フラップをローラまたは摺動機構により支持させて、水深に関連する類似の動きをさせることもできる。

図７に、潮汐補償浮子のない本発明に係る発電プラントの例示的な実施形態を示す。この実施形態は、４つの波用浮子を有し、これらは互いに固定され、組み合わされた浮子構造は、支柱に対して垂直に動く。よって、波の位置エネルギーは、この相対運動から好適な手段で集められる。

図８に、潮汐補償浮子を持つが波用浮子のない本発明に係る発電プラントの例示的な実施形態を示す。羽根は、上方、下方またはこの両者を指すことができる。この例では、両方の代替策を示している。

図９は、浅瀬における波の水の水平方向の流速を示している。静水位１６では、水平方向の動きはない。波峰１７では水は岸に向けて流れ、１８を経て流れて、開水面に戻る。流速は、表面で最大になり、深さと共に線形に減少する。

図１０に、最適なフラップ運動の速度１９を示し、本図では、あらゆる水深において流速との速度差が等しい。このフラップ速度分布により、圧力のむらにより生じる内部負荷を伴わずに、フラップ表面全体に一様なよどみ点圧力が生じる。

図１１に、過酷な波の状態下で流れに対して平行に向きを変えているフラップ２１を示す。水流２０は、フラップの上側および下側を通ることができ、構造に過度の負荷を与えない。

図１２に、水平向きの羽根を有する、例示的な発電プラントを示す。

図１３に、水の動きの少ない深さに沈設体積（ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ ｖｏｌｕｍｅｓ）２４を有する浮き基礎を示す。沈設体積は、周囲の水から付加水質量を捕獲して、反作用となる重さを増やす形に作られている。この支持構造もまた、風力発電プラントが波力発電プラントと一体化した場合に使用することができる。

図１３の構造は、波力発電プラント、風力発電プラントおよびこれらの組み合わせの浮き基礎に関する重要な問題を解決する。このような基礎は、波、海流、基礎に設置された波力発電プラントまたは風力タービンの反力によって生じる力に起因する傾きにより、向きが変わりやすい。これらの力を、１つまたはいくつかの沈設水槽２４により、これらを別個の部分に分割し、部分間で空気および／または水をポンプ輸送し、それにより部分間の質量分布を制御することによって、補償することができる。これにより浮き基礎に運動量が生じ、またこれを使用して、外部の力によって生じた構造の傾きを補償することができる。

図１４に、脚部２７で立つジャッキアップ本体部分２６を有する、代替的な発電プラントを示す。この構造は、波峰の方向と共に向きを変えないが、この構造は、水の運動量が比較的一定の方向である場合の設置に有利な場合がある。

波力発電施設は、提示する概念から組み合わされる１つまたはいくつかの波力発電プラントを含んでいてもよい。この施設が２つ以上の波力発電プラントを含む場合、それらは平行な位置に互いに適切な距離を取って設置されてもよい。様々な方向の波を効率的に利用するために、汀線からのそれらの距離にわずかに差を設けることが好ましい場合もある。浮子が支柱に対して向きを変えることができる場合、浮子は、各発電プラントにおける最適な位置に配置される。脚部を有する発電プラントを使用する場合（図１４）、脚部の両側にある浮子を支持するため、施設の中ほどに同じ脚部を使用することが可能である。この場合、施設は、プラントの端部に脚部を有し、端部の脚部の間に中間脚部を有する。

図１５に、発電プラントの実施に使用できる例示的な圧力アキュムレータシステムを示す。波エネルギー変換器は、波で得られる瞬間的な動力により過渡的な油圧油の循環流を作る。これらの過渡的な流れは、電力にリップルを生じさせ、送電網に問題を起こす。なんらかの電力調整が常に必要とされる。

従来技術の液圧圧力アキュムレータは、有効な安定な圧力を保持するために大量の気体を必要とする。圧力は決して一定ではなく、アキュムレータが蓄積および放出することによって生じる気体の体積変化によって変化する。有効な一定に近い圧力を得るには、気体の体積が液体の体積よりも一桁大きくなければならず、非常に実現困難である。このようなアキュムレータをエネルギー貯蔵に使用しようとすることは、ほぼ不可能である。

必要な体積に応じて推進剤（ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ）が気体および液体の間で変化する二相圧力アキュムレータシステムにより、この問題を解決することができる。圧力は一定のままであり、液体の形態で必要とされる推進剤の体積は、気体の推進剤に対してほんのわずかな割合であり、システム全体が大幅に小型化され実用的となる。

二相液圧エネルギー貯蔵システムは、アキュムレータの充填段階に応じて気相５２および液相５３の両方として存在する二相推進剤流体を使用する高圧アキュムレータ５１から構成される。推進剤流体は、体積変化に従い、蒸発により膨張することによって、または凝縮して液体になることによって油圧油の圧力５４を一定に保つ。そのような有用な推進剤の１つは、二酸化炭素（ＣＯ２）である。

低圧アキュムレータ５５はまた、アキュムレータの充填段階５８に応じて、気相５６および液相５７の両方として存在する二相推進剤を有する。低圧アキュムレータの推進剤は蒸気圧が低く、低圧ライン５９において液圧によるキャビテーションを防ぐのに適している。そのような推進剤群の１つにフレオンおよび他の冷却剤がある。

圧力アキュムレータを、ブラダ形６４またはピストン形６５とすることができる。異なるピストン径６６のピストン形アキュムレータは、増圧器（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｅｎｈａｎｃｅｒ）として機能することができ、推進剤蒸気圧よりも高い圧力での動作を可能にする。

動作中、ポンピングシリンダ６０、液圧ポンプ６１および他の加圧構成要素が、低圧アキュムレータから低圧液圧流体５８を吸い上げ、その流体を高圧まで加圧し、高圧アキュムレータに供給する。エネルギー生産機械、例えば、液圧モータ６２またはタービン６３は、一定圧力の供給を受ける。

波の運動エネルギーを羽根またはフラップで捕獲することができ、羽根は、本発明を実施するための好適な代替策である。「羽根」と「フラップ」との違いを理解するためには、それらの機能を定義する必要がある。図１６および図１７を参照し、このことを次に説明する。

フラップ７０は、流れ７１を横断する面であり、通常平坦または平坦に近いものである。昔の汽船の外輪が良い例である。フラップが水中を移動する際、または流れがフラップに当たる際の衝撃により、推進力７２が生まれる。わずかな吸引力もまたフラップの後ろで生じ、顕著な乱流７３を伴って、たくさんのエネルギーを失う。推進力は、流れ／動きの方向に対して平行である。流れにおいては、流体粒子は、表面に当たるとその運動エネルギーを失い、よどみ点圧力７４と呼ばれる圧力上昇を生じる。

羽根は流線型の輪郭７５であり、輪郭中心軸と流れとの間の迎え角７６を有する。プロペラ羽根が良い例である。推進力７７は、輪郭両側の圧力差７８に対する作用によって生じる。推進力は、流れ／動きの方向を横断する。流れにおいては、流体粒子は、輪郭に沿って動き続け、流速の局所的な増加／現象によって圧力差が生じる。

フラップは、変化する流れの状態に容易に適合することはできない。唯一の方法は、軸の周りで方向を変えることにより流れに当たる面積を減らすことである。対照的に、羽根の輪郭の迎え角の調整は、揚力と呼ばれる推進力に対して劇的な効果を有する。流れに沿って羽根の輪郭の向きを変えることにより、全推進力を除去することができる。流線型の形状のため、わずかな抗力だけが残る。

本発明に係る解決策の一部の実施形態についてのみ説明したことに留意しなければならない。本発明の原理は、当然ながら、特許請求の範囲で規定された保護範囲内で、例えば、実施の詳細および用途を変更することができる。

本発明に係る発電プラントは、好適には波によって生じる水の動き利用するが、代替的または追加的に潮汐、川の流れなどによって生じる水の動きを利用してもよいことにさらに留意すべきである。

Claims (28)

1. 波からエネルギーを捕獲するためのハイブリッド発電プラントであって、
   前記発電プラントが、支持構造と１つ以上の波用浮子とを有することを特徴とし、
   前記浮子のうちの少なくとも１つが、波の位置エネルギーを捕獲するように構成され、前記浮子のうちの少なくとも１つに取り付けられた羽根またはフラップが、波の運動エネルギーを同時に捕獲するように構成され、前記波用浮子および羽根／フラップが、前記支持構造に接続し、この接続により、浮子および／または羽根／フラップの垂直方向の位置および／または向きが水面の高さおよび波の方向の変化に順応することが可能となる、ハイブリッド発電プラント。
2. 前記発電プラントが、前記位置エネルギー用波用浮子および運動エネルギー用羽根またはフラップを前記水面に対して好適な位置に保つために、１つ以上の潮汐補償浮子を備えることを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
3. 前記発電プラントが、反作用力または対抗する動きを生じるような形状を有する潮汐補償浮子を有することを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
4. 前記発電プラントが、突出する上下動補償装置、水槽またはこの両者を備える潮汐補償浮子を有することを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
5. 前記発電プラントが、羽根またはフラップへより多くの流れを押しやるような形状を有する潮汐補償浮子を有することを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
6. 前記発電プラントが、調整可能な水槽を有する潮汐補償浮子を有することを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
7. 前記発電プラントが、前記発電プラントの向きを波峰に対して平行にするために、前記支持構造の２つ以上の側面に釣り合う浮子を有することを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
8. 前記発電プラントが、潮汐補償浮子を有し、前記波用浮子が、バー機構、ヒンジ、スライドまたはローラにより前記潮汐補償浮子に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
9. 前記波用浮子が、バー機構、ヒンジ、スライドまたはローラにより前記支持構造に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
10. 前記羽根またはフラップが、バー機構、ヒンジ、スライドまたはローラにより前記波用浮子に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
11. 前記発電プラントが、潮汐補償浮子を有し、前記羽根またはフラップが、バー機構、ヒンジ、スライドまたはローラにより前記潮汐補償浮子に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
12. 前記波用浮子が、波に前記プラント容量を超えて、前記浮子にわたって流れるような寸法を有することを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
13. 前記潮汐補償浮子が、高い波における過度の負荷を避けるために、前記発電プラントの部分を持ち上げるような追加的な浮力体積を有してよいことを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
14. 前記羽根が、水流速に従って変わる迎え角および輪郭を有するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
15. 前記羽根が、波の状態に応じて調整可能な迎え角を有するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
16. 前記フラップの前記動きが、水粒子の速度分布および様々な深さにおける経路長に追従するように構成され、不一致によって生じる前記フラップへの内部の力を除去することを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
17. 前記フラップが、過度の負荷がかかる場合、水流に対してより平行に前記フラップの向きを変えるように構成される支持機構を有することを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
18. 前記羽根が、迎え角調整機構を有し、過度の負荷がかかる場合、流れに対してより平行に前記羽根の向きを変えることを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
19. 前記支持構造が、他の目的のための既存のもの、または前記発電プラント専用のもの、あるいは両方の組み合わせである、海底または重量物に固定される杭／柱または他の構造を備えることを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
20. 前記支持構造が、固定装置を備えることを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
21. 前記支持構造が、固定された浮き基礎を有することを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
22. 前記浮き基礎が、水槽と、外部の力による前記構造の傾きを補償するために前記水槽間で水をポンプ輸送するための装置とを備えることを特徴とする請求項２１に記載のプラント。
23. 前記支持構造が、脚部を有するジャッキアップ基礎を有することを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
24. 前記発電プラントが、保守目的のための吊上げ機として使用されるように構成される波用浮子支持アームを有することを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
25. 前記発電プラントが、シリンダ、回転子またはポンプを動かす機構を有する動力取出システムを有し、前記機構が、調整可能な移動比を有することを特徴とする、請求項１に記載のプラント。
26. 前記動力取出システムが、圧力アキュムレータの二相加圧流体に作動流体動力を蓄積するための構成を有することを特徴とする、請求項２５に記載のプラント。
27. 前記動力取出システムが、異なる二相加圧流体を有する低機能圧力アキュムレータを有することを特徴とする、請求項２５に記載のプラント。
28. 前記動力取出システムが、作動流体および二相加圧流体の間に中間流体を有する液圧装置を有するように構成されることを特徴とする、請求項２７に記載のプラント。

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