JP2019190396A - 水流発電システム及び発電ポッドの深度変更方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水面の状況を把握して、発電ポッドの深度を変更可能な水流発電システムを提供する。【解決手段】水流発電システム１は、タービン３と、タービン３による回転駆動力を受けて発電する発電機４を含む発電ポッド２と、水面に関する情報を取得する水面情報入力部２６と、水面情報入力部２６で取得した水面に関する情報に基づいて、発電ポッド２の深度を変更するか否かを判定する判定部２７と、発電ポッド２の深度を制御する制御部２８と、を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、水流発電システム及び発電ポッドの深度変更方法に関する。

海流を受けて回転するタービンと、タービンの回転により発電する発電機とを備えた海流発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この海流発電装置では、設定深度で運用を開始するまではタービンを停止させている。

特開２０１４−２１４６０４号公報

例えば、発電ポッドが水面付近に存在する場合において、水面の状況が不良であると、発電ポッド及びタービン等に影響が及ぶおそれがある。また、水中から水面に発電ポッドを浮上させる場合において、水面の状況が不良であると、発電ポッド及びタービン等に影響が及ぶおそれがある。本開示は、水面の状況を把握して、発電ポッドの深度を変更可能な水流発電システム及び発電ポッドの深度変更方法について説明する。

本開示の水流発電システムは、タービンと、タービンによる回転駆動力を受けて発電する発電機を含む発電ポッドと、水面に関する情報を取得する水面情報入力部と、水面情報入力部で取得した水面に関する情報に基づいて、発電ポッドの深度を変更するか否かを判定する判定部と、発電ポッドの深度を制御する制御部と、を備える。

この水流発電システムによれば、水面情報入力部を備えているので、水面に関する情報を取得することができ、取得した水面に関する情報を考慮して、発電ポッドの深度を変更することができる。これにより、水面の状況が不良である場合に、発電ポッドを水面近傍から降下させることができる。また、水面の状況が改善した後に、発電ポッドを水面に浮上させることができる。

いくつかの態様において、水流発電システムは、発電ポッドの浮力を調整可能な浮力調整機構を備え、制御部は、浮力調整機構を制御して、発電ポッドの深度を制御してもよい。これにより、発電ポッドの浮力による作用を調整して、発電ポッドを降下させたり、浮上させたりすることができる。

いくつかの態様において、水流発電システムは、波浪に関する情報を検出する波浪計を備え、水面情報入力部は、水面に関する情報として、波浪に関する情報を取得することができる。これにより、波浪状況を把握して、発電ポッドの深度を変更することができる。

いくつかの態様において、水流発電システムは、水面で浮遊する対象物を検出する対象物検出センサを備え、水面情報入力部は、水面に関する情報として、対象物に関する情報を取得することができる。これにより、対象物を検出し、対象物と当たらないように発電ポッドの深度を変更することができる。

いくつかの態様において、水面情報入力部は、水面に関する情報として、船舶の運航情報を取得することができる。これにより、船舶の運航情報を考慮して、船舶に影響を与えないように、発電ポッドの深度を変更することができる。

いくつかの態様において、発電ポッドは、係留索に連結されて水中で浮遊可能であり、通常運転時において、タービンの最外周が水面下に没する深度で発電してもよい。例えば、タービンの一部が水面から上方に張り出した状態で運転することが抑制される。水面近傍の水流を受けてタービンを回転させて発電することができる。

本開示の発電ポッドの深度変更方法は、水流を受けてタービンを回転させて発電する発電機を備えた発電ポッドの深度変更方法であって、水面に関する情報を取得する水面情報取得工程と、水面情報取得工程で取得した水面に関する情報に基づいて、発電ポッドの深度を変更するか否かを判定する判定工程と、判定工程による判定結果に基づいて、発電ポッドの深度を変更する深度変更工程と、を含む。

この発電ポッドの深度変更方法によれば、水面情報取得工程で水面に関する情報を取得することができ、取得した水面に関する情報を考慮して、発電ポッドの深度を変更することができる。これにより、水面の状況が不良である場合に、発電ポッドを水面近傍から降下させることができる。また、水面の状況が改善した後に、発電ポッドを水面に浮上させることができる。

本開示の水流発電システム及び発電ポッドの深度変更方法によれば、水面の状況を把握して、発電ポッドの深度を変更することができる。

本開示の水中浮遊式発電システムの概略構成を示す図である。 発電ポッドに設けられた機器類の概略構成を示す図である。 水中浮遊式発電システムの概略構成を示すブロック図である。 水中浮遊式発電システムの制御ユニットで実行される処理手順を示すフローチャートである。

以下、本開示の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、水中浮遊式発電システム（水流発電システム）１は、例えば海水中に設置され、海流ＦＷを利用して発電を行う。以下、水中浮遊式発電システム１を「発電システム１」と記す。また、海流ＦＷの上流側を前側、海流ＦＷの下流側を後側として説明する。発電システム１は、例えば左右に離間して配置された一対の発電ポッド２を備える。発電ポッド２は、水中を浮遊可能な浮体である。発電システム１は、一対の発電ポッド２間に配置された中央ポッドを備える構成でもよい。一対の発電ポッド２は、例えばクロスビーム（強度部材）によって連結されている。発電システム１は、一対の発電ポッド２を備えるものに限定されず、１つの発電ポッド２を備えるものでもよく、３つ以上の複数の発電ポッド２を備えるものでもよい。

図２に示されるように、発電ポッド２の前部は海流ＦＷの上流側に配置され、後部は海流ＦＷの下流側に配置されている。発電ポッド２の後部には、発電用タービン３が設けられている。以下、発電用タービン３を「タービン」３と記す。発電ポッド２は、例えば円筒状を成す容器を含み、タービン３を回転可能に支持している。タービン３として、いわゆるダウンウィンド型のタービンが採用されている。なお、タービン３は、アップウィンド型のタービンであってもよい。発電ポッド２は、タービン３の回転駆動力によって発電する発電機４を収容する。

発電ポッド２は、図１に示されるように、海底に配置されたシンカー（又はアンカー）５に対して、係留索６を介して接続されている。シンカー５は例えば摩擦式のシンカーでもよく、その他のシンカーでもよい。アンカーは、パイル式のアンカーでもよく、サクション式のアンカーでもよく、その他のアンカーでもよい。

係留索６の下端はシンカー５に接続され、係留索６の上端は発電ポッド２に接続されている。係留索６の上端は、例えば一対の発電ポッド２に対してそれぞれ接続されている。係留索６は、発電ポッド２に代えて、中央ポッドに接続されていてもよく、クロスビームに接続されていてもよい。発電ポッド２に対しては、例えば長さを調整することで発電ポッド２の深度を変えることが可能な深度調整用のロープ等は接続されていない。

発電ポッド２には送電ケーブル７が接続されている。送電ケーブル７は、係留索６に沿って配置されていてもよい。送電ケーブル７の一端は、発電ポッド２内の発電機４に接続されている。送電ケーブル７の他端は、例えばシンカー５において、海底送電ケーブル８に接続されている。送電ケーブル７は、シンカー５に設けられた中継器（例えば変圧器を含む）を介して、海底送電ケーブル８に接続されている。海底送電ケーブル８は、海底に敷設されて、例えば地上の電力系統（外部電源等）に接続されている。発電機４によって発電された電力は、送電ケーブル７及び海底送電ケーブル８を通じて、電力系統に給電可能である。同様に、電力系統から発電ポッド２に給電することもできる。

図２に示されるように、タービン３は、ハブ９と、ハブ９に設けられた複数枚（例えば２枚）のブレード１０と、を含んでいる。ダウンウィンド型のタービンを採用した発電システム１においては、海流ＦＷの向きを基準として、発電ポッド２の下流側にブレード１０が配置されている。

ハブ９には、回転軸１１が連結されている。回転軸１１は、発電ポッド２に収容され、軸回りに回転可能である。ハブ９及びブレード１０は一体として回転する。ブレード１０の回転は、回転軸１１を介して発電機４に伝達される。回転軸１１は、例えば発電ポッド２の中心軸線に沿って設けられている。発電ポッド２には、タービン３の回転数を計測する回転数センサが設けられている。回転数センサには、例えばレゾルバ又はエンコーダ等が搭載されている。回転数センサで取得されたタービン３の回転数に関する情報は、後述する制御ユニット２０に入力される。

発電システム１において、ブレード１０のピッチ角度は可変になっている。発電システム１は、ブレード１０のピッチ角度を調整可能なピッチ角度調整装置１２を備える。ピッチ角度調整装置１２は、例えば油圧式の駆動装置１３と、ブレード軸１４とを備える。より詳細には、各ブレード１０の基端部には、ブレード軸１４が設けられている。このブレード軸１４に、駆動装置１３が連結されている。駆動装置１３は、例えばハブ９内に搭載される。駆動装置１３は、例えば、歯車機構を含んでいる。駆動装置１３としては、公知の機構を用いることができる。駆動装置１３は、制御ユニット２０によって制御されて、ブレード軸１４を回転させて、ブレード１０のピッチ角度を任意の角度に調整可能である。駆動方法は、油圧でなくとも良く、電動モータ等を用いる電動式の駆動方法でもよい。

また、駆動装置１３には、ブレード１０のピッチ角度を検出するピッチ角度センサが設けられている。ブレード１０のピッチ角度とは、ブレード軸１４の軸回りの回転角度である。ピッチ角度センサには、例えばレゾルバ又はエンコーダ等を搭載されている。ピッチ角度センサで取得されたブレード１０のピッチ角度に関する情報は制御ユニット２０に入力される。

発電システム１は、浮力調整機構１５を備える。浮力調整機構１５は、発電ポッド２に搭載されている。浮力調整機構１５は、発電ポッド２との間で例えば海水を注排水して発電ポッド２を含む浮体全体の重量を変化させる。浮力調整機構１５は、発電ポッド２内に設けられたタンク１６と、タンク１６と発電ポッド２の外部とを接続する注排水管１７と、注排水管１７に設けられたポンプ１８とを含む。タンク１６は、所定の容量を有する貯水タンクである。ポンプ１８は、タンク１６に水（例えば、海水）を注排水する。ポンプ１８は、例えば発電機４で発電された電力によって駆動される。ポンプ１８は、例えば送電ケーブル７を用いて供給された電力によって駆動されるものでもよい。また、ポンプ１８は、発電ポッド２に搭載されたバッテリから供給された電力によって駆動されてもよい。浮力調整機構１５は、発電ポッド２に設けられているものに限定されず、発電ポッド２に連結された他のポッドに設けられていてもよい。

発電システム１は、図３に示されるように、発電ポッド２における制御を司る制御ユニット２０を備える。制御ユニット２０は、発電ポッド２に収容されている。制御ユニット２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータである。

制御ユニット２０には各種センサが接続されている。各種センサとしては、例えば深度センサ２１、波浪計２２、レーダセンサ２３等がある。その他の各種センサとして、上記の回転数センサ、ピッチ角度センサ等が挙げられる。

深度センサ２１は、発電ポッド２の深度を検出する。深度センサ２１は、発電ポッド２に搭載されている。深度センサ２１としては、例えば、水圧を検知する圧力センサ等を用いることができる。深度センサ２１により検出される発電ポッド２の深度に関する情報は、制御ユニット２０に入力される。

波浪計２２は、発電ポッド２の近傍の波浪に関する情報を検出する。波浪計２２は、例えばブイ（浮き）２４に搭載されている。波浪計２２は、波浪に関する情報として、波高に関する情報を検出する。波浪計２２は、波浪に関する情報として、波向に関する情報、波の周期、及び流速に関する情報等を取得してもよい。波浪計２２は、水面ＷＳに関する情報として、波浪に関する情報を取得する。波浪計２２は、波浪に関する情報を、制御ユニット２０に送信する。

レーダセンサ２３は、発電ポッド２の近傍の水面ＷＳに存在する対象物を検出する対象物検出センサである。レーダセンサ２３は、例えばブイ２４に搭載されている。レーダセンサ２３は、例えばミリ波レーダ又はレーザーレーダである。レーダセンサ２３は、例えばミリ波等のレーダ波を送信し、対象物で反射した反射波を受信する。レーダセンサ２３は、レーダ波を送信してから、反射波を受信するまでの時間に基づいて、対象物までの距離を計算する。また、レーダセンサ２３は、反射波の受信方向により、レーダセンサ２３に対する対象物の方位を検出する。レーダセンサ２３は、水面ＷＳに関する情報として、対象物の位置に関する情報（距離、方位）を取得する。レーダセンサ２３は、対象物の位置に関する情報を、制御ユニット２０に送信する。対象物としては、例えば、船舶、漂流物等が挙げられる。図１では、対象物として、ヨット１９が図示されている。

ブイ２４は、発電ポッド２の近傍の水面ＷＳで浮遊している。ブイ２４には、例えば係留索２５が接続されている。係留索２５は、例えばシンカー５に接続されている。係留索２５は、シンカー５とは異なるシンカー（又はアンカー）に係留されていてもよく、その他のものに接続されていてもよい。ブイ２４は、例えば複数設けられていてもよい。例えば、発電ポッド２が存在する可能性がある領域の周囲に配置されていてもよい。波浪計２２と、レーダセンサ２３とは、それぞれ別々のブイに搭載されていてもよい。

ブイ２４は、例えば通信用ケーブルを介して、発電ポッド２の制御ユニット２０と通信可能となっている。ブイ２４は、例えば通信用アンテナを備えていてもよい。同様に、発電ポッド２は、通信用アンテナを備えていてもよい。また、ブイ２４は、例えば太陽電池、蓄電部、ＧＰＳセンサ、制御部等を備えていてもよい。レーダセンサ２３及び波浪計２２には、ブイ２４に搭載された蓄電部から給電してもよく、発電ポッド２から給電してもよく、外部電源等から給電してもよい。

また、ブイ２４は、その他の気象情報を検出するセンサを備えていてもよい。ブイ２４に搭載されたセンサは、その他の気象情報（水面に関する情報）として、雨量、風向き、風速等を検出し、検出した情報を制御ユニット２０に送信することができる。

制御ユニット２０は、地上側センター３０と電気的に接続され、通信可能となっている。地上側センター３０は、地上に設置されたコントロールセンターである。地上側センター３０の制御部は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータである。

地上側センター３０は、例えば船舶の運航情報を取得することができる。例えばネットワークに接続された各種データベースから船舶の運航情報を取得してもよく、作業員が船舶の運航情報を入力してもよい。船舶の運航情報には、例えば、発電ポッド２の近傍を航行する船舶の通行時間、速度等に関する情報が含まれる。船舶の運航情報には、船舶の種類、大きさ等、船舶に関する情報を含んでもよい。発電ポッド２の近傍とは、発電ポッド２及びタービン３が存在する可能性がある領域を含む。船舶としては、大型船、旅客船、貨物船等を含む。また、地上側センター３０は、発電ポッド２の近傍の波浪に関する情報、気象に関する情報（天気予報）、水面ＷＳで浮遊する対象物に関する情報等を取得してもよい。地上側センター３０で取得した情報は、発電ポッド２の制御ユニット２０に送信される。

制御ユニット２０及び地上側センター３０は、通信ケーブル３１によって接続されている。通信ケーブル３１は、海底に敷設され、発電ポッド２及び地上側センター３０に接続されている。通信ケーブル３１として光ファイバを用いることができる。通信ケーブル３１は、例えば、送電ケーブル７及び海底送電ケーブル８と共に延在している。

制御ユニット２０は、入力部２６、判定部２７、制御部２８及び記憶部２９を備える。制御ユニット２０には、浮力調整機構１５及びピッチ角度調整装置１２が電気的に接続されている。

入力部２６は、水面ＷＳに関する情報を取得する水面情報入力部である。水面ＷＳに関する情報として、波浪に関する情報、水面ＷＳで浮遊する対象物に関する情報、船舶の運航情報等がある。入力部２６は、波浪計２２から波浪に関する情報を入力する。入力部２６は、レーダセンサ２３から水面ＷＳで浮遊する対象物に関する情報を入力する。入力部２６は、地上側センター３０から船舶の運航情報を入力する。入力部２６は、水面ＷＳに関する情報としてその他の情報を入力してもよい。入力部２６は、入力した情報を記憶部２９に記憶する。

判定部２７は、入力部２６で取得した水面ＷＳに関する情報に基づいて、発電ポッド２の深度を変更するか否かを判定する。判定部２７は、判定条件を満たしている場合に、発電ポッド２の深度を変更すると判定する。判定条件に関する情報は、例えば記憶部２９に記憶されている。判定条件としては、例えば波浪に関する条件、水面ＷＳで浮遊する対象物に関する条件、船舶の運航に関する条件等が挙げられる。

判定部２７は、発電ポッド２の深度に応じて判定条件を変えることができる。判定部２７は、発電ポッド２が第１深度Ｐ１に存在する場合の判定条件と、発電ポッド２が第１深度Ｐ１よりも深い第２深度Ｐ２に存在する場合の判定条件とを変えることができる。例えば、発電ポッド２が水面ＷＳ近傍に存在する場合を第１深度Ｐ１とすることができる。発電ポッド２が水面ＷＳ近傍に存在する場合とは、例えばタービン３の最外周（ブレード１０の先端）が全周において水没している場合を含む。また、発電ポッド２が水面ＷＳによる影響を受けにくい深度に存在する場合を第２深度Ｐ２とすることができる。

判定部２７は、発電ポッド２が第１深度Ｐ１に存在する場合において、判定条件を満たしていると判定した場合に、発電ポッド２を降下させると判定することができる。判定部２７は、発電ポッド２が第１深度Ｐ１に存在する場合において、波浪状況が不良である場合に判定条件が満たされていると判定することができる。波浪状況が不良であるとは、例えば、波高が判定閾値よりも高い場合を含み、タービン３の回転に影響が及ぶ場合を含む。

判定部２７は、発電ポッド２が第１深度Ｐ１に存在する場合において、対象物を検出した場合に判定条件を満たしていると判定することができる。判定部２７は、対象物の種類、対象物の位置、対象物の大きさ等に応じて判定条件を変えてもよい。判定部２７は、対象物が発電ポッド２またはタービン３に当たるおそれがある場合に判定条件を満たしていると判定できる。

判定部２７は、発電ポッド２が第１深度Ｐ１に存在する場合において、発電ポッド２の近傍を通過する船舶がある場合に、判定条件を満たしていると判定することができる。判定部２７は、船舶の種類、船舶の位置、船舶の大きさ、船舶の速度等に応じて判定条件を変えてもよい。判定部２７は、船舶が発電ポッド２またはタービン３に当たるおそれがある場合に判定条件を満たしていると判定できる。

判定部２７は、発電ポッド２が第２深度Ｐ２に存在する場合において、判定条件を満たしていると判定した場合に、発電ポッド２を上昇させると判定することができる。判定部２７は、発電ポッド２が第２深度Ｐ２に存在する場合において、波浪状況が良好である場合に判定条件が満たされていると判定することができる。波浪状況が良好であるとは、例えば、波高が判定閾値より低い場合を含み、タービン３の回転に影響が及ばない場合を含む。

判定部２７は、発電ポッド２が第２深度Ｐ２に存在する場合において、対象物を検出していない場合に判定条件を満たしていると判定することができる。判定部２７は、発電ポッド２を上昇させても、対象物が発電ポッド２またはタービン３に当たるおそれがない場合に判定条件を満たしていると判定できる。

判定部２７は、発電ポッド２が第２深度Ｐ２に存在する場合において、発電ポッド２の近傍を通過する船舶がない場合に、判定条件を満たしていると判定することができる。判定部２７は、発電ポッドを上昇させても、船舶が発電ポッド２またはタービン３に当たるおそれがない場合に判定条件を満たしていると判定できる。判定部２７は、例えば、船舶が発電ポッド２の近傍を通過した場合に、判定条件を満たしていると判定できる。

制御部２８は、発電ポッド２の深度を制御する。制御部２８は、浮力調整機構１５に指令信号を送信して、発電ポッド２の重量を増加させて、発電ポッド２を降下させることができる。制御部２８は、浮力調整機構１５に指令信号を送信して、発電ポッド２の重量を減少させて、発電ポッド２を上昇させることができる。

制御部２８は、発電ポッド２の深度を制御する際に、ピッチ角度調整装置１２に指令信号を送信して、ブレード１０のピッチ角度を変更してもよい。制御部２８は、ブレード１０のピッチ角度を変更することで、タービン３の回転数を変更することができる。制御部２８は、発電ポッド２を降下させる際に、ブレード１０のピッチ角度を変更して、タービン３の回転数を上昇させてもよい。制御部２８は、発電ポッド２を上昇させる際に、ブレード１０のピット角度を変更して、タービン３の回転数を低下させてもよい。タービン３の回転数を変えることで、タービン３に作用する力を変更して、タービン３を降下又は上昇させることができる。

次に、図４を参照して、制御ユニット２０で実行される発電ポッド２の深度制御の手順（深度変更方法）について説明する。発電システム１では、例えば、通常運転時において、発電ポッド２が水面ＷＳ近傍の深度である第１深度Ｐ１で浮遊しながら発電する。制御ユニット２０では、発電ポッド２の深度を検出する（ステップＳ１）。制御ユニット２０の入力部２６は、深度センサ２１から発電ポッド２の深度に関する情報を入力する。これにより、制御ユニット２０は、発電ポッド２の深度を把握することができる。このステップＳ１では、例えば発電ポッド２は、第１深度Ｐ１で浮遊しながら発電しているものとする。

次に、制御ユニット２０は水面ＷＳに関する情報を取得する（ステップＳ２；水面情報取得工程）。入力部２６は、波浪計２２で検出した波浪に関する情報を入力する。入力部２６は、レーダセンサ２３で検出した対象物に関する情報を入力する。入力部２６は、地上側センター３０から船舶の運航情報を入力する。

次に、制御ユニット２０の判定部２７は、発電ポッド２の深度を変更するか否かを判定する（ステップＳ３；判定工程）。判定部２７は、現在の発電ポッド２の深度を把握して判定条件を設定し、判定条件が成立しているか否かを判定する。判定部２７は、判定条件が成立している場合に、深度を変更すると判定し（ステップＳ３；ＹＥＳ）、ステップＳ４に進む。判定部２７は、判定条件が成立していない場合に、深度を変更しないと判定し（ステップＳ３；ＮＯ）、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜Ｓ３の処理を繰り返す。

ステップＳ４では、制御部２８は、浮力調整機構１５を制御して、発電ポッド２を降下させる（深度変更工程）。制御部２８は、判定部２７による判定結果に基づいて発電ポッド２の深度を変更する。ここでは、制御部２８は、浮力調整機構１５を制御して、発電ポッド２を降下させる。制御部２８は、発電ポッド２を第１深度Ｐ１から第２深度Ｐ２へ降下させる。制御部２８は、浮力調整機構１５に指令信号を送信して、発電ポッド２の重量を増加させて降下させる。制御部２８は、水面ＷＳからの影響を受けにくい第２深度Ｐ２に発電ポッド２を降下させる。発電ポッド２は、第２深度Ｐ２で浮遊しながら発電する。

次に、制御ユニット２０では、発電ポッド２の深度を検出する（ステップＳ５）。ステップＳ５では、ステップＳ１と同じ処理を行う。次に、制御ユニット２０は水面ＷＳに関する情報を取得する（ステップＳ６；水面情報取得工程）。ステップＳ６では、ステップＳ２と同じ処理を行う。

次に、制御ユニット２０の判定部２７は、発電ポッド２の深度を変更するか否かを判定する（ステップＳ７；判定工程）。判定部２７は、現在の発電ポッド２の深度を把握して判定条件を設定し、判定条件が成立しているか否かを判定する。判定部２７は、判定条件が成立している場合に、深度を変更すると判定し（ステップＳ７；ＹＥＳ）、ステップＳ８に進む。判定部２７は、判定条件が成立していない場合に、深度を変更しないと判定し（ステップＳ７；ＮＯ）、ステップＳ５に戻り、ステップＳ５〜Ｓ７の処理を繰り返す。

ステップＳ８では、制御部２８は、浮力調整機構１５を制御して、発電ポッド２を上昇させる（深度変更工程）。制御部２８は、判定部２７による判定結果に基づいて発電ポッド２の深度を変更する。ここでは、制御部２８は、発電ポッド２を第２深度Ｐ２から第１深度Ｐ１に上昇させる。制御部２８は、浮力調整機構１５に指令信号を送信して、発電ポッド２の重量を減少させて上昇させる。発電ポッド２は、第１深度Ｐ１で浮遊しながら発電する。

このような発電システム１は、入力部２６を備え、水面ＷＳに関する情報を取得することができるので、取得した水面ＷＳに関する情報を考慮して、発電ポッド２の深度を変更することができる。これにより、水面ＷＳの状況が不良である場合に、発電ポッド２を水面ＷＳ近傍の第１深度Ｐ１から降下させることができる。その後、水面ＷＳの状況が改善した場合に、発電ポッド２を第２深度Ｐ２に上昇させることができる。

発電システム１は、発電ポッド２の浮力を調整可能な浮力調整機構１５を備え、制御部２８は、浮力調整機構１５を制御して、発電ポッド２の深度を制御することができる。これにより、浮力調整機構１５によって発電ポッド２の重量を変更して、発電ポッド２の浮力による作用を調整して、発電ポッド２を降下させたり、上昇させたりすることができる。

発電システム１は、波浪に関する情報を検出する波浪計２２を備え、入力部２６は、水面ＷＳに関する情報として、波浪に関する情報を取得することができる。これにより、波浪状況を把握して、発電ポッド２の深度を変更することができる。発電システム１は、波浪状況が不良である場合に、発電ポッド２を第１深度Ｐ１から降下させて、波浪による影響を受けない第２深度Ｐ２に発電ポッド２を避難させることができる。発電システム１は、波浪状況が良好である場合に、発電ポッド２を第２深度Ｐ２から第１深度Ｐ１に復帰させることができる。

例えば、波浪状況が不良であると、タービン３の回転速度が安定せずに、単位時間当たりの発電量が安定しないおそれがある。発電システム１では、波浪状況が不良である場合に、発電ポッド２を降下させて、タービン３の回転速度を安定させることができる。その結果、単位時間当たりの発電量の変化を抑えることができる。単位時間としては、任意の時間（例えば１秒）を設定することができる。また、発電システム１において、発電力値（瞬時値）を計測して、発電力値の変動を抑制するように、発電ポッド２の深度を変更してもよい。

例えば、波浪状況が不良であると、ブレード１０に対して過度な負荷が生じ、ブレード１０が損傷するおそれがある。発電システム１では、波浪状況が不良である場合に、発電ポッド２を降下させて、ブレード１０に対する負荷の増加を抑制することができる。その結果、ブレード１０の損傷を防止することができる。

発電システム１は、水面ＷＳで浮遊する対象物を検出すレーダセンサ２３を備え、入力部２６は、水面ＷＳに関する情報として、対象物に関する情報を取得することができる。これにより、発電システム１は、対象物を検出し、対象物と当たらないように発電ポッド２の深度を変更することができる。発電システム１は、対象物を検出した場合に、発電ポッド２を第１深度Ｐ１から第２深度Ｐ２に降下させて、ブレード１０が対象物に当たらないようにすることができる。発電システム１は、対象物を検出していない場合に、発電ポッド２を第２深度Ｐ２から第１深度Ｐ１に復帰させることができる。

発電システム１では、水面ＷＳに関する情報として、船舶の運航情報を取得することができる。これにより、船舶の運航情報を考慮して、船舶に影響を与えないように、発電ポッド２の深度を変更することができる。発電システム１では、船舶が発電ポッド２の近傍に存在する場合に、発電ポッド２を第１深度Ｐ１から第２深度Ｐ２に降下させて、ブレード１０が船舶に当たらないようにすることができる。発電システム１は、船舶が発電ポッド２の近傍を通過した後に、発電ポッド２を第２深度Ｐ２から第１深度Ｐ１に復帰させることができる。

発電システム１の発電ポッド２は、係留索６に連結されて水中で浮遊可能であり、通常運転時において、タービン３の最外周であるブレード１０の先端が水面ＷＳ下に没する第１深度Ｐ１で発電することができる。例えば、ブレード１０の一部が水面ＷＳから上方に張り出した状態で運転することが抑制される。水面ＷＳ近傍の水流を受けてタービン３を回転させて発電することができる。

発電システム１では、通常運転時において発電ポッド２が水面ＷＳ近傍の第１深度Ｐ１で浮遊しているので、発電ポッド２を従来のように深い深度に維持する必要がない。そのため、浮力調整機構１５の使用頻度を抑制することができる。その結果、発電ポッド２における消費電力を抑えることができる。

発電システム１では、例えば水中で浮遊する発電ポッド２を水面ＷＳに浮上させる際に、水面ＷＳに関する情報に基づいて、事前に状況を確認してから、発電ポッド２を浮上させることができる。また、発電システム１では、波浪計２２によって検出された波浪に関する情報に基づいて、波浪状況が良好であることを確認した後に、発電ポッド２を水面ＷＳに浮上させることができる。また、発電システム１では、レーダセンサ２３によって検出された対象物に関する情報に基づいて、水面ＷＳに対象物が存在していないことを確認した後に、発電ポッド２を水面ＷＳに浮上させることができる。発電システム１では、地上側センター３０から取得した船舶の運航情報に基づいて、水面ＷＳに船舶が存在していないことを確認した後に、発電ポッド２を水面ＷＳに浮上させることができる。発電システム１では、例えば、定期整備を行う際に、安全に発電ポッド２を水面ＷＳに浮上できる。

本開示は、前述した実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。

上記の実施形態では、通常運転時において発電ポッド２を水面ＷＳ近傍の第１深度Ｐ１で浮遊させているが、通常運転時において発電ポッド２の深度は水面ＷＳ近傍の第１深度Ｐ１に限定されない。発電ポッド２は通常運転時において、第１深度Ｐ１よりも深い第２深度Ｐ２で発電してもよく、第２深度Ｐ２よりも深い深度で発電してもよい。なお、通常運転時とは、非常時を含まない。

発電システム１では、発電ポッド２に搭載された制御ユニット２０を備える構成について説明しているが、制御ユニット２０は発電ポッド２に搭載されているものに限定されない。例えば、複数の発電ポッド２を備える発電ファームにおいて、他の発電ポッドに制御ユニットが搭載されていてもよい。例えば、地上側センター３０が制御ユニット２０を備える構成でもよい。地上側センター３０は、入力部２６、判定部２７、制御部２８、記憶部２９を備え、地上側センター３０から指令信号を送信して、発電ポッド２を降下又は上昇させてもよい。また、制御ユニット２０における機能の一部は、他のポッド（浮体）又は地上側センター３０で実行してもよい。例えば、入力部２６及び判定部２７は、他のポッド又は地上側センター３０に設けられていてもよい。

上記の実施形態では、波浪計２２がブイ２４に設置されている場合について説明しているが、例えば、波浪に関する情報は波浪計２２で検出された情報に限定されない。発電システム１において、例えば、地上側センター３０で波浪に関する情報を入力してもよく、地上側の岸壁等に設置された波浪計によって波浪に関する情報を検出してもよく、その他の観測機器によって検出された情報を使用してもよい。

上記の実施形態では、レーダセンサ２３がブイ２４に設置されている場合について説明しているが、例えば、対象物に関する情報はレーダセンサ２３で検出された情報に限定されない。発電システム１において、例えば、地上側センター３０で対象物に関する情報を入力してもよく、地上側の岸壁等に設置された対象物検出センサによって対象物に関する情報を検出してもよく、船舶その他の観測機器によって検出された情報を使用してもよい。また、対象物検出センサは、レーダセンサ２３に限定されず、例えばカメラ等の撮像装置でもよく、その他のセンサでもよい。

また、上記の実施形態では、通常運転時において発電ポッド２が水面ＷＳ近傍の第１深度Ｐ１で発電する場合について説明しているが、発電ポッド２は通常運転時において第１深度Ｐ１で浮遊するものに限定されない。発電ポッド２は、通常運転時において第１深度Ｐ１より深い深度である第２深度Ｐ２で浮遊して発電するものでもよく、第２深度Ｐ２よりも深い深度で浮遊して発電してもよい。また、発電ポッド２による発電時において、タービン３のブレード１０は水面ＷＳから出ている状態でもよい。発電システムは、例えば、発電ポッド２を水面ＷＳで浮遊させながら発電してもよい。

また、上記の実施形態では、発電時に発電ポッド２を降下させたり、上昇させたりする場合について説明しているが、発電停止中において、発電ポッド２を降下させたり、上昇させたりしてもよい。また、上記の実施形態では、浮力調整機構１５を用いて発電ポッド２の深度を変更しているが、発電ポッド２の深度の変更はその他の方法によって行ってもよい。例えば、発電ポッド２の姿勢を変更することで、水流から受ける力の向きを変更して、発電ポッド２を降下又は上昇させてもよい。

また、上記の実施形態では、発電ポッド２は係留索６を介して海底のシンカー５に係留されている場合について説明しているが、発電ポッド２は水底に対して係留されるものに限定されず、発電ポッド２は例えば船舶等に接続され航行されながら発電するものでもよく、例えばその他の海洋構造物に接続されているものでもよい。また、発電ポッドは、例えば水中に上下方向に延在する支柱等に連結されて、上下方向に移動可能なものでもよい。発電システムは、支柱と共に発電ポッドを移動させてもよく、支柱に対して発電ポッドを移動させてもよい。

上記の実施形態では、水中浮遊式発電システムについて説明しているが、水流発電システムは、水中浮遊式発電システムに限定されず、例えば潮流発電システムでもよく、その他の水流を利用した発電システムでもよい。また、水流発電システムは、海中に設置されるものに限定されず、河川、湖等に設置されるものでもよく、その他の場所に設置されるものでもよい。

１ 水中浮遊式発電システム（水流発電システム）
２ 発電ポッド
３ タービン
４ 発電機
６ 係留索
１５ 浮力調整機構
１９ ヨット（対象物）
２０ 制御ユニット
２２ 波浪計
２３ レーダセンサ（対象物検出センサ）
２６ 入力部（水面情報入力部）
２７ 判定部
２８ 制御部
ＦＷ 海流（水流）
Ｐ１ 第１深度
Ｐ２ 第２深度
ＷＳ 水面

Claims (7)

1. タービンと、
   前記タービンによる回転駆動力を受けて発電する発電機を含む発電ポッドと、
   水面に関する情報を取得する水面情報入力部と、
   前記水面情報入力部で取得した前記水面に関する情報に基づいて、前記発電ポッドの深度を変更するか否かを判定する判定部と、
   前記発電ポッドの深度を制御する制御部と、を備える水流発電システム。
2. 前記発電ポッドの浮力を調整可能な浮力調整機構を備え、
   前記制御部は、前記浮力調整機構を制御して、前記発電ポッドの深度を制御する請求項１に記載の水流発電システム。
3. 波浪に関する情報を検出する波浪計を備え、
   前記水面情報入力部は、前記水面に関する情報として、前記波浪に関する情報を取得する請求項１又は２に記載の水流発電システム。
4. 前記水面で浮遊する対象物を検出する対象物検出センサを備え、
   前記水面情報入力部は、前記水面に関する情報として、前記対象物に関する情報を取得する請求項１〜３の何れか一項に記載の水流発電システム。
5. 前記水面情報入力部は、前記水面に関する情報として、船舶の運航情報を取得する請求項１〜４の何れか一項に記載の水流発電システム。
6. 前記発電ポッドは、係留索に連結されて水中で浮遊可能であり、通常運転時において、前記タービンの最外周が水面下に没する深度で発電する請求項１〜５の何れか一項に記載の水流発電システム。
7. 水流を受けてタービンを回転させて発電する発電機を備えた発電ポッドの深度変更方法であって、
   水面に関する情報を取得する水面情報取得工程と、
   前記水面情報取得工程で取得した前記水面に関する情報に基づいて、前記発電ポッドの深度を変更するか否かを判定する判定工程と、
   前記判定工程による判定結果に基づいて、前記発電ポッドの深度を変更する深度変更工程と、を含む発電ポッドの深度変更方法。

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