JP2021055549A

JP2021055549A - 波力発電構造

Info

Publication number: JP2021055549A
Application number: JP2019176329A
Authority: JP
Inventors: 李文永; Wenyong Li
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-04-08

Abstract

【課題】波力発電の建造コストが大幅に下げられ、発電コストがより安価で、経済的かつ実用的に優れた波力発電構造を提供する。【解決手段】本発明の波力発電構造は、海岸に設けられる堤防と、前記堤防よりも内陸側に離間して設けられる隔離壁と、前記堤防における海水の水位よりも低い位置に設けられ、前記堤防と前記隔離壁との間に波や海水が流れ込むための複数の注入口と、前記注入口に海水が流れ込むときに開口し、海水が引くときに閉口する逆止弁と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、海岸沿いに設けられた堤防と、堤防の内陸側に設けられる変換池と、堤防に海水を流れ込ませつつもその流出を防ぐ逆止弁を備えた複数の注入口とを備える波力発電構造に関し、より詳細には、海水が次々と変換池へと流れ込む波の運動エネルギーを位置エネルギーに変換し、更に、位置エネルギーを運動エネルギーに変換して発電する波力発電構造に関する。

人類は、エネルギーの利用を非常に重要視しており、従来は、毎年大容量の石油を採取してエネルギーを取得していたが、近年は、石油の代替となり得るエネルギー供給手段として、例えば、水力、風力、地熱、太陽光、潮汐などの、新規でクリーンな発電システムが提供されることが模索されており、これらの発電システムのどれも人類が不断の努力で取り組んでいる課題である。

現在、世界のエネルギー研究の方向の１つとして、海洋エネルギーの開発が進められている。地球の天然資源が次第に枯渇するとともに環境が日々悪化していく中で、豊かで再生可能な海洋資源を有効に利用するのが特に重要である。従来の波力発電は、既存の海の波エネルギー発電研究をベースとして、成熟した機械製造と発電技術を有効に組み合わせて利用して、広大な海岸からいくら取っても取り尽くせないほどの波エネルギーを電気エネルギーに変換することである。

上述した波力発電は、波エネルギーを電力に変換する技術であり、波エネルギーの変換は、一般的に、３つの段階に分けられる。第１ステップは、波エネルギーの収集であり、通常は分散された波エネルギーを集約や共振により集めることであり、第２ステップは、中間変換、即ち、エネルギーの伝送過程であり、機械の伝送、低圧水力の伝送、高圧液圧の伝送、気動の伝送を含み、波エネルギーを利用可能な機械エネルギーに変換することであり、第３ステップは、最終変換とも言われ、即ち発電機によって機械エネルギーを電気エネルギーに変換することである。波力発電は、安定した入力エネルギーが求められ、それを安定した速度、安定した圧力とエネルギー蓄積の技術で確保することで、一般の発電システムよりも特殊な要求がある。

波力発電は、海上に浮体を設置し、海底電力ケーブルによる送電を行ない、又は浪の収集や発電施設の設置のために、海岸側に特殊な浮遊建築物を建造することが必要となり、波力発電所は海水に関わるもので、各種施設の設置に関して、海洋環境に対応するため、海水腐食や、海生生物付着、海上暴風への防止などを考慮して行なわれる。波力発電の利用を代表する日本、アメリカ、イギリス、ノールウェイなどの国では、種々の波収集装置を研究し、規模が異なるが、ダック式、ラフト式、環礁式、整流器式、クラム式、ソフトバッグ式、振動水柱式、シュリンク水道式などの波力発電を行なった。

従来の海洋波発電システムを開示する特許文献１（実用新案登録第3215713号公報）には、タワーと浮遊発電プラントという２つの主構造を備えるシステムが開示されている。特許文献１に開示のシステムにおいて、タワーは、浮遊発電プラントの係留点及び旋回軸として利用される。浮遊発電プラントは、三角形の基部を有するピラミッド型の鉄骨フレームを備え、波の動きに沿って浮いて、波の進行方向に対して常時正面を向く。この自己位置調整により、浮遊発電プラントに設けられたＯＤＳＣ変換器のエネルギー変換効果を最大化する。

実用新案登録第3215713号公報

ところが、上述した各種の波力発電構造は、建造コストが高く、海水に侵食されやすいため、メンテナンスが困難である上に、それらの機械装置で、海の波エネルギーを有効に獲得することができず、機械エネルギーを各種の発電機に発電させるように伝送する過程に、過大なエネルギー消費が発生し、立ち上げる条件が厳しいということで、発電コストが顕著に高いという問題があった。

本発明は、従来の波力発電施設の建造コストが高く、メンテナンスが困難なうえに、発電効能が悪く、発電コストが高いなどの従来の問題を改善するため、鋭意検討を重ねることにより以下に示す本発明を導き出した。

本考案の課題を解決するための技術手段として、堤防と、堤防の内陸側に間隔を開けて設けられる変換池と、堤防には満潮時には海水の水位よりも低い位置に設けられた、波や海水が流れ込むための複数の注入口と、注入口に海水が変換池へ流れ込むのみに開けられ、波が引くときに締め付けられる逆止弁とを備えてなることを特徴とする。

上記構成によれば、海岸の堤防に海水の波を流れ込ませるだけで、流出させない注入口が設けられ、次々と流れ込んでくる海水を、プリセットされた水位にある変換池に蓄積させ、及び/又は、変換池に蓄積されてある海水を、貯水池へと溢れ流れさせ、波の運動エネルギーを海水の位置エネルギーに変換して保存し、更に、変換池又は貯水池内の海水を直接に汲み取むことができる。

本考案では、前記変換池の内陸側には更に、変換池から海水が溢れ流れるための貯水池が設けられることを特徴とする。

上述したように、本発明では、海水は堤防の一方向流れのみの逆止弁を通じて、次々と変換池に蓄積し、更に貯水池へと溢れ流れるが、変換池又は貯水池に蓄積される海水を、位置エネルギーを変換、保存し、それから、海水を汲み取るように流出させ、位置エネルギーを運動エネルギーに変換して、水力発電機を駆動させ、電力を発生させ、使用するように設けられる。

上述の工程を経て製造された本発明は、位置エネルギーから変換された運動エネルギーで、水力発電機を駆動し、発電させるように設けられることから、波力発電の建造コストがより安価で、メンテナンスがより簡単で、発電コストが更に安くすることができるという優れた効果を有する。

以下の図面と実施形態を合わせて、本考案について更に説明する。

本発明の波力発電構造を示す模式的な断面図である。本発明の波力発電構造において、潮が引く時に逆止弁が閉口するときの状態を示す模式的な断面図である。本発明における満潮と干潮の中間の時の海水を保存するときの動作を示す模式的な断面図である。本発明における干潮時の海水を保存するときの動作を示す模式的な断面図である。

図1に示すように、本発明の波力発電構造は、海岸に設けられる堤防１と、前記堤防１よりも内陸側に離間して設けられる隔離壁２と、前記堤防１における海水の水位よりも低い位置に設けられ、前記堤防１と前記隔離壁２との間に波や海水が流れ込むための複数の注入口１１と、前記注入口１１に海水が流れ込むときに開口し、海水がひいているときに閉口する逆止弁１２と、堤防１と隔離壁２の間に設けられる変換池３と、隔離壁２の内陸側に設けられる貯水池４とを備えてなる。

前記堤防1には、海水の波が通過して、変換池3に流れ込むための複数の注入口11が設けられ、注入口11はそれぞれ、満潮時の海水の水位よりも低い位置に設けられ、かつ堤防1の長さにより間隔を開けて連続的に設置され、注入口11の内側には、海水の波の推力によって押し広げられる逆止弁12が設けられ、逆止弁12は、波や潮がひくとき、海水を変換池3から海へ逆流させないように、注入口11をしっかりと閉めるように設けられる。

潮が満ちているとき、海水の波や海潮流の推力が、変換池3の埋設深さの異なる逆止弁12の締付力より大きいと、埋設深さの異なる逆止弁12を押し開けられ、海水を変換池3へ流れ込ませ、次々と流れ込んでいるところで、変換池3内の水が満ち溢れて、貯水池4へと流れ込む。その後、図2に示すように、波や潮が引くとき、海水の逆流の力や、変換池3内の海水からの圧力により、逆止弁12が注入口11を締め付けて、変換池3内の海水が海へ流れるのを止め、変換池3内の海水が満水位を維持することになり、その後、次の波が変換池3へ流れ込んでくるのを待つ。そのように、繰り返して通過する海洋の波の運動エネルギーを利用して、海水が次々と変換池3や貯水池4へ流れ込み、変換池3において海洋の波の運動エネルギーを位置エネルギーに変換して保存する。

図3に示すように、海水が満潮と干潮の間くらいまで引いたとき、堤防1上部の逆止弁12は、変換池3内の海水からの圧力で、上部の注入口11を閉じて、変換池3内の海水を流出させないように閉口される。そして、海水の波や海潮流の推力によって堤防中部や下部の逆止弁12を押し開けられると、逆止弁12が開口して海水が変換池3に流れ込むようになり、波や潮が引くときには海水の逆流の力や変換池3内の海水の圧力により、堤防中部や下部にある逆止弁12がそれに対応する注入口11を再度閉めて、流れ込んできた海水を海へ流れるのを止めるように設けられる。そのように、海水が堤防中部や下部の注入口11から、次々と変換池3へ流れ込み、貯水池4へと溢れ流れてくるように繰返される。

図4に示すように、干潮時には、堤防1上部や中部の逆止弁11は、変換池3内の海水からの圧力を受けて、堤防上部や中部の注入口11を閉じて、変換池3内の海水を流出させないように設けられ、海水の波や海潮流の推力で、堤防下部の逆止弁12を押し開けられたところへ、海水を流れ込ませるようになり、波や潮が引くとき、海水の逆流の力や、変換池3内の海水の圧力により、堤防下部の逆止弁12がそれに対応する注入口11を再度閉めて、流れ込んできた海水を海へ流れるのを止めるように設けられる。そのように、海水が下部の注入口11から、次々と変換池3へ流れ込み、貯水池4へと溢れ流れてくるように繰返される。

海水の波や海潮流が次々と流れ込んでくる推力で、変換池3へと次々と流れ込む海水は、満水位になると、隔離壁2を越え、貯水池4へと溢れ流れて、前記貯水池4に溜まりつつあるが、前記変換池3又は貯水池4の海水が一定の水位になると、海水の波又は海潮流の運動エネルギーを必要とされる位置エネルギーに変換して保存するように設けられる。

変換池3内の海水又は貯水池4内の海水を直接に汲み取り、海水を池底から流出させて生じられた運動エネルギーで、水力発電機を駆動し、電気エネルギーを発生させ、発電する。

本発明の波力発電構造は、堤防1の一方向流れの注入口11を通じて、海水が次々と、変換池3や貯水池4へと蓄積し、海の波の運動エネルギーを位置エネルギーに変換して保存するように設けられるのみであるため構築技術面のハードルが低く、建造コストが安い。しかも、海水の位置エネルギーを運動エネルギーに変換して発電するのは、普通に利用可能な成熟技術であるため、本発明の発電技術手段により、より安価な発電コストで電力を供給することから、経済的かつ実用的効果に資する。

１堤防
１１注入口
１２逆止弁
２隔離壁
３変換池
４貯水池

Claims

海岸に設けられる堤防と、
前記堤防よりも内陸側に離間して設けられる隔離壁と、
前記堤防における海水の水位よりも低い位置に設けられ、前記堤防と前記隔離壁との間に波や海水が流れ込むための複数の注入口と、
前記注入口に海水が流れ込むときに開口し、海水がひいているときに閉口する逆止弁と、
を備えてなる波力発電構造。
前記隔離壁よりも内陸側には、前記隔離壁から溢れ流れてくる海水を貯留する貯水池がさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載の波力発電構造。