JP2022009457A - 水流発電装置の設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水流発電装置の設置が容易に行える水流発電装置の設置方法を提供する。
【解決手段】水底に配置したアンカ４対し係留ロープ３で浮体２を水中で係留し、浮体２に設けられたタービン２０を水流ＦＷによって回転させて発電を行う水流発電装置１の設置方法であって、浮体２とアンカ４を係留ロープ３で連結した状態で台船６により設置水域まで移送する移送工程と、設置水域にてアンカ４を沈降させ、アンカ４に対し係留ロープ３で係留して浮体２を水中に配置する配置工程とを含んで構成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、水流発電装置の設置方法に関する。

従来、水流発電装置として、特表２０１４－５３４３７５号公報に記載されるように、潜水可能な浮体（プラットフォーム）に係留ロープを取り付け、海底上のアンカに対し係留ロープを用いて浮体を係留する装置が知られている。浮体には水流によって回転するブレードが設けられており、ブレードの回転によって発電が行われる。

この水流発電装置の設置方法としては、まず、設置水域において、係留ロープ（係留線）を接続したアンカが水底に設置される。そして、浮体に係留ロープが接続され、浮体が水中内に配置され、水流発電装置の設置が完了する。

特表２０１４－５３４３７５号公報

このような水流発電装置の設置方法では、円滑に設置作業が行えないおそれがある。例えば、水流発電装置の設置水域は、天候によって水面が荒れることがあり、上下動する船舶上で浮体と係留ロープで連結する作業は容易ではない。また、係留ロープでの連結を水中で行うことも考えられるが、天候によってかなり困難な作業となる。

そこで、水流発電装置の設置が容易に行える設置方法の開発が望まれている。

そこで、本開示の一態様に係る水流発電装置の設置方法は、水底に配置したアンカに対し係留ロープで浮体を水中で係留し、浮体に設けられたタービンを水流によって回転させて発電を行う水流発電装置の設置方法であって、浮体とアンカを係留ロープで連結した状態で船舶により設置水域まで移送する移送工程と、設置水域にてアンカを沈降させ、アンカに対し係留ロープで係留して前記浮体を水中に配置する配置工程とを含んで構成される。この水流発電装置の設置方法によれば、浮体とアンカを係留ロープで連結した状態で船舶により設置水域まで移送する。このため、設置水域にて浮体とアンカを係留ロープで連結する作業を行う必要がない。従って、設置水域での作業が円滑に行え、水流発電装置の設置が容易に行える。

また、本開示の一態様に係る水流発電装置の設置方法において、移送工程にて船舶により浮体を曳航して浮体の移送が行われてもよい。この場合、浮体を船舶に積載する必要がないため、浮体を船舶上に積載する場合と比べて大きな船舶でなくても浮体の移送が可能となる。

また、本開示の一態様に係る水流発電装置の設置方法において、移送工程にて、船舶に対しアンカを水中で吊り下げた状態としてアンカの移送が行われてもよい。この場合、アンカを船舶に積載する必要がないため、アンカを船舶上に積載する場合と比べて大きな船舶でなくてもアンカの移送が可能となる。

本開示に係る発明によれば、水流発電装置の設置が容易に行うことができる。

本開示の実施形態に係る水流発電装置の設置方法で用いられる水流発電装置の概要を示す図である。 図１の水流発電装置における発電用ポッドの説明図である。 実施形態に係る水流発電装置の設置方法における取付工程の説明図である。 実施形態に係る水流発電装置の設置方法における取付工程の説明図である。 実施形態に係る水流発電装置の設置方法における移送工程の説明図である。 実施形態に係る水流発電装置の設置方法における配置工程の説明図である。 実施形態に係る水流発電装置の設置方法における移送工程の説明図である。 実施形態に係る水流発電装置の撤去方法の説明図である。 実施形態に係る水流発電装置の撤去方法の説明図である。 実施形態に係る水流発電装置の撤去方法の説明図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本開示の実施形態の水流発電装置１の設置方法の説明に先立ち、水流発電装置１について説明する。図１は、水流発電装置の構成概要図である。この図１に示すように、水流発電装置１は、水中に浮体２を浮遊させ、浮体２に設けられたタービン２０を水流ＦＷによって回転させ、タービン２０の回転によって発電を行う装置である。例えば、水流発電装置１は、海洋に設置され、海流によって発電する場合に用いられる。浮体２は、アンカ４に対し係留ロープ３により係留されている。浮体２は、左右二つの発電用ポッド２１をビーム２２によって連結し、二つの発電用ポッド２１の間に中央ポッド２７を配置して構成される。ビーム２２は、例えば矩形の板状体を水平に配置して設けられる。中央ポッド２７は、ビーム２２の上部に取り付けられている。中央ポッド２７は、浮体２の浮力調整機能を備えており、内部にバラストタンクを設けている。

発電用ポッド２１には係留ロープ３の一端が取り付けられ、係留ロープ３の他端が水底に設置されるアンカ４に取り付けられている。また、発電用ポッド２１には送電ケーブル５が接続されている。送電ケーブル５は、係留ロープ３に沿って設けられている。送電ケーブル５は、発電した電力を送電するためのケーブルである。

係留ロープ３は、浮体２をアンカ４に係留するためのロープ材であり、例えばワイヤロープやチェーンなどの強靭なロープ材により構成される。図１では、係留ロープ３として、浮体２側の端部を二つに分岐させたロープ材が用いられている。すなわち、係留ロープ３の浮体２側の二つの端部の一方は右の発電用ポッド２１に取り付けられ、他方は左の発電用ポッド２１に取り付けられている。アンカ４は、浮体２が水流ＦＷで流されないように保持するための構造物であり、例えばコンクリート製又は金属製のものが用いられる。

図２は、発電用ポッド２１の構造の一例を示す概要図である。この図２に示すように、発電用ポッド２１は、本体２１１の後部にタービン２０を設けて構成されている。発電用ポッド２１の本体２１１は、例えば前部及び後部を閉塞した中空の筒状体により構成される。なお、浮体２及び発電用ポッド２１において、「前部」は設置された場合の水流ＦＷの上流側の部分を意味し、「後部」は水流ＦＷの下流側の部分を意味する。また、「前方」は設置された場合の水流ＦＷの上流側を意味し、「後方」は水流ＦＷの下流側を意味する。

タービン２０は、ブレード２０ａ及びハブ２０ｂを備えている。ブレード２０ａは、水流ＦＷを受けて回転力を発生させる翼部材であり、ハブ２０ｂの外周に径方向へ向けて複数設けられている。図２では、二つのブレード２０ａを備えたタービン２０を示しているが、三つ以上のブレード２０ａを備えたタービンを用いる場合もある。ハブ２０ｂは、発電用ポッド２１の前後方向に向けた軸線を中心に回転可能に設けられ、例えば発電機２３の回転軸２３ａに取り付けられ、回転軸２３ａと一体に回転する。

発電機２３は、タービン２０の回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する機器であり、タービン２０の回転力を受けて発電する。発電機２３にはパワーコンディショナ２４や受電部２５が接続されている。パワーコンディショナ２４は、発電機２３の出力（電圧、電流、発電電力）の調整及び発電運転制御を行う。受電部２５は、交流電力等に変圧する。受電部２５から出力される電力は、送電ケーブル５を通じて陸上などへ送電される。パワーコンディショナ２４や受電部２５には、システム制御部２６が接続されている。

発電用ポッド２１の下部には、係留ロープ３が取り付けられている。係留ロープ３は、発電用ポッド２１の下面に設けられる留め具２１１ａに留められている。送電ケーブル５は、発電用ポッド２１からその外部へ引き出されている。送電ケーブル５は、係留ロープ３に沿って配される。例えば、送電ケーブル５は、所定の間隔で係留ロープ３に掛止され、係留ロープ３から離間しないように設けられている。

なお、水流発電装置１について説明したが、設置対象となる水流発電装置は、上述の水流発電装置１に限られるものではない。例えば、上述の水流発電装置１では、左右二つの発電用ポッド２１の間に中央ポッド２７を備えているが、中央ポッド２７を備えず左右二つの発電用ポッド２１をビーム２２によって連結した浮体２を用いてもよい。また、一つの発電用ポッド２１を備える浮体を用いた水流発電装置であってもよいし、また、三つ以上の発電用ポッド２１を備える浮体を用いた水流発電装置であってもよい。

また、上述の水流発電装置１では、発電用ポッド２１に係留ロープ３が接続されているが、係留ロープ３は、浮体２における発電用ポッド２１以外の部分に接続されていてもよい。例えば、係留ロープ３は、左右の発電用ポッド２１の間に設けられるビーム２２に接続されていてもよい。

次に、本実施形態に係る水流発電装置１の設置方法を説明する。

図３、４は、台船６に対する浮体２及びアンカ４の取付工程の説明図である。図３は台船６を側方から見た図であり、図４は台船６の後部を上方から見た図である。

まず、図３に示すように、台船６に対し浮体２及びアンカ４の取り付けが行われる。台船６は、設置水域まで水流発電装置１を移送するための船舶である。設置水域は、水流発電装置１を設置すべき水域である。この取付作業は、港などの沿岸付近で行われる。すなわち、浮体２及びアンカ４の取り付けが波の小さい港湾などで行われることにより、取付作業が円滑に行える。浮体２は、台船６の後方に配置され、ロープ材６１によって台船６に接続される。例えば、図４に示すように、浮体２の二つの発電用ポッド２１のそれぞれにロープ材６１が取り付けられる。

アンカ４は、台船６の後方で吊り下げられる。例えば、アンカ４は、吊下げロープ６３を用いて水中で吊り下げられる。また、アンカ４が移送時に揺れ動かないように、アンカ４は支持ロープ６２により台船６に接続されてもよい。例えば、支持ロープ６２は、アンカ４の左右に一つずつ取り付けられる。これにより、アンカ４の左右方向の揺れが抑えられる。さらに、支持ロープ６２によりアンカ４を台船６の船首位置と接続してもよい。この場合、アンカ４の前後方向の揺れが抑えられる。

図３、４において、浮体２とアンカ４は、係留ロープ３で連結した状態で台船６に対し取り付けられている。係留ロープ３における浮体２とアンカ４の間の余剰部分は、台船６上に載せられている。浮体２の発電用ポッド２１から延出する送電ケーブル５は、係留ロープ３に沿って配され、係留ロープ３と同様に余剰部分が台船６上に載せられる。浮体２及びアンカ４は、台船６上に積まれていないため、台船６上に浮体２及びアンカ４を積載する場合と比べて、大きくない台船６を用いることができる。つまり、台船６として、最大積載量の小さい船舶を用いることができる。浮体２とアンカ４を係留ロープ３で連結した状態で台船６に対し浮体２及びアンカ４の台船６への取付作業を行ってもよいし、浮体２とアンカ４を台船６に取り付けた後に係留ロープ３により浮体２とアンカ４を連結してもよい。

次に、水流発電装置１を設置水域まで移送する工程が行われる。例えば、図５に示すように、タグボート７によって台船６を曳航し、沿岸から設置領域まで水流発電装置１が移送される。このとき、浮体２とアンカ４は係留ロープ３で連結した状態で設置水域まで移送される。このため、設置水域にて、浮体２とアンカ４を係留ロープ３で連結する作業が不要となる。

図６に示すように、台船６が設置水域に到着したら、浮体２及びアンカ４の配置工程が行われる。まず、浮体２からロープ材６１が取り外され、アンカ４から支持ロープ６２が取り外される。そして、吊下げロープ６３が繰り出されて、アンカ４が水底に向けて沈降される。一方、浮体２に接続される係留ロープ３及び送電ケーブル５も繰り出され、浮体２が台船６から離間される。このとき、図６のように、浮体２を台船６から離間するようにタグボート８により浮体２を牽引してもよい。なお、浮体２の離間作業をアンカ４の沈降作業の先に行ってもよいし、これらの作業を同時に行ってもよい。この浮体２及びアンカ４の配置工程において、浮体２とアンカ４が既に係留ロープ３により連結されているため、浮体２とアンカ４の連結作業が不要となる。このため、浮体２及びアンカ４の配置工程が迅速かつ容易に行える。

そして、図７に示すように、アンカ４が水底に到達したら、吊下げロープ６３が切り離される。このとき、無人水中探査機を用いて、アンカ４の着底状態を確認してもよい。一方、浮体２が作動され、浮力調整が行われる。これにより、浮体２が水中へ潜水し、水中に配置される。そして、台船６を移動させることにより、送電ケーブル５が水底で陸上へ向けて敷設されていく。送電ケーブル５の敷設を終えたら、水流発電装置１の設置作業が完了する。

次に、本実施形態に係る水流発電装置１の撤去方法について説明する。

この水流発電装置１の撤去方法は、設置した水流発電装置１を設置水域から撤去する方法である。まず、図８に示すように、浮体２の浮力調整が行われ、浮体２が水面まで浮上させられる。そして、図９に示すように、アンカ４が水面に向けて引き上げられる。この引き上げ作業は、台船６をアンカ４の上方の水面に位置させ、台船６に備えたウインチ（図示なし）などにより係留ロープ３を巻き上げることにより行えばよい。また、係留ロープ３に代えて、巻上げ用のロープ材をアンカ４に取り付けて、そのロープ材を巻き上げることによりアンカ４を引き上げてよい。

図１０に示すよう、アンカ４を台船６の近くまで引き上げたら、アンカ４に支持ロープ６２が取り付けられる。これにより、アンカ４は、台船６に吊下げられた状態で台船６により移送可能となる。また、浮体２にはロープ材６１が取り付けられる。これにより、浮体２は、台船６により曳航されて移送可能な状態となる。つまり、アンカ４及び浮体２は、係留ロープ３により連結した状態で台船６によって移送可能な状態となっている。

タグボート７により台船６が曳航され、沿岸へ向けて移送される。このとき、水底に沿って配置されている送電ケーブル５は、台船６に設置されるウインチ（図示なし）などより巻き上げられる。これにより、送電ケーブル５の撤去も行える。

以上説明したように、本実施形態に係る水流発電装置１の設置方法によれば、浮体２とアンカ４を係留ロープ３で連結した状態で船舶により設置水域まで移送する。このため、設置水域にて浮体２とアンカ４を係留ロープ３で連結する作業を行う必要がない。従って、設置水域での作業が円滑に行え、水流発電装置１の設置が容易に行える。

例えば、設置水域にて浮体２とアンカ４を係留ロープ３で連結しようとすると、天候状況により水面が荒れている場合など作業の足場が揺らぎ連結作業は容易でない。これに対し、本実施形態に係る水流発電装置１の設置方法では、浮体２とアンカ４を係留ロープ３で連結する作業を省略できるため、水流発電装置１の設置が容易に行える。

また、本実施形態に係る水流発電装置１の設置方法において、台船６に対しロープ材６１で浮体２を曳航して浮体２の移送を行うことにより、浮体２を台船６に積載する必要がないため、浮体２を台船６上に積載する場合と比べて大きな台船６でなくても浮体２の移送が可能となる。

また、本実施形態に係る水流発電装置１の設置方法において、台船６に対しアンカ４を水中で吊り下げて移送することにより、アンカ４を台船６に積載する必要がないため、アンカ４を台船６上に積載する場合と比べて大きな台船６でなくても浮体２の移送が可能となる。

また、本実施形態に係る水流発電装置１の設置方法によれば、浮体２とアンカ４を係留ロープ３で連結した状態で船舶により設置水域まで移送するため、浮体２とアンカ４を連結するためのコネクタが不要となる。このコネクタは、浮体２とアンカ４を簡易に連結可能であって、浮体２を係留するための大きな引張強度を有するものでなければならず、特殊な部品となる。これに対し、本実施形態に係る水流発電装置１の設置方法では、このようなコネクタが不要であり、設置コストの低減が図れる。

本実施形態に係る水流発電装置１の撤去方法によれば、浮体２とアンカ４を係留ロープ３で連結した状態で船舶により水流発電装置１を沿岸に向けて移送する。このため、設置水域にて浮体２とアンカ４の連結を解除する作業を行う必要がない。従って、設置水域での作業が円滑に行え、水流発電装置１の撤去が容易に行える。

なお、以上のように本開示の実施形態に係る水流発電装置１の設置方法ついて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で様々な変形態様を取ることができる。

例えば、上述した実施形態においては、水流発電装置が海に設置される場合について説明したが、本発明に係る水流発電装置は、河川や湖などの水中に設置される場合もある。この場合であっても、水流による発電可能であれば、上述した実施形態に係る水流発電装置１の設置方法と同様な作用効果を得ることができる。

１ 水流発電装置
２ 浮体
３ 係留ロープ
４ アンカ
５ 送電ケーブル
６ 台船
７ タグボート
８ タグボート
２０ タービン
２０ａ ブレード
２０ｂ ハブ
２１ 発電用ポッド
２２ ビーム
２３ 発電機
２４ パワーコンディショナ
２５ 受電部
２６ システム制御部
２７ 中央ポッド
６１ ロープ材
６２ 支持ロープ
６３ 吊下げロープ
２１１ 本体
２１１ａ 留め具
ＦＷ 水流

Claims (2)

1. 水底に配置したアンカに対し係留ロープで浮体を水中で係留し、前記浮体に設けられたタービンを水流によって回転させて発電を行う水流発電装置の設置方法であって、
   前記浮体と前記アンカを前記係留ロープで連結した状態で船舶により設置水域まで移送する移送工程と、
   前記設置水域にて前記アンカを沈降させ、前記アンカに対し前記係留ロープで係留して前記浮体を水中に配置する配置工程と、
   を含む水流発電装置の設置方法。
2. 前記移送工程において、前記船舶により前記浮体を曳航して前記浮体の移送が行われる、
   請求項１に記載の水流発電装置の設置方法。

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