JP3144828U

JP3144828U - 波力発電装置

Info

Publication number: JP3144828U
Application number: JP2008004543U
Authority: JP
Inventors: 啓壽久保木
Original assignee: 啓壽久保木
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2018-07-03

Abstract

【課題】波の速度を増大させることによって、日時や季節によって変動しやすいタービンの回転効率を、安定して高い効率状態に維持する波力発電装置を提供する。
【解決手段】海浜に構築した波導入堤１０と、該波導入堤に配する発電用タービン２０を備え、前記波導入堤は、平面略Ｖ字状の拡開堤部１１と、この拡開堤部の岸側端部に連接して設けた直線状の平行堤部１２と、この平行堤部の端末に設けた波返し用の端部壁１４とを備える一方、発電用タービン２０を、平行堤部に配してなる。平面略Ｖ字状の拡開堤部から侵入した波は、岸側に進むにつれて進路が狭められるため、狭隘部に向かう波は流速を速めて直線状の平行堤部に侵入する。この平行堤部に発電用タービンを設けるので、海岸線の一般部に発電用タービンを設ける場合に較べ、流速が格段に早くなった波をエネルギー源として確実に発電量を高めることが出来る。
【選択図】図１

Description

本考案は、海洋の波を利用する波力発電装置に係り、とくに海岸線に堤を築いて発電を行うための技術に関する。

四方を海に囲まれたわが国では、海洋の波エネルギーを簡単、大量、安価に入手できることから、波力発電についての技術がさまざまに提案されている。

海の波は、その周期によって、表面張力波（周期 0.1秒以下）、短周期重力波（ 0.1〜１秒）、重力波（１〜30秒）、長周期重力波（30秒〜数10分）、長周期波（５分から12時間）、潮汐波（12時間以上）に分けられる。このうち波力発電の主たるエネルギー源となるのは重力波（定常波）である。

これは、風が吹くことによって起こる波浪（風浪とうねり）のことであるが、波力発電のための施設を作るときには、場所による波エネルギーの特性を捉えることが必要である。波エネルギーは、場所、日時、月、季節によって異なることが知られているため、実用に耐える波力発電を作ろうとするときには、候補地点の選定作業と、波力発電の方式の決定が大切になる。

波力発電の方式は、一次変換（波エネルギーをどういった種類のエネルギーに変換するか）の観点からなされる。従来から採用されている方式としては、空気エネルギーに変換する方式、機械的なエネルギーに変換する方式、水の位置エネルギーまたは水流エネルギーに変換する方式の三種類がある。これらのうちで、本考案は、波エネルギーを受けて回転させる発電用のタービンを用いる。

回転式のタービンを用いた従来の技術としては、従来、下記の特許文献１、特許文献２などがある。特許文献１の発明は、海面の上下動に伴って発生する空気エネルギーを利用してタービンを回転させるタイプのものであり、特許文献２の発明は、海水の渦流を利用してタービンを回転させる。

本考案は、特許文献２に開示されている種類のタービン、すなわち海水の流れを受けて羽根車を回転させるタイプのタービンを用いる。

波力発電は、発電の方式によって設置場所が異なる。例えば、特許文献１のように波力を空気エネルギーに変換して利用する場合には、発電装置の設置場所は沖合になるし、特許文献２のように海流を利用する場合は沖合あるいは海岸に設置することが可能になる。

本考案は、海岸に構築した堤を利用して波の速度を増幅させてタービンを回転させるものであるため、設置場所は海岸部となる。
特開２００８−０９５５６９特開２００６−２５７８９８

本考案が解決しようとする問題は、波の流れを利用してタービンを回転させるときの波の流速である。従来のタービンは、波のエネルギーをそのまま、つまり流速を変えずに利用していた。もちろん、従来からも波エネルギーの変換効率を高めるため、タービンの回転方式を往復回転利用型にする等、タービンそのものの改良はなされている。しかし、波の速度は海洋の自然状態に委ねている。

そこで、本考案の目的は、タービンを回転させるための波の速度を増大させることによって、日時や季節によって変動しやすいタービンの回転効率を、安定して高い効率状態に維持できるようにする点にある。

前記目的を達成して、課題を解決するため、本考案に係る波力発電装置は、海浜に構築した波導入堤と、該波導入堤に配する発電用タービンと発電機とを備え、前記波導入堤は、岸側から海側に向かって拡開させた平面略Ｖ字状の拡開堤部と、この拡開堤部の岸側端部に連接して設けた直線状の平行堤部と、この平行堤部の端末に設けた波返し用の端部壁とを備える一方、前記発電用タービンを、平行堤部の適宜箇所に配してなる。

かかる構成によれば、平面略Ｖ字状の拡開堤部から侵入した波は、岸側に進むにつれて進路が狭められるため、狭隘部に向かう波は流速を速めて直線状の平行堤部に侵入する。この平行堤部に発電用タービンを設けておけば、海岸線の一般部に発電用タービンを設ける場合に較べ、流速が格段に早くなった波をエネルギー源として確実に発電量を高めることが出来る。

請求項２は、発電用タービンと、この発電用タービンによって駆動される発電機とを一体の発電ユニットとして構成する一方、平行堤部に、この発電ユニットを上下動可能に軸支する支持部材を設け、当該支持部材を介して前記発電ユニットを上下動可能に配設する。

請求項１に係る発電機は水中に完全に埋没させて配しても良い。その場合は、水中発電機を用いる。しかしながら、この請求項２のように、タービンと発電機とを一体の発電ユニットとして構成すれば、波の上下変動に伴って自由に上下動させる構成とすることが出来る。このようにすれば、水位の変動に伴う発電量の増減を解消して簡易な構成で常に一定水準の発電量を確保することが可能となる。

ただし、発電用タービンを水中に固定して配した場合でも、常時一定の発電量は確保できる（発電機は水中に配しても良いし堤外に配しても良い）。タービンを固定した場合でも波の流速は速まっているので、通常の波浪を利用したタービンよりも発電効率は良い。タービンは、一方向回転型に限らず往復回転利用型を用いることも出来る。

請求項３は、端部壁の断面形状に関するもので、端部壁を海側に対して凹みをもった断面略Ｃ字状に形成する。

端部壁を、海側に対して凹みをもたせた断面略Ｃ字状にすると、海面近傍の海流は当該端部壁に衝突して下方に移動しつつ海側に戻る。このため、波の表面付近の海水は常に端部壁側に向かって流れ来る一方、端部壁に衝突した海水は下に潜って逆方向の還流となる。

従って、端部壁を断面略Ｃ字状にした場合は、波の表面と下層の海水の流れを概ね反転させることが出来るので、表層と下層の海水流を同時にタービンの回転に寄与させ発電の効率を一層高めることが可能となる。

本考案に係る波力発電装置によれば、発電用タービンを回転させるための波の速度を人為的に増大できるため、日時や季節によって変動しやすいタービンの回転効率を、常に高い稼働効率に保つことが出来る。

図１は、本考案に係る波力発電装置の一実施形態を示すものである。この波力発電装置は、海浜に構築した波導入堤１０と、この波導入堤１０に配した発電ユニット２０とを備える。

波導入堤１０は、岸側から海側に向かって拡開させた平面略Ｖ字状の拡開堤部１１と、この拡開堤部１１の岸側端部に連接して設けた直線状の平行堤部１２と、この平行堤部１２の端末に設けた波返し用の端部壁１４とを備えるよう構成する。符号Ｆは海岸線である。海岸線Ｆは、満潮時と干潮時では位置が変化するが、少なくとも、拡開堤部１１の海側先端部は干潮時でも海の波が十分にある位置に設ける。この実施形態では、拡開堤部１１の岸側（基端部）に海岸線Ｆが位置するようにして、干潮時でも直線状の平行堤部１２には確実に海水が侵入するようにしてある。

波導入堤１０は、満潮時にも上面が浸水しない程度の高さに設計する。例えば、満潮時に海面から５０〜１００ｃｍ程度の高さをもつようにすれば良い。

波返し用の端部壁１４は、例えば、図２示すように、その断面形状を海側に対して凹みをもった断面略Ｃ字状に形成することが望ましい。こうすることによって、海面近傍の海流（海水の流れ）Ｃは端部壁１４に衝突して下方に移動しつつ海側方向に戻る。このため、波の表面付近の海水は常に端部壁１４側に向かって流れ来る一方、端部壁１４に衝突した海水Ｄは下に潜って逆方向の還流Ｅとなり、上側の海流Ｃと下側の還流Ｅが協働して発電用タービン２１（２２）を効率よく回転させる。

発電ユニット２０は、例えば、図３に示すように構成する。２１、２２は、海水の流れによって回転する発電用タービン（羽根車）、２３は、発電用タービン２１、２２の回転に伴って回転するタービン軸、２４は、タービン軸２３の回転によって発電を行う水中発電機である。また２５は、発電系統の装置（２１〜２４）を一体のユニット構成とするためのケース体、２６は、ケース体２５から左右外方に突出させた軸部材、２７は、軸部材２６を上下動可能に支持するための軸支部材（ガイドレール）である。Ｓは海底である。軸支部材２７の基端部は、例えば、海底Ｓに十分な深度をもって打ち込んで設けることが望ましい。

この実施形態では、発電用タービン２１、２２、タービン軸２３、水中発電機２４をケース体２５に納めて、一体の発電ユニット２０として形成し、この発電ユニットを軸支部材２７を介して水位（潮位）に合わせて上下動させる。水中発電機２４において発生させた電力は、図示外の送電ケーブルを介して外部に送出することが出来る。

発電ユニット２０を構成する発電用タービン２１、２２等を軽量材で構成することもできるが、耐久性の点では金属製とすることが望ましい。このため、潮位に応じて上下動可能とさせるためには、ケース体２５に浮力を与えるよう、ケース体の外側の下面または側面に浮体（浮き袋など）を配しておくことが望ましい。ケース体２５を二重構造として内部に気体（例えば空気）を封入しておけば、ケース体２５に浮力を与えることは可能であるが、耐久性やランニングコストを考慮すれば、簡単に交換可能な浮体を配する方が経済的である。

従って、かかる構成によれば、海浜に波導入堤１０を設け、拡開堤部１１に海の波を導くとともに、岸側に向かって狭めて設けた拡開堤部１１によって波の流速を速めつつ、平行堤部１２に送り込んで発電用タービン２１、２２を駆動する。平行堤部１２に入った海面近傍の上層の波（Ｃ）は、一般海岸線に打ち寄せる波よりも確実に流速が速くなっているので発電用タービン２１、２２の回転効率は必然的に高まる。

また、端部壁１４に衝突して海側に向かって流れる水流（Ｅ）も、発電用タービン２１、２２の下側の羽根に衝突するので、上下の水流（Ｃ、Ｅ）が相俟って発電用タービン２１、２２の回転効率を上昇させることが出来る。

発電ユニット２０は潮位に応じて上下動するので、発電効率は略一定に保つことが出来る。なお、当然であるが、発電用タービン２１、２２の外周部のうち少なくとも上の部分（海面近傍箇所）は、ケース体２５から外部に露出させておく。そうしなければ、波のエネルギーによって発電用タービン２１、２２を回転させることが出来ないからである。下層の水流（Ｅ）も利用するときは、発電用タービン２１、２２の外周部のうち下の部分もケース体２５から外部に露出させておく。回転に関係のない残余の部分は、必ずしもケース体２５から外部に露出させる必要はない。

本考案に係る波力発電装置は、前記実施形態のものに限定されない。例えば、前記実施形態では、軸支部材２７を海底Ｓに十分な深度をもって打ち込む旨説明したが、軸支部材２７を平行堤部１２に接するように配して、固定金具を打ち込む等によって平行堤部１２に固定してもよい。

波導入堤１０は、コンクリートを打設しても成形できるが、消波ブロックのようなコンクリートブロックを積んで成形してもよい。波導入堤１０を構成する拡開堤部１１や平行堤部１２は、内部と外部の海水を完全に遮断する必要はなく、岸側に向かって波の侵入速度が高まるよう波を導入する経路として機能すれば良いからである。

また波導入堤１０は、防波堤と異なり、必ずしも強い強度は要しない。防波堤の内部に構築しても構わない。

発電ユニット２０を用いる場合は、当該発電ユニット２０は、平行堤部１２に侵入してくる海面近傍の上層の波（Ｃ）と、端部壁１４に衝突して海側に戻る下層の水流（Ｅ）に晒される。強風時は、海面近傍の上層の波（Ｃ）の影響を強く受けるので、軸支部材２７は、岸側に凹みをもたせた略Ｃ字状を呈するように成形し、発電ユニット２０に対する海面近傍の上層の波（Ｃ）による衝突エネルギーを吸収して、軸支部材２７にかかる加重負担を緩和、軽減させることが望ましい。

本考案に係る波力発電装置は、必ずしも前記実施形態のように潮位に応じて自由に上下動する発電ユニット２０を用いなくとも良い。発電用タービン２１、２２の外周上縁部が干潮時に海面近傍に位置すれば、干潮時、満潮時のいずれの時間帯においても発電用タービン２１、２２を回転駆動させることが出来るから、発電用タービン２１、２２は潮位によって上下動しない固定構造とすることが出来るからである。ただし、恒常的に同じ位置に固定する構造としても、台風時等に波の影響を受けにくい位置に待避させる必要が生じることもあるため、例えば、モータ駆動によって発電用タービン２１、２２を上下に位置調整操作が可能としておくことが望ましい。

発電機は、必ずしも平行堤部１２の内側に配する必要はない。発電用タービン（２１、２２）を位置固定とする場合は、タービン軸（２３）も位置固定できるので、タービン軸（２３）の回転によって稼働する発電機（２４）は平行堤部１２の外側（陸上部）に配することが出来る。この場合は、タービン軸（２３）が平行堤部１２の内外を貫く構造をとる。発電機（２４）に防水機能をもたせる必要がないので、故障確率も減り、メンテナンスコストも低減可能となり、信頼性も向上する。

端部壁（１４）は断面略Ｃ字状である必要はない。海側に対して垂直な壁面をもつ構成であっても良い。平行堤部１２に入った波の海面近傍の流速を妨げないからである。平行堤部１２の水深は発電用タービン（２１、２２）の外径等に応じて適宜設定することが望ましい。

実施形態に係る波力発電装置の全体構造を例示する平面図である。実施形態に係る端部壁の断面形状を例示する図である。実施形態に係る発電ユニットの支持状態を例示する図である。

符号の説明

１０波導入堤
１１拡開堤部
１２平行堤部
１４端部壁
２０発電ユニット
２１、２２発電用タービン
２３タービン軸
２４水中発電機
２５ケース体
２６軸部材
２７軸支部材
Ｃ海面近傍の還流
Ｄ端部壁に衝突した海水
Ｅ還流
Ｆ海岸線
Ｓ海底

Claims

海浜に構築した波導入堤と、
該波導入堤に配する発電用タービンと、
この発電用タービンによって駆動される発電機とを備え、
前記波導入堤は、
岸側から海側に向かって拡開させた平面略Ｖ字状の拡開堤部と、
この拡開堤部の岸側端部に連接して設けた直線状の平行堤部と、
この平行堤部の端末に設けた波返し用の端部壁とを備える一方、
前記発電用タービンを、平行堤部の適宜箇所に配することを特徴とする波力発電装置。
発電用タービンと、この発電用タービンによって駆動される発電機とを一体の発電ユニットとして構成する一方、
平行堤部に、この発電ユニットを上下動可能に軸支する支持部材を設け、
当該支持部材を介して発電ユニットを上下動可能に配設することを特徴とする請求項１記載の波力発電装置。
端部壁は、海側に対して凹みをもたせた断面略Ｃ字状に形成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の波力発電装置。