JP4026061B2 - 海水又は汽水淡水化プラント付き風力発電プラント - Google Patents

Description

本発明は、タワーと、タワーにより支持されるゴンドラと、ゴンドラに取り付けられたロータと、逆浸透プラントへの供給を行い、ロータにより機械的に駆動される、少なくとも一つの圧力ポンプとを有する風力発電プラントに関する。

発電するために使用される風力発電プラントは、多様な構造のものが知られている。加えて、海水淡水化プラントは、海水又は汽水を淡水化するものが知られており、通常は化石エネルギー源を利用する。逆浸透プロセスに従って動作する電動プラントの場合も、通常は化石燃料を使って生成された電力により使用される。

再生可能エネルギー源の使用を可能にするために、風力発電設備を用いて、ポンプその他の逆浸透プラントの電気ユニットを動かすのに必要な電力を生成することはすでに提案されている（特許文献１〜５参照）。こうした従来型のプラントの相互接続は、限られた効率性を有することは明らかである。

特許文献６には、タワー内に位置する圧力コンテナに作用する一組のポンプ上のマイタギア（mitre gear）を用いてロータが作動する風力発電プラントが開示されている。この圧力コンテナは、次に、風力発電プラントの外側に位置する逆浸透プラントの供給を行う。

この既知のプラントは、複雑でコストのかかる構造を有する。
ＵＳ ４，１８７，１７３ ＤＥ ２００ １３ ６１３ Ｕ１ ＤＥ １９７ １４ ５１２ Ｃ２ ＤＥ １９８ ５０ ５６５ Ａ１ ＤＥ ４３ ２１ ０５０ Ａ１ ＤＥ ３８ ０８ ５３６ Ａ１

本発明の課題は、単純な構造の場合に、海水又は汽水を高い効率で淡水化して飲料水を生成する、風力発電プラントを提供することである。

本発明によれば、この問題は、請求項１の特徴により解決され、下位の請求項は本発明の有利な成果を提供する。

本発明の本質は、利用可能な風力発電プラントの運動エネルギーのほとんどがポンプユニットを駆動するために直接使用され、このポンプユニットが逆浸透プラントに必要な海水又は汽水の圧力及び体積流量を生成し、未処理水リザーバ、フィルタユニット、ポンプユニット、逆浸透ユニット、及び飲料水貯蔵タンクといった、すべての機能要素が風力発電プラントに一体化されることである。こうした構造により、発電機により生成された電力が再び機械的エネルギーに変換されない状態が確保される。こうした変換の連鎖は、二重の効率性の損失と、必要な構成要素及びユニットに関する高いコストを意味する。

風力発電プラントのロータの回転エネルギーは、直接的に、或いはギアを介して間接的に、風力発電プラントのゴンドラ内にある一つ以上のポンプユニットに伝達される。こうした直接的な機械駆動ポンプは、淡水化する海水又は汽水をタワーの基部から供給され、速度に依存する体積流量を生成する。バルブシステムを用いて、前期海水又は汽水は、逆浸透ユニットに供給される。

バルブ制御と逆浸透ユニットの数との関数として、システム内で圧力が増加する。この圧力及び体積流量は、調整デバイスを用いて制御され、一定の動作条件に適合化される。一時蓄電池は、システム内の負荷変動の短時間の補正を保証する。利用可能な一定のロータの力を使用するために、この調整デバイスを用いて、随意的にいくつかのポンプユニット及び逆浸透ユニットをバルブにより接続又は切断することも可能である。

フィルタユニット及び逆浸透ユニットは、好ましくは、タワーの上部に収容され、ゴンドラからの圧力媒体を上方から供給される。フィルタ及び逆浸透ユニットは、好ましくは、回転フレームにおいてゴンドラに回転する状態で固定され、よって加圧水線をポンプユニットにしっかりと接続させることが可能となる。これの下に位置する飲料水タンクは、タワー内でしっかりと固定され、この中に飲料水が逆浸透プラントから流れ込む。水頭の高さにより、飲料水移動パイプ内で圧力が同時に形成され、これにより長距離のブリッジングが可能となる。

海水又は汽水供給パイプの通路としての目的、及び作業員がアクセスする目的から、飲料水タンクの中央にはダクトが設けられる。風力発電プラントの基礎部分には、プレフィルタと、塩素処理プラントと、フィードポンプとが付いた海水又は汽水リザーバが配置される。

特に有利となるのは、この風力発電プラントが、沖合に建設され、海水又は汽水内に直接設置される場合である。必要な構成要素を備えた未処理水リザーバは、水面より下の基礎部分に直接組み込むことが可能であり、実質的に無限の量の海水又は汽水を直接供給することができる。

継続的に形成されるフィルタの汚泥その他の廃棄濃縮物は、直接、海水又は汽水に戻すことができる。

機能ユニット全体は、沖合の風力発電プラントに直接的に一体化される。陸上では顧客までの送水パイプラインのみが必要となる。二次ユニットに必要な補助電気エネルギーは、小型発電機により生成することができる。

図１は本発明の好適な実施形態を示すものである。

空気の直進運動から回転エネルギへの風力発電プラントによるエネルギ変換は、ロータブレード１０を用いて行われ、これは旋回可能な状態でロータハブ１２に取り付けられ、その設定角度はブレード調整部１４を用いて修正することができる。ハブ１２によりロータ側で駆動されるギア１６を用いて、従動シャフトの速度は、１５００乃至３０００ｍｉｎ^−１まで引き上げられる。前記急速回転従動シャフトでは、補助発電機１８と、一つ以上の圧力ポンプ２０とが駆動される。補助発電機１８により生成された電力は、調整デバイスへの供給を行う蓄電池に一時的に蓄えられる。

これらの構成要素は、風向追跡システム２４を用いて、変化する風向に従って継続的に方向を合わせる風力発電プラントのゴンドラ２２内に配置される。回転式経路２６を用いて、海水又は汽水は、貯蔵タンク２７に供給され、バルブ３１を用いて、回転式ゴンドラ２２内の圧力ポンプ２０に供給される。圧力ポンプ２０は、供給された海水又は汽水を加圧された状態にする。

圧力リザーバ又はタンク２８は、負荷のピークを補正し、これにより、時間単位当たりの圧力配分が平滑化される。調整デバイス３２を用いて、調整バルブ３０を使用することで、加圧海水又は汽水の体積流量が調整され、更にブレード調整部１４を介してロータの出力が調整され、これらは互いに一致するようになる。

ゴンドラ２２の下方には、フィルタユニット３６と逆浸透ユニット３８とが、共同回転フレーム３４内に配置される。ゴンドラと共に回転するサスペンションにより、圧力パイプは、圧力ポンプ２０と、フィルタユニット３６及び逆浸透ユニット３８との間にしっかりと接続することができる。リザーバとして機能する飲料水タンク４０は、逆浸透ユニット３８の下方に配置される。タンク全体の地面からの高さの結果として、静水圧により、飲料水パイプ４２を介して、水を長距離に渡って供給することができる。

提案する解決策において、風力発電プラントは、海水又は汽水中に直接設置され、このプラントは周囲を海水又は汽水４４により囲まれるようになる。水は、未処理水フィルタ４６を用いて、水面下に配置された未処理水リザーバ４８に入れられる。電解塩素処理システム５０により、水は化学的に前もって処理される。電動揚水ポンプ５２を用い、未処理水揚水パイプ５４と、回転式経路２６と、貯蔵タンク２７とを介して、ゴンドラ２２内の圧力ポンプ２０へ海水又は汽水を供給する。未処理水揚水パイプ５４と並行に廃水パイプ５６が配置され、これは、塩水濃縮物とフィルタユニット３６からのフィルタ汚泥とを海水又は汽水へ戻す。これらのパイプは、外側のパイプの中央に配置され、飲料水タンク４０内部のクライムスルーパイプ５８内に位置する。前記パイプ５８は、保守又は修理の目的で作業員が上方へ向かう際にも使用され、タワーの下部には入り口ドア６０を通じて到達する。

このプラント全体は、基礎部分６２を用いて、海底に接続される。タワー６６は、底部フランジ６４により基礎部分６２に接続される。タワー６６は、飲料水タンク４０を伴う下部タワーセグメントと、フィルタユニット３６及び逆浸透ユニット３８を伴う上部タワーセグメントとを備える。タワーの両部分は、接続フランジ６８を用いて相互接続される。フィルタユニット３６及び逆浸透ユニット３８の保守の目的で、回転フレーム３４は、二つの保守プラットフォーム７０を含み、いずれも部分組立体の下方に位置する。

本発明の好適な実施形態を示す図である。

符号の説明

１０ ロータブレード
１２ ロータハブ
１４ ブレード調整部
１６ ギア
１８ 補助発電機
２０ 圧力ポンプ
２２ ゴンドラ
２４ 風向追跡システム
２６ 回転式経路
２７ 貯蔵タンク
２８ 圧力リザーバ又はタンク
３０ 調整バルブ
３１ バルブ
３２ 調整デバイス
３４ 回転フレーム
３６ フィルタユニット
３８ 逆浸透ユニット
４０ 飲料水タンク
４２ 飲料水パイプ
４４ 海水又は汽水
４８ 未処理水リザーバ
５０ 電解塩素処理システム
５２ 電動揚水ポンプ
５４ 未処理水揚水パイプ
５６ 排水パイプ
５８ クライムスルーパイプ
６０ 入り口ドア
６２ 基礎部分
６４ 底部フランジ
６６ タワー
６８ 接続フランジ
７０ 保守プラットフォーム

Claims (12)

1. タワー（６６）と、該タワーに支持されるゴンドラ（２２）と、前記ゴンドラ（２２）内に取り付けられるロータ（１０、１２）と、電動揚水ポンプ（５２）を用い、未処理水揚水パイプ（５４）と回転式経路（２６）と貯蔵タンク（２７）を介して、未処理水を処理する逆浸透プラントへの供給を行い且つ前記ロータ（１０、１２）により機械的に駆動される少なくとも一つの圧力ポンプ（２０）と、を備える風力発電プラントであって、
   前記逆浸透プラントの各ユニットが、前記タワー（６６）内に配置されることを特徴とする、風力発電プラント。
2. 少なくとも一つの圧力ポンプ（２０）が、ゴンドラ（２２）内に配置されることを特徴とする、請求項１記載の風力発電プラント。
3. ロータハブ（１２）により駆動され且つ少なくとも一つの圧力ポンプ（２０）を駆動するギア（１６）を備えることを特徴とする、請求項１又は２記載の風力発電プラント。
4. 圧力ポンプと逆浸透プラントの各ユニットとの間に配置された圧力リザーバ（２８）を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の風力発電プラント。
5. 圧力リザーバ（２８）が、ゴンドラ（２２）内に配置されることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の風力発電プラント。
6. ゴンドラ（２２）を伴う逆浸透ユニットが、タワー（６６）内に回転可能に取り付けられることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の風力発電プラント。
7. 処理される未処理水が、汽水であることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の風力発電プラント。
8. 未処理水リザーバ（４８）を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の風力発電プラント。
9. 下部タワーセグメント内に配置された飲料水タンク（４０）を備えることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の風力発電プラント。
10. ロータハブ（１２）により駆動される補助発電機（１８）を備えることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の風力発電プラント。
11. 逆浸透プラントが、調整デバイスにより個別に接続及び切断できるいくつかのモジュラーユニットを備えることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の風力発電プラント。
12. 海中に直立することを特徴とする、請求項１から１１のいずれかに記載の風力発電プラント。

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