JP4668349B1 - 発電システム及びセンシングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】送電線設備を利用した新しい発電システムおよび発電方法を提供する。
【解決手段】送電鉄塔１に配設された送電線２を支持する支持部４と、発電部５とを有し、支持部４は、一端が送電線２に接続される支持線４１と、支持線４１と協動して回転する回転体と、を含み、発電部５は、支持線４１が送電線２の張力によって初期位置から回転体に対して相対移動することにより発電する、発電システム。
【選択図】図２

Description

本開示は、発電システム、およびセンシングシステムに関する。

地球温暖化対策の一つとして風力などの自然エネルギーを利用した発電システムが注目されている。

風力を利用した発電システムとしては、風を受けて回転する風車を用い、該風車の回転動力によって発電モータを駆動させて発電するシステムや、風を受けて振動する振動板に圧電素子を取り付け、該振動板の振動によって圧電素子を変形させて発電するシステムが知られている（特許文献１参照）。

"風力発電 初心者入門"、[online]、[平成22年3月25日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://windhp.seesaa.net/article/111301162.html＞

しかしながら、従来の風車や振動板を用いた発電システムは、該発電システムを新たに設置するにあたり、その設置場所の選定、風車や振動板その物を設置するコスト面など多くの課題を有している。

そこで、既存の設備を利用した低コストで実現可能な新しい発電システムが望まれる。

本開示による発電システムは、送電鉄塔に配設された送電線を支持する支持部と、発電部と、蓄電部とを有し、前記支持部は、一端が送電線に接続される支持線と、前記支持線と協動して回転する少なくとも１つの固定滑車および少なくとも１つの動滑車と、を含み、前記動滑車には、前記送電線の張力に抗して前記支持線を前記初期位置に戻すように当該動滑車を移動させる移動部が設けられており、前記発電部は、前記固定滑車および前記動滑車のうちいずれかの滑車の回転軸に連結された少なくとも１つの発電モータであり、当該発電モータは、前記支持線が前記送電線の張力によって初期位置から前記動滑車に対して相対移動することにより発電し、前記蓄電部は、前記発電部が発電した電力を蓄電する。

本開示による他の発電システムは、送電鉄塔に配設された送電線を支持する支持部と、発電部とを有し、前記支持部は、一端が送電線に接続される支持線と、前記支持線と協動して回転する回転体と、を含み、前記発電部は、前記支持線が前記送電線の張力によって初期位置から前記回転体に対して相対移動することにより発電する。

また、本開示による発電システムは、前記回転体が動滑車であり、前記動滑車には、前記送電線の張力に抗して前記支持線を前記初期位置に戻すように当該動滑車を移動させる移動部を設けることができる。

さらに、本開示による発電システムは、前記支持線の他端には、前記送電線の張力に抗して前記支持線を前記初期位置に戻すように作用する作用部を設けることができる。

さらに、本開示による発電システムは、前記発電部が、前記回転体の回転軸に連結された発電モータとすることができる。

さらに、本開示による発電システムは、前記発電部が、前記支持線に設けられた当該支持線の相対移動によって移動する当接部と、前記当接部の移動により変形されて発電する圧電素子と、を含むことができる。

さらに、本開示による発電システムは、前記回転体を複数有することもでき、また、前記回転体は、少なくとも１つの固定滑車と、少なくとも１つの動滑車とを含むことができる。

さらに、本開示による発電システムは、前記発電部が発電した電力を蓄電する蓄電部をさらに有することができる。

本開示によるセンシングシステムは、上記発電システムと、送電鉄塔上に設けられ、前記発電システムにより発電された電力が供給されるセンサ装置と、を含む。

送電線を利用した発電システムの概念図を示す図である。 第１実施形態における発電システムの概略的な構成図である。 第１実施形態における発電システムの回転体と発電部と蓄電部との関係を表す図である。 第２実施形態における発電システムの概略的な構成図である。 第２実施形態における発電システムの回転体と発電部と蓄電部との関係を表す図である。 本実施形態における発電システムの変形例の概略的な模式図である。

以下、本開示を実施するための好適な各実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、下記実施形態では、回転体として、２つの固定滑車と、１つの動滑車とを用いる場合を例にとって説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。

＜第１実施形態＞
図１は、本開示による送電線を利用した発電システム１００の概念図を示す図である。

発電システム１００は、図１に示すとおり、送電鉄塔１、送電線２、架空地線３、支持部４、発電部５、および蓄電部６を含む。

送電鉄塔１は、鉄製の骨組み構造から構成される建造物であって、送電線２を懸架支持するための鉄塔である。送電線２は、発電所で発電した電力を配電網に送電するための電線路であって、発電所から変電所、変電所から変電所へと架設される。架空地線（ＧＷ）３は、架設された送電線２を、雷から保護するメタルワイヤであって、送電線２の直上に架設される。なお、送電鉄塔１、送電線２、および架空地線３は、既存する送電線設備で用いられているものを利用することができる。

以下、本実施形態の発電システム１００において、既存の送電線設備に加え、新たに取り付ける構成要素を含む支持部４、発電部５、および蓄電部６を、図２，図３を参照して説明する。図２は、本実施形態における発電システムの概略的な構成図であり、図３は、本実施形態における発電システムの回転体と発電部と蓄電部との関係を表す図である。

支持部４は、送電鉄塔１に配設された送電線２を支持するための部位であり、図２に示すように、支持線４１と、固定滑車４２Ａ，４２Ｂ、および動滑車４３と、固定端部４４とを含む。

支持線４１は、一端が送電線２に接続され、他端が固定端部４４に接続されることにより、送電線２を懸架支持する。また、支持線４１の一端には、碍子連（複数の碍子）４５Ａを取り付け、該碍子連４５Ａを介して送電線２と接続する。さらに、支持線４１の他端にも、必要に応じて、碍子連（複数の碍子）４５Ｂを取り付け、該碍子連４５Ｂを介して固定端部４４と接続することができる。なお、支持線４１や碍子連４５Ａ，４５Ｂの形状および構成は、一般的な送電鉄塔における送電線を懸架支持する支持線や碍子連と同様とすることができる。

支持線４１は、送電線２の張力によって初期位置から固定滑車４２Ａ，４２Ｂおよび動滑車４３に対して相対移動する。初期位置とは、たとえば、送電線２が風の影響を受けずに静止している時の支持線４１の位置とすることができる。なお、この相対移動に関しての詳細な説明は後述する。

固定滑車４２Ａ，４２Ｂは、支持線４１と協動して回転する回転体であって、支持部４に固定して配設される。固定滑車４２Ａ，４２Ｂは、その各回転軸が、後述する発電モータ５１Ａ，５１Ｂにそれぞれ連結される。

動滑車４３は、支持線４１と協動して回転する回転体であって、各固定滑車４２Ａ，４２Ｂと所定の間隔を保って支持部４に配設される。また、動滑車４３は、固定滑車４２Ａ，４２Ｂの配設位置と所定の高低差を有した位置に配設することができる。動滑車４３は、その回転軸が、後述する発電モータ５１Ｃに連結される。送電鉄塔１に動滑車４３を配設するに伴い、動滑車４３には、送電線２の張力に抗して支持線４１を初期位置に戻すように当該動滑車４３を移動させる移動部４３１（たとえば、バネなどの弾性部材や油圧シリンダなど）が設けられる。移動部４３１は、一端が動滑車４３と連結され、他端が固定端部４４に連結される。なお、支持部４には、動滑車４３を一定方向（たとえば、上下方向）に移動可能にスライドさせるスライド部を含むことができる。

固定端部４４は、支持線４１の他端を連結して固定させておく部位であって、たとえば、送電鉄塔１の一部である。また、固定端部４４は、移動部４３１の他端を連結して固定する。

発電部５は、図３に示すように、固定滑車４２Ａ，４２Ｂおよび動滑車４３の各回転軸に連結される発電モータ５１Ａ〜５１Ｃである。発電モータ５１Ａ〜５１Ｃは、固定滑車４２Ａ，４２Ｂおよび動滑車４３の回転によって発電し、それぞれ発電した電力を蓄電部６に供給する。なお、発電モータ５１Ａ〜５１Ｃ自体は、一般的な発電モータ（たとえば、ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータなど）を用いることができる。

蓄電部６は、図３に示すように、発電モータ５１Ａ〜５１Ｃにより発電した電力を蓄電する蓄電池６１（バッテリ）を含む。蓄電池６１は、蓄電した電力を、負荷装置、たとえば、送電線の異常検出装置や、ＯＰＧＷの制御装置などの送電鉄塔１上に設置される装置の電源として用いることができる。なお、蓄電池６１自体は、一般的な蓄電池（たとえば、リチウムイオン電池およびニッケル水素電池など）を用いることができる。

ここで、支持線４１が送電線２の張力によって初期位置から固定滑車４２Ａ，４２Ｂおよび動滑車４３に対して相対移動する点について説明する。支持線４１は、固定滑車４２Ａ，４２Ｂ、および動滑車４３が連動して回転するように、たとえば、図２に示すように、固定滑車４２Ａ，４２Ｂの上端に巻き掛けられ、かつ、動滑車４３の下端に巻き掛けられているものとする。なお、送電線２が風の影響を受けずに静止している時の支持線４１、動滑車４３の位置をそれぞれ初期位置とする。

送電線２が風などの気象状況の変化に伴い発生する作用力の影響を受けて振動すると、送電線の張力が変動し、この送電線の張力に応じて支持線４１が送電線２側に引っ張られる。この引っ張られる力が、移動部４３１の送電線２の張力に抗して支持線４１を初期位置に戻すように当該動滑車を移動させる力（移動部４３１が作用する力）より大きい場合、動滑車４３は初期位置から離れる方へ移動し、支持線４１は、送電線２の張力によって初期位置から固定滑車４２Ａ，４２Ｂおよび動滑車４３に対して相対移動する。一方、上記支持線４１が引っ張られる力が、移動部４３１が作用する力より小さくなれば、動滑車４３は初期位置の方へ移動し、支持線４１は、送電線２の張力によって初期位置から固定滑車４２Ａ，４２Ｂおよび動滑車４３に対して相対移動する。

このように、支持線４１が、送電線２の張力によって初期位置から固定滑車４２Ａ，４２Ｂおよび動滑車４３に対して相対移動することで、固定滑車４２Ａ，４２Ｂおよび動滑車４３はそれぞれ連動して回転する。その結果、各滑車の回転軸と連結された発電モータ５１Ａ〜５１Ｃはその回転動力が伝達されて発電し、その発電した電力は蓄電池６１に蓄電される。

本開示による発電システム１００によれば、世界各地に点在する既存の送電線網を利用できるため、従来の発電システムの設置場所の選定や、風車や振動板その物を設置するコスト面といった課題を解決することができる。

また、送電鉄塔には、送電線網を管理監視するための各種センサ機器や、架空地線に光ファイバを内蔵したＯＰＧＷ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｇｒａｎｄ Ｗｉｒｅ）のセンサ機器などが設置されているが、これらの機器は、通常、１００〜２００Ｖ程度の低電圧駆動のため、送電網で供給される電力をそのまま使用することはできなかった。しかし、本開示による発電システム１００を適用することで、これら各種センサ機器や、ＯＰＧＷのセンサ機器などの電源とすることができ、これら電源として別途分電システムや配電線を敷設するコストを抑制することができる。さらには、本開示による発電システム１００は、当該送電線網に隣接して設置される各種気象状況(例えば、温・湿度、風速、雨量、積雪をはじめとして、河川の水量や状況など)の監視等の測定に使用される各種センサ機器、並びに各種センサ機器により取得された情報の送信システムに必要な電源等にも使用する事ができる。すなわち、発電システム１００は、上記センサ機器を含んだセンシングシステムとして利用することもできる。

さらに、風力発電のような自然エネルギーは、その発電量が時々刻々と変化して一定には得られないという特性があるが、多くの自然エネルギー由来の発電システム同士を連結し、総体としての発電電力量を平均化できれば、維持管理も容易となり、電力需要を自動的に調整するスマートグリッドの観点から望ましい。そこで、本開示による発電システム１００を点在する送電鉄塔にそれぞれ配設し、各発電システム１００を電気的に接続することで、全体として発電電電力量を平均化でき、スマートグリッドに適した自然エネルギー由来の発電システムとして用いることができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の発電システム２００は、上記第１実施形態の発電システム１００の各構成に加えて、新たな発電要素を設けたものである。なお、以下では、第２実施形態の発電システム２００の構成において、上記第１実施形態の発電システム１００と同様の構成とすることができるものについては、原則として、その説明を省略する。

発電システム２００の発電部５'は、図４に示すように、当接部５２と、当該当接部５２の移動により変形（たとえば、押圧）されて発電する圧電素子５３とを含む。

当接部５２は、支持線４１に設けられた当該支持線４１の相対移動によって移動する部材である。当接部５２は、固定滑車４２Ａと動滑車４３との間に設けられる。当接部５２は、圧電素子５３を変形できる形状および材質の部材を用いることができ、たとえば、金属部材、プラスチック部材、またはガラス部材である。なお、当接部５２は、固定滑車４２Ａと動滑車４３との間に設けられる場合に限られず、支持線４１が相対移動する部分に設けることができ、たとえば、碍子連４５Ａと固定滑車４２Ａとの間に設けることができる。

圧電素子５３は、当接部５２の移動により変形されて発電する素子である。圧電素子５３は、たとえば、当接部５２の移動方向に、当接部５２の移動により変形可能な位置に固定されて配設することができる。圧電素子５３は、発電した電力を、図５に示すように、蓄電池６１に供給することができる。発電モータ５１Ａ〜５１Ｃに加えて、圧電素子５３をさらに設けることで、送電線２の振動エネルギーの発電エネルギーへの変換効率を高めることができる。なお、圧電素子５３自体は、従来の圧電素子とその構成および機能と共通する。

なお、当接部５２は、支持線４１に設けられる場合に限られず、たとえば、動滑車４３の端部に設けることができる。当接部５２を動滑車４３に設けた場合、圧電素子５３は、当該動滑車４３の移動に伴って移動する当接部５２の移動方向に、当接部５２の移動により変形可能な位置に固定されて配設することができる。

＜変形例＞
以上のように本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示は、以上の実施形態に限定されるべきものではなく、特許請求の範囲に表現された思想および範囲を逸脱することなく、種々の変形、追加、および省略が当業者によって可能である。

たとえば、上記各実施形態では、回転体として、固定滑車を２つ、および動滑車を１つ有する場合を例にとって説明したが、本開示はこれに限られず、少なくとも１つの回転体を有すればよく、たとえば、動滑車を１つ、または、固定滑車を１つ、または、固定滑車を３つおよび動滑車を２つとすることができる。ここで、たとえば、図６に示すように、支持部４'の回転体として、固定滑車のみ（固定滑車４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅ）を用いるとき、支持線４１の他端には、送電線２の張力に抗して支持線４１を初期位置に戻すように作用する作用部４６、たとえば、バネなどの弾性部材や油圧シリンダなどを配設することができる。

また、上記各実施形態では、各滑車の回転軸にそれぞれ発電モータを連結する構成を例にとって説明したが、本開示はこれに限られず、固定滑車および動滑車の少なくとも１つの回転軸に発電モータを連結する構成とすることができ、たとえば、固定滑車のみの回転軸に発電モータを連結してもよい。

さらに、上記各実施形態では、発電部として、発電モータを用いる場合を例にとって説明したが、たとえば、該発電モータを用いずに、当接部と圧電素子とのみを用いることもできる。

さらに、上記各実施形態では、蓄電部を有する構成を例にとって説明したが、本開示はこれに限られず、蓄電部を省略する構成としてもよい。この場合、発電モータ等で発電された電力は、たとえば、送電鉄塔１上に設置される送電線網を管理監視するための各種センサ機器や、ＯＰＧＷの制御機器などの電力源として用いることができる。

１ 送電鉄塔、
２ 送電線、
３ 架空地線、
４ 支持部、
５ 発電部
６ 蓄電部、
４１ 支持線、
４２Ａ，４２Ｂ 固定滑車、
４３ 動滑車、
４４ 固定端部、
４５Ａ，４５Ｂ 碍子連、
５１Ａ〜５１Ｃ 発電モータ、
５２ 当接部、
５３ 圧電素子、
６１ 蓄電池。

Claims (10)

1. 送電鉄塔に配設された送電線を支持する支持部と、発電部と、蓄電部とを有し、
   前記支持部は、
   一端が送電線に接続される支持線と、
   前記支持線と協動して回転する少なくとも１つの固定滑車および少なくとも１つの動滑車と、を含み、
   前記動滑車には、前記送電線の張力に抗して前記支持線を前記初期位置に戻すように当該動滑車を移動させる移動部が設けられており、
   前記発電部は、
   前記固定滑車および前記動滑車のうちいずれかの滑車の回転軸に連結された少なくとも１つの発電モータであり、
   当該発電モータは、前記支持線が前記送電線の張力によって初期位置から前記固定滑車および前記動滑車に対して相対移動することにより発電し、
   前記蓄電部は、前記発電部が発電した電力を蓄電する、発電システム。
2. 送電鉄塔に配設された送電線を支持する支持部と、発電部とを有し、
   前記支持部は、
   一端が送電線に接続される支持線と、
   前記支持線と協動して回転する回転体と、を含み、
   前記発電部は、
   前記支持線が前記送電線の張力によって初期位置から前記回転体に対して相対移動することにより発電する、発電システム。
3. 前記回転体は動滑車であり、
   前記動滑車には、前記送電線の張力に抗して前記支持線を前記初期位置に戻すように当該動滑車を移動させる移動部が設けられている、請求項２に記載の発電システム。
4. 前記支持線の他端には、前記送電線の張力に抗して前記支持線を前記初期位置に戻すように作用する作用部が設けられている、請求項２に記載の発電システム。
5. 前記発電部は、前記回転体の回転軸に連結された発電モータである、請求項２に記載の発電システム。
6. 前記発電部は、
   前記支持線に設けられた当該支持線の相対移動によって移動する当接部と、
   前記当接部の移動により変形されて発電する圧電素子と、を含む請求項２に記載の発電システム。
7. 前記回転体を複数有する、請求項２に記載の発電システム。
8. 前記回転体は、少なくとも１つの固定滑車と、少なくとも１つの動滑車とを含み、
   前記動滑車には、前記送電線の張力に抗して前記支持線を前記初期位置に戻すように当該動滑車を移動させる移動部が設けられている、請求項７に記載の発電システム。
9. 前記発電部が発電した電力を蓄電する蓄電部をさらに有する、請求項２に記載の発電システム。
10. 前記請求項２に記載の発電システムと、
    前記送電鉄塔上に設けられ、前記発電システムにより発電された電力が供給されるセンサ機器と、
    を含むセンシングシステム。

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