JP4981167B2 - 水力発電タービンの配備システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、水力発電タービン配備用システム及び方法に関し、特に、水力発電タービン及び連結されたベースの配備場所への輸送を大幅に簡素化し、さらに、その後のタービン及びベースの水底への配備を簡素化するシステム及び方法に関する。

化石燃料の燃焼によって地球に加えられてきた環境破壊により、太陽エネルギ、風力エネルギ及び潮力に関して展開される様々なプロジェクトなど、ついに再生燃料が大きく注目され始めている。比較的断続的にしか得られず、それゆえ、信頼性が低い風力や太陽エネルギとは異なり、潮流は完全に予測可能且つ一定であるため、これら代替形態エネルギの中でも、最も魅力的であることにほぼ間違いない。

しかしながら、潮汐エネルギの利用においては、それ自体、特に、潮汐エネルギ発電機（例えば、水力発電タービン等）の設置及びメンテナンスに関して問題がある。これは、このような発電機がまさにその運転特性により、比較的流れの速い潮流中、どちらかというと水底に配置されるからである。加えて、経済的に成立させるためには、これらのタービンは大規模なものでなければならない。

その結果、タービン及び連結されるベース又は支持部材は大型で扱い難いコンポーネントとなってしまい、配備するには、かなり大型の昇降及び輸送装置が必要になる。このような大型の昇降装置を使用することは、通常、危険を伴う作業であり、この装置が海上で厳しくそして不安定な状態で作動される場合には、より大きな危険に晒される。

このような掘削作業を行うのに適した船舶及び装置の市場では、その不足量が増大しており、また、潮流の早い場所で従事する潜水士には極度の危険が存在するので、設置プロセスは、さらに困難となっている。

このため本発明は、水力発電タービンの配備を簡素化することを目的として開発され、本発明に係るシステム及び方法によってベースに予備設置された水力発電タービンの配備が可能となる。

本発明の第１の形態によれば、ベース及び該ベース上に支持可能な水力発電タービンと、
真下に配置されるベースを水に浮いた状態にて取り外し自由に保持するように構成される船舶と、を含んで構成される水力発電タービン配備システムであって、
前記船舶は、ベースを船舶から切り離して降下させるか、又は、ベースを下方から引き上げて船舶に連結させるかが可能なように構成され、前記ベースは、該ベースが前記船舶の真下に連結されるときに、船舶を貫いて上方に突出する支持部材を含んで構成され、前記船舶は、入口を含んで構成され、ベースが船舶の真下に取り付けられるときに、支持部材を、入口を介して突出させると共に、支持部材に取り付けられたタービンを、入口を介して通過できるようにしたことを特徴とする水力発電タービン配備システムが提供される。

好ましくは、前記船舶は、該船舶に対して前記ベースを引き上げ、または降下させるように構成された負荷支持手段を含んで構成される。

好ましくは、前記負荷支持手段は、１以上のウィンチを含んで構成される。

好ましくは、前記船舶は、一体に連結される少なくとも１対の船殻を含んで構成される。

好ましくは、前記システムは、ベースが船舶の真下に固定されるとき、バラストをベースに固定するのに適している。

好ましくは、前記船舶はモジュラー式である。

本発明に係る第２の形態によれば、水力発電タービンの配備方法が提供されており、前記方法は、
タービン用のベースを、船舶の真下に固定するステップ、
前記タービンを、船舶を介して上方に突出するベースの支持部材に固定するステップ、
前記船舶を、配備場所に輸送するステップ、及び
前記ベースを、船舶の真下から切り離すステップ、
を含んで構成され、
前記ベースを前記船舶の真下から切り離すステップにおいて、タービンを船舶を介して通過させることを特徴とする。

好ましくは、前記ベースを固定するステップにおいて、前記方法は、
前記ベースを、水底の上に配置すること、
前記船舶を、ベースの上方に配置すること、及び、
前記ベースを、船舶の真下の位置まで引き上げること
を含んで構成される。

好ましくは、前記方法は前記水底の上にベースを配置する前に、１以上の昇降ラインをベースに固定するステップを含んで構成される。

好ましくは、前記方法は前記ベースを船舶の真下の位置まで引き上げるステップにおいて前記船舶上の負荷支持手段を利用することを含んで構成される。

好ましくは、前記方法は船舶の真下にベースを固定した後で、ベースにバラストを加えるステップを更に含んで構成される。

好ましくは、前記方法は船舶の真下にベースを固定した後で、ベースに支持部材を固定することを含んで構成される。

好ましくは、前記方法は前記ベース及びタービンの少なくとも一方の各種運転パラメータを、ベースを配備場所に配備する前に、テスト位置にてテストするステップを更に含んで構成される。

埠頭に直立するタービン用ベースを示す図。 図１において、前記埠頭に隣接する水底に降下されているベースを示す図。 前記ベース上方で埠頭に隣接して浮かんでいる船舶の配備を示す図。 図３に示す船舶が、続いて該船舶の真下の位置にベースを引き上げている状態を示す図。 図４に示す船舶及びベースにおいて、一対の支持部材が、前記船舶を介してベースに固定されている状態を示す図。 図４の船舶及びベースが、続いて水力発電タービンを前記支持部材に連結している状態を示す図。 配備場所に配置された船舶が、前記ベース及びタービンを水底に向けて下降している状態を示す図。

ここで添付図面を参照すると、水力発電タービン１０（図６及び７のみに示される）を配備するためのシステム及び方法が開示されており、本システムは、後に詳述するように、タービン１０用のベース１２及び該ベースに連結される船舶の使用を含んで構成されている。本発明に係るシステム及び方法は、後に明らかとされるように、水力発電タービン１０の配備に際し、大型の昇降装置の使用を実質的に必要とせず、それゆえ、その配備作業を大幅に簡素化するものである。

図示の実施形態では、ベース１２は、３本の脚１８を有する三角形状フレーム１６を含んで構成されているが、本発明にかかるシステム及び方法の以下の説明では、ベース１２は代表的な実施形態であって、この他のいかなる形状または形態であってもよいと理解すべきである。配備を開始するため、ベース１２は、水体Ｗ、例えば海に隣接する埠頭Ｑに配置される。ベース１２は、完全に組み立てられた状態で埠頭Ｑに運搬されてもよいが、埠頭Ｑ上で、その構成部品から組み立てられる方が、より好ましい。

次いで図２を参照すると、ベース１２は、埠頭Ｑから持ち上げられて、埠頭Ｑに隣接する水底Ｂに降下される。この時点では、ベース１２のフレームは比較的軽量であるため、比較的小型のクレーン（図示せず）等を用いて埠頭Ｑから離脱操作することができる。昇降ライン２０及び連結されたブイ２２は、好ましくはベース１２を水底Ｂ上に降下させる前に、ベース１２の各コーナーに接続される。昇降ライン２０の数は、ベース１２の大きさ及び形状に応じて、あるいは、その他の操作上の必要条件を満たすように変更することができる。

次に図３を参照すると、船舶１４が埠頭Ｑに隣接してベース１２直上に位置するように操作される。船舶１４には、３個のウィンチ２４に各々昇降ライン２０の一つを固定できる形態の荷重支持手段が設けられる。これにより、ウィンチ２４は、図４に示すように、ベース１２を船舶１４の真下に引き上げることができる。勿論、前記ウィンチ２４と機能的に同等な他のものを採用できると考えられ、実際、ウィンチ２４の数及び取付位置は必要に応じて変更すればよい。船舶１４又はベース１２に、船舶１４の下面にウィンチで引き上げたならベース１２を固定するように形成されたロック手段（図示せず）を設けてもよい。このようにすれば、一旦ベース１２が適切な位置で固定されれば、ウィンチから荷重が除去される。しかし、ウィンチ２４をこのロック手段として機能させるようにしてもよい。

船舶１４は、実施形態に図示するように、ポンツーン２６形式の一対の船殻を含んで構成され、該ポンツーン２６は、一対のクロスメンバ２８によって相互に連結されている。クロスメンバ２８間のスペースは、船舶１４の入口３０を規定するように空いたままになっている。このため、ベース１２は入口３０を介して船舶１４上からアクセスすることができる。したがって、図５を参照すると、一対の支持部材３２がベース１２に連結され、この作業を船舶１４上で行うことができる。ここで使用する「支持部材」という用語は、タービン１０を適切な方法でベース１２に連結することができるあらゆるシステム乃至機構を意図しており、図示の一対の支持部材３２によって描かれているような直立性状である必要はない。

こうしてベース１２が船舶１４の真下に安全に固定されたことで、ベース１２及びタービン１０がそれらの自重によって水底にしっかりと据え付けられるレベルまでベースの重量を引き上げるため、必要ならばベースにバラストを加えられる。このバラストはこの段階でのみ加えられるので、ウィンチ２４は、ベース１２を船舶１４の真下に引き上げるときにこの過追加分の負荷を支持する必要がない。この段階でのバラストの添加により、また、ベース１２を初めに埠頭Ｑから離脱して水底Ｂまで降下するときには、昇降を担うクレーンがバラストの重量を支持する必要がないため、比較的小型のクレーンを使用することができる。

次に図６についてみると、埠頭Ｑに設置された比較的小型のクレーンを再度使用して、今度はタービン１０がベース１２上、詳細には、支持部材３２上にリフトされる。次いで、タービン１０は、支持部材３２に固定され、こうして沖の配備場所までの輸送準備が完了する。

このタービンの技術は進化しているため、タービンは大型化し、その結果、船殻乃至ポンツーン間の距離も増大することが予測される。しかし、前側クロスメンバ２８の中央部に配置されたウィンチ２４は、相当な荷重を支持しながら、自身は支持されない。このように、より大きなタービン用の船舶の設計（又は、実際に２以上のタービン１０が１個のベース１２上に並んで搭載されるような場合）双胴船以外の、例えば３胴船のような形態を採ることになる。モジュール式の船舶１４であれば、このような改良は可能で、容易に実現できる。

さらに、モジュール式の船舶１４は、分解して大型貨物船の船殻に載せて次の据付場所まで世界中を航行することも容易である。この方法によれば、大型貨物船は船舶１４に比較してはるかに悪条件での航行も可能であるため、時間の節約にもなる。このモジュラー方式はまた、船舶１４が将来的に異なった形状のベース１２（例えば、より大型のタービンを据え付ける際には、船殻２６間の距離を広げることが望ましく、それは、クロスメンバ２８の長さを伸ばすことで容易になしえる）に応じて型を変更できることをも意味する。これにより、全く新しい船舶を建造する必要がないので経費節減となることも明らかである。

船舶１４の形状によって実現した他の利点は、クロスメンバ２８が水面から離れて位置し、ポンツーンのみが水につかっているため極めて抵抗が小さく、従って曳航が容易なことである。この設計では、クロスメンバが水中にある代替設計と比較した場合、潮流によって自己の位置を調整することができる。後者の設計では、流線化しにくく、流れに沿いづらい。前者の設計は、タービンを降下する際に潮流が幾分でも生じているときには、船舶１４が該潮流に正確に指向し、それにより、タービン１０が適切な方向に自動的に配備されるという重要な特徴を有している。

船舶１４の設計をモジュラー方式とすることにより、また、設置作業中に使用するための追加の備品を船舶１４に速やかにかつ容易に取り付けができる。かかる備品を支持するプラットフォーム（図示せず）を、従来のモジュラーコネクタ（図示せず）を用いて、容易に船舶１４に連結することができる。

図７を参照して、船舶１４、ベース１２及びタービン１０を配備場所の上方に配置してしまえば、ベース１２及びタービン１０を定位置に降下させることができる。これは、ウィンチ２４の簡単な巻戻し作業であり、ベース１２を船舶１４の真下から沈めることができる。ベース１２または船舶１４に何らかのロック手段（図示せず）が設けられている場合は、該ロック手段をウィンチ２４の巻戻し作業開始前に解除しておく必要がある。船舶１４の入口３０は、タービン１０を入口３０を介して下方へと通り抜けができる形状、寸法を有し、それによって、連結されたタービン１０及びベース１２を一緒に船舶１４から降下させることができる。ベース１２が水底Ｂに配置されれば、それ以上、この２つの連結体をしっかりと固定させるための作業を何ら要するものではなく、したがって、配備作業は非常に簡素化される。さらに、船舶１４上から操作するようなクレーン等の昇降装置は全く必要ない。

ベース１２と船舶１４との間の連結性によって、ベース１２及び船舶１４を水底Ｂから回収するために、上記プロセスを逆に行うこともできる。船舶１４はベース１２上に配置されてベース１２に連結され、次いで、ベース１２は船舶１４の真下までウィンチで巻き上げられ、岸壁に戻すか又は他の所望の場所へと輸送するため、しっかりと船舶１４の真下に連結される。

タービン１０を配備場所に輸送する前に、埠頭Ｑに隣接して位置しているタービン１０及びベース１２に対し、各種テストを実施するのが好ましい。図６を参照して、タービン１０がベース１２に固定されれば、ベース１２及びタービン１０が水底Ｂに降下されるのに対し、船舶１４は、埠頭Ｑに隣接したままである。昇降ライン２０は、ベース１２が水底Ｂに位置している間、図７に示した配備場所へ輸送するためベース１２及びタービン１０を船舶１４の真下に速やかにかつ容易に牽引できるように、ベース１２と船舶１４との間をしっかりと保っている。ベース１２が水底Ｂに位置するとき、例えば、ベース１２又はタービン１０に配置された距離測定センサ（図示せず）のテスト乃至較正など各種テストを実施できる。該テストが完了すると、ベース１２は、船舶１４真下の位置までウィンチで巻き戻され、次いでタービン１０が再度船舶１４のデッキ上方に配置される。その後、船舶１４を、図７を参照にして上述したような配備場所まで輸送できる。たとえこのテストによって、タービン１０又はベース１２に関して何か問題が明らかになったとしても、まだ両方共、埠頭Ｑに隣接する位置にあるため、水体Ｗから速やかに移動することができる。もし、タービン１０のどこかに、１つでも問題があれば、タービン１０をベース１２から切り離して更なるテスト又は修理のため、埠頭に運ぶことが可能である。ベース１２は、船舶１４の真下に固定されたまま、修理されたタービン１０の帰還を待っていればよい。

ベース１２にタービン１０を取り付けない状態でベース１２を水底Ｂに配備し、その後適切な手段によってタービン１０をベース１２に連結するために、本発明のシステムが用いられてもよい。

本発明に係るシステム及び方法は、簡素化されてはいても、高効率の水力発電タービン１０配備の手段を提供し、大型の昇降装置の必要性を最小限に抑えることにより、特に配備場所においてこうした装置を、船舶１４上で使用する必要性を排除することは明らかである。

Claims (13)

1. ベース（１２）と、
   該ベース（１２）上に支持可能な水力発電タービン（１０）と、
   真下に配置される前記ベース（１２）を、水に浮いた状態にて取り外し自由に保持するように構成される船舶（１４）と、
   を含んで構成される水力発電タービン配備システムであって、
   前記船舶（１４）は、前記ベース（１２）を前記船舶（１４）から切り離して降下させるか、又は前記ベース（１２）を下方から引き上げて前記船舶（１４）に連結させるかの少なくとも一方が可能なように構成され、
   前記ベース（１２）は、該ベース（１２）が前記船舶（１４）の真下に連結されるときに、該船舶（１４）を貫いて上方に突出する支持部材（３２）を含んで構成され、
   前記船舶（１４）は、入口（３０）を含んで構成され、前記ベース（１２）が前記船舶（１４）の真下に取り付けられるときに、前記支持部材（３２）を、前記入口（３０）を介して突出させると共に、前記支持部材（３２）に取り付けられた前記タービン（１０）を、前記入口（３０）を介して通過できるようにしたこと
   を特徴とする水力発電タービン配備システム。
2. 前記船舶（１４）は、該船舶（１４）に対して前記ベース（１２）の引き上げ、及び降下の少なくとも一方が可能なように構成された負荷支持手段（２４）を含んで構成される請求項１に記載の水力発電タービン配備システム。
3. 前記負荷支持手段（２４）は、１以上のウィンチを含んで構成される請求項２に記載の水力発電タービン配備システム。
4. 前記船舶（１４）は、一体に連結される少なくとも１対の船殻（２６）を含んで構成される請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の水力発電タービン配備システム。
5. 前記システムは、前記ベース（１２）が前記船舶（１４）の真下に固定されるとき、バラストを前記ベース（１２）に固定できるように構成される請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の水力発電タービン配備システム。
6. 前記船舶（１４）はモジュラー式である請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の水力発電タービン配備システム。
7. 水力発電タービンの配備方法であって、
   前記タービン（１０）用のベース（１２）を、船舶（１４）の真下に固定するステップ、
   前記タービン（１０）を、前記船舶（１４）を介して上方に突出する前記ベース（１２）の支持部材（３２）に固定するステップ、
   前記船舶（１４）を、配備場所に輸送するステップ、及び
   前記ベース（１２）を、前記船舶（１４）の真下から切り離すステップ、
   を含んで構成され、
   前記ベース（１２）を前記船舶（１４）の真下から切り離すステップにおいて、前記タービン（１０）を前記船舶（１４）を介して通過させること
   を特徴とする水力発電タービンの配備方法。
8. 前記ベース（１２）を固定するステップにおいて、
   前記ベース（１２）を、水底の上に配置するステップ、
   前記船舶（１４）を、前記ベース（１２）の上方に配置するステップ、
   及び、前記ベース（１２）を、前記船舶（１４）の真下の位置まで引き上げるステップ
   を含んで構成される請求項７に記載の水力発電タービンの配備方法。
9. 前記水底の上に前記ベース（１２）を配置する前に、１以上の昇降ライン（２０）を前記ベース（１２）に固定するステップを含んで構成される請求項８に記載の水力発電タービンの配備方法。
10. 前記ベース（１２）を前記船舶（１４）の真下の位置まで引き上げるステップにおいて、前記船舶（１４）上の負荷支持手段（２４）を利用することを含んで構成される請求項８または請求項９に記載の水力発電タービンの配備方法。
11. 前記船舶（１４）の真下にベース（１２）を固定した後で、前記ベース（１２）にバラストを加えるステップをさらに含んで構成される請求項７〜請求項１０のいずれか１つに記載の水力発電タービンの配備方法。
12. 前記船舶（１４）の真下にベース（１２）を固定した後で、前記ベース（１２）に支持部材（３２）を固定するステップをさらに含んで構成される請求項７〜請求項１１のいずれか１つに記載の水力発電タービンの配備方法。
13. 前記ベース（１２）及び前記タービン（１０）の少なくとも一方の各種運転パラメータを、前記ベース（１２）を配備場所に配備する前に、テスト位置にてテストするステップを更に含む請求項７〜請求項１２のいずれか１つに記載の水力発電タービンの配備方法。