JP5451904B2

JP5451904B2 - 振動波力発電システム

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Publication number: JP5451904B2
Application number: JP2012549387A
Authority: JP
Inventors: ゴルディージョ，イニゴエチェニケ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: AU2010343731B2; DK2527641T3; CA2825347C; PT2527641E; NZ601941A; AU2010343731A1; US20130033039A1; CA2825347A1; WO2011089280A1; EP2527641B1; ES2449579T3; EP2527641A1; JP2013518203A

Description

発明の詳細な説明

［本発明の目的］
本発明は、再生可能エネルギーの技術分野、さらに具体的に言うと、波のエネルギーに関する。

本発明の目的は、海における波力発電の分野に関する。

［本発明の背景］
再生可能かつ非汚染なエネルギー源に対する調査において、波または波のエネルギーから獲得可能なエネルギーは、全世界的に利用可能な出力という点において将来性があり、それぞれの地理的位置に基づき、特定の時間間隔で予測可能な性質を有することもあって、炭化水素から得られるエネルギーの代替として、興味深い選択肢である。

波のエネルギーの使用は、風力発電や太陽光発電といった他の再生可能なエネルギー源と比較すると、いまだ開発の初期段階にある。しかしながら、多数のシステムが、この目的のために発明され、特許権を受けている。これらは以下のように分類可能である。

１．立地のタイプに基づくもの：
永久的に海岸に設置されるもの、
係留索によって海底と括り付けられた浮遊するもの、
可動式の部品によって海底と括り付けられるもの。

２．波のエネルギーを変換するために用いられる方法に基づくもの：
揚水システム：
これらの装置は、波動によって持ち上げられ、タービンによって電気へと変換される水の質量の位置エネルギーの使用に基づく。

これらは、浮遊タイプまたは永久的に海岸に設置されるものであってよい。特許ＧＢ２４３６５９５において開示されている装置は、ＷａｖｅＤｒａｇｏｎとして知られているシステムの事例のように、第一のタイプに属する。

重力を使用するもの：
これらは、波によって生じた一つまたは複数の浮きやブイの鉛直方向運動を使用して、流体システム、空気圧システム、または機械システムによって、発電機を駆動、またはその後の電力変換のためのエネルギーを蓄える。

特許ＧＢ２４３４６２０Ａ、ＥＰ１４３９３０６Ａ１、ＷＯ２００７／０８６７５０Ａ１、およびＤＥ３６４２０６０Ａ１において開示されているものは、ＰｅｌａｍｉｓＯＰＤおよびＡＷＳシステムの事例のように、このタイプに属する。

変位を使用するもの：
これらのタイプのシステムは、プレートやパレットに作用する、または気塊を圧縮する波の運動エネルギーに基づく。

特許ＤＥ１０２００６０２４０４２Ａ１、ＵＳ２００７／００８１８６１Ａ１、ＵＳ２００７／０１５４６３Ａ１は、ＷａｖｅＲｏｌｌｅｒａｎｄＯｙｓｔｅｒシステム、およびＯＷＣ（ＯｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＷａｔｅｒＣｏｌｕｍｎ）技術に基づくシステムの事例のように、この原則に基づくシステムを開示している。

波力発電システムに求められる特徴は、以下の通りである。

波のエネルギーを高効率で保存および変換すること、
過酷な波の条件に対しても組立部が堅牢であること、
機械的に単純であること、
波の特性の変化に対して適応可能であること、
設置が容易であること、
海洋環境の変化を最小限にすること。

［本発明の説明］
本発明は、自立システムに基づく。この自立システムは、船または浮遊容器の主要寸法とほぼ横断線上の角度において作用する波の働きによって生じる、船または浮遊容器の横揺れ運動を利用することによって、前述の問題を解決する。船または浮遊容器の主要寸法は、当該船または浮遊容器の形状、質量、および重心の垂直位置から導かれる様々なパラメータに基づく物理的特性によって定められる。定められた形状、質量、および重心の位置に対して、それぞれの船または浮遊容器は、横揺れの自然周期を有しており、バランスを乱す外部からのモーメントを受けた時、船または浮遊容器は、その自然周期で自由に横揺れする。上記容器の自然周期が、上記容器に対して作用する波の自然周期と一致するとき、波の作用により上記容器の最大の振動が得られる。このため、こうした条件において、より大きな波のエネルギーが保存される。横揺れのエネルギーは、上記周期、得られる最大の角度、および運動経路における復原力に関係する。本発明は、波による横揺れを受ける上記容器の当該エネルギーを最適に利用しようとしている。

本発明の目的は、当該容器の横揺れ運動と同期して変位する、浮遊容器または船体の内部に配置されている一つまたは複数の質量の運動によって、発生した波による横揺れのエネルギーを、浮遊容器または船体において保存することに基づく。浮遊部材の寸法、形状、および重心は、近共鳴条件を得るために、上記船体の横揺れの自然周期および支配的な波の周期を近似的に計算することによって、最大の振幅を発生させるように最適化される。重りの重心の変位は、横揺れ軸に垂直な平面において直線上であってよく、または、横揺れ軸と平行に振り子運動的であってもよい。上記重りの経路は、こうした目的に用いられるメカニズムに基づき、その重りの変位によって得られるエネルギーを最も効率的に獲得できるように調整される。上記浮遊容器の各横揺れ運動において、各重りは重力の作用により、梁の方向にレールに沿って（すなわち、上記容器の最小寸法方向）に、または、固定された軸に沿った振子運動で変位する。このエネルギーは、直接的に、あるいはレバーまたはコネクティングロッドを介して、水圧シリンダ上の重りにより発生する圧力によって保存される。圧縮された作動液は、アキュムレータおよび調節弁を備えた回路を介して、電気を発生させる発電機と連結されている水力機関を作動させる。

回路の経路および圧力は、電子式傾斜計からの上記運動を示す信号を受信する制御ユニットおよびプロセッサを用いて、上記エネルギーを最適に利用するよう調整される。

水力駆動装置を組み込んだ前述のエネルギー活用手段の代わりに、上記システムは、上記発電機を作動させるためのプーリ、ギア、クラッチ、および減速機を用いた、駆動チェーンまたはベルトを備えた空気圧駆動手段または機械式駆動手段を組み込んでもよい。

上記浮遊容器の横揺れの自然周期は、メタセンタ半径の平方根に反比例する。また、メタセンタ半径は、重心の縦座標に依存する。上記容器の横揺れの自然周期を調整するために、上記浮遊容器の横揺れの自然周期を波の自然周期に近付けており、様々な高さに配置されているタンクに電気ポンプを用いて水を移送することにより、重心の位置は自動的に変化する。

上記システムを備える容器の位置は、二つ以上の係留索によって保持されており、長手方向の端部が括り付けられ、海底のアンカーやデッドウェイトに固定されたチェーンを備えることが好ましい。最大の横揺れに対応する最適条件は、上記支配的な波が上記容器に横方向に入射する場合に実現されることを考慮すると、上記係留索は、ウィンチや巻き上げ機を用いて、上記チェーンを持ち上げる、または引っ張ることによって、波の方向変化に対して適切な位置が得られるように調整されてよい。

本発明の目的である上記システムは、以下の付加的な利点を提供する。

海の作用に対して感度の高い可動式の部品がない小型の外付けシステムであり、メンテナンスの頻度が少なく、故障の可能性が少ない。環境条件の可変性は、既存の条件と比べて、本質的に独特な特徴であることを考慮すると、この特性は非常に好都合である。

大しけの海洋領域内の海港に近接するブレーカーバーに設置可能であり、これにより、発電機能に加えて、上記システムは波よけ堤としても使用可能である。

横揺れの振幅の増加によるエネルギー発生を最適化するために、波の条件に適応することができる。

［図面の説明］
本明細書を完成させ、本発明の特徴のさらなる理解を助ける目的で、本発明の実際的な実施形態の好適な実施歴に基づき、一連の図面が本明細書の不可欠な部分として含まれている。以下の図面は例証のために示されたものであり、限定をするものではない。

図１ａは、重りの直線的な運動に適合したシステムの断面図である。

図１ｂは、システムの振動の最終的な位置における、重りの直線的な運動に適合したシステムの断面図である。

図２ａは、重りの振り子運動に適合したシステムの断面図である。

図２ｂは、システムの振動の最終的な位置における、重りの振り子運動に適合したシステムの断面図である。

［本発明の好適な実施形態］
前述の図を考慮して、本発明の目的の好適な実施形態による二つの実施例が、以下に記載される。

［実施例１］
図１ａは、システムの断面図および浮遊容器（１）を示す。浮遊容器（１）は、重量や組立部の製造上の要求に応じて、鋼鉄、ガラス繊維強化ポリエステル、アルミニウム、または鉄筋コンクリートで建造されてよい。ヒールに関する復原トルクを増加させるために、断面の形状は幅が広げられている。容器には密閉されたデッキがあり、これにより、上記組立部は水を通さず、容器は過酷な天候から保護される。様々な区画には、重心を変化させる目的で、水タンク（３）が設けられており、これにより上記浮遊容器の振動の自然周期が変化する。水の補充および移送は、ポンプ（４）、コレクタ、パイプ、および電磁弁アセンブリを用いて行われる。可動式の重り（１２）は、車輪によって金属製レール（１３）の上を移動する。一つまたは複数の、直線またはわずかに湾曲した金属レール（１３）は、浮遊容器（１）の内部に横方向に設けられる。波の作用により容器が横揺れするとき、上記重りは上記レールに沿って移動し、水圧シリンダ（１１）に作用し圧力を発生させ、上記シリンダのピストンは一定量の作動液を変位させ、これにより所定の電力が発生する。図１ｂは、横揺れモードにおけるシステムを示す。エネルギー活用手段が当該システムに組み込まれている一方で、ストップ（１４）は、上記レールの端部に設けられている。本実施例において、流体手段は、所定の時間周期に亘って一定の出力を供給するアキュムレータ（９）、および電流を発生させるための発電機（６）に接続された水力機関（５）に加え、圧力弁およびコンペンセータ（２）を備えた流体回路を有している。この電流は、変圧器（７）によって変成され、水中ケーブル（１６）を介して陸地に送電される。浮遊容器（１）の中央通路に横揺れセンサの要領で設けられた電子式傾斜計（８）は、横揺れの角度およびその時間変化に関する情報を、所定のシステム変数を制御する役割を担う制御ユニット（１０）へ送信する。浮遊容器（１）は、電気式巻き上げ機や従来型のウィンチを備えた、二つの係留索（１５）によって、海底と括り付けられている。こうした巻き上げ機やウィンチは、自動的に動作可能であり、波の位置に対して上記容器の位置を調整する。波面に関する正確な情報を得るために、上記発電機は、波の高さおよび周期に関する情報の受発信を行う浮遊センサ（１７）を備えてもよい。

［実施例２］
図２ａおよび図２ｂは、可動式の重り（１２）の位置の変化に関する同一のシステムを示す。この場合、上記重りは、ロッド（１８）の周りで振り子振動を行う。図２ａに示されるように、水圧シリンダ（１１）は、重り（１２）のサポートアーム（１９）のレバー効果によって駆動される。重り（１２）の垂直位置は、機械手段または流体手段を用いて、サポートアームに沿って重りを移動させることによって調整可能である。その他の点では、上記システムの動作は、実施例１にて記載されたものと同様である。図２ｂは、横揺れモードにおける浮遊容器（１）および水圧シリンダ（１１）に作用するアーム（１９）が動作中のシステムを示す。

重りの直線的な運動に適合したシステムの断面図である。システムの振動の最終的な位置における、重りの直線的な運動に適合したシステムの断面図である。重りの振り子運動に適合したシステムの断面図である。システムの振動の最終的な位置における、重りの振り子運動に適合したシステムの断面図である。

Claims

振動波力発電システムであって、
波の位置に対して浮遊容器（１）の位置を調整するために設けられた電気式巻き上げ機に連結された少なくとも一つの係留索（１５）によって、海底につなぎ止められた浮遊容器（１）と、
エネルギー活用手段に作用する役割を担う、少なくとも一つの可動式の重り（１２）と、
当該エネルギー活用手段から受けたエネルギーから発電を行うために設けられた、上記エネルギー活用手段と連結された発電機（６）と、
上記発電機により発生した電流を変成する役割を担う変圧器（７）とを備え、
上記エネルギーを伝達するために、上記エネルギー活用手段と連結されて配置され、重り（１２）の運動によって発生するエネルギーを吸収するために設けられた水圧シリンダ（１１）と、
重り（１２）および水圧シリンダ（１１）によって発生したエネルギーを受け入れて蓄積し、そのエネルギーを発電機（６）へ伝達する役割を担う、上記エネルギー活用手段と連結されたアキュムレータ（９）と、
浮遊容器（１）の重心の垂直位置を変化させるために、浮遊容器（１）の内部に配置された水タンク（３）の注水／排水を行う役割を担うポンプ（４）と、
浮遊容器（１）の横揺れの自然周期を、支配的な波の自然周期に近付ける目的で、制御ユニット（１０）に接続された横揺れセンサ（８）によって決定された浮遊容器（１）の横揺れの自然周期を制御するために、上記電気式巻き上げ機、エネルギー活用手段、およびポンプ（４）を制御する役割を担う制御ユニット（１０）とを備えることを特徴とする振動波力発電システム。
重り（１２）は、レール（１３）に沿った交互の運動によって移動可能であり、重り（１２）の両側に配置された水圧シリンダ（１１）に作用することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
重り（１２）の両方向の運動を制限するために設けられた、レール（１３）の端部に配置されたストップ（１４）をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
浮遊容器（１）に連結された、関節を有するロッド（１８）をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
重り（１２）は、当該ロッド（１８）上で振り子運動を行うために、ロッド（１８）の関節に対して関節でつながるアーム（１９）と連結されており、重り（１２）の振り子運動が当該水圧シリンダ（１１）の内部の変位を決定するように、当該アーム（１９）は水圧シリンダ（１１）と連結して配置されることを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
上記エネルギー活用手段は、水圧シリンダ（１１）に接続された流体回路を備え、この流体回路は、圧力弁およびコンペンセータ（２）を備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
上記エネルギー活用手段は、空気圧回路を備え、
上記空気圧回路は、圧力弁、コンペンセータ（２）、およびアキュムレータ（９）を備えた水圧シリンダ（１１）と接続されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
上記エネルギー活用手段は、機械装置を備え、
上記機械装置は、コネクティングロッド、カム、および／またはチェーン、ベルトトランスミッション、およびアキュムレータ（９）を備えた水圧シリンダ（１１）と接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
変圧器（７）によって変成された電流を配電するために設けられた水中ケーブル（１６）をさらに備えることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。