JP5588997B2 - 方向調節手段を備えた水力発電タービンシステム - Google Patents

Description

本発明は、水力発電タービンシステム、厳密には、基部に取り付けられた水力タービンを備えているシステムに関し、システムは、流れる潮流の中で海底上の配備場所に向かって下ろされる間にシステムを安定化させる及び／又は適正に方向付ける手段を含んでいる。

現在、世界規模で、ＣＯ_２の排出が我々の環境に引き起こしている被害、特に地球温暖化によってもたらされる脅威を、大きな懸念が取り巻いている。ＣＯ_２排出の主な供給源の１つは、大規模な、化石燃料の燃焼による発電にある。しかしながら、電気は、人類の生存にとって不可欠なものとなった必需品であるため、現今、巨額の資産が、化石燃料を使用せずに大量の電気を生成する代替的な手段を模索することに費やされている。原子力エネルギーは、１つの当該代替物であるが、ほとんどの社会は、原子力発電の負の側面に不安を感じており、それ故他のより望ましい解決策が求められている。

このような次第で、近年、再生可能エネルギーが注目されるようになり、太陽エネルギー、風力エネルギー及び潮力の分野で多くの事業が開発されている。それらの代替的形態のエネルギーの中で、比較的間欠的であるためより信頼性の低い風力又は太陽エネルギーとは異なり、潮汐流は完全に予測可能であり、且つ不断的であることを考えれば、潮力は、ほぼ間違いなく最も興味をひくものである。

しかしながら、潮汐エネルギーを利用することは、特に、例えば、当該機の動作の本質上、比較的高速に流れる潮流の中に、恐らく海底上に設置されなければならない水力発電タービン等の潮力発電機の設置及び保守に関して独自の挑戦を提供するものである。その様な状態は、著しく人を寄せ付けないものであり、安全な作業状態につながるものではない。当該潮汐タービンを取り付ける基部の設置は、従来式では、タービン又はその後設置され得る１つ又はそれ以上のタービンを支持する二次的支持構造体をその上に積んでゆく杭を海底に掘り下げる方式を採用してきた。しかしながら、杭を高潮汐流の区域の海底に掘り下げることは、相当に問題のあるものであり、通常危険な作業である。更に、相当に大きい掘削及び杭打ち設備を設置場所まで運搬し、当該場所で運転する必要があり、作業の複雑さ及びコストを著しく増大させる。

本発明の第１の態様によると、基部及び潮汐流の中で懸吊されながら、基部を潮汐流に対して所望の方向性に調整する手段を備える水力発電タービンシステムが提供されている。

方向調整手段は、受動的であれば望ましい。

方向調整手段は、少なくとも１つの羽根を備えていれば望ましい。

方向調整手段は、複数の羽根を備えていれば望ましい。

基部は、海底上にある時に基部がその上に立つ複数の脚を備えていて、脚の少なくとも１つは、そこから伸張する少なくとも１つの羽根を有していれば望ましい。

方向調整手段は、潮汐流の中で懸吊されながら、基部を潮汐流に対して所望の方向性へ変位させるように配置されれば望ましい。

基部は、水力発電タービンを保持するような形状及び寸法になっている架台を備えていれば望ましい。

システムは、基部に取り付けられた水力発電タービンを備えていれば望ましい。

方向調整手段は、タービンが動作可能になるように潮汐流の方向に揃えられるようにシステムを方向付けるために配置されれば望ましい。

本発明の第２の態様によると、流れる潮汐流の中で、水力発電タービンシステムを配備する方法が提供されており、方法は、
配備船及びシステムを配備場所の上方に配置することと、
船から配備場所に向かってシステムを下ろすことと、
潮汐流に対するシステムの所望の方向性を実現及び／又は維持するためにシステムを通過する潮汐水流を利用することと、の段階から成っている。

方法は、潮汐流の中でシステムの安定性をもたらす及び／又は維持するためにシステムを通過する潮汐水流を利用することを備えていれば望ましい。

方法は、システムを下ろす段階において、システムを通過して移動する水流の影響を受けて、システムを潮汐流の方向に対して所望の方向性に変位させることを可能にする降下手段を利用することを備えていれば望ましい。

方法は、システムを潮汐流に対して安定化させる及び／又は方向付けるためにシステムの変位をもたらすように、潮汐流がシステム上の方向調整手段を通過して流れることを可能にすることを備えていれば望ましい。

システムは、基部及び基部に取り付け可能な水力発電タービンを備えていて、方法は、システムを海底に向けて下ろすより前にタービンを基部に固定する段階を備えていれば望ましい。

方法は、タービンが動作可能になるように潮汐流の方向に揃えられるようにシステムを方向付けるために潮汐流を利用することを備えていれば望ましい。

本発明による水力発電タービンシステムの第１の実施形態の斜視図を図示している。 図１で示される水力発電タービンシステムの一部分の代替的な配置を図示している。 本発明による水力発電タービンシステムの第２の実施形態の斜視図を図示している。 本発明の第３の実施形態による水力発電タービンシステムの一部分の斜視図を図示している。

これより参照してゆく添付図面の図１には、その全体を１０と表示される、本発明による水力発電タービンシステムの第１の実施形態が図示されており、当該システムは、水力発電を達成するために高潮汐流の区域の海底上に設置されるように設計されている。システム１０は、タービンＴがシステム１０の一部を形成することになるように、水力発電タービンＴをその上に担持するように構成される基部１２を備えている。図示される実施形態では、基部１２は、図面において三角形になっているが、システム１０の動作に関する以下の説明を読まれれば、基部１２の形状は三角形であることに制限されているわけではなく、任意の他の適切な形態でできていてもよいことを理解されるであろう。基部１２の上に取り付けられる水力発電タービンＴも、同様に任意の適切な形態でできていてもよいことを理解されるであろう。

基部１２は、間に後梁１６が伸張している一対の横方向梁１４を備えており、基部１２の各頂点は、脚１８によって画定され、その間に梁１４、１６が伸張している。脚１８は、任意の数の配置で海底に固定されるように適切に設計されてもよい。基部１２は、任意の適切な材料又は材料の組み合わせで作られてもよく、図示される実施形態では、主として管状鋼鉄で形成されている。基部１２は、その個別の構成要素の修理及び／又は交換を可能にするために、実際はジュール式になっていてもよい。

システム１０は、基部１２に固定される架台２０を更に備えており、当該架台は、その中で水力発電タービンＴを支え且つ保持するように作られている。架台は、各々の垂直材が横方向梁１４のそれぞれの１つから伸張している一対の垂直材２２及び垂直材２２上で支持される分割カラ―２４を含んでいる。カラー２４は、実質的に円筒形の形状になっており、使用時その中で水力発電タービンを支えており、当該水力発電タービンは、タービンの固定子（図示せず）を使ってカラ―２４に固定されてもよい。架台２０の設計は、タービンを基部１２に固定する機構の単なる一例であり、架台２０は、任意の他の適切な形態になっていてもよいことを先と同様に理解されたい。図示される実施形態では、システム１０は、海底上に据え付けられた時、基部１２の長手方向軸Ｌが、配備場所の潮汐流の方向に実質的に揃えられなければならないように設計されている。従って、架台２０は、基部１２が海底上に設置された状態で、水力発電タービンを潮汐流の方向に直接的に向けるために方向付けられる。

システム１０は、例えば基部１２に接続され、配備船から巻き上げ機を使用して下ろされる複数の降下線を使用して、荷船又は同様の配備用船（図示せず）から海底まで下ろされるように意図されている。先に述べたように、システム１０が配備される区域は、海面上及び海面下の両方で困難な作業状態を具現化する高潮汐流の区域であると考えられる。その様な高潮汐流の中で船から目的物を海底に向かって下ろすことは極めて難しく、通常、目的物の回転／振動のような好ましくない動きをもたらすであろう。当該の動きは、目的物を下ろすために使用する線の縺れを引き起こす可能性があり、潮汐流に正確に揃える必要がある水力発電タービンの場合、タービンを海底上に配置する時に、タービンを潮汐流の方向に対して正確に方向付けることを極めて困難にする可能性がある。

本発明のシステム１０は、基部１２に取り付けられ、具体的には後梁１６に取り付けられる又は後梁１６の脚１８から後方に伸張する一対の羽根２６の形態の方向調整手段を提供することで上述の問題を克服している。図示される実施形態では、羽根２６は、基部１２の長手方向軸Ｌに実質的に揃えられる。潮汐流の中へ下ろされると、羽根２６は、基部１２に安定性を提供し、更に基部１２を潮汐流に対して調節する舵として働き、長手方向軸Ｌが潮汐流の方向と実質的に平行になるまで基部１２の回転を進める。羽根２６の方向性は、潮汐流の方向に対して基部１２の所望の方向性を実現するために変えてもよいことを、当然ながら理解されるであろう。

図示される実施形態では、システム１０は、システム１０の後縁を画定する後梁１６を備えた状態で配備船から海底へ下ろされるように意図されている。これは、基部１２の三角形図面の前方先端部は、潮汐流を指していることを意味していて、一対の羽根２６はその後方から追従している。この位置で、一対の羽根２６は、潮汐流の中でシステム１０を安定化させる及び適正に方向付けるという両方の観点から最も効果を発揮する。羽根２６は、当然ながら任意の他の場所に配置される又は基部１２の周囲に設置される追加的な羽根（図示せず）が補足されることができる。

本発明のシステム１０は、従って、配備船から海底に向けて下ろされる際に、システム１０を安定化させる及び正確に方向付ける両方のために潮汐流の運動エネルギーを利用している。方向調節手段は、一対の羽根２６の形態で、それらが、上述の機能性を提供するために潮汐流のこの運動エネルギーを動力源として利用するので、そのため受動的であり得る。潮汐流の中で下ろされる時、システム１０の安定化及び方向付けをもたらすために、例えば１つ又はそれ以上のプロペラ、水噴射などの形態の、能動的な方向調節手段（図示せず）を利用することができることを理解されるであろう。しかしながら、これは、多分にシステム１０のコスト及び複雑さの両方を増大させることが予測され、システム１０が長期間存在する過酷な水中状態を考えると、その様な能動的な方向調節手段の信頼性は、問題点である可能性がある。受動的な羽根２６は、システム１０にとって簡素で更に極めて効果的な方向調節手段である。

次に図２を参照すると、基部１２の後角が示され、ここでは、羽根２６の上縁及び脚１８の最上部の間にずれが生じた状態になっている幾らか異なる位置に取り付けられた羽根２６が示されている。これは、羽根２６が、システム１０を配備するために使用される荷船又は同様の配備船（図示せず）を穿通する又は他の方法で損傷することを防ぐものである。システム１０は、配備船の下方に懸吊されて特定の配備場所まで曳航され、その後配備船の船底から離れて海底に向かって下ろされるように意図されている。それ故に、特にそれらの配備場所に存在する比較的過酷な状態を考えると、システム１０が、荷船の下方から不均一に下ろされる可能性があり、これは、羽根２６の１つ又はそれ以上が荷船の船底と接触することを引き起こす可能性がある。羽根２６を脚１８の上縁より下方に幾らか下げることでその様な発生を極めて起こりにくくしている。

次に図３を参照すると、その全体を１１０と表示される、本発明による水力発電タービンシステムの第２の実施形態が図示されている。この第２の実施形態では、類似の構成要素は、類似の参照数字に合わせられており、特に記述がない限り類似の機能を実行するものである。システム１１０は、その間に後梁１１６が接続されている一対の横方向梁１１４から形成される基部１１２を備えている。基部１１２の各頂点は、脚１１８によって画定されている。図示されていないが、使用時、システム１１０には、システム１１０の一部を形成するために水力発電タービンＴを基部１１２に固定する架台が備え付けられているであろう。

システム１１０は、後梁１１６に取り付けられ、後梁１１６から上方及び後方に突出している一対の羽根１２６の形態の方向調節手段を更に備えている。使用時、羽根１２６を通過する潮汐水流は、第１の実施形態のシステム１０に設置されるような羽根２６を通過する流れより真っすぐである又は乱流になりにくいであろう。その結果、第２の実施形態の羽根１２６は、潮汐流の方向に対してシステム１１０を安定化させること及び方向付けることにおいてより効果的であろう。

図４を参照すると、その全体を２１０と表示される、水力発電タービンシステムの第３の実施形態が図示されている。この第３の実施形態では、類似の構成要素は、同様に、類似の参照数字に合わせられており、特に記述がない限り類似の機能を実行するものである。図４は、代替的な実施形態の一部だけを示しており、上記の第１の実施形態の配置と同様に、具体的に水力発電タービンＴが固定される架台２２０を示している。

架台２２０は、一対の垂直材２２２及びその中にタービンＴを着座させるカラ―２２４を備えている。システム２１０は、一対の垂直材２２２から突出している一対の羽根２２６の形態の方向調節手段を更に備えている。先と同様に、システム２１０のこの位置を通過した潮汐水流は、システム２１０の基部２１２を通過した流れ及びその周囲の流れより乱流になりにくいであろう。

本発明は、方向調節手段に関する上述の位置を組み合わせて利用することで実装されてもよいことを、当然ながら理解されるであろう。方向調節手段は、潮汐流の中で懸吊される又は下ろされる／上げられる時、システムを安定化及び／又は方向付けることができるのであれば、任意の他の適切な場所に位置付けられてもよく、任意の他の適切な形態のものであってもよい。

本発明のシステム１０、１１０、２１０及び本発明による水力発電タービンシステムを配備する方法は、水力発電タービンを海底の上に配備することを大いに平易化するものである。これは、海底に向かって下ろされる際に及び例えば修理又は交換のために逆にシステムが海底から引き上げられる時、システムを安定化することによって実現される。本発明のシステム及び方法は、降下線の縺れを回避し、システムが海底に達した時に正確に方向付けられることを確実にし、それによってその段階で更なる位置調整の必要性を回避している。更に、本発明のシステム及び方法は、憩流時とは対照的に、流れる潮汐流の時の配備を可能にするように設計されているので、システムの配備又は改修に許される時間は大幅に増やされる。

Claims (5)

1. 流れる潮汐流の中で、水力発電タービンシステムを配備する方法であって、前記方法は、
   配備船及び前記システムを配備場所の上方に配置する段階と、
   前記船から前記配備場所に向かって前記システムを下ろす段階と、
   前記システムを前記潮汐流に対して方向付ける及び／又は安定化させるために前記システムの変位をもたらすように、前記潮汐流が前記システム上の方向調整手段を通過して流れることを可能にすることにより、前記潮汐流に対する前記システムの所望の方向性を実現及び／又は維持するために前記システムを通過する前記潮汐水流を利用する段階と、
   を備えている、方法。
2. 前記潮汐流の中で前記システムの安定性をもたらす及び／又は維持するために前記システムを通過する前記潮汐水流を利用する段階を備えている、請求項１に記載の方法。
3. 前記システムを下ろす段階において、前記システムを通過して移動する前記水流の前記影響を受けて、前記システムを前記潮汐流の前記方向に対して所望の方向性に変位させることを可能にする降下手段を利用する段階を備えている、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記システムは、基部及び前記基部に取り付け可能な水力発電タービンを備えており、前記方法は、前記システムを前記海底に向けて下ろすより前に前記タービンを前記基部に固定する段階を備えている、請求項１乃至３の何れかに記載の方法。
5. 前記タービンが動作可能になるように前記潮汐流の前記方向に揃えられるように前記システムを方向付けるために前記潮汐流を利用する段階を備えている、請求項４に記載の方法。
   

Images