JP5604310B2 - 波力エネルギープラント - Google Patents
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Description
本出願は、2008年2月20日出願のスウェーデン国特許出願第0800395−6号、および2008年10月10日出願のスウェーデン国特許出願第0802165−1号の優先権および利益を主張し、その教示全体は参照により本明細書に組み込まれている。
本発明は、水波の動きから電気エネルギーを抽出するための波力発電プラント、物体内の程度の差はあるが周期的な動きなどの、程度の差はあるが間歇的な機械的エネルギーから電気エネルギーを抽出する方法、およびそのような程度の差はあるが間歇的な機械的エネルギーが利用できるとき使用すべき発電プラント用の変速機に関する。
−何らかの方法で水域における水の移動によって移動するように、水域にまたは水域中に配置されるブイまたは他のデバイス。次いでこのブイまたは他のデバイスは、水の中の移動のために、それ自体1つの方向の移動と第1の方向と異なる別の方向の移動との間を交互する移動を得るように構成され、配置される。水の中のこの移動は、水の中の波の移動または水の表面のところの波の移動、交互する移動、すなわち水の中でまたは水の表面のところで、前後に交互する移動、あるいは水域の水の中の一般に1つの方向の移動と別の方向の移動の間を交互する移動を含むことができる。水域の水の表面のところを浮遊するブイの場合は、これは水表面の上下移動のとき、このブイが交互に上昇・下降し、及び/又は、交互に前後に揺動ないし傾動することを意味することができる。したがって一般に、このブイは水より低い平均密度を有する。水域にまたは水域中内に配置される他のデバイスは例えば、水の移動に追従するように設計される水と同じ密度または水より高い密度を有する物体、あるいは水波が移動するとき起きる水内の圧力差に起因して交互に圧縮され、膨張させられるデバイスを備えることができる。
−波力発電プラントのある部分に回転可能に軸支されるドライブシャフト。異なる設計では、それはこのブイまたは他のデバイスのところで軸支することができる。別法として、それは水域の底部に固定して取り付けられるデバイスのところに、または一般に水域内の水の移動に対して対抗するように配置される比較的大きな嵩または重量を有する物体などのあるデバイスに、回転できるように軸支することができる。
−ドライブシャフトが搭載される場所に応じて、水域内の水の移動に対抗するように配置されるデバイス、例えば水域の底部のところの固定点または比較的大きな嵩または重量を有する物体に、またはブイに、一方が結合され、もう一方がドライブシャフトにそれぞれ結合される、第1の細長い手段。この第1の細長い手段は、線、ワイヤーないしチェインなどの柔軟性のある手段であり得るが、例えばラック・ギア・セグメントを備える場合、それは固くすることもできる。
−ドライブシャフトに結合され、互いに対して回転可能な2つの部品を備える発電機であって、第1の部品および第2の部品はしばしばそれぞれローターおよびステーターと呼ばれる。この2つの回転可能な部品の間に空隙が存在する。
−上記で説明した、エネルギーの一時的な機械的貯蔵のための蓄積デバイス。
1.上記の説明によるエネルギーの蓄積は、水波のエネルギーを均等化し、それによって一様のレベルで電気を発生させるために使用することができ、これによって発電機および関連する電力電子回路および接続網の利用率が高く、電力システムの複雑性が低くなる。
2.より小さな波での不足を補償するために、大きな波からの過剰なエネルギーを経時的に蓄積し使用することができ、これは高い利用率に寄与する。
3.非常に大きな波の状態中でさえ、最大電力を維持できながら、水波からのエネルギーの吸収を制限することができる。これは高い利用率に寄与するが、それは非常に簡単、効率的な嵐保護システムとしても働き、その場合この波力エネルギー・プラントは波と調和して休みなく働き、それが変換する容量を有する量のエネルギーのみ吸収する。
4.発電機の回転速度をドライブシャフトの平均回転速度に適合させ得ることによって、発電機の電気出力を制御することができる。これはこの波力エネルギー・プラントが現行の波候に対して一様な電力レベルを供給できることをもたらす。
5.この波力エネルギー・プラントは、高度にスケールアップ可能であり、その容量および電力を発生させるパターンは、最高のコスト効率のために特定の波候に対して最適にすることができる。
6.この波力エネルギー・プラントは、高い効率を有する完全に機械的な変速機を有し、それは簡単な方法で揺動する波移動を一方向性の回転に変換し、回転ローターを有する標準の発電機によく適合する。
7.この構造体は例えば、大洋の環境に対してよく試験された安価な材料である、コンクリートで主として作ることができる。
8.底部基礎とブイの間の線の巻きに影響を及ぼすように構成され、波力エネルギー・プラントの水平な位置を維持するのに必要な力を調整するのも可能にする、電子的に調整可能な摺動クラッチを使用することができる。そのような摺動クラッチは、ここでは錘と呼ばれる同様な構造体でしばしば使用されるカウンターウエイトの機能と置き換えることができ、かつそれを高めることができる。
9.ドライブシャフトに機械的に結合されるアンカー・ドラムを、波移動に従って第2の細長い手段を程度の差はあるが巻くために使用することができる。アンカー線の数回転をアンカー・ドラムの周りに巻くことができ、したがってそれは、この設備が取り扱うことができる波高さに対して技術的な制約を有さない。このブイは、どのような終点位置にも到達せずに、全ての波サイズに対して調和した方式で水表面に追従し、このことは、変化する波高さにかかわらず波力エネルギー・プラントが波力エネルギーを非常に効率的に吸収できることに寄与し、同時に嵐の状態中の構造体上の歪が最小限になる。
10.発電機が外部電源から電気のエネルギーを供給され、電気モータとして作用する場合、線の制御された巻きを実施するために、アンカー・ドラムを移動するように制御できる機械的連結器を設けることができる。これによってこの波力エネルギー・プラントに、その設備設置場所に曳航される前に海岸でそれを組み立てることができる特性を授与することができる。
11.この設置は、最小限の手動支援で行うことができる。手動で接続しなければならないのは主として電気ケーブルのみであり、それはボートから水表面のところで行うことができる。第2の細長い手段に結合される底部基礎、およびカウンターウエイトは、設備設置場所への輸送中はブイに取り付けられ、次いでそれらは機械的な連結/ロック・デバイスの制御によって開放することができる。
12.この波力エネルギー変換器は、異なる設置深さに対して適切になるように容易に設計することができる。
13.ギアボックスを発電機の回転速度を増加させるために使用することができ、これによって、より小さな、より資源効率の高い高速度の発電機の使用が可能になる。そのようなギアボックスは、このギアボックスをカウンターウエイト・ドラムに結合させることによって、発電機の第2の部品すなわちステーターを、ブイに永久的に固定することも可能になり、このことは電気の接続と発電機の封入を単純化し、構造体内の回転する質量を減少させることができる。
−物体の第1の移動に対してこれらの移動が、発電機の2つの部品を互いに対して第1の方向に回転させ、それによって電流を発生させ、同時にエネルギー蓄積デバイスに機械的エネルギーを供給するように駆動することができるステップ。
−この第1の移動と実質的に異なる、物体の第2の移動に対して、このエネルギー蓄積デバイスが、発電機の2つの部品を互いに対して同じ第1の方向に回転させ、それによって物体の第1の移動中のものと同じ極性を有する電流を発生させるように駆動することができるステップ。
−第1の回転部品が外側から駆動されるとき、第2の回転部品および第3の回転部品も回転するようにされること。
−第1の回転部品が回転していないとき、第2の回転部品を回転させるように第3の回転部品が駆動できること。
1.波の上昇中、アンカー・ドラム9は、ドライブシャフトがアンカー・ドラムの回転移動と一緒に回転するように、ドライブシャフト11に引っ掛かるべきである。波が沈むとき、アンカー・ドラムが逆方向に回転できるように、ドライブシャフト11はアンカー・ドラムを係脱させることが可能であるべきである。さらにドライブシャフト11は、波が沈むときその回転方向を変更することを阻止されるべきである。このようにすると、波および推進力が上昇するときはいつでもドライブシャフトはアンカー・ドラムによって前向きに同じ回転方向に送られ、それによって波の動きから吸収される推進力を整流する。これによって発電機を単一の回転方向に駆動するのが可能になる。
2.波力エネルギーの吸収は摺動クラッチ55の使用によって制限することができ、それが結果として過負荷保護として働くことができる、図5a、5bおよび5c参照。そのような摺動クラッチによって、蓄積レベルがその上限に到達するとき、すなわちカウンターウエイト19がカウンターウエイト・ドラム15およびブイ3に近接し、カウンターウエイト・ドラム15およびブイ3を損傷させるリスクなしに、より多くのカウンターウエイト線17をカウンターウエイト・ドラム15の周りに巻くことができないとき、波の上昇中アンカー・ドラム9をドライブシャフト11に対して摺動させることによって、波の移動からのエネルギーの吸収を完全に係脱することも可能になる。この摺動クラッチは、変速機が受けるトルクを制限するためにも使用することができる。波が沈むとき、ブイ3およびカウンターウエイト19は減速され、これが増加したg−力、したがって変速機内の増加したトルクを与える。波が向きを変え再び上昇するとき、このg−力は前向きに回転し始めているアンカー・ドラム9によってさらに増加し、ブイが波によって持ち上げられるのと同時にカウンターウエイトをブイに対して持ち上げる。高すぎる負荷に対して摺動クラッチは摺動し、それによって加速をいくらか減少させ、これが順に変速機が受けるトルクも減少させる。
この戻り阻止機構は、ドライブシャフト11用のステー軸受54のところにまたはステー軸受54の中に配置することができる。このようにすると、ドライブシャフトはブイ3が上昇するときはいつでも常に第1の回転方向に回転し、決して反対方向に回転することができない。
エネルギー吸収はこれによって一時的に係脱されるけれども、カウンターウエイト内に貯蔵される位置エネルギーを使用できる限り最大電気出力を発生させるように発電機を駆動することができる。波の平均エネルギー・レベルが十分高くなるや否や、最大電気出力を維持することができると同時に、発電機21および変速機23上の負荷はこれによって制限することができる。
−スリング・クラッチがアンカー・ドラム9または戻り送り機構内に必要でない。
−より高い波は、より高いガス圧力と発電機21のより高いトルクになるので、カウンターウエイトが必要でなく、それによって調節しなければならないg−力およびカウンターウエイト・スパンが存在しなくなる。
−カウンターウエイトおよび線、外部電気ケーブル、加速の影響、重心等に伴う起こり得る問題点を完全に減少させ、ないし低下させることができる。
−カウンターウエイトを使用しない場合には、より低い可動重量を与え、それによって海床基礎5もより小さく、すなわちより小さな質量で作ることができる。ブイ3の持ち上げる力も同じくらい大きく減少させることができる。
−より浅い設置深さをうまく取り扱う。
−アンカー・ドラムのみを大洋水に曝す必要があり、一方他の構成部品は封入することができる。
−歯車機構および発電機用のハウジングを、カウンターウエイト・ドラムが使用される、前に説明した設計でのものより小さな直径で作ることができる。
−(複数の)カウンターウエイト・ドラムがシステム内の最大抵抗力を制限し、発電機に作用するトルクに対して鋭い制限を与える。
−エネルギー蓄積が非常に単純でかつ効率的であり、長い時間間隔にわたってエネルギーを貯蔵でき、それと同時に、この時間間隔中の平均波高さに対して推進力を一定に保持することができる。
−波力エネルギー変換器は、エネルギー蓄積のためおよびカウンターウエイトの重量を減少させるために、設備設置場所の深さを最適な方法で利用するように寸法設定することができる。
−エネルギーの貯蔵は、「蓄積が一杯になる」とき自動的に停止し、これは発電機が電力を失うことなく行うことができる。
−拡張可能性は極めて良好であり、この波力エネルギー変換器は、発電機のより良好な稼働時間率を得るように、選ばれた波高さのときに最大容量に到達するように寸法設定することができる。
−平均波高さが通常より相当に高いときの稀な機会にエネルギーの吸収をうまく取り扱うことができるようにシステム全体を過大な寸法にすることは必要ない。
−ブイは、波の大きさとは独立に波の動きに連続的追従する。アンカー・ドラム内の力の制限によって、デバイスがスラストおよび過負荷から効率的に保護される。
−推進力が歯車比に対して一定であり、これによって一定のまたは可変の回転速度で作動する同期交流発電機を含む全ての型式の発電機の使用が可能になる。
−設置時の最小限の手動労力、基礎が降ろされているとき既に電気を発電する設置の短い過程。
−大部分は単純な、耐久性のある構造。
−発電機および変速機の非常に高い稼働時間率。
−長い修理間隔。
3 ブイ; 5 基礎; 11 ドライブシャフト; 21 発電機;
23 歯車ユニット; 105 エネルギー蓄積デバイス。
Claims (15)
- −水域の水の動きによって始動されるように、前記水域中に配置されるブイと、
−前記ブイに対して、前記水域の水の動きに対抗する力を与えるように配置されるデバイスに対して軸受内で回転可能に軸支されるドライブシャフトと、
−前記水域内の水の動きに対して対抗する力を与えるように配置される前記ブイに一端部で連結され、且つ他端が前記デバイスに連結される第1の長楕円形の手段と、
−前記ドライブシャフトに連結され、互いに対して回転可能な2つの部品、すなわち第1の部品と第2の部品を含む発電機と、
−エネルギー蓄積デバイスとを備え、
前記第1の長楕円形の手段と前記ドライブシャフトの間の連結が、前記ドライブシャフトを前記ブイまたは前記デバイスの第1の動きのときに主として一方向に回転させ、それによって前記発電機の第1および第2の部品を第1の回転方向に回転させて、電流を発生させるように駆動し、それによって前記エネルギー蓄積デバイスにエネルギーを供給し、前記ブイまたは前記デバイスと、前記第1の長楕円形の手段と、前記水の動きに対して対抗する力を与えるように配置される前記デバイスと、前記ドライブシャフトと、前記エネルギー蓄積デバイスとが一緒に連結される波力エネルギー・プラントであって、
前記エネルギー蓄積デバイスが、主として前記第1の動きから切り離された、前記ブイまたは前記デバイスの主として第2の動きのときに、前記発電機の第1および第2の部分が同じ前記第1の回転方向に回転するように駆動し、それによって、前記ドライブシャフトが前記発電機の第1および第2の部品を回転させるように駆動するときと同じ極性を有する電流を発生させるように構成され、
−前記ドライブシャフトと前記発電機の第1の部品との間に連結される機械的歯車であって、前記ドライブシャフトが前記機械的歯車の入ってくる側に連結され、前記発電機の第1の部品が前記機械的歯車の第1の出て行く側に連結される機械的歯車と、
−前記発電機の第1の部品および第2の部品の間の空隙を越えて、少なくともそれらの相対的な移動中に、電磁気結合が存在することと、
−前記発電機の第2の部品が前記ブイに固定されることと、
−前記エネルギー蓄積デバイスが、前記機械的歯車の前記第1の出て行く側と切り離された第2の出て行く側に機械的に連結されること、
を特徴とする、波力エネルギー・プラント。 - 水表面の上下動のときに交互に上昇・下降あるいは交互に前後に揺動するように配置されるブイを含み、前記水表面の前記第1の動きが、前記水表面の上に行く動きおよび下に行く動きのうちのいずれか1つを含むことを特徴とする、請求項1に記載の波力エネルギー・プラント。
- 前記ドライブシャフトの周りで一方向に回転するように軸受に軸支されたアンカー・ドラムを前記ブイの第1の動きに伴って回転するようにし、それによって前記ドライブシャフトも回転させるように前記第1の長楕円形の手段に連結される、ことを特徴とする、請求項1から2のいずれか一項に記載の波力エネルギー・プラント。
- 前記第1の長楕円形の手段は、アンカー・ドラム上に巻き上げられる柔軟性のあるワイヤーまたはチェインであり、前記ブイの前述の第2の動きのときに、前記柔軟性のある機関を緊張した状態に維持するように、前記アンカー・ドラムを回転させる機構を有する、ことを特徴とする、請求項3に記載の波力エネルギー・プラント。
- 前記軸受は、前記ドライブシャフトの周りで単一方向にアンカー・ドラムを回転させるものであり、逆方向に回転しているアンカー・ドラムは前記ドライブシャフトと反対方向に駆動することが可能であり、この軸受は回転力を制限又は切断するための連結器を有し、これによって前記アンカー・ドラムが前記ドライブシャフトに作用する、ことを特徴とする、請求項3および4のいずれか一項に記載の波力エネルギー・プラント。
- 前記ドライブシャフトがブイのところで軸受内に軸支され、前記第1の長楕円形の手段が一端で前記ブイの動きに対抗するある点に、特に前記水域の底部のところのような固定された点または水域の前記底部のところに締結されたデバイスの固定された点に連結される、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波力エネルギー・プラント。
- 前記ドライブシャフトが、水域のところに固定された1つのデバイスに対して軸受内に回転可能に軸支され、前記第1の長楕円形の手段が一端部でブイに連結される、ことを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の波力エネルギー・プラント。
- 前記ドライブシャフトが前記水表面の下に配置され、前記エネルギー蓄積デバイスが少なくとも1つの浮遊物体を含む、ことを特徴とする、請求項7に記載の波力エネルギー・プラント。
- 前記ドライブシャフトが前記ブイに対して軸受内に回転可能に軸支され、前記第1の長楕円形の手段が一端で前記ブイに弾力的に吊り下げられる錘に連結される、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波力エネルギー・プラント。
- 前記ブイが空気ポケットとして機能し、中に少なくとも前記ドライブシャフトの主要な部品が配置されるスペースを含む、ことを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の波力エネルギー・プラント。
- 前記エネルギー蓄積デバイスが、前記ブイの前記の第1の動きのときに上向きに移動しそこに位置エネルギーが蓄積される錘として配置されるカウンターウエイトを含み、前記ブイまたは前記他のデバイスと、前記第1の長楕円形の手段と、前記ドライブシャフトと、前記カウンターウエイトとの間の連結が、前記ブイまたは前記デバイスの前記第2の動きのときに前記カウンターウエイトが下向きに移動し、前記カウンターウエイトが前記発電機の第1の部品および第2の部品が前記第1の回転方向に回転するように駆動するように構成される、ことを特徴とする、請求項1から7および9から10のいずれか一項に記載の波力エネルギー・プラント。
- 前記エネルギー蓄積デバイスが、前記ドライブシャフトに対して軸受内に回転可能に軸支されるカウンターウエイト・ドラムと前記カウンターウエイト・ドラムが回転するように駆動するために前記カウンターウエイト内の動きを連結するための第2の長楕円形の手段とを含み、前記ドライブシャフトが前記発電機の第1の部品を回転させるように連結され、かつ前記カウンターウエイト・ドラムが前記発電機の第2の部品を回転させるように連結され、前記発電機の第2の部品が前記発電機の第1の部品に対して回転するとき前記発電機が電流を発生させ、と同時にそれがこの回転に対して対抗するトルクを与え、前記発電機の第1の部品および第2の部品が互いに対して常に同じ前記第1の回転方向に回転するようにされる、ことを特徴とする、請求項11に記載の波力エネルギー・プラント。
- 前記エネルギー蓄積デバイスが、前記ドライブシャフトに対して軸受内に回転可能に軸支されるカウンターウエイト・ドラムと、前記カウンターウエイト・ドラムが回転するように駆動するために前記カウンターウエイト内の動きを連結するための第2の長楕円形の手段とを含み、機械的歯車が前記ドライブシャフトと前記発電機の第1の部品の間に連結され、前記ドライブシャフトが前記機械的歯車の入力側に連結され、前記発電機の第1の部品が前記機械的歯車の第1の出力側に連結され、前記発電機の第2の部品が前記ブイに固定され、前記カウンターウエイト・ドラムが前記機械的歯車の、前記第1の側とは切り離された、第2の出力側に機械的に連結され、したがって、前記ブイのデバイスの前述の第1の動きのときに、前記ドライブシャフトが前記機械的歯車の両方の出力側に、発電機の第1の部品を回転させるためにかつ前記カウンターウエイトを前記ドライブシャフトに対して持ち上げるために、前記カウンターウエイト・ドラムを回転させる推進力を与え、したがって、前記ブイの前述の第2の動きのときに、前記歯車の第2の出力側への前記カウンターウエイト・ドラムの連結を介して、前記カウンターウエイト・ドラムが前記発電機の第1の部品を回転させるための推進力を与える、ことを特徴とする、請求項11に記載の波力エネルギー・プラント。
- 前記エネルギー蓄積デバイスは、カウンターウエイト・ドラムとカウンターウエイトとを含み、前記第2の長楕円形の手段は、その下端部で前記カウンターウエイトに固定され、その上端部が程度の差はあるが前記カウンターウエイト・ドラム上に巻き上げられる柔軟性のある線、ワイヤーないしチェインである、ことを特徴とする、請求項1から7および9から13のいずれか一項に記載の波力エネルギー・プラント。
- 前記発電機の第1の部品と第2の部品の間の回転速度差をなくすために前記発電機の電気負荷を制御する制御システムによって特徴付けられる、請求項1から14のいずれか一項に記載の波力エネルギー・プラント。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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