JP6119971B2 - Ocean current power generator - Google Patents
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Description
本発明は、海流(潮流)を受けて回転するタービンを有する発電部を備えた浮上及び沈降可能な水中浮遊式の海流発電装置に関するものである。 The present invention relates to a submerged floating ocean current power generation apparatus that can float and sink, and includes a power generation unit having a turbine that rotates in response to an ocean current (tidal current).
近年、海流(潮流)等の海水の流れを利用して発電を行う海流発電装置が開発されている。
このような海水の流れを利用して発電を行う海流発電装置としては、例えば、特許文献1に記載されたものがあり、この海流発電装置は、いわゆる双発の水中浮遊式発電装置であって、海流を受けて回転する水平軸型のタービンを有する一対の発電部と、これらの発電部同士を並列に連結する連結ビームと、この連結ビームで一体化された一対の発電部を海底に係留する複数本の係留索を備えている。
2. Description of the Related Art In recent years, ocean current power generation apparatuses that generate electricity using a seawater flow such as an ocean current (tidal current) have been developed.
As an ocean current power generation device that generates power using such a flow of seawater, for example, there is a device described in
この海流発電装置では、複数の巻き上げ機で複数本の係留索の長さを変えることで、一対の発電部の深度を制御するようになっている。 In this ocean current power generation device, the depth of a pair of power generation units is controlled by changing the length of a plurality of mooring lines with a plurality of hoisting machines.
上記したような水中浮遊式の海流発電装置において、その一対の発電部は、発電時に海中でタービンを回すことで生じる比較的大きな抗力と釣り合う程度の浮力を有している。
このため、発電に好適な海域に海流発電装置を設置する場合において、タービンを停止させた状態の一対の発電部を海中に沈める際には、一対の発電部の浮力を上回る下向きの力を与える必要があり、上記した海流発電装置では、深度制御用の複数の巻き上げ機で複数本の係留索を巻き上げることで、一対の発電部を海中に沈めるようにしている。
In the underwater floating type ocean current power generation apparatus as described above, the pair of power generation units have a buoyancy enough to balance with a relatively large drag generated by turning the turbine in the sea during power generation.
For this reason, when a current generator is installed in a sea area suitable for power generation, when a pair of power generation units in a state where the turbine is stopped is submerged in the sea, a downward force exceeding the buoyancy of the pair of power generation units is applied. In the ocean current power generation apparatus described above, a pair of power generation units are submerged in the sea by winding a plurality of mooring lines with a plurality of hoisting machines for depth control.
したがって、上記した海流発電装置では、一対の発電部を海中に沈めるにあたって、複数の巻き上げ機(重機)を用いる分だけ、発電コストの上昇を招いてしまうという問題を有しており、これを解決することが従来の課題となっている。 Therefore, the above-described ocean current power generation apparatus has a problem in that when a pair of power generation units are submerged in the sea, the power generation cost is increased by the amount of use of a plurality of hoisting machines (heavy machines). It has become a conventional problem.
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、大掛かりな重機を必要とすることなく、発電部を海中に沈めて好適な位置に浮遊させることができ、その結果、発電コストの低減を実現することが可能である海流発電装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made by paying attention to the above-described conventional problems, and without requiring a large-scale heavy machine, the power generation unit can be submerged in the sea and floated at a suitable position. It aims at providing the ocean current power generator which can implement | achieve reduction of this.
ここで、図6に示すように、上記した水中浮遊式の海流発電装置1において、海中でタービンを回す発電時には、このタービンを回すことで比較的大きな抗力が負荷されることから、海流発電装置1の発電部は、この抗力と釣り合う程度の浮力が備わった構造となっている。
Here, as shown in FIG. 6, in the above-described underwater floating type ocean current
このような海中にて大きな浮力を生じる発電部を大掛かりな重機を用いることなく海中に沈めるために、本発明の請求項1に係る発明では、海流により回転して発電するタービンを有する発電部と、この発電部を係留する係留索を備えた海流発電装置において、前記係留索には、前記発電部の水深方向における位置を調整する位置調整部が配置され、前記位置調整部は、海流を受けて生じる抵抗力を前記発電部に対して深度を増す方向の力として前記係留索を介して伝える抵抗体と、この抵抗体の海流を受ける面積を変える受圧面積可変機構を具備している構成としたことを特徴としており、この構成の海流発電装置を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
In order to sink such a power generation unit that generates a large buoyancy in the sea without using a large heavy machine, in the invention according to
ここで、海流により回転して発電するタービンには、直径約40mのものが用いられ、このタービンを有する発電部は、水深50m程度の位置にて係留され、いわゆる双発の水中浮遊式発電装置の場合、発電容量はおおよそ2MWである。なお、この発電容量は仕様等の違いに応じて上下する。 Here, a turbine that generates about 40 m in diameter is used as a turbine that generates electric power by rotating due to ocean currents, and a power generation unit having this turbine is moored at a position of about 50 m in depth, which is a so-called twin-engine underwater floating power generator. In this case, the power generation capacity is approximately 2 MW. The power generation capacity varies depending on the difference in specifications.
また、発電部は、V字状やY字状に張られる2本の係留索で係留することが望ましいが、係留索の切断といった万が一の場合を想定して、例えば、片側2本ずつの合計4本の係留索で発電部を係留することも考えられる。
そこで、本発明の請求項2に係る海流発電装置では、前記発電部が少なくとも2本配置される前記係留索により係留され、V字状やY字状に張られる2本の前記係留索間において前記受圧面積可変機構により展張収束する帆を前記位置調整部の前記抵抗体としてある構成としており、受圧面積可変機構として、ボールねじ機構や歯車機構やシリンダ機構を採用することができ、帆には、ヨットのセールや網状のものを用いることができる。
In addition, the power generation unit is preferably moored with two mooring lines stretched in a V-shape or Y-shape, but in the unlikely event that the mooring line is cut, for example, the total of two on each side It is also possible to moor the power generation unit with four mooring lines.
Therefore, in the ocean current power generation device according to
本発明の請求項3に係る海流発電装置は、前記位置調整部の前記抵抗体と直交する方向の安定翼体を有する姿勢制御部が備えられている構成とし、本発明の請求項4に係る海流発電装置は、前記発電部が一対備えられていると共に、該一対の発電部同士を連結する連結ビーム及び該連結ビームから海流方向に張り出す矩形状のバー又は円形状のバーが備えられ、前記抵抗体を具備する前記位置調整部は、前記連結ビーム及び2本の前記係留索間に配置される可動索を具備し、前記抵抗体は、前記係留索と前記可動索との間に配置され、前記可動索は、前記矩形状のバー又は円形状のバーに沿って移動する一端を有している構成としており、安定翼体にも、上記帆と同様にヨットのセールや網状のものを用いることができる。
The ocean current power generation device according to
本発明に係る海流発電装置では、係留索に配置した位置調整部の抵抗体が海流を受けることで生じる抵抗力を発電部に対して深度を増す方向の力として係留索を介して伝えることで、発電部を所望の深度まで沈降させることができる。
加えて、位置調整部の受圧面積可変機構の作動により、抵抗体の受圧面積を調整することができる。
In the ocean current power generation device according to the present invention, the resistance generated by the position adjusting unit disposed on the mooring line is subjected to the ocean current through the mooring line as a force in the direction of increasing the depth to the power generation unit. The power generation unit can be settled to a desired depth.
In addition, the pressure receiving area of the resistor can be adjusted by the operation of the pressure receiving area variable mechanism of the position adjusting unit.
したがって、本発明に係る海流発電装置では、従来の海流発電装置が必要としていた大掛かりな巻き上げ機等の重機を必要とすることなく、発電部に備えられた浮力(海中における発電時に発電部に負荷される抗力と釣り合うだけの大きな浮力)に打ち勝って、発電部を所望の深度まで沈降させたり、発電部の深度を調整したりすることができ、その分だけ、発電コストの低減が図られることとなる。 Therefore, in the ocean current power generation device according to the present invention, the buoyancy provided in the power generation unit (the load on the power generation unit during power generation in the sea) is not required without requiring heavy machinery such as a large hoisting machine required by the conventional ocean current power generation device. The power generation unit can be submerged to the desired depth and the depth of the power generation unit can be adjusted, and the power generation cost can be reduced accordingly. It becomes.
また、本発明の請求項2に係る海流発電装置では、簡単且つ軽量な構造になるので、発電コストの一層の低減が図られることとなり、本発明の請求項3に係る海流発電装置では、発電部のローリングやヨーイングを抑え得ることとなり、本発明の請求項4に係る海流発電装置では、位置調整部が有する可動索の一端が連結ビームに対して海流方向に張り出す矩形状のバー又は円形状のバーに沿って移動するので、すなわち、位置調整部の抵抗体が安定翼体としても機能するので、抵抗体とは別に安定翼体を設ける必要がない分だけ、発電コストのより一層の低減が図られることとなる。
In addition, since the ocean current power generation device according to
本発明に係る海流発電装置では、大掛かりな重機を用いずに発電部を海中に沈めて好適な位置に浮遊させることができ、したがって、発電コストの低減を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。 In the ocean current power generation apparatus according to the present invention, the power generation unit can be submerged in the sea without using a large-scale heavy machine, and can be suspended at a suitable position. Therefore, it is possible to realize a reduction in power generation cost. Excellent effect.
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図1は本発明に係る海流発電装置の一実施例を示している。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of an ocean current power generation apparatus according to the present invention.
図1に示すように、この海流発電装置1は、いわゆる双発の水中浮遊式発電装置であって、海流を受けて回転する水平軸型のタービン3を有する一対の発電部4,4と、これらの発電部4,4同士を並列に連結する連結ビーム5を具備した装置本体2を備えていると共に、この装置本体2を海底Bに係留する2本の係留索6,6を備えている。
As shown in FIG. 1, this ocean current
一対の発電部4,4の各タービン3,3は、各々の回転トルクを相殺するべく互いに反対方向に回転する。また、一対の発電部4,4には、深度計や角度センサが内蔵されているほか、海中における発電時に深度の調整を行うためのバラストタンクがそれぞれ内蔵されており、このバラストタンクは、必要に応じて連結ビーム5内にも配置される。
The
2本の係留索6,6は、各々の一端が連結ビーム5の両端部にそれぞれ接続されていると共に、各々の他端が海底Bに設置したシンカー7にそれぞれ接続されている。つまり、2本の係留索6,6は、連結ビーム5とともに逆三角形の隙間を形成するようにして張られており、発電部4,4からの図示しない各送電ケーブルがこれらの係留索6,6に沿うようにして設けられている。
One end of each of the two
また、この海流発電装置1は、装置本体2の水深方向における位置を調整する位置調整部10を備えており、この位置調整部10は、連結ビーム5に沿って配置されたねじ軸11と、このねじ軸11に正逆方向の回転力を供給可能なモータ12と、ねじ軸11に図示しないボールを介して嵌め込まれて、ねじ軸11の正逆方向の回転により互いに接近離間する2個のナット13,13を具備したボールねじ機構(受圧面積可変機構)を備えている。
Further, the ocean current
この場合、位置調整部10は、2本の係留索6,6及び連結ビーム5間の上記逆三角形の隙間に配置される2本の可動索14,14と、2つの帆(抵抗体)15を具備している。2本の可動索14,14の各一端は上記ボールねじ機構の2個のナット13,13にそれぞれ接続され、各他端は上記シンカー7にそれぞれ接続されており、2つの帆15,15は、逆三角形の隙間の同じ側に位置する係留索6及び可動索14間にそれぞれ配置されている。
In this case, the
つまり、位置調整部10では、モータ12の作動によるねじ軸11の一方向への回転によって、互いに離間した状態(図1(a)の状態)にある2個のナット13,13を2本の可動索14,14とともに互いに接近させて、これにより展開する帆15,15で逆三角形の隙間を覆った状態(図1(b)の状態)とすることができるようになっている。
That is, in the
このように、位置調整部10では、2本の係留索6,6及び連結ビーム5間の逆三角形の隙間を帆15,15で覆い、これらの帆15,15が海流を受けることで生じる抵抗力を装置本体2に係留索6,6を介して伝えることで、図1(c)に仮想線で示すように、装置本体2を所望の深度まで沈降させることができるようになっている。そして、モータ12を含むボールねじ機構の適宜作動により、帆15,15の海流を受ける面積を変更することで、すなわち、受圧面積を変更することで、装置本体2の深度の調整を行うことができるようになっている。
As described above, the
そこで、この海流発電装置1の海面上にて浮遊する装置本体2を所望の深度まで沈降させて発電を開始するまでの要領を説明する。
Therefore, a description will be given of how to start power generation after the
まず、一対の発電部4,4の各タービン3,3をロックしていずれも回転しないようにしたうえで、位置調整部10におけるボールねじ機構のモータ12を作動させ、このモータ12の作動によるねじ軸11の一方向への回転によって、互いに離間した状態の2個のナット13,13を2本の可動索14,14とともに互いに接近させて、これにより展開する帆15,15で逆三角形の隙間を覆う。
First, the
このようにして、逆三角形の隙間を帆15,15で覆うと、これらの帆15,15が海流を受けることで生じる抵抗力が装置本体2に係留索6,6を介して伝わり、図1(c)に仮想線で示すように、装置本体2が沈降し始める。
In this way, when the gaps of the inverted triangle are covered with the
装置本体2の沈降途中において、一対の発電部4,4における各タービン3,3のロックを解除して回転を行わせ、各タービン3,3の回転数が徐々に上がるようにしながら、位置調整部10におけるボールねじ機構のモータ12を逆方向に作動させて、このモータ12の作動によるねじ軸11の他方向への回転により、展開していた帆15,15を徐々に畳む。
During the settling of the
そして、装置本体2が所望の深度まで達して、一対の発電部4,4の各タービン3,3が定格回転数で回るようになった時点で、モータ12を含むボールねじ機構を適宜方向に作動させて、装置本体2が所望の深度を保つように、帆15,15の受圧面積を調整した後、発電を開始する。
Then, when the apparatus
一方、装置本体2を海面上に浮上させる必要が生じた場合には、発電を停止するのに続いて、一対の発電部4,4の各タービン3,3の回転数を徐々に落としながら、位置調整部10におけるボールねじ機構のモータ12を作動させて、このモータ12の作動によるねじ軸11の他方向への回転により、適宜受圧面積をもって展開していた帆15,15を徐々に畳む。
On the other hand, when it becomes necessary to float the apparatus
そして、装置本体2の浮上最終段階において、一対の発電部4,4の各タービン3,3をロックしていずれも回転しないようにしつつ、位置調整部10によって帆15,15を完全に畳む。
Then, in the final stage of the rising of the
上記したように、この実施例による海流発電装置1では、位置調整部10のモータ12の作動によって2本の可動索14,14を互いに接近させて、2本の係留索6,6及び連結ビーム5間の逆三角形の隙間を帆15,15で覆い、これらの帆15,15が海流を受けることで生じる抵抗力を装置本体2に伝えることで、装置本体2を所望の深度まで沈降させることができる。
加えて、この実施例による海流発電装置1では、位置調整部10のモータ12の適宜方向への作動により、逆三角形の隙間を覆う帆15,15の受圧面積を調整することができる。
As described above, in the ocean current
In addition, in the ocean current
したがって、この実施例による海流発電装置1では、従来の海流発電装置が必要としていた大掛かりな巻き上げ機等の重機を必要とすることなく、装置本体2が有する浮力(海中における発電時に装置本体2に負荷される抗力と釣り合うだけの大きな浮力)に打ち勝って、装置本体2を所望の深度まで沈降させたり、装置本体2の深度を調整したりすることができ、その分だけ、発電コストの低減が図られることとなる。
Therefore, in the ocean current
この実施例による海流発電装置1では、位置調整部10の帆15,15が、2本の係留索6,6及び連結ビーム5間に形成される逆三角形の隙間をすべて覆い得るように配置されている構成としているが、これに限定されるものではなく、図2に示す一変形例による海流発電装置1Aのように、一対の発電部4,4における各タービン3,3の回転エリアと重ならないように、位置調整部10Aの帆15,15を配置してもよい。
In the ocean current
また、図3に示す他の変形例による海流発電装置1Bのように、2本の係留索6,6のシンカー7側の各端部に跨って位置調整部10Bを構成する昇降リング17を配置するようにしてもよく、この場合には、2本の係留索6,6を手繰り寄せながら昇降リング17を上昇させて、仮想線で示すように、帆15,15の受圧面積を狭めることで、海流を受けて生じる抗力を減らし得ることとなる。すなわち、帆15の有効範囲を減らし得ることとなって、潮の流れが速い海域に適したものとなる。
Moreover, like the ocean current
さらに、上記した実施例による海流発電装置1,1A,1Bでは、位置調整部10,10A,10Bの各帆15,15が両開き状態で展開収束するようにしているが、帆15を片開き状態で展開収束するようにしてもよい。
Furthermore, in the ocean
図4は本発明に係る海流発電装置の他の実施例を示している。
図4に示すように、この海流発電装置1Cが先の実施例による海流発電装置1と相違するところは、位置調整部10の抵抗体である帆15(図4ではいずれも省略)と直交する方向の安定翼体としての安定翼帆25を有する姿勢制御部20が備えられている点にある。
FIG. 4 shows another embodiment of the ocean current power generation apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 4, this ocean current
この姿勢制御部20は、連結ビーム5に直交して配置されたねじ軸21と、このねじ軸21に正逆方向の回転力を供給可能なモータ22と、ねじ軸21に図示しないボールを介して嵌め込まれて、ねじ軸21の正逆方向の回転により互いに接近離間する2個のナット23,23を具備したボールねじ機構を備えている。
The
また、この姿勢制御部20は、2本の可動索24,24を具備しており、これらの可動索24,24の各一端は上記ボールねじ機構の2個のナット23,23にそれぞれ接続され、各他端はシンカー7にそれぞれ接続されており、安定翼帆25は、可動索24,24間に配置されている。
The
この姿勢制御部20では、発電部4に内蔵した角度センサが装置本体2のローリングやヨーイングを検出すると、モータ22の作動によるねじ軸21の一方向への回転によって、互いに接近した状態(図4(a)の状態)にある2個のナット23,23を2本の可動索24,24とともに互いに離間させ、これにより展開する安定翼帆25が海流を受けることで生じるシンカー7回りの復元モーメントを装置本体2に伝えることで、図4(b)に示すように、装置本体2のローリングやヨーイングを抑えることができるようになっている。なお、海流が安定していて、ローリングやヨーイングを抑える姿勢制御を行う必要がない場合には、モータ22の作動によるねじ軸21の他方向への回転により、安定翼帆25を畳めばよい。
In this
本発明に係る海流発電装置の構成は、上記した実施例に限定されるものではなく、例えば、図5(a),(b)に部分的に示す海流発電装置1D,1Eのように、海流方向(紙面に垂直な方向)に張り出す矩形状のバー11Dや円形状のバー11Eに沿って可動索14,14の各一端14a,14aを移動させる構成としてもよく、この場合には、抵抗体が安定翼体としての機能も有することとなって、装置本体2の深度制御及び姿勢制御を同時に行い得ることとなる。
The configuration of the ocean current power generation device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, ocean current
また、上記した各実施例において、いずれも装置本体2をV字状やY字状に張られる2本の係留索6,6で係留するようにしているが、これに限定されるものではなく、係留索6が切断するといった万が一の場合を想定して、例えば、片側2本ずつの合計4本の係留索6で装置本体2を係留するようにしてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the device
1,1A,1B,1C,1D,1E 海流発電装置
3 タービン
4 発電部
6 係留索
10,10A,10B 位置調整部
11 ねじ軸(ボールねじ機構;受圧面積可変機構)
12 モータ(ボールねじ機構;受圧面積可変機構)
13 ナット(ボールねじ機構;受圧面積可変機構)
15 帆(抵抗体)
20 姿勢制御部
25 安定翼帆(安定翼体)
1, 1A, 1B, 1C, 1D,
12 Motor (ball screw mechanism; variable pressure receiving area mechanism)
13 Nut (ball screw mechanism; variable pressure receiving area mechanism)
15 Sail (resistor)
20
Claims (4)
この発電部を係留する係留索を備えた海流発電装置において、
前記係留索には、前記発電部の水深方向における位置を調整する位置調整部が配置され、
前記位置調整部は、海流を受けて生じる抵抗力を前記発電部に対して深度を増す方向の力として前記係留索を介して伝える抵抗体と、
この抵抗体の海流を受ける面積を変える受圧面積可変機構を具備している
ことを特徴とする海流発電装置。 A power generation unit having a turbine that rotates and generates electric power by ocean current;
In the ocean current power generator with a mooring line mooring this power generation unit,
The mooring line is provided with a position adjustment unit that adjusts the position of the power generation unit in the water depth direction,
The position adjusting unit transmits a resistance force generated by receiving a sea current to the power generation unit as a force in a direction to increase the depth through the mooring line, and
An ocean current power generation apparatus comprising a pressure receiving area variable mechanism for changing an area of the resistor that receives an ocean current.
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