JP6164976B2 - 越波式波力発電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、越波式波力発電装置に係り、特に、水槽内に流入する海水の量が変化する環境下において、水槽内の海水のエネルギを効率良く利用して、発電効率の向上を図ることができるように工夫したものに関する。
越波式波力発電装置の構成を開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３等がある。
上記従来の構成によると次のような問題があった。
特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている越波式波力発電装置の場合は、何れも、水槽内に海水を貯留し、その貯留した海水のエネルギを利用してタービンひいては発電機を回転させ、それによって、発電する構成になっているが、水槽内に貯留される海水のエネルギを必ずしも効率良く利用しているとはいえず、その改善が要求されていた。
特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている越波式波力発電装置の場合は、何れも、水槽内に海水を貯留し、その貯留した海水のエネルギを利用してタービンひいては発電機を回転させ、それによって、発電する構成になっているが、水槽内に貯留される海水のエネルギを必ずしも効率良く利用しているとはいえず、その改善が要求されていた。
本発明は、このような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、水槽内の海水のエネルギを効率良く利用して、発電効率の向上を図ることができる越波式波力発電装置を提供することにある。
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による越波式波力発電装置は、海水が導入される開口部と海水が放出される放出口を備えた水槽と、上記放出口に設置されたタービンと、上記タービンに連結された発電機と、上記発電機により発電された電力の制御を行う電力制御部と、上記電力制御部に接続された擬似負荷部と、上記水槽内の水位を直接又は間接に測定する水位測定器と、上記タービンの動作状態を測定するタービン動作状態測定器と、上記水位測定器からの測定信号及び上記タービン動作状態測定器からの測定信号に基づいて上記タービンのタービンピッチ角を制御して上記水槽内の海水の放出量を制御することにより上記水槽内の水位が水槽の最大値を超えない範囲内で水槽内の海水のエネルギを最大限有効に利用できるようにする第１制御部と、上記水位測定器からの測定信号及び上記タービン動作状態測定器からの測定信号に基づいて上記発電機又は上記擬似負荷部の負荷量を制御して上記タービンのタービン回転数を変更し上記水槽内の海水の放出量を制御することにより上記水槽内の水位が水槽の最大値を超えない範囲内で水槽内の海水のエネルギを最大限有効に利用できるようにする第２制御部と、を備えた発電制御部と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項２による越波式波力発電装置は、請求項１記載の越波式波力発電装置において、上記発電制御部は、上記タービン回転数を一定制御するように上記タービンピッチ角を制御するとともに上記発電機又は上記擬似負荷部の負荷量を制御するものであることを特徴とするものである。
又、請求項３による越波式波力発電装置は、請求項２記載の越波式波力発電装置において、上記発電制御部は、水槽内の水位が予め設定された設定範囲内に収まるように制御するものであることを特徴とするものである。
又、請求項４による越波式波力発電装置は、請求項１記載の越波式波力発電装置において、上記発電制御部は、水槽内の水位を一定制御するように上記タービンピッチ角を制御するとともに上記発電機又は上記擬似負荷部の負荷量を制御するものであることを特徴とするものである。
又、請求項５による越波式波力発電装置は、請求項１〜請求項４の何れかに記載の越波式波力発電装置において、上記第１制御部により制御されるタービンピッチ角と、上記第２制御部によって制御されるタービンの回転速度は、上記水位測定器からの測定信号及び上記タービン動作状態測定器からの測定信号に基づくとともに、上記タービンの変換効率と上記発電機の変換効率を組み合わせた時に、予め記憶されている変換効率情報に基づいて最適な変換効率となるように制御するものであることを特徴とするものである。
又、請求項２による越波式波力発電装置は、請求項１記載の越波式波力発電装置において、上記発電制御部は、上記タービン回転数を一定制御するように上記タービンピッチ角を制御するとともに上記発電機又は上記擬似負荷部の負荷量を制御するものであることを特徴とするものである。
又、請求項３による越波式波力発電装置は、請求項２記載の越波式波力発電装置において、上記発電制御部は、水槽内の水位が予め設定された設定範囲内に収まるように制御するものであることを特徴とするものである。
又、請求項４による越波式波力発電装置は、請求項１記載の越波式波力発電装置において、上記発電制御部は、水槽内の水位を一定制御するように上記タービンピッチ角を制御するとともに上記発電機又は上記擬似負荷部の負荷量を制御するものであることを特徴とするものである。
又、請求項５による越波式波力発電装置は、請求項１〜請求項４の何れかに記載の越波式波力発電装置において、上記第１制御部により制御されるタービンピッチ角と、上記第２制御部によって制御されるタービンの回転速度は、上記水位測定器からの測定信号及び上記タービン動作状態測定器からの測定信号に基づくとともに、上記タービンの変換効率と上記発電機の変換効率を組み合わせた時に、予め記憶されている変換効率情報に基づいて最適な変換効率となるように制御するものであることを特徴とするものである。
以上述べたように本発明の請求項１による越波式波力発電装置によると、海水が導入される開口部と海水が放出される放出口を備えた水槽と、上記放出口に設置されたタービンと、上記タービンに連結された発電機と、上記発電機により発電された電力の制御を行う電力制御部と、上記電力制御部に接続された擬似負荷部と、上記水槽内の水位を直接又は間接に測定する水位測定器と、上記タービンの動作状態を測定するタービン動作状態測定器と、上記水位測定器からの測定信号及び上記タービン動作状態測定器からの測定信号に基づいて上記タービンのタービンピッチ角を制御して上記水槽内の海水の放出量を制御することにより上記水槽内の水位が水槽の最大値を超えない範囲内で水槽内の海水のエネルギを最大限有効に利用できるようにする第１制御部と、上記水位測定器からの測定信号及び上記タービン動作状態測定器からの測定信号に基づいて上記発電機又は上記擬似負荷部の負荷量を制御して上記タービンのタービン回転数を変更し上記水槽内の海水の放出量を制御することにより上記水槽内の水位が水槽の最大値を超えない範囲内で水槽内の海水のエネルギを最大限有効に利用できるようにする第２制御部と、を備えた発電制御部と、具備した構成になっているので、まず、水槽内に流入する海水の量が変化する環境下において、水槽内の海水のエネルギを効率良く利用して、発電効率の向上を図ることができる。又、上記のような制御を行うための構成は簡単であり、装置としての構成を複雑化させることもない。
又、請求項２による越波式波力発電装置によると、請求項１記載の越波式波力発電装置において、上記発電制御部は、上記タービン回転数を一定制御するように上記タービンピッチ角を制御するとともに上記発電機又は上記擬似負荷部の負荷量を制御するものであるので、上記効果を確実なものとすることができる。
又、請求項３による越波式波力発電装置によると、請求項２記載の越波式波力発電装置において、上記発電制御部は、水槽内の水位が予め設定された設定範囲内に収まるように制御するものであるので、上記効果を確実なものとすることができる。
又、請求項４による越波式波力発電装置によると、請求項１記載の越波式波力発電装置において、上記発電制御部は、水槽内の水位を一定制御するように上記タービンピッチ角を制御するとともに上記発電機又は上記擬似負荷部の負荷量を制御するものであるので、上記効果を確実なものとすることができる。
又、請求項５による越波式波力発電装置によると、請求項１〜請求項４の何れかに記載の越波式波力発電装置において、上記第１制御部により制御されるタービンピッチ角と、上記第２制御部によって制御されるタービンの回転速度は、上記水位測定器からの測定信号及び上記タービン動作状態測定器からの測定信号に基づくとともに、上記タービンの変換効率と上記発電機の変換効率を組み合わせた時に、予め記憶されている変換効率情報に基づいて最適な変換効率となるように制御するものであるので、上記効果を確実なものとすることができる。
又、請求項２による越波式波力発電装置によると、請求項１記載の越波式波力発電装置において、上記発電制御部は、上記タービン回転数を一定制御するように上記タービンピッチ角を制御するとともに上記発電機又は上記擬似負荷部の負荷量を制御するものであるので、上記効果を確実なものとすることができる。
又、請求項３による越波式波力発電装置によると、請求項２記載の越波式波力発電装置において、上記発電制御部は、水槽内の水位が予め設定された設定範囲内に収まるように制御するものであるので、上記効果を確実なものとすることができる。
又、請求項４による越波式波力発電装置によると、請求項１記載の越波式波力発電装置において、上記発電制御部は、水槽内の水位を一定制御するように上記タービンピッチ角を制御するとともに上記発電機又は上記擬似負荷部の負荷量を制御するものであるので、上記効果を確実なものとすることができる。
又、請求項５による越波式波力発電装置によると、請求項１〜請求項４の何れかに記載の越波式波力発電装置において、上記第１制御部により制御されるタービンピッチ角と、上記第２制御部によって制御されるタービンの回転速度は、上記水位測定器からの測定信号及び上記タービン動作状態測定器からの測定信号に基づくとともに、上記タービンの変換効率と上記発電機の変換効率を組み合わせた時に、予め記憶されている変換効率情報に基づいて最適な変換効率となるように制御するものであるので、上記効果を確実なものとすることができる。
以下、図１乃至図９を参照して本発明の一実施の形態を説明する。
まず、図１を参照して、越波式波力発電装置１の全体の構成を説明する。本実施の形態による越波式波力発電装置１は、例えば、海岸からさほど遠くない比較的浅い場所に設置されている。以下、具体的に説明すると、まず、図示しない構造体が設置されていて、この構造体には、水槽群５が設置されている。この水槽群５は、複数個（この実施の形態の場合には４個）の水槽７が階段状に連設された構成になっている。
まず、図１を参照して、越波式波力発電装置１の全体の構成を説明する。本実施の形態による越波式波力発電装置１は、例えば、海岸からさほど遠くない比較的浅い場所に設置されている。以下、具体的に説明すると、まず、図示しない構造体が設置されていて、この構造体には、水槽群５が設置されている。この水槽群５は、複数個（この実施の形態の場合には４個）の水槽７が階段状に連設された構成になっている。
上記水槽群５の図１中右上には傾斜板９が設置されている。又、各水槽７相互間の上にも小さな傾斜板１１が設置されている。これら傾斜板９、１１を介して、波１２が各水槽５内に入り込み、それによって、各水槽５内に海水１４が供給されることになる。
上記各水槽７の下部の放出口１９には、タービン１３が設置されていて、このタービン１３の上には回転軸１５を介して発電機１７が同軸上に配置されている。又、上記放水口１９には放水管２１が接続されている。これら放水管２１は放水管２３に集合されていて、この放水管２３は海中に開口されている。そして、上記放水口１９を介して海水１４が放水され、それによって、タービン１３が回転される。このタービン１３の回転により、発電機１７が回転されて発電されることになる。
次に、図２を参照して、上記水槽７の近傍の構成をより詳しく説明する。図２は、１個の水槽７及びその近傍の構成を示す図で、水槽７には、水槽７内の海水１４の水位を測定するための水位測定器３１が設置されている。この種の水位測定器としては、例えば、フロート式水位計、ディスプレーサ式水位計、圧力式水位計、巻圧式水位計、気泡式水位計、超音波式水位計、静電容量式水位計、放射線式水位計、等、公知の様々な方式の水位計があり、何れの使用も可能である。
又、回転軸１５には回転数／トルク測定器３３が設置されている。この種の回転数／トルク測定器としては、例えば、電磁式、等、公知の様々な測定器の使用が想定される。
又、上記放水口１９には流量／水圧測定器３５が設置されている。この種の流量／水圧測定器としては、電磁式流量計、超音波式流量計、等、公知の様々な測定器の使用が想定される。又、圧力測定器としては、例えば、歪ゲージを使用したタイプ、等、公知の様々な測定器の使用が想定される。
又、発電制御装置４１が設置されていて、上記水位測定器３１、回転数／トルク測定器３３、流量／水圧測定器３５からの各測定信号は、この発電制御装置４１に入力されるようになっている。又、発電制御装置４１から、上記タービン１３、発電機１７、後述する擬似負荷部４４に制御信号が出力されるようになっている。
尚、図２は、１個の水槽７のみを示しているが、図１に示した４個の水槽７の全てについて同様の構成になっている。
又、回転軸１５には回転数／トルク測定器３３が設置されている。この種の回転数／トルク測定器としては、例えば、電磁式、等、公知の様々な測定器の使用が想定される。
又、上記放水口１９には流量／水圧測定器３５が設置されている。この種の流量／水圧測定器としては、電磁式流量計、超音波式流量計、等、公知の様々な測定器の使用が想定される。又、圧力測定器としては、例えば、歪ゲージを使用したタイプ、等、公知の様々な測定器の使用が想定される。
又、発電制御装置４１が設置されていて、上記水位測定器３１、回転数／トルク測定器３３、流量／水圧測定器３５からの各測定信号は、この発電制御装置４１に入力されるようになっている。又、発電制御装置４１から、上記タービン１３、発電機１７、後述する擬似負荷部４４に制御信号が出力されるようになっている。
尚、図２は、１個の水槽７のみを示しているが、図１に示した４個の水槽７の全てについて同様の構成になっている。
次に、図３を参照して、上記発電制御装置４１の構成を説明する。上記発電制御装置４１には、まず、電力制御部４３が設置されている。この電力制御部４３によって、発電機１７で発電された電力を制御するものである。又、この電力制御部４３には、既に述べた擬似負荷部４４が接続されている。又、センサ情報収集部４５が設置されていて、既に説明した水位測定器３１、回転数／トルク測定器３３、流量／水圧測定器３５からの各測定信号は、このセンサ情報収集部４５に収集されることになる。又、制御量演算部４７、データ格納部４９が設置されていて、制御量演算部４７は、上記センサ情報収集部４５に収集された水位測定器３１、回転数／トルク測定器３３、流量／水圧測定器３５からの各測定信号と、データ格納部４９に格納されている各種データに基づいて、タービン１３のピッチ角の制御量、発電機１７又は擬似負荷部４４の負荷値制御量を演算するものである。又、第１制御部５１ａ、第２制御部５１ｂが設置されていて、第１制御部５１ａからタービン１３に制御信号が出力されることになり、第２制御部５１ｂから擬似負荷部４４に制御信号が出力されることになる。
上記センサ情報収集部４５、制御量演算部４７、データ格納部４９、第１制御部５１ａ、第２制御部５１ｂによって、発電制御部を構成している。
尚、本実施の形態の場合には、上記水位測定器３１、回転数／トルク測定器３３、流量／水圧測定器３５からの測定信号に基づいて、タービン１３のピッチ角を制御するとともに、発電機１７又は擬似負荷部４４の負荷量を制御することにより、水槽７内の水位が水槽の最大値を超えない範囲内で水槽７内の海水１４のエネルギを最大限有効に利用できるようにしたものである。
上記センサ情報収集部４５、制御量演算部４７、データ格納部４９、第１制御部５１ａ、第２制御部５１ｂによって、発電制御部を構成している。
尚、本実施の形態の場合には、上記水位測定器３１、回転数／トルク測定器３３、流量／水圧測定器３５からの測定信号に基づいて、タービン１３のピッチ角を制御するとともに、発電機１７又は擬似負荷部４４の負荷量を制御することにより、水槽７内の水位が水槽の最大値を超えない範囲内で水槽７内の海水１４のエネルギを最大限有効に利用できるようにしたものである。
上記データ格納部４９には、水位、流量、水圧の関係を示したテーブル、水位の設定範囲（上限値／下限値）、タービン１３の目標回転数、水槽７の目標水位、擬似負荷部４４の擬似負荷量の上限値／下限値、等のデータが予め記憶されている。
上記タービン１３のタービンピッチ角の制御に関して、図４、図５を参照して、説明を補充する。
まず、図４は、タービン１３のタービンピッチ角、タービン１３のタービン回転数、排出流量の関係を示した図である。まず、タービン１３の概略の構成であるが、主軸１３ａと、この主軸１３ａの先端部の外周に設けられた複数枚（この実施の形態の場合には３枚）の羽根１３ｂ、とから構成されている。そして、タービンピッチ角とは、図４に示すように、各羽根１３ｂと水平線とのなす角度（α°）を意味する。
尚、タービン回転数とはタービン１３の回転数を意味している。
まず、図４は、タービン１３のタービンピッチ角、タービン１３のタービン回転数、排出流量の関係を示した図である。まず、タービン１３の概略の構成であるが、主軸１３ａと、この主軸１３ａの先端部の外周に設けられた複数枚（この実施の形態の場合には３枚）の羽根１３ｂ、とから構成されている。そして、タービンピッチ角とは、図４に示すように、各羽根１３ｂと水平線とのなす角度（α°）を意味する。
尚、タービン回転数とはタービン１３の回転数を意味している。
又、タービンピッチ角（α°）、タービン１３のタービン回転数、排出流量の関係をみてみると、図４に示すように、タービンピッチ角（α°）が大きくなるとタービン回転数が低くなる関係にある。又、タービンピッチ角（α°）が大きくなると排出流量が少なくなる関係にある。
尚、上記関係はあくまで一例であり、例えば、タービン１３の羽根１３ｂの形状等が変わることにより、別の関係性が生ずることがある。
尚、上記関係はあくまで一例であり、例えば、タービン１３の羽根１３ｂの形状等が変わることにより、別の関係性が生ずることがある。
又、上記タービンピッチ角（α°）の変更は、図５に示すような機構により実現される。まず、既に説明した主軸１３ａの外周側にはアクチュエータ６１が設置されていて、上記羽根１３ｂはこのアクチュエータ６１の先端に、回転部材６３を介して、回動可能に取り付けられている。そして、上記アクチュエータ６１内に内装された図示しないサーボモータによって、上記アクチュエータ６１を駆動することにより、上記羽根１３ｂを適宜の方向に適当量だけ回動させ、それによって、タービンピッチ角（α°）の変更を行うものである。
尚、これは３枚の羽根１３ｂの全てについて同じである。
尚、これは３枚の羽根１３ｂの全てについて同じである。
以上の構成を基にその作用を説明する。
まず、タービン１３のタービン回転数を任意の値に保持することを前提とした制御について、図６のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１において、流量／水圧測定器３５からの測定信号が読み込まれる。次いで、ステップＳ２に移行して、上記読み込まれたデータがデータ格納部４９に格納される。次に、ステップＳ３に移行して、読み込まれたデータから水槽７の水位が推定される。
この推定は、次のような方法により行われる。まず、データ格納部４９には、水槽７の水位、流量、水圧の関係を示したテーブルが格納されている。そして、上記読み込まれた流量／水圧のデータを上記テーブルに照らし合わせることにより、水位が推定されるものである。
尚、読み込まれた流量／水圧のデータに対しては、平均化処理、ノイズ除去処理が施され、そのうえで上記テーブルに照らし合わされることになる。
まず、タービン１３のタービン回転数を任意の値に保持することを前提とした制御について、図６のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１において、流量／水圧測定器３５からの測定信号が読み込まれる。次いで、ステップＳ２に移行して、上記読み込まれたデータがデータ格納部４９に格納される。次に、ステップＳ３に移行して、読み込まれたデータから水槽７の水位が推定される。
この推定は、次のような方法により行われる。まず、データ格納部４９には、水槽７の水位、流量、水圧の関係を示したテーブルが格納されている。そして、上記読み込まれた流量／水圧のデータを上記テーブルに照らし合わせることにより、水位が推定されるものである。
尚、読み込まれた流量／水圧のデータに対しては、平均化処理、ノイズ除去処理が施され、そのうえで上記テーブルに照らし合わされることになる。
次に、ステップＳ４に移行する。ステップＳ４においては、推定水位と予め設定されている設定範囲（上限値／下限値）との比較が行われる。すなわち、上記データ格納部４９には、水位に関する設定範囲（上限値／下限値）が予め格納されている。具体的には、水槽７のオーバーフロを規制するための上限値、水槽７内が空になることを規制するための下限値、が設定されていて、上記推定水位がこれら設定範囲（上限値／下限値）の範囲内に入っているか否かが確認されることになる。
そして、ステップＳ５に移行して、上記推定水位が予め設定された設定範囲（上限値／下限値）内に入っているか否かが判別される。そして、設定範囲（上限値／下限値）内に入っていないと判別された場合には、ステップＳ６に移行する。このステップＳ６において、推定水位より、タービン１３に対するタービンピッチ角と擬似負荷部４４の擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）が決定される。すなわち、推定水位と上限値又は下限値との差に基づいて、タービンピッチ角と擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）が決定されるものである。
上記タービンピッチ角と擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）に関して図８、図９を参照して説明する。図８、図９は、横軸に負荷を取り、縦軸に発電効率、回転数をとり、両者の関係を示した図である。具体的には、５種類のピッチ角ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅに関して、負荷と発電効率の関係を示した線図（図中山なりの実線で示す線図）、５種類のピッチ角ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅに関して、負荷と回転数の関係を示した線図（図中破線で示す線図）、がそれぞれ示されている。
そして、現在の推定水位からタービンピッチ角と擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）を決定する場合には、まず、現在の推定水位と目標水位との差、現在の排出流量から次回の排出流量（Ａ）を決定する。現在の推定水位と目標水位との差が大きい程、次回の制御量を多くする。
次に、上記次回の排出流量（Ａ）を実現可能なタービンピッチ角と擬似負荷値の組み合わせを検索する。タービンピッチ角と擬似負荷値の組み合わせの検索は、予め記憶されている図８に示すような負荷と発電効率、回転数との関係を示したテーブルを参照することにより行う。
図８の例によると、上記次回の排出流量（Ａ）を実現可能なタービンピッチ角と擬似負荷値の組み合わせは、５つ（図８の１、２、３、４、５）であり、その中で、発電効率が最も高い位置は「１」の組合せである。タービンピッチ角と擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）は、発電効率が最も高くなるように決定する。したがって、図８の例では、「１」のタービンピッチ角と擬似負荷値になるように最適制御量（Ｓｔｅｐ量）が決定される。
又、現在のタービン回転数からタービンピッチ角と擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）を決定する場合であるが、まず、現在のタービン回転数と目標回転数の差から次回のタービン回転数（Ａ′）を決定する。現在のタービン回転数と目標回転数の差が大きい程、次回の制御量を多くする。
次に、上記次回のタービン回転数（Ａ′）を実現可能なタービンピッチ角と擬似負荷値の組み合わせを検索する。タービンピッチ角と擬似負荷値の組み合わせの検索は、予め記憶されている図９に示すような負荷と発電効率、回転数との関係を示したテーブルを参照することにより行う。
図９の例によると、上記次回のタービン回転数（Ａ′）を実現可能なタービンピッチ角と擬似負荷値の組み合わせは、５つ（図９の１、２、３、４、５）であり、その中で、発電効率が最も高い位置は「５」の組合せである。タービンピッチ角と擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）は、発電効率が最も高くなるように決定する。したがって、図９の例では、「５」のタービンピッチ角と擬似負荷値になるように最適制御量（Ｓｔｅｐ量）が決定される。
尚、図８、図９に示す特性はあくまで一例であり、タービン１３の羽根１３ｂの形状等が変わることにより、別の特性になることがある。
そして、現在の推定水位からタービンピッチ角と擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）を決定する場合には、まず、現在の推定水位と目標水位との差、現在の排出流量から次回の排出流量（Ａ）を決定する。現在の推定水位と目標水位との差が大きい程、次回の制御量を多くする。
次に、上記次回の排出流量（Ａ）を実現可能なタービンピッチ角と擬似負荷値の組み合わせを検索する。タービンピッチ角と擬似負荷値の組み合わせの検索は、予め記憶されている図８に示すような負荷と発電効率、回転数との関係を示したテーブルを参照することにより行う。
図８の例によると、上記次回の排出流量（Ａ）を実現可能なタービンピッチ角と擬似負荷値の組み合わせは、５つ（図８の１、２、３、４、５）であり、その中で、発電効率が最も高い位置は「１」の組合せである。タービンピッチ角と擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）は、発電効率が最も高くなるように決定する。したがって、図８の例では、「１」のタービンピッチ角と擬似負荷値になるように最適制御量（Ｓｔｅｐ量）が決定される。
又、現在のタービン回転数からタービンピッチ角と擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）を決定する場合であるが、まず、現在のタービン回転数と目標回転数の差から次回のタービン回転数（Ａ′）を決定する。現在のタービン回転数と目標回転数の差が大きい程、次回の制御量を多くする。
次に、上記次回のタービン回転数（Ａ′）を実現可能なタービンピッチ角と擬似負荷値の組み合わせを検索する。タービンピッチ角と擬似負荷値の組み合わせの検索は、予め記憶されている図９に示すような負荷と発電効率、回転数との関係を示したテーブルを参照することにより行う。
図９の例によると、上記次回のタービン回転数（Ａ′）を実現可能なタービンピッチ角と擬似負荷値の組み合わせは、５つ（図９の１、２、３、４、５）であり、その中で、発電効率が最も高い位置は「５」の組合せである。タービンピッチ角と擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）は、発電効率が最も高くなるように決定する。したがって、図９の例では、「５」のタービンピッチ角と擬似負荷値になるように最適制御量（Ｓｔｅｐ量）が決定される。
尚、図８、図９に示す特性はあくまで一例であり、タービン１３の羽根１３ｂの形状等が変わることにより、別の特性になることがある。
一方、ステップＳ５において、設定範囲（上限値／下限値）内に入っていると判別された場合には、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７においては、回転数／トルク測定器３３からの測定信号が取り込まれる。次いで、ステップＳ８に移行して、その取り込まれたデータがデータ格納部４９に格納される。次いで、ステップＳ９に移行する。このステップＳ９においては、現在のタービン回転数とデータ格納部４９に格納されている目標回転数との比較が行われる。次いで、ステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０においては、現在のタービン回転数が目標回転数に収束しているか否かが判別される。
上記目標回転数であるが、例えば、タービン１３のエネルギ変換効率が最も良くなるタービン回転数を目標回転数として設定することもできるし、エネルギ変換量が最も良くなるタービン回転数を目標回転数として設定することも可能である。
尚、読み込まれた回転数／トルクのデータに対しても、平均化処理、ノイズ除去処理が施される。
上記目標回転数であるが、例えば、タービン１３のエネルギ変換効率が最も良くなるタービン回転数を目標回転数として設定することもできるし、エネルギ変換量が最も良くなるタービン回転数を目標回転数として設定することも可能である。
尚、読み込まれた回転数／トルクのデータに対しても、平均化処理、ノイズ除去処理が施される。
上記判別は、予め設定されている「コアリング値」との比較により行われる。ここでいう「コアリング値」とは、現在の値（回転数や水位）と目標値とのずれの許容値を示したものである。例えば、仮に、目標回転数を１５０ｒｐｍとし、コアリング値を１０ｒｐｍとした場合、現在の回転数が１４０ｒｐｍ〜１６０ｒｐｍの間に入っていれば、目標値に収束していると判断される。
本実施の形態の場合には、次の式（Ｉ）、（ＩＩ）に示すような判別がなされる。
|現在のタービン回転数−目標回転数|≦コアリング値⇒収束している
―――（Ｉ）
|現在のタービン回転数−目標回転数|＞コアリング値⇒収束していない
―――（ＩＩ）
本実施の形態の場合には、次の式（Ｉ）、（ＩＩ）に示すような判別がなされる。
|現在のタービン回転数−目標回転数|≦コアリング値⇒収束している
―――（Ｉ）
|現在のタービン回転数−目標回転数|＞コアリング値⇒収束していない
―――（ＩＩ）
上記判別の結果、「収束している」と判別された場合には、ステップＳ１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。これに対して、「収束していない」と判別された場合には、ステップＳ１１に移行する。このステップＳ１１においても、既に説明したステップＳ６の場合と同様に、タービン１３に対するタービンピッチ角と擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）が決定される。この場合にはタービン１３の現在のタービン回転数から、図９に示すような特性に基づいて、タービンピッチ角と擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）が決定されることになる。詳細については前述した通りである。
そして、既に説明したステップＳ６の場合、上記ステップＳ１１の場合、何れの場合も、ステップＳ１２、ステップＳ１５に同時に移行する。ステップＳ１２側においては、タービンピッチ角の演算が行われ、ステップＳ１５側においては、擬似負荷値の制御が行われることになる。
ステップＳ１２側の記タービンピッチ角の演算であるが、次の式（ＩＩＩ）に示すようなものとなる。
タービンピッチ角＝現在のタービンピッチ角±最適制御量―――（ＩＩＩ）
又、制御方向については、データ格納部４９に記憶されている、タービンピッチ角、回転数、流量の関係を示したテーブルに基づいて決定される。具体的に示すと次の式（ＩＶ）、（Ｖ）に示すようなものとなる。
現在のタービン回転数−目標回転数＞０⇒タービン回転数を減らす方向
―――（ＩＶ）
現在のタービン回転数−目標回転数＜０⇒タービン回転数を増やす方向
―――（Ｖ）
タービンピッチ角＝現在のタービンピッチ角±最適制御量―――（ＩＩＩ）
又、制御方向については、データ格納部４９に記憶されている、タービンピッチ角、回転数、流量の関係を示したテーブルに基づいて決定される。具体的に示すと次の式（ＩＶ）、（Ｖ）に示すようなものとなる。
現在のタービン回転数−目標回転数＞０⇒タービン回転数を減らす方向
―――（ＩＶ）
現在のタービン回転数−目標回転数＜０⇒タービン回転数を増やす方向
―――（Ｖ）
次いで、ステップＳ１３に移行して、タービンピッチ角クリップ処理が行われる。これは、ステップＳ１２において演算されたタービンピッチ角が予め設定された上限値より大きい場合、又は、下限値より小さい場合に、タービンピッチ角を上限値又は下限値に設定する処理を意味する。
次いで、ステップＳ１４に移行して、タービンピッチ角の制御が実行される。すなわち、第１制御部５１ａからタービン１３に対して制御信号が出力されるものである。このように処理によって、タービン１３のタービンピッチ角が制御されることになる。
一方、ステップＳ１５側においては、擬似負荷部４４の擬似負荷値演算が行われる。上記擬似負荷部４４の擬似負荷値演算は、次の式（ＶＩ）に示すようなものとなる。
擬似負荷＝現在の擬似負荷±最適制御量―――（ＶＩ）
又、制御方向は次の式（ＶＩＩ）、（ＶＩＩＩ）に示すようなものとなる。
現在のタービン回転数−目標回転数＞０⇒擬似負荷値を増やす方向に制御
（タービン回転数を減らす方向）
―――（ＶＩＩ）
現在のタービン回転数−目標回転数＜０⇒擬似負荷値を減らす方向に制御
（タービン回転数を増やす方向）
―――（ＶＩＩＩ）
擬似負荷＝現在の擬似負荷±最適制御量―――（ＶＩ）
又、制御方向は次の式（ＶＩＩ）、（ＶＩＩＩ）に示すようなものとなる。
現在のタービン回転数−目標回転数＞０⇒擬似負荷値を増やす方向に制御
（タービン回転数を減らす方向）
―――（ＶＩＩ）
現在のタービン回転数−目標回転数＜０⇒擬似負荷値を減らす方向に制御
（タービン回転数を増やす方向）
―――（ＶＩＩＩ）
次いで、ステップＳ１６に移行して、擬似負荷値クリップ処理が行われる。これは、ステップＳ１５において演算された擬似負荷値が予め設定された上限値より大きい場合、又は、下限値より小さい場合に、擬似負荷値を上限値又は下限値に設定する処理を意味する。
次いで、ステップＳ１７に移行して、擬似負荷部４４の制御が実行される。すなわち、第２制御部５１ｂから擬似負荷部４４に対して制御信号が出力されるものである。このような処理によって、擬似負荷部４４の擬似負荷値が制御されることになる。
尚、図４に示した制御の場合には、擬似負荷部４４の擬似負荷値を制御するようにしているが、発電機１７の負荷値を制御するようにすることも考えられる。
尚、図４に示した制御の場合には、擬似負荷部４４の擬似負荷値を制御するようにしているが、発電機１７の負荷値を制御するようにすることも考えられる。
次に、水槽７内の水位を任意の値に保持することを前提とした制御について、図７のフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ２１において、流量／水圧測定器３５からの測定信号が読み込まれる。次いで、ステップＳ２２に移行して、読み込まれたデータがデータ格納部４９に格納される。次に、ステップＳ２３に移行して、読み込まれたデータから水槽７の水位が推定される。
この推定は、前述した内容と同様であり、まず、データ格納部４９には、水槽７の水位、流量、水圧の関係を示したテーブルが格納されている。そして、上記読み込まれた流量／水圧のデータを上記テーブルに照らし合わせることにより、水位が推定されるものである。
尚、読み込まれた流量／水圧のデータに対しては、平均化処理、ノイズ除去処理が施され、そのうえで上記テーブルに照らし合わされることになる。
まず、ステップＳ２１において、流量／水圧測定器３５からの測定信号が読み込まれる。次いで、ステップＳ２２に移行して、読み込まれたデータがデータ格納部４９に格納される。次に、ステップＳ２３に移行して、読み込まれたデータから水槽７の水位が推定される。
この推定は、前述した内容と同様であり、まず、データ格納部４９には、水槽７の水位、流量、水圧の関係を示したテーブルが格納されている。そして、上記読み込まれた流量／水圧のデータを上記テーブルに照らし合わせることにより、水位が推定されるものである。
尚、読み込まれた流量／水圧のデータに対しては、平均化処理、ノイズ除去処理が施され、そのうえで上記テーブルに照らし合わされることになる。
次に、ステップＳ２４に移行する。ステップＳ２４においては、推定水位と予め設定されている目標水位との比較が行われる。すなわち、上記データ格納部４９には、水位に関する目標水位が予め格納されており、この目標水位との比較が行われるものである。
そして、ステップＳ２５に移行して、上記推定水位が予め設定された目標水位に収束しているか否かが判別される。この判別は、次に示す式（ＩＸ）、（Ｘ）に示すようなものである。
|現在の推定水位−目標水位|≦コアリング値⇒収束している
―――（ＩＸ）
|現在の推定水位−目標水位|＞コアリング値⇒収束していない
―――（Ｘ）
尚、上記目標水位であるが、例えば、タービン１３のエネルギ変換効率が最も良くなる水位を目標水位として設定することもできるし、エネルギ変換量が最も良くなる水位を目標水位として設定することも可能である。
|現在の推定水位−目標水位|≦コアリング値⇒収束している
―――（ＩＸ）
|現在の推定水位−目標水位|＞コアリング値⇒収束していない
―――（Ｘ）
尚、上記目標水位であるが、例えば、タービン１３のエネルギ変換効率が最も良くなる水位を目標水位として設定することもできるし、エネルギ変換量が最も良くなる水位を目標水位として設定することも可能である。
ステップＳ２５において、「収束している」と判別された場合には、ステップＳ２１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。これに対して、「収束していない」と判別された場合には、ステップＳ２６に移行する。このステップＳ２６においては、推定水位よりタービン１３に対するタービンピッチ角と擬似負荷値の最適制御量（Ｓｔｅｐ量）が決定される。この処理は、前述したステップＳ６の処理の場合と同じである。次いで、ステップＳ２７
、Ｓ３０に同時に移行する。
、Ｓ３０に同時に移行する。
ステップＳ２７側においては、タービンピッチ角の演算が行われ、ステップＳ３０側においては、擬似負荷量の制御が行われることになる。
ステップＳ２７側のタービンピッチ角の演算であるが、次の式（ＸＩ）に示すようなものとなる。
タービンピッチ角＝現在のタービンピッチ角±最適制御量―――（ＸＩ）
又、制御方向については、データ格納部４９に記憶されている、タービンピッチ角、回転数、流量の関係を示したテーブルに基づいて決定される。具体的に示すと次の式（ＸＩＩ）、（ＸＩＩＩ）に示すようなものとなる。
現在のタービン回転数−目標回転数＞０⇒タービン回転数を減らす方向
―――（ＸＩＩ）
現在のタービン回転数−目標回転数＜０⇒タービン回転数を増やす方向
―――（ＸＩＩＩ）
タービンピッチ角＝現在のタービンピッチ角±最適制御量―――（ＸＩ）
又、制御方向については、データ格納部４９に記憶されている、タービンピッチ角、回転数、流量の関係を示したテーブルに基づいて決定される。具体的に示すと次の式（ＸＩＩ）、（ＸＩＩＩ）に示すようなものとなる。
現在のタービン回転数−目標回転数＞０⇒タービン回転数を減らす方向
―――（ＸＩＩ）
現在のタービン回転数−目標回転数＜０⇒タービン回転数を増やす方向
―――（ＸＩＩＩ）
次いで、ステップＳ２８に移行して、タービンピッチ角クリップ処理が行われる。これは、ステップＳ２７において演算されたタービンピッチ角が予め設定された上限値より大きい場合、又は、下限値より小さい場合に、タービンピッチ角を上限値又は下限値に設定する処理を意味する。
次いで、ステップＳ２９に移行して、タービンピッチ角の制御が実行される。すなわち、第１制御部５１ａからタービン１３に対して制御信号が出力されるものである。このように処理によって、タービン１３のタービンピッチ角が制御されることになる。
一方、ステップＳ３０側においては、擬似負荷部４４の擬似負荷値演算が行われる。上記擬似負荷部４４の負荷値演算は、次の式（ＸＩＶ）に示すようなものとなる。
擬似負荷＝現在の擬似負荷±最適制御量―――（ＸＩＶ）
又、制御の方向は次の式（ＸＶ）、（ＸＶＩ）に示すようなものとなる。
現在のタービン回転数−目標回転数＞０⇒擬似負荷値を増やす方向に制御
（タービン回転数を減らす方向）
―――（ＸＶ）
現在のタービン回転数−目標回転数＜０⇒擬似負荷値を減らす方向に制御
（タービン回転数を増やす方向）
―――（ＸＶＩ）
擬似負荷＝現在の擬似負荷±最適制御量―――（ＸＩＶ）
又、制御の方向は次の式（ＸＶ）、（ＸＶＩ）に示すようなものとなる。
現在のタービン回転数−目標回転数＞０⇒擬似負荷値を増やす方向に制御
（タービン回転数を減らす方向）
―――（ＸＶ）
現在のタービン回転数−目標回転数＜０⇒擬似負荷値を減らす方向に制御
（タービン回転数を増やす方向）
―――（ＸＶＩ）
次いで、ステップＳ３１に移行して、擬似負荷値クリップ処理が行われる。これは、ステップＳ３０において演算された擬似負荷値が予め設定された上限値より大きい場合、又は、下限値より小さい場合に、擬似負荷値を上限値又は下限値に設定する処理を意味する。
次いで、ステップＳ３２に移行して、擬似負荷部４４の制御が実行される。すなわち、第２制御部５１ｂから擬似負荷部４４に対して制御信号が出力されるものである。このような処理によって、擬似負荷部４４の擬似負荷値が制御されることになる。
尚、図７に示した制御の場合には、擬似負荷部４４の擬似負荷値を制御するようにしているが、発電機１７の負荷値を制御するようにすることも考えられる。
尚、図７に示した制御の場合には、擬似負荷部４４の擬似負荷値を制御するようにしているが、発電機１７の負荷値を制御するようにすることも考えられる。
以上、本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、水槽７内に流入する海水１４の量が変化する環境下において、水槽７内の海水１４のエネルギを効率良く利用して、発電効率の向上を図ることができる。これは、タービン１３のタービン回転数を一定に維持する、又は、水槽７内の水位を一定に維持することを前提として、測定された流量／水圧のデータ、トルク／回転数のデータに基づいて、タービン１７のタービンピッチ角と、擬似負荷部４４の擬似負荷量を、最適制御量で制御するようにしたからである。
又、上記のような制御を行うための構成は簡単であり、装置としての構成を複雑化させることもない。
まず、水槽７内に流入する海水１４の量が変化する環境下において、水槽７内の海水１４のエネルギを効率良く利用して、発電効率の向上を図ることができる。これは、タービン１３のタービン回転数を一定に維持する、又は、水槽７内の水位を一定に維持することを前提として、測定された流量／水圧のデータ、トルク／回転数のデータに基づいて、タービン１７のタービンピッチ角と、擬似負荷部４４の擬似負荷量を、最適制御量で制御するようにしたからである。
又、上記のような制御を行うための構成は簡単であり、装置としての構成を複雑化させることもない。
尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記一実施の形態の場合には、流量／水圧測定器３５からの測定信号に基づいて、水槽７内の水位を推定するようにしたが、水位測定器３１からの信号に基づいて、水槽７内の水位を推定するようにしてもよい。
又、水位測定器３１、回転数／トルク測定器３３、流量／水圧測定器３５の構成としては、公知の様々な構成のものが想定される。
又、前記一実施の形態の場合には、図１に示すような構成の越波式波力発電装置を例に挙げて説明したが、それに限定されるものではない。
又、前記一実施の形態の場合には、図８、図９に示すような特性を使用して、それぞれの最適制御量を決めたが、それはあくまで一例である。
その他、図示した構成はあくまで一例である。
例えば、前記一実施の形態の場合には、流量／水圧測定器３５からの測定信号に基づいて、水槽７内の水位を推定するようにしたが、水位測定器３１からの信号に基づいて、水槽７内の水位を推定するようにしてもよい。
又、水位測定器３１、回転数／トルク測定器３３、流量／水圧測定器３５の構成としては、公知の様々な構成のものが想定される。
又、前記一実施の形態の場合には、図１に示すような構成の越波式波力発電装置を例に挙げて説明したが、それに限定されるものではない。
又、前記一実施の形態の場合には、図８、図９に示すような特性を使用して、それぞれの最適制御量を決めたが、それはあくまで一例である。
その他、図示した構成はあくまで一例である。
本発明は、越波式波力発電装置に係り、特に、水槽内に流入する海水の量が変化する環境下において、水槽内の海水のエネルギを効率良く利用して、発電効率の向上を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、海岸付近に設置される越波式波力発電装置に好適である。
７ 水槽
１３ タービン
１７ 発電機
３１ 水位測定器
３３ 回転数／トルク測定器
３５ 流量／水圧測定器
４１ 発電制御装置
４３ 電力制御部
４４ 擬似負荷部
４５ センサ情報収集部
４７ 制御量演算部
４９ データ格納部
５１ａ 第１制御部
５１ｂ 第２制御部
１３ タービン
１７ 発電機
３１ 水位測定器
３３ 回転数／トルク測定器
３５ 流量／水圧測定器
４１ 発電制御装置
４３ 電力制御部
４４ 擬似負荷部
４５ センサ情報収集部
４７ 制御量演算部
４９ データ格納部
５１ａ 第１制御部
５１ｂ 第２制御部
Claims (5)
- 海水が導入される開口部と海水が放出される放出口を備えた水槽と、
上記放出口に設置されたタービンと、
上記タービンに連結された発電機と、
上記発電機により発電された電力の制御を行う電力制御部と、
上記電力制御部に接続された擬似負荷部と、
上記水槽内の水位を直接又は間接に測定する水位測定器と、
上記タービンの動作状態を測定するタービン動作状態測定器と、
上記水位測定器からの測定信号及び上記タービン動作状態測定器からの測定信号に基づいて上記タービンのタービンピッチ角を制御して上記水槽内の海水の放出量を制御することにより上記水槽内の水位が水槽の最大値を超えない範囲内で水槽内の海水のエネルギを最大限有効に利用できるようにする第１制御部と、上記水位測定器からの測定信号及び上記タービン動作状態測定器からの測定信号に基づいて上記発電機又は上記擬似負荷部の負荷量を制御して上記タービンのタービン回転数を変更し上記水槽内の海水の放出量を制御することにより上記水槽内の水位が水槽の最大値を超えない範囲内で水槽内の海水のエネルギを最大限有効に利用できるようにする第２制御部と、を備えた発電制御部と、
具備したことを特徴とする越波式波力発電装置。 - 請求項１記載の越波式波力発電装置において、
上記発電制御部は、上記タービンのタービン回転数を一定制御するように上記タービンピッチ角を制御するとともに上記発電機又は上記擬似負荷部の負荷量を制御するものであることを特徴とする越波式波力発電装置。 - 請求項２記載の越波式波力発電装置において、
上記発電制御部は、水槽内の水位が予め設定された設定範囲内に収まるように制御するものであることを特徴とする越波式波力発電装置。 - 請求項１記載の越波式波力発電装置において、
上記発電制御部は、水槽内の水位を一定制御するように上記タービンピッチ角を制御するとともに上記発電機又は上記擬似負荷部の負荷量を制御するものであることを特徴とする越波式波力発電装置。 - 請求項１〜請求項４の何れかに記載の越波式波力発電装置において、
上記第１制御部により制御されるタービンピッチ角と、上記第２制御部によって制御されるタービンの回転速度は、上記水位測定器からの測定信号及び上記タービン動作状態測定器からの測定信号に基づくとともに、上記タービンの変換効率と上記発電機の変換効率を組み合わせた時に、予め記憶されている変換効率情報に基づいて最適な変換効率となるように制御するものであることを特徴とする越波式波力発電装置。
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