JP6187737B2 - 海流発電装置及び海流発電装置の送電ケーブル設置方法 - Google Patents

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及び海流発電装置の送電ケーブル設置方法に関するものである。

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設置したシンカーに係留する２本の係留索と、発電部で発電した電力を送る送電ケーブルを備えている。

この海流発電装置において、大きな張力がかかる係留索には、金属や高強度の素材が採用され、一方、送電ケーブルには、導線を絶縁材で被覆する構成が採用される。これらの係留索及び送電ケーブルは、上記した各々の用途及び構成が違う都合上、一本のケーブルに纏めることが困難であり、結局、これらの係留索及び送電ケーブルは個々に配置されて、一対の発電部又は連結ビームに対して別々に接続されるようになっている。

特開2002-266743号

上記したような水中浮遊式の海流発電装置において、一対の発電部は、海流の状況に応じて海底のシンカーを中心にした移動が許容されていることから、一対の発電部又は連結ビームに個々に接続される係留索及び送電ケーブルが、各々の配置状況や動作の違いによって互いに干渉したり絡んだりする虞がある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。

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、一対の発電部を海底に係留する２本の係留索及び電力を送る送電ケーブルが互いに干渉したり絡んだりするのを防ぐことができるうえ、係留索及び送電ケーブルの保守管理の容易化を実現することが可能である海流発電装置及び海流発電装置の送電ケーブル設置方法を提供することを目的としている。

上記した目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、海流によるタービンの回転により発電する発電部と、前記発電部で発電した電力を送る送電ケーブルと、Ｖ字状やＹ字状に張られて前記発電部を海底に係留する２本の係留索を備えた海流発電装置において、前記送電ケーブルを前記２本の係留索間で保持する、好ましくは、２本の係留索間の中央で保持するケーブル保持機構が備えられ、前記ケーブル保持機構は、前記発電部と海底との間において前記２本の係留索間に配置され、前記２本の係留索の各中間部にそれぞれ連結された状態で前記送電ケーブルを保持するケーブル保持体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。

ここで、海流により回転するタービンには、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。

本発明の請求項２に係る海流発電装置において、前記ケーブル保持機構は、前記２本の係留索間における前記送電ケーブルの複数個所に配置され、前記ケーブル保持機構の前記ケーブル保持体は、前記送電ケーブルを摺動可能に保持する構成としている。

本発明の請求項３に係る海流発電装置において、前記ケーブル保持機構は、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を具備している構成としている。

一方、本発明の請求項４に係る発明は、海流によるタービンの回転により発電する発電部と、前記発電部で発電した電力を送る送電ケーブルと、前記発電部を海底に係留する２本の係留索を備えた海流発電装置の前記送電ケーブルの設置方法であって、前記２本の係留索の各中間部に連結された状態で前記送電ケーブルを摺動可能に保持するケーブル保持体を具備したケーブル保持機構を該２本の係留索間における長さ方向の複数個所に配置して、一端を前記送電ケーブルに繋げたメッセンジャーロープを前記複数のケーブル保持機構の各ケーブル保持体に保持させ、前記複数のケーブル保持機構の各ケーブル保持体に前記送電ケーブルを保持させるべく、前記メッセンジャーロープの前記発電部側に位置させた他端を引き上げて該メッセンジャーロープを巻き取り、前記メッセンジャーロープの一端とともに手繰り寄せた前記送電ケーブルの端部を前記発電部に接続する構成としている。

本発明に係る海流発電装置では、ケーブル保持機構が送電ケーブルを２本の係留索間で保持するので、２本の係留索及び送電ケーブルが一体化することとなり、その結果、一対の発電部が、海流の状況に応じて海底のシンカーを中心に移動したとしても、２本の係留索及び送電ケーブルが互いに干渉したり絡んだりすることが回避されることとなる。
この際、例え２本の係留索のうちの１本の係留索が切れたとしても、ケーブル保持機構によって送電ケーブルが残りの１本の係留索に留まるので、送電ケーブルが残りの１本の係留索から離れて動作することが阻止されることとなる。
加えて、２本の係留索及び送電ケーブルが一体化しているので、係留索及び送電ケーブルの保守管理の作業性が向上することとなる。

また、本発明に係る海流発電装置では、２本の係留索の双方に連結された状態で送電ケーブルを摺動可能に保持するケーブル保持体を具備したケーブル保持機構を２本の係留索間において複数個所に配置しているので、２本の係留索及び送電ケーブルが強固に一体化することとなり、２本の係留索及び送電ケーブルが互いに干渉したり絡んだりする虞がほとんど皆無となる。

さらに、本発明の請求項３に係る海流発電装置では、ケーブル保持機構が海流を受けて抵抗力を生じる抵抗体を具備しているので、例えば、バラストタンクを操作して発電部を所望の深度まで沈降させる際の一助となり、その分だけ、発電コストの低減が図られることとなる。

一方、本発明の請求項４に係る海流発電装置の送電ケーブル設置方法では、送電ケーブルを２本の係留索間に保持させて両者を一体化する作業が容易に成されることとなる。

本発明に係る海流発電装置では、一対の発電部を海底に係留する２本の係留索及び電力を送る送電ケーブルが互いに干渉したり絡んだりするのを防ぐことが可能であり、加えて、係留索及び送電ケーブルの保守管理の容易化を実現することができるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施例による海流発電装置を海流の下流側から見た説明図（ａ）及び図１（ａ）の楕円部分の拡大断面説明図（ｂ）である。 図１における海流発電装置の送電ケーブルの設置要領を示す説明図（ａ）〜（ｃ）である。 本発明の他の実施例による海流発電装置を示す図１（ａ）の楕円部分に相当する部分における拡大説明図（ａ）及び海流と直交する方向から見た説明図（ｂ）である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本発明に係る海流発電装置の一実施例を示している。

図１（ａ）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。

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。

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、２本の係留索６，６間には、発電部４，４からの送電ケーブル８が、ケーブル保持機構１０によって保持された状態で配置されている。

この場合、ケーブル保持機構１０は、２本の係留索６，６間における送電ケーブル８の複数個所（図１（ａ）では５箇所）に配置されており、図１（ｂ）に示すように、２本の係留索６，６にそれぞれ装着された筒体１１，１１と、送電ケーブル８を摺動可能に保持する円筒形状を成すケーブル保持体１２と、筒体１１，１１及びケーブル保持体１２を連結するバー１３を具備している。

この実施例において、筒体１１，１１にそれぞれ設けたフランジ１１ａ，１１ａ及びケーブル保持体１２に相反する向きに設けたフランジ１２ａ，１２ａに、ピン１４を介してバー１３の両端部をそれぞれ回動自在に連結することで、２本の係留索６，６から送電ケーブル８に掛かる負荷を減らすようにしている。

この海流発電装置１において、送電ケーブル８を海中ＵＳにおいて２本の係留索６，６間に設置するに際しては、図２（ａ）に示すように、ケーブル保持機構１０を２本の係留索６，６間における長さ方向の複数個所（図２では３箇所）に配置して、クレーン船Ｘ上のリール２１にコイルした送電ケーブル８に一端を繋げたメッセンジャーロープ２２を複数のケーブル保持機構１０の各ケーブル保持体１２に順次挿通して保持させる。

次いで、図２（ｂ）に示すように、複数のケーブル保持機構１０の各ケーブル保持体１２に送電ケーブル８が保持されるように、メッセンジャーロープ２２の装置本体２側に位置させた他端を引き上げて、巻き上げ船Ｙ上のリール２３でメッセンジャーロープ２２を巻き取る。

これに先立って、クレーン船Ｘ上では、リール２１にコイルした送電ケーブル８と他のリール２４にコイルしたリジッドケーブル２５とがコネクタ２６を介して接続されており、上記の巻き上げ船Ｙによるメッセンジャーロープ２２の巻き取りに合わせて、クレーン船Ｘ上のクレーン２７からワイヤ２８を繰り出して、図２（ｂ）に仮想線で示すように、ワイヤ２８に吊り下げた送電ケーブル８とリジッドケーブル２５とのコネクタ２６を海底Ｂに設置する。

そして、メッセンジャーロープ２２の一端とともに手繰り寄せた送電ケーブル８の端部をメッセンジャーロープ２２から切り離すと共に、この切り離した送電ケーブル８の端部を浮上状態にある装置本体２の発電部４に接続すると、２本の係留索６，６間への送電ケーブル８の設置が完了することとなり、図２（ｃ）に示すように、この状態で、例えば、バラストタンクを操作して装置本体２を所望の深度まで沈降させて、白抜き矢印に示す海流による発電を開始する。

この実施例による海流発電装置１では、ケーブル保持機構１０が送電ケーブル８を２本の係留索６，６間で保持するので、２本の係留索６，６及び送電ケーブル８が一体化することとなる。

したがって、装置本体２が、海流の状況に応じて海底Ｂのシンカー７を中心に移動したとしても、２本の係留索６，６及び送電ケーブル８が互いに干渉したり絡んだりすることが回避されることとなる。

この際、例え２本の係留索６，６のうちの１本の係留索６が切れたとしても、ケーブル保持機構１０によって送電ケーブル８が残りの１本の係留索６に留まるので、送電ケーブル８が残りの１本の係留索６から離れて動作することが阻止されることとなる。
加えて、２本の係留索６，６及び送電ケーブル８が一体化しているので、係留索６及び送電ケーブル８の保守管理の作業性が向上することとなる。

また、この実施例による海流発電装置１では、ケーブル保持体１２を具備したケーブル保持機構１０を２本の係留索６，６間において複数個所に配置しているので、２本の係留索６，６及び送電ケーブル８が強固に一体化することとなり、２本の係留索６，６及び送電ケーブル８が互いに干渉したり絡んだりする虞がほとんど皆無となる。

そして、上記した送電ケーブル設置方法では、送電ケーブル８を２本の係留索６，６間に保持させて両者を一体化する作業が容易に成されることとなる。

図３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。
この海流発電装置が、先の実施例による海流発電装置１と相違するところは、図３に部分的に示すように、ケーブル保持機構１０Ａのケーブル保持体１２Ａが、海流を受けて生じる抵抗力を装置本体２に対して深度を増す方向の力として係留索６，６を介して伝える抵抗板（抵抗体）１６，１６を具備している点にある。

この場合、抵抗板１６，１６は、円筒形状を成すケーブル保持体１２Ａの外周面に沿って配置され、ケーブル保持体１２Ａの軸方向の支持ピン１５，１５により支持されている。これらの抵抗板１６，１６において、例えば、バラストタンクを操作して装置本体２を所望の深度まで沈降させる際には、抵抗板１６，１６が支持ピン１５，１５を軸として左右両側に対称的に開く、いわゆる観音開き状態となることで生じる抵抗力を装置本体２に係留索６，６を介して伝えるようになっており、沈降動作の一助となる分だけ、発電コストの低減が図られることとなる。

本発明に係る海流発電装置及び海流発電装置の送電ケーブル設置方法の構成は、上記した実施例に限定されるものではなく、例えば、ケーブル保持機構１０，１０Ａの個数やケーブル保持体１２，１２Ａの形状は適宜変更可能である。

１ 海流発電装置
３ タービン
４ 発電部
６ 係留索
８ 送電ケーブル
１０，１０Ａ ケーブル保持機構
１２ ケーブル保持体（ケーブル保持機構）
１６ 抵抗板（抵抗体）
２２ メッセンジャーロープ
Ｂ 海底

Claims (4)

1. 海流によるタービンの回転により発電する発電部と、
   前記発電部で発電した電力を送る送電ケーブルと、
   前記発電部を海底に係留する２本の係留索を備えた海流発電装置において、
   前記送電ケーブルを前記２本の係留索間で保持するケーブル保持機構が備えられ、
   前記ケーブル保持機構は、前記発電部と海底との間において前記２本の係留索間に配置され、前記２本の係留索の各中間部にそれぞれ連結された状態で前記送電ケーブルを保持するケーブル保持体を具備していることを特徴とする海流発電装置。
2. 前記ケーブル保持機構は、前記２本の係留索間における前記送電ケーブルの複数個所に配置され、前記ケーブル保持機構の前記ケーブル保持体は、前記送電ケーブルを摺動可能に保持する請求項１に記載の海流発電装置。
3. 前記ケーブル保持機構は、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を具備している請求項１又は２に記載の海流発電装置。
4. 海流によるタービンの回転により発電する発電部と、前記発電部で発電した電力を送る送電ケーブルと、前記発電部を海底に係留する２本の係留索を備えた海流発電装置の前記送電ケーブルの設置方法であって、
   前記２本の係留索の各中間部に連結された状態で前記送電ケーブルを摺動可能に保持するケーブル保持体を具備したケーブル保持機構を該２本の係留索間における長さ方向の複数個所に配置して、一端を前記送電ケーブルに繋げたメッセンジャーロープを前記複数のケーブル保持機構の各ケーブル保持体に保持させ、
   前記複数のケーブル保持機構の各ケーブル保持体に前記送電ケーブルを保持させるべく、前記メッセンジャーロープの前記発電部側に位置させた他端を引き上げて該メッセンジャーロープを巻き取り、
   前記メッセンジャーロープの一端とともに手繰り寄せた前記送電ケーブルの端部を前記発電部に接続する
   ことを特徴とする海流発電装置の送電ケーブル設置方法。

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