JP6265720B2 - 波力発電システム - Google Patents

Description

本発明は、波の力を利用して発電する波力発電システムに関する。

風力エネルギーや太陽光エネルギー等の様々な自然エネルギーを利用する自然エネルギー発電システムが実用に供されており、この自然エネルギー発電システムの１つとして波力発電システムが知られている。波力発電システムは、波の力、即ち波のエネルギーを一度機械エネルギーに変換し、更に機械エネルギーから電気エネルギーへと変換するようになっている。波力発電システムとしては、例えば特許文献１に記載される振子式波力発電装置がある。

特許文献１に記載の振子式波力発電装置は、振子を有しており、振子の上端が揺動可能に支持されている。振子は、ポンプに連結されており、波の力を受けて揺動することでポンプから油が吐出されるようになっている。油は、整流回路を通って油圧駆動の発電機に供給され、この油によって発電機が駆動して発電するようになっている。

特許文献１では、ポンプとしてベーンポンプが採用されている。ベーンポンプは、ケーシング及びベーンを有しており、ケーシング内に油室が形成されている。ベーンは、油室内に設けられてこの油室を複数の部屋に分ける装置である。また、ベーンは、振子に連動して油室内を揺動するようになっており、ベーンが揺動することによって１つの部屋の油が押し出されて吐出されるようになっている。ベーンとケーシングとの間は、シールによって密閉されており、油を押し出す際に油が他の部屋に漏れ出ないようになっている。

特許２５３９７４２号明細書

波力発電システムは、海上や海中に設置されており、交換作業が容易でない。また、それ故、システムの耐久性が要求され、最低でも１０年間使用できることが必要である。振子式波力発電装置では、周期が６〜１２ｓ程度の波の力を振子が絶えず受けており、ベーンが絶えず揺動している。しかし、市販されているベーンポンプは、このような周期で絶えず揺動することを想定して製造されておらず、ベーンとケーシングとの間に設けられたシールは、このような動作に耐えうることができない。そのため、ベーンポンプは、波力発電システムで使用される際に要求される耐久性を確保することが難しい。また、ベーンポンプは、１０ＭＰａ程度で使用されることが多い。しかし、波力発電システムでは、システムの小型化を図るべく２０ＭＰａ以上で使用することが想定されており、この要求を満たすには波力発電システム専用のベーンポンプを開発する必要があるが、専用のベーンポンプを開発するにはコストがかかり、この点でもベーンポンプで波力発電システムを構成することを難しくしている。

また、従来の波力発電装置は、波受部材を防波堤の前方に設置し、防波堤から反射される反射波と入射波の共振現象を用いてエネルギー変換効率を向上させるものであるが、通常、防波堤の前面には消波ブロックが存在し、反射面の位置が特定できない。

そこで本発明は、消波ブロックが存在する防波堤であっても、これを排除することなく、耐久性能及び耐圧性能を向上させることができ、且つ低コストの波力発電システムを提供することを目的としている。

本発明の波力発電システムは、仮想反射面から設置距離Ｘ離れた設置位置に配置され、波の力を受けて揺動する波受部材と、前記波受部材の揺動運動を直動運動に変換して作動油を主通路に吐出するラムシリンダ式の油圧ポンプ装置と、前記油圧ポンプ装置から吐出される作動油を蓄圧し、前記主通路の圧力が所定圧以下になると蓄圧した作動油を排出するアキュムレータ装置と、前記油圧ポンプ装置からの作動油が前記主通路を介して供給され、供給された作動油を吸入して吸入量に応じた回転速度で出力軸を駆動する油圧モータ装置と、前記油圧モータ装置の出力軸の回転速度に応じた電力を発生する発電機と、を備え、前記仮想反射面は、前記防波堤より沖側に設けられる消波ブロックと平均海面とが交差する場所に位置し、前記設置距離Ｘは、様々な周期の波のうち頻度の高い周期の波の波長の１／４の距離であるものである。

本発明に従えば、ラムシリンダ式の油圧ポンプ装置が用いられているので、油圧ポンプ装置は、波受部材の揺動運動を直動運動に変換して作動油を主通路に吐出することができる。これにより、油圧ポンプ装置の耐久性及び耐圧性能をベーンポンプのそれに比べて向上させることができる。これにより、波力発電システムの耐久性能及び耐圧性能を向上させることができる。

また、防波堤及び消波ブロックで反射された波の力によって波受部材を沖側に揺り戻し、沖側からの波の力により波受部材が岸側に押し付けられてもそれを戻す作用により常に往復運動を繰り返すことができる。これにより、波の力によって波受部材を効率よく揺動させることができ、波エネルギーから電気エネルギーへの変換効率を向上させることができる。

上記発明において、前記発電機で発電された電力の周波数又は電圧を調整して出力するパワーコンディショナを備え、前記発電機は、同期発電機であってもよい。

上記構成に従えば、同期発電機を用いるので、油圧モータ装置の出力軸の回転数が低かったり変動したりしても発電することができ、発電量を向上させることができる。また、パワーコンディショナ（周波数変換機、電圧変換器）によって発生した電力の周波数、電圧を調整することができるので、発生した電力を電力系統に供給することができる。

上記発明において、前記出力軸の回転数を検出する回転センサと、前記回転センサの検出結果が入力されるサーボ機構用制御装置と、を備え、前記油圧モータ装置は、吸入可能な作動油の吸入量である吸入容量を変えることができる可変容量型油圧モータと、入力されるサーボ指令に応じて前記可変容量型油圧モータの吸入容量を変更するサーボ機構とを有し、前記サーボ機構用制御装置は、前記回転センサの検出結果に基づくサーボ指令を前記サーボ機構に出力して前記可変容量型油圧モータの回転数を制御するようになっていてもよい。

上記構成に従えば、可変容量型油圧モータの回転数を所定回転数に制御することができる。それ故、発電機を一定速度で回転させることができ、発電機から発生する電力の周波数を一定にすることができる。これにより、安定した周波数の電力を出力することができる。また、高価なパワーコンディショナ（周波数変換器、電圧調整器）の使用を不用とすることも可能である。

上記発明において、前記油圧モータ装置に供給される作動油の流量又はそれに応じた値を検出する流量検出装置と、前記流量検出装置の検出結果が入力されるモータ切換用制御装置と、を備え、前記油圧モータ装置は、作動油の吸入量に応じた回転速度で回転駆動する複数の油圧モータと、モータ用切換弁とを有し、前記複数の油圧モータは、吸入可能な吸入量である吸入容量が互いに異なっており、前記モータ切換用制御装置は、前記流量検出装置の検出結果に応じて前記モータ用切換弁の切換動作を制御するようになっていてもよい。

上記構成に従えば、吸入容量の異なる複数の油圧モータを備えており、油圧モータ装置に供給される作動油の流量に応じて使用する油圧モータを切換えることができる。これにより、流量が小さい場合、使用する油圧モータを吸入容量の小さい油圧モータに切換えることで流量不足によって油圧モータが駆動しないということを防ぐことができ、発電効率の低下を防ぐことができる。また、流量が大きい場合、使用する油圧モータを前記流量に適した大きな吸入容量の油圧モータに切換えることで、発電量を向上させることができる。

上記発明において、前記油圧モータ装置に供給される作動油の流量又はそれに応じた値を検出する流量検出装置と、前流量検出装置の検出結果が入力されるアキュムレータ切換用制御装置と、を備え、前記アキュムレータ装置は、複数のアキュムレータと、アキュムレータ用切換弁とを有し、前記複数のアキュムレータは、蓄圧可能な作動油の蓄圧容量が互いに異なっており、前記アキュムレータ切換用制御装置は、前記流量検出装置の検出結果に応じて前記アキュムレータ用切換弁の切換動作を制御するようになっていてもよい。

上記構成に従えば、蓄圧容量が異なる複数のアキュムレータを備えており、油圧モータ装置に供給される作動油の流量に応じて使用するアキュムレータを切換えることができる。作動油の流れの脈動はポンプから吐出される流量に応じて小さくなったり大きくなったりするが、吐出流量に応じて使用するアキュムレータを切換えることで、脈動の大きさに関わらず作動油の流れを平均化させることができる。

上記発明において、前記油圧モータ装置に供給される作動油の流量又はそれに応じた値を検出する流量検出装置と、前記流量検出装置の検出結果が入力される昇降制御装置と、前記海面に対する前記波受部材の波受面積を変えるべく前記波受部材を昇降する昇降装置を更に備え、前記昇降制御装置は、前記流量検出装置の検出結果に応じて前記昇降装置の昇降動作を制御するようになっていてもよい。

上記構成に従えば、波受部材を昇降することによって海面より下に沈んでいる波受部材の面積を作動油の流量に応じて調整することができる。即ち、作動油の流量に応じて波受部材が波から受ける力（エネルギー）を調整することができ、調整することで波受部材等の破損を防ぐことができ、また発電量を調整することができる。

本発明によれば、耐久性能及び耐圧性能を向上させることができる。

波力発電システムの側方から見た概略側面図である。 図１の波力発電システムを正面から見た概略正面図である。 図１の波力発電システムの構成を示す油圧回路図である。

以下、本発明に係る実施形態の波力発電システム１について上述の図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明する波力発電システム１は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

＜波力発電システム＞
図１に示す波力発電システム１は、海岸に打ち寄せる波の力、即ち波のエネルギーを電気エネルギーに変換することによって発電する発電システムであり、海岸に設けられている防波堤２の前方に設置されている。具体的に説明すると、防波堤２付近の海底３には、コンクリートシンカー４が設置されており、このコンクリートシンカー４には、複数（例えば、４本）の支柱５が立設されている。複数の支柱５の上には、平面視で大略矩形状の床板６が載せられて固定されており、床板６には、中空の防水カバー７が被せられている。防水カバー７の中には、波力発電システム１の一部分が収容されており、図１及び２に示すように波力発電システム１は、振子式の波受機構１０を備えた鋼製海洋ジャケット構造物として構成されている。

［波受機構］
波力発電システム１に備わる波受機構１０は、軸部材１１と、一対の取付部１２と、波受部材１３とを有している。軸部材１１は、防水カバー７内において左右方向に延在する軸であり、軸部材１１の中間部分には、一対の軸受部材１４が設けられている。一対の軸受部材１４は、左右に間隔をあけて配置されており、軸部材１１を回動可能に支持している。また、軸部材１１には、軸線方向両端部に一対の取付部１２が夫々固定されており、取付部１２は、軸部材１１の軸線方向両端部から下方に夫々垂下されている。取付部１２は、床板６に形成される溝（図示せず）を通って床板６の下方まで延在しており、取付部１２の下端部は、海面より上方に位置している。取付部１２の下端部には、波受部材１３が一体的に設けられている。

波受部材１３は、後方から見て大略矩形状の板であり、その上側部分を除く大半の部分が海面より下に位置している、即ち海中に沈んでいる。また、波受部材１３は、それよりも沖側から伝わる波（入射波）の波面に対して略平行になるように配置されており、入力波の力を背面で受け、前面で防波堤２及びその付近で反射された波（反射波）の力を受けるようになっている。波の力を受けた波受部材１３は、軸部材１１の軸線を中心に揺動し、揺動することで軸部材１１がその軸線周りに回動するようになっている。また、軸部材１１には、一対のカム部材１５，１５が設けられており、一対のカム部材１５，１５は、軸部材１１の軸線方向中間部分であって一対の軸受部材１４より軸線方向内側に相対回動不能に固定されている。このカム部材１５は、後方から見て大略直方体形状になっており、カム部材１５の上端部は、波力発電システム１のポンプ装置２０に連結されている。

［ポンプ装置］
ポンプ装置２０は、一対のポンプ２１，２１を有している。ポンプ２１は、ラムシリンダ式のポンプであって、一対のシリンダ２２，２３及びロッド２４を有している。一対のシリンダ２２，２３は、大略有底筒状に形成されており、各々の開口が対向するようにそれらの軸線方向に間隔をあけて配置されている。また、各シリンダ２２，２３には、１本のロッド２４の一端部及び他端部が夫々挿通されており、ロッド２４の一端部及び他端部は、シリンダ２２，２３内をその軸線に沿って夫々往復運動できるようになっている。

また、ロッド２４の軸線方向中間部分には、左右方向に延在するピン２５が一体的に設けられており、このピン２５にカム部材１５が係合されている。具体的に説明すると、カム部材１５の上側部分は、後方から見て大略Ｕ字状に形成されており、ロッド２４がこの上側部分を貫通している。また、カム部材１５の上側部分は、側方から見ても上側部分が大略Ｕ字状に形成されており、ピン２５もまた上側部分を左右方向に貫通している。これにより、ピン２５がカム部材１５に係合され、カム部材１５が揺動する（図１の１点鎖線及び２点鎖線参照）とロッド２４が往復運動するようになっている。即ち、カム部材１５によって波受部材１３の揺動運動がロッド２４の往復運動（直動運動）に変換されるようになっている。このように往復運動するロッド２４は、海面に対して略平行、且つ他方のロッド２４と左右方向に間隔をあけて並ぶように配置されている。このように配置することで、波受部材１３が波面に対して略平行に配置され、波受部材１３が波の力を効率よく受けることができる。

また、ロッド２４は、図３に示すようにその各端面と各シリンダ２２，２３の端面との間に油室２６，２７を形成している。また、各シリンダ２２，２３の底面には、ポートが形成されており、各油室２６，２７は、このポートを介してポンプ装置２０の各ポンプ通路３１，３２に夫々つながっている。第１ポンプ通路３１は、一対のポンプ２１，２１の第１油室２６の各々にポートを介して繋がり、第２ポンプ通路３２は、一対のポンプ２１，２１の第２油室２７の各々にポートを介して繋がっている。２つのポンプ通路３１，３２は、その下流側及び上流側で夫々合流しており、上流側では合流した先で主止弁３５を介してタンク３３に繋がり、下流側では合流した先で後述する油圧駆動回路４０の主通路４１に繋がっている。また、２つのポンプ通路３１，３２には、２つの逆止弁３６，３７が夫々設けられている。２つの逆止弁３６，３７は、２つの油室２６，２７を挟むようにそれらの上流側及び下流側に夫々設けられている。第１逆止弁３６は、タンク３３から各油室２６，２７への作動油の流れを許容してその逆方向の流れを阻止し、第２逆止弁３７は、各油室２６，２７から主通路４１への流れを許容してその逆方向の流れを阻止するようになっている。

このように構成されているポンプ装置２０では、ロッド２４が軸線方向一方に移動すると、第１油室２６の作動油が第１ポンプ通路３１に吐出される。そうすると、第１ポンプ通路３１の第２逆止弁３７が開いて第１油室２６と主通路４１とが繋がり、吐出された作動油が主通路４１に導かれる。第２ポンプ通路３２では、第２油室２７に作動油を吸入すべく第１逆止弁３６が開き、第２油室２７とタンク３３とが繋がる。これにより、タンク３３から第２油室２７に作動油が吸入される。他方、ロッド２４を軸線方向他方に移動させると、第２油室２７の作動油が第２ポンプ通路３２に吐出される。そうすると、第２ポンプ通路３２の第２逆止弁３７が開いて第２油室２７から主通路４１に作動油が導かれる。第１ポンプ通路３１では、第１油室２６に作動油を吸入すべく第１逆止弁３６が開き、第１油室２６とタンク３３とが繋がる。これにより、タンク３３から第１油室２６に作動油が吸入される。このようにポンプ装置２０では、ロッド２４が往復運動することでタンク３３から作動油が吸入され、油圧駆動回路４０の主通路４１に作動油が吐出されるようになっている。

［油圧駆動回路］
油圧駆動回路４０は、前述する主通路４１を備えており、主通路４１には、アキュムレータ装置４３が接続されている。アキュムレータ装置４３は、アキュムレータ用切換弁４４及び複数の（本実施形態では２つ）アキュムレータ４５，４６を有している。アキュムレータ用切換弁４４は、いわゆる電磁切換弁であり、そこに入力されるアキュムレータ切換指令に応じて主通路４１の接続先をアキュムレータ４５，４６のいずれか一方に選択的に切換え、且つアキュムレータ４５，４６と主通路４１との間を遮断することができるようになっている。アキュムレータ４５，４６は、作動油を蓄圧可能に構成され、且つ互いに蓄圧できる作動油の蓄圧容量が異なっている。また、主通路４１には、アキュムレータ装置４３より下流側に流量検出装置である流量センサ４２が取り付けられており、流量センサ４２は主通路４１を流れる流量を検出するようになっている。

また、主通路４１には、流量センサ４２の下流側にリリーフ通路４７が繋がっており、リリーフ通路４７には、リリーフ弁４９が介在している。リリーフ弁４９は、主通路４１を流れる作動油が所定圧力以上になるとリリーフ通路４７を開くようになっている。即ち、主通路４１の圧力が過剰に高くなって所定圧力になると、リリーフ弁４９がリリーフ通路４７を開くようになっている。リリーフ通路４７は、タンク通路４８を介してタンクに繋がっており、リリーフ弁４９によってリリーフ通路４７が開けられることで主通路４１に流れる作動油をタンク３３に逃がすことができるようになっている。これにより、主通路４１及びその下流側（ポンプ装置２０と反対側）に設けられる構成が破損することを防ぐことができる。また、タンク通路４８には、オイルクーラー５０が介在しており、タンク通路４８を流れる作動油を冷却するようになっている。

また、主通路４１には、フィルタ５１、逆止弁５２及び流量調整弁５３が介在している。フィルタ５１、逆止弁５２、及び流量調整弁５３は、リリーフ通路４７より下流側に配置され、上流側（即ち、ポンプ装置２０側）からこの順序で並んでいる。逆止弁５２は、上流側から下流側への作動油の流れを許容し、その逆方向の流れを阻止するようになっている。また、流量調整弁５３は、いわゆる可変流量の絞りであり、主通路４１を流れる作動油の流量を調整するようになっている。流量調整弁５３の下流側には、油圧モータ装置６０が設けられている。

［油圧モータ装置］
油圧モータ装置６０は、モータ用切換弁６１と、２つのモータ用通路６２，６３と、２つの油圧モータ６４，６５とを有している。モータ用切換弁６１は、主通路４１と２つのモータ用通路６２，６３とに繋がっている。モータ用切換弁６１は、いわゆる電磁切換弁であり、そこに入力されるモータ切換指令に応じて主通路４１の接続先を２つのモータ用通路６２，６３のうちのいずれか一方に選択的に切替え、且つ２つのモータ用通路６２，６３と主通路４１との間を遮断することができるようになっている。２つのモータ用通路６２，６３は、下流側がタンク通路４８に繋がっており、第１モータ用通路６２には、第１油圧モータ６４が介在し、第２モータ通路６３には、第２油圧モータ６５が介在している。

第１及び第２油圧モータ６４，６５は、吸入可能な作動油の吸入量である吸入容量を変えることができる可変容量形の斜板モータであり、出力軸６６を共有している。出力軸にはクラッチ７５が設けられており、駆動側の油圧モータと出力軸とを連結する。さらに詳細に説明すると、２つの油圧モータ６４，６５は、各モータ用通路６２，６３を流れる作動油を吸入し、吸入した量（即ち、吸入量）に応じた回転速度で出力軸６６を回転駆動するようになっている。これら２つの油圧モータ６４，６５は、吸入可能な容量（即ち、吸入容量）が異なっている、即ち大容量の油圧モータと小容量の油圧モータとによって夫々構成されている。そして、主通路４１を流れる流量に応じて使用する油圧モータ６４，６５を使い分けるべく、主通路４１に接続する油圧モータ６４，６５をモータ用切換弁６１によって切換えられるようになっている。

また、２つの油圧モータ６４，６５は、斜板６４ａ，６５ａを有しており、斜板６４ａ，６５ａの傾転角を変えることによって吸入容量を変えることができるようになっている。即ち、２つの油圧モータ６４，６５は、斜板６４ａ，６５ａの傾転角を変えることによって出力軸６６の回転速度を調整することができるようになっており、斜板６４ａ，６５ａにはその傾転角を変えるべくサーボ機構６７，６８が夫々設けられている。

サーボ機構６７，６８は、いわゆる電動駆動型のサーボ機構であり、入力されるサーボ指令に応じて斜板６４ａ，６５ａの傾転角を調整するようになっている。つまり、サーボ機構６７，６８は、入力されるサーボ指令に応じて可変容量型油圧モータである第１及び第２油圧モータ６４，６５の吸入容量を変更することができる。具体的に説明すると、サーボ機構６７，６８は、図示しないサーボモータと直動機構（例えば、ボールねじ）とによって構成されており、サーボモータを駆動することで直動機構のスライダーが動くようになっている。スライダーには、斜板６４ａ，６５ａが取り付けられており、スライダーを動かしてその位置を調整することで斜板６４ａ，６５ａの傾転角を変えて、出力軸６６の回転速度を調整することができるようになっている。なお、サーボ機構６７，６８はこのような構成に限定されない。このように回転速度を調整することができる出力軸６６には、発電機７１が取り付けられている。

［発電機］
発電機７１は、いわゆる同期発電機であり、例えば永久磁石発電機によって構成されている。発電機７１は、出力軸６６の回転速度に応じた周波数の交流電力（以下、単に「電力」ともいう）を発生するようになっている。それ故、出力軸６６が定格回転数（例えば、１５００ｒｐｍ又は１８００ｒｐｍ）以下で回転したり、また出力軸６６の回転速度が安定していなかったりしても発電機７１は発電することができ、発電量を向上させることができる。なお、本実施形態では、発電機７１に同期発電機を採用しているが発電機７１として誘導発電機を用いてもよい。このように構成されている発電機７１は、パワーコンディショナ７２に接続されており、発電機７１で発生した電力は、パワーコンディショナ７２に伝送されるようになっている。

［パワーコンディショナ］
周波数変換機であるパワーコンディショナ７２は、電力系統に接続されており、電力の電圧及び周波数を商用電源から供給される電力と略同じ電圧及び周波数に調整して電力系統７４に伝送するようになっている。即ち、パワーコンディショナ７２は、発電機７１で発生した電力の電圧及び周波数を電力系統に接続する際に要求される値に調整し、電力系統に伝送するようになっている。また、発電機７１には、回転数センサ７３が設けられており、回転数センサ７３は、出力軸６６の回転速度、即ち回転数を検出するように構成されている。回転数センサ７３は、前述する流量センサ４２と共に制御装置８０に接続されており、これらの２つのセンサ７３，４２は、検出結果を制御装置８０に出力するようになっている。

［制御装置］
制御装置８０は、２つのセンサ４２，７３の他に、アキュムレータ用切換弁４４、モータ用切換弁６１、サーボ機構６７，６８、及びパワーコンディショナ７２に電気的に接続されている。アキュムレータ切換用制御装置及びモータ切換用制御装置である制御装置８０は、流量センサ４２の検出結果に基づいてアキュムレータ用切換弁４４及びモータ用切換弁６１に切換指令を出力してそれらの動作を制御するようになっている。また、サーボ機構用制御装置である制御装置８０は、回転数センサ７３の検出結果に基づいてサーボ機構６７，６８にサーボ指令を出力し、サーボ機構６７，６８の動作を制御するようになっている。また、制御装置８０は、パワーコンディショナ７２に駆動指令を出力し、パワーコンディショナ７２の動作を制御するようになっている。以下では、制御装置８０の制御動作を含め、波力発電システム１の動作について詳細に説明する。

［波力発電システムの動作］
波力発電システム１では、波受部材１３が波の力を受けて揺動すると一対のポンプ２１，２１から作動油が吐出され、第１ポンプ通路３１又は第２ポンプ通路３２を介して主通路４１に供給される。即ち、ポンプ装置２０から主通路４１に作動油が吐出される。なお、ポンプ装置２０から吐出される作動油の流れ（流量及び油圧）は、一対のポンプ２１がラムシリンダ式のポンプであるので脈動している。作動油が吐出されると、流量センサ４２は、主通路４１を流れる作動油の流量を検出し、その検出結果を制御装置８０に出力する。

制御装置８０は、流量センサ４２の検出結果に基づき、主通路４１を流れる作動油の流量が予め定められた第１切換流量以上か否かを判定する。例えば、波受部材１３が受ける波に短い周波数の波が多く含まれていたり波が大きかったりする等で前記流量が第１切換流量以上である場合、制御装置８０は、前記流量が第１切換流量以上であると判定し、アキュムレータ用切換弁４４にアキュムレータ切換指令を出力して主通路４１の接続先を比較的に蓄圧容量が大きい第１アキュムレータ４５に切換える。他方、波受部材１３が受ける波に長い周波数の波が多く含まれていたり波が小さかったりする等で前記流量が第１切換流量未満である場合、制御装置８０は、前記流量が第１切換流量未満であると判定し、アキュムレータ切換指令を出力して主通路４１の接続先を第１アキュムレータ４５より蓄圧容量が小さい第２アキュムレータ４６に切換える。アキュムレータ４５，４６は、作動油を蓄圧したり蓄圧した作動油を排出したりして、脈動する作動油の流れを平均化する。平均化することによって油圧モータ６４，６５に供給する作動油の流量及び圧力が略一定になる。

このように流量センサ４２で検出される作動油の流量に応じて使用するアキュムレータ４５，４６を切換えているので、作動油の流量に応じて作動油の流れの脈動が小さくなったり大きくなったりしても、脈動の大きさに関わらず作動油の流れの脈動を平均化させることができる。これにより、波の周波数や大きさ等に関わらず、主通路４１を流れる作動油の流れの脈動を抑えることができ、平均化された作動油の流れをアキュムレータ４５，４６の下流側に流すことができる。このようにして平均化された作動油は、フィルタ５１及び逆止弁５２を通り、更に流量調整弁５３で流量が絞られて油圧モータ装置６０に導かれる。

油圧モータ装置６０では、モータ用切換弁６１によって選択されたモータ用通路６２，６３に作動油を流れる。流路の選択は、流量センサ４２の検出結果に基づいて行われる。具体的に説明すると、まず、制御装置８０は、主通路４１を流れる作動油の流量が予め定められた第２切換流量以上であるか否かを流量センサ４２の検出結果に基づいて判定する。制御装置８０は、前記流量が予め定められた第２切換流量以上であると判定すると、モータ用切換弁６１にモータ切換指令を出力し、主通路４１の接続先を第１モータ用通路６２に切換える。これにより、吸入容量の比較的大きい第１油圧モータ６４に作動油が供給される。他方、制御装置８０は、前記流量が予め定められた第２切換流量未満であると判定すると、モータ用切換弁６１にモータ切換指令を出力して主通路４１の接続先を第２モータ用通路６３に切換える。これにより、第１油圧モータ６４より吸入容量が小さい第２油圧モータ６５に作動油が供給される。これによって油圧モータ６４，６５の出力軸６６が回転し、発電機７１が電力を発生する。

このように油圧モータ装置６０では、主通路４１に流れる作動油の流量が大きい場合は、吸入容量が大きい第１油圧モータ６４によって出力軸６６を回転駆動させ、主通路４１に流れる作動油の流量が少ない場合は、吸入容量が小さい第２油圧モータ６５によって出力軸６６を回転駆動させている。これにより、吸入容量に対して少ない流量しか供給されずに第２油圧モータ６５が駆動しないということを防ぐことができ、発電効率の低下を防ぐことができる。また、流量が大きい場合は、その流量に適した大きな吸入容量の第１油圧モータ６４を用いることで発電量を向上させることができる。このように、２つの油圧モータ６４，６５は、主通路４１を流れる流量に応じて切換えられて使用され、使用される油圧モータ６４，６５によって出力軸６６が回転駆動される。回転駆動された出力軸６６の回転速度は、回転数センサ７３によって検出され、回転数センサ７３は、その検出結果を制御装置８０に出力する。

制御装置８０は、回転数センサ７３の検出結果に基づいて、サーボ機構６７，６８の動作を制御する。具体的に説明すると、制御装置８０は、回転数センサ７３の出力結果に基づいて出力軸６６の回転数が所定回転数以上か否かを判定する。所定回転数以上であると判定されると、制御装置８０は、現在駆動している油圧モータ６４，６５のサーボ機構６７，６８（以下、「対応するサーボ機構６７，６８」という）にサーボ指令を出力し、出力軸６６の回転数が小さくなるように対応するサーボ機構６７，６８の動作を制御する。具体的には、対応するサーボ機構６７，６８を動かして斜板６４ａ，６５ａの傾転角を大きくする。他方、所定回転数未満であると判定されると、制御装置８０は、対応するサーボ機構６７，６８にサーボ指令を出力し、制御する出力軸６６の回転数が大きくなるように対応するサーボ機構６７，６８の動作を制御する。具体的には、対応するサーボ機構６７，６８を動かして斜板６４ａ，６５ａの傾転角を小さくする。このように、制御装置８０は、出力軸６６が所定回転数になるように対応するサーボ機構６７，６８の動きを制御し、発電機７１を一定速度で回転させる。これにより、発電機７１で発生する電力の周波数を一定の値に調整することができ、安定した周波数の電力を出力することができる。このようにして出力された電力は、発電機７１からパワーコンディショナ７２に伝送される。そして、制御装置８０は、パワーコンディショナ７２の動作を制御し、パワーコンディショナ７２に伝送された電力の周波数を電力系統に接続される際に要求される値（又は範囲）に調整する。これにより、パワーコンディショナ７２から電力系統に電力を伝送することができる。

このように構成されている波力発電システム１では、前述の通りラムシリンダ式のポンプ２１を用いており、ポンプ２１は、カム部材１５によって波受部材１３の揺動運動をロッド２４の往復運動に変換し、このロッド２４の往復運動によって作動油を吐出させるようになっている。それ故、ポンプ２１の耐久性及び耐圧性能が従来用いられているベーンポンプより向上している。これにより、波力発電システム１の耐久性能及び耐圧性能を向上させることができる。

また、波力発電システム１では、アキュムレータ４５，４６によって作動油の流れの脈動を抑えることができる。これにより、油圧モータ６４，６５に供給される作動油の流れも安定し、出力軸６６の回転速度を安定させることができる。それ故、発電機７１で発生する電力の周波数を略一定にすることができる。また、脈動を抑えることで、出力軸６６の回転速度が発電機７１によって発電可能な下限回転速度以下になることを防ぐことができる。

なお、油圧モータ６４，６５から排出された作動油は、タンク通路４８に戻されるようになっており、戻された作動油はオイルクーラー５０を介してタンク３３に排出される。このように作動油は、オイルクーラー５０を通って冷却されるので、作動油の熱を大気に放出することができる。また、主通路４１に過大な圧力（所定圧力以上）の作動油が流れると、リリーフ弁４９が開いて主通路４１の作動油がリリーフ通路４７を介してタンク３３に導かれる。それ故、油圧モータ装置６０に過大な圧力の作動油が流れることを防ぐことができ、油圧モータ装置６０が破損することを防ぐことができる。

［波力発電システムの設置位置］
以下では、波力発電システム１の設置位置について詳述する。防波堤２が配置されている海岸では、防波堤２の前側（即ち、海側）に消波ブロック８が設けられており、この消波ブロック８と海の平均水面９とが交差する場所が波の仮想反射面Ｐとなっている。波受部材１３は、仮想反射面Ｐから距離Ｘだけ離した位置に配置されている。ここでＸは、防波堤に押し寄せる波に含まれる様々な周波数の波のうち頻度の高い周波数（本実施形態では、もっとも頻度の高い周波数）の波の波長（図１の３点鎖線参照）の１／４の距離である。このような位置に波受部材１３を配置することによって、沖側からの波の力が防波堤２及び消波ブロック８で反射された波の力によって相殺されることを防ぐことができる。これにより、波の力によって波受部材１３を効率よく揺動させることができ、波のエネルギーから電機エネルギーへの変換効率を向上させることができる。また、変化する波の波長に応じて常に設置位置が１／４波長となるように可変にすることもできる。その手段として、例えば、台板６から上部の機器全体をコロ等を介して波の進行方向に設置したレール上を油圧アクチュエータまたは電動アクチュエータで移動させることができる。

［昇降装置］
波力発電システム１では、波受機構１０の取付部１２を引き上げたり引き下げたりして波受部材１３の一部または全部を昇降する昇降装置９０が設けられている。昇降装置９０は、例えば油圧シリンダ及び油圧昇降機構によって構成され、昇降制御装置である制御装置８０からの昇降指令に応じて油圧昇降機構が油圧シリンダに圧油を供給し、波受部材１３を昇降するようになっている。このように波受部材１３を昇降することによって、海面より下に沈んでいる波受部材１３の面積を調整することができ、波受部材１３が波から受ける力（エネルギー）を調整することができる。これにより、波受部材１３、ポンプ装置２０、及び油圧モータ装置６０等の破損を防ぐことができ、また波力発電システム１の発電量を調整することができる。なお、上記油圧昇降機構は、油圧シリンダを電動機とボールスクリュウとを用いた駆動装置に置き換えて、電動式昇降機構とすることもできる。

＜その他の実施形態について＞
本実施形態の波力発電システム１は、パワーコンディショナ７２を備えているが、必ずしも必要ではない。例えば、サーボ機構６７，６８によって出力軸６６の回転速度を高い精度で制御することによって発電機７１で発生する電力の周波数を高い精度で調整することができる。これにより、発電機７１で発生する電力の周波数を電力系統に接続される際に要求される値（又は範囲）に調整することができ、発生した電力をパワーコンディショナ７２を介することなく電力系統に伝送させることができる。また、パワーコンディショナ７２によって発電機７１で発生する電力の周波数を調整できるので、サーボ機構６７，６８も必ずしも必要ではない。

本実施形態の波力発電システム１は、油圧モータ装置６０が複数の油圧モータ６４，６５を有しているが、ポンプ装置２０から吐出される流量が安定している場合、必ずしも複数である必要はなく油圧モータは１つであってもよい。同様に、波力発電システム１のアキュムレータ装置４３は、複数のアキュムレータ４５，４６を有しているが、必ずしも複数である必要はなくアキュムレータは１つであってもよい。このように各装置４３，６０に備わるアキュムレータ及び油圧モータを１つにすることで、部品点数を削減することができる。ポンプ１１、油圧モータ６４，６５及びアキュムレータ４５，４６の数は、３つ以上であってもよい。

また、本実施形態では、流量センサ４２によって主通路４１を流れる作動油の流量を直接的に検出しているが、必ずしも直接的に検出する必要はない。例えば、波受部材１３の揺動角の変化によって流量センサ４２の流量を推定することができる。それ故、流量センサ４２に代えて波受部材１３の揺動角センサを取付け、主通路４１の流量に応じた値として波受部材１３の揺動角を検出し、その検出結果に基づいて制御装置８０がアキュムレータ用切換弁４４及びモータ用切換弁６１の切換えの有無を判断するようにしてもよい。

１ 波力発電システム
２ 防波堤
８ 消波ブロック
９ 平均水面
１３ 波受部材
２０ ポンプ装置
２１ ポンプ
４１ 主通路
４２ 流量センサ
４３ アキュムレータ装置
４４ アキュムレータ用切換弁
４５ 第１アキュムレータ
４６ 第２アキュムレータ
６０ 油圧モータ装置
６１ モータ用切換弁
６４ 第１油圧モータ
６５ 第２油圧モータ
６６ 出力軸
６７，６８ サーボ機構
７１ 発電機
７２ パワーコンディショナ
７３ 回転数センサ
８０ 制御装置
９０ 昇降装置

Claims (5)

1. 仮想反射面から設置距離Ｘ離れた設置位置に設置され、波の力を受けて揺動する波受部材と、
   前記波受部材の揺動運動を直動運動に変換して作動油を主通路に吐出するラムシリンダ式の油圧ポンプ装置と、
   前記油圧ポンプ装置から吐出される作動油を蓄圧し、前記主通路の圧力が所定圧以下になると蓄圧した作動油を排出するアキュムレータ装置と、
   前記油圧ポンプ装置からの作動油が前記主通路を介して供給され、供給された作動油を吸入して吸入量に応じた回転速度で出力軸を駆動する油圧モータ装置と、
   前記油圧モータ装置の出力軸の回転速度に応じた電力を発生する発電機と、
   前記油圧モータ装置に供給される作動油の流量又はそれに応じた値を検出する流量検出装置と、
   前記流量検出装置の検出結果が入力されるモータ切換用制御装置と、を備え、
   前記設置距離Ｘは、様々な周期の波のうち頻度の高い周期の波の波長の１／４の距離であり、
   前記油圧モータ装置は、作動油の吸入量に応じた回転速度で回転駆動する複数の油圧モータと、モータ用切換弁とを有し、
   前記複数の油圧モータは、吸入可能な吸入量である吸入容量が互いに異なっており、
   前記モータ切換用制御装置は、前記流量検出装置の検出結果に応じて前記モータ用切換弁の切換動作を制御するようになっている、波力発電システム。
2. 仮想反射面から設置距離Ｘ離れた設置位置に設置され、波の力を受けて揺動する波受部材と、
   前記波受部材の揺動運動を直動運動に変換して作動油を主通路に吐出するラムシリンダ式の油圧ポンプ装置と、
   前記油圧ポンプ装置から吐出される作動油を蓄圧し、前記主通路の圧力が所定圧以下になると蓄圧した作動油を排出するアキュムレータ装置と、
   前記油圧ポンプ装置からの作動油が前記主通路を介して供給され、供給された作動油を吸入して吸入量に応じた回転速度で出力軸を駆動する油圧モータ装置と、
   前記油圧モータ装置の出力軸の回転速度に応じた電力を発生する発電機と、
   前記油圧モータ装置に供給される作動油の流量又はそれに応じた値を検出する流量検出装置と、
   前流量検出装置の検出結果が入力されるアキュムレータ切換用制御装置と、を備え、
   前記設置距離Ｘは、様々な周期の波のうち頻度の高い周期の波の波長の１／４の距離であり、
   前記アキュムレータ装置は、複数のアキュムレータと、アキュムレータ用切換弁とを有し、
   前記複数のアキュムレータは、蓄圧可能な作動油の蓄圧容量が互いに異なっており、
   前記アキュムレータ切換用制御装置は、前記流量検出装置の検出結果に応じて前記アキュムレータ用切換弁の切換動作を制御するようになっている、波力発電システム。
3. 前記発電機で発電された電力の周波数又は電圧を調整して出力するパワーコンディショナを備え、
   前記発電機は、同期発電機である、請求項１又は２に記載の波力発電システム。
4. 前記出力軸の回転数を検出する回転センサと、
   前記回転センサの検出結果が入力されるサーボ機構用制御装置と、を備え、
   前記油圧モータ装置は、吸入可能な作動油の吸入量である吸入容量を変えることができる可変容量型油圧モータと、入力されるサーボ指令に応じて前記可変容量型油圧モータの吸入容量を変更するサーボ機構とを有し、
   前記サーボ機構用制御装置は、前記回転センサの検出結果に基づくサーボ指令を前記サーボ機構に出力して前記可変容量型油圧モータの回転数を制御するようになっている、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の波力発電システム。
5. 前記流量検出装置の検出結果が入力される昇降制御装置と、
   海面に対する前記波受部材の波受面積を変えるべく前記波受部材を昇降する昇降装置を更に備え、
   前記昇降制御装置は、前記流量検出装置の検出結果に応じて前記昇降装置の昇降動作を制御するようになっている、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の波力発電システム。

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