JP6483186B2 - 海流発電システム、および該システムでの使用に適した係留索 - Google Patents
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Description
本発明は、海流を利用して発電を行う海流発電システム、および該システムでの使用に適した係留索に関する。
近年、無尽蔵に存在する自然エネルギーを利用した、環境に優しい発電の研究が積極的に進められている。そのひとつに、海流によってタービンを回転させ、これにより発電を行う海流発電がある。
海流発電のための従来の海流発電システムとしては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。この海流発電システムは、発電機を含む浮体と、海底に設置されたアンカーと、浮体をアンカーに係留する係留索とを備えている。この海流発電システムにおいて、浮体は、該浮体に加わる海流の作用力Ｆｗと、該浮体に生じる浮力Ｆｂと、係留索の張力Ｆｗｆとがバランスした位置（深度）をとる。例えば、浮体は、海流の作用力Ｆｗが弱い場合には比較的浅い深度まで上昇し、海流の作用力Ｆｗが強い場合には比較的深い深度まで下降する。
ところで、世界有数の強い海流である黒潮が流れる紀伊半島沖の水深は、２０００ｍ以上である。また、黒潮は、水深２００ｍまでの比較的浅い深度において流速が最も大きい。したがって、上記従来の海流発電システムを用いて黒潮による効率的な発電を行う場合は、浮体が水深２００ｍまでの比較的浅い位置をとるように、水深以上（例えば、水深の１．５倍である３０００ｍ）の長さを有する係留索で浮体を係留するとともに、係留索の自重による大きな張力Ｆｗｆに対抗し得る大きな浮力Ｆｂを浮体に生じさせなければならない。しかしながら、このような浮体の設計は非常に困難であった。また、自重により係留索が大きく撓むと、浮体の姿勢が不安定になるという問題もあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、係留索の自重の影響を受けにくい海流発電システム、および該システムでの使用に適した係留索を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る海流発電システムは、海底に設置されたアンカーと、海流を受けて回転するタービンを有する発電機と、アンカーと発電機との間に接続された係留索とを備え、係留索は、内層と、内層を覆うカーボンナノチューブ構造体からなる外層と、内層に配置された導電ケーブルとを含む係留索ユニットを含むとともに、内層の残余の部分に空気が充填されたことにより１．０２〜１．０４の比重を有し、発電機による発電電力は、導電ケーブルを介してアンカー側に送られる。
上記海流発電システムの係留索は、複数の係留索ユニットと、係留索ユニットを連結するカーボンナノファイバー構造体からなる連結部とを含んでいることが好ましい。
また、上記海流発電システムは、アンカー側に配置された係留索ユニットの比重が発電機側に配置された係留索ユニットの比重よりも大きいことが好ましい。
上記海流発電システムの導電ケーブルは、発電電力のための第１ケーブルと発電機に対する制御信号のための第２ケーブルとを含んでいてもよいし、発電電力のためのケーブルのみを含んでいてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明に係る係留索は、内層と、内層を覆うカーボンナノチューブ構造体からなる外層と、内層に配置された導電ケーブルとを含み、かつ内層の残余の部分に空気を充填した場合の比重が１．０２〜１．０４である複数の係留索ユニットと、係留索ユニットを連結するカーボンナノファイバー構造体からなる連結部とを備えている。
また、上記課題を解決するために、本発明に係る係留索ユニットは、内層と、内層を覆うカーボンナノチューブ構造体からなる外層と、内層に配置された導電ケーブルとを備え、内層の残余の部分に空気を充填した場合の比重が１．０２〜１．０４である。
本発明によれば、係留索の自重の影響を受けにくい海流発電システム、および該システムでの使用に適した係留索を提供することができる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る海流発電システムおよび係留索の実施例について説明する。
図１に、本発明の実施例に係る海流発電システム１を示す。海流発電システム１は、海底１００に設置されたアンカー２と、海流を受けて回転するタービンを有する発電機３（浮体）と、発電機３をアンカー２に係留する係留索１０とを備えている。また、沿岸部１０１には、指令センター１０２が設置されている。
指令センター１０２は、海底ケーブル１０３および係留索１０を介して発電機３に接続されるとともに、送電ケーブル１０４を介して電力系統に接続されている。発電機３が発電した電力は、係留索１０を介してアンカー２に送られた後、海底ケーブル１０３を介して指令センター１０２に送られる。また、発電機３は、海底ケーブル１０３および係留索１０を介して指令センター１０２からの制御信号を受信することができる。
海流発電システム１は、複数のアンカー２と、アンカー２のそれぞれに各１つ接続された係留索１０と、複数の係留索１０のそれぞれに各１つ接続された発電機３とを備えていてもよい。また、海流発電システム１は、１つのアンカー２と、アンカー２に扇状に接続された複数の係留索１０と、複数の係留索１０のそれぞれに各１つ接続された発電機３とを備えていてもよい。
図２に示すように、係留索１０は、複数の係留索ユニット１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ・・・）と、これらを連結する連結部１２（１２ａ，１２ｂ・・・）とを含んでいる。係留索ユニット１１の長さは、一例として１０ｍであるが、これには限定されない。
係留索ユニット１１は、図３に示すように、内層１４と、内層１４を覆う外層１３と、内層１４に配置された第１ケーブル１５および第２ケーブル１６とを含む。係留索ユニット１１は、内層１４の残余の部分（すなわち、第１ケーブル１５および第２ケーブル１６以外の部分）に空気が充填されたことにより、全体として１．０２〜１．０４の比重を有している。比重は、係留索ユニット１１を構成する各部の材料および／または寸法を変えることにより、上記の範囲内に調整されている。
外層１３は、堅牢性に優れたカーボンナノチューブ構造体からなる。カーボンナノチューブ構造体は、例えば、複数のカーボンナノチューブをフィルム状またはメッシュ状に形成したものであってもよいし、これらを複数枚積層したものであってもよい。
第１ケーブル１５は、発電機３が発電した電力をアンカー２側に送るための導電ケーブルである。第１ケーブル１５は、送電時の損失を抑えるために、電気抵抗が小さい金属材料（例えば、銅）で構成されていることが好ましい。第１ケーブル１５は、絶縁性を有する不図示の被覆を有していてもよい。
第２ケーブル１６は、発電機３が指令センター１０２からの制御信号を受信するための導電ケーブルである。本実施例に係る海流発電システム１は、発電状態等に関するデータが発電機３から指令センター１０２に送信されるよう構成されていてもよい。この場合は、内層１４に不図示の第３ケーブルを追加的に配置してもよいし、第２ケーブル１６のみを用いて指令センター１０２からの制御信号と発電機３からのデータとを時分割で送受信してもよい。なお、第２ケーブル１６も、絶縁性を有する不図示の被覆を有していてもよい。
連結部１２は、可撓性を有するカーボンナノファイバー構造体からなる。本実施例における係留索１０は、可撓性を有する連結部１２を含んでいるので、海流を受けたときに適度に撓むことができる。
図４に示すように、連結部１２ａは、隣り合う係留索ユニット１１ａ，１１ｂの端部に跨って配置されている。本実施例では、連結部１２ａおよび係留索ユニット１１ａ，１１ｂの端部が、一方に設けられた雄ネジ部と他方に設けられた雌ネジ部との係合により固定されているが、この固定手段は単なる一例に過ぎない。
前述した通り、係留索ユニット１１は、全体として１．０２〜１．０４の比重を有している。したがって、複数の係留索ユニット１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ・・・）を連結してなる係留索１０も、全体として１．０２〜１．０４の比重を有している。
海域および水温によって多少異なるが、海水の比重は約１．０２である。したがって、係留索１０の比重を上記の範囲内に調整することにより、自重により係留索１０が大きく撓んだり、自重に起因する係留索１０の大きな張力Ｆｗｆにより発電機３が下方に引っ張られ、発電機３の深度を比較的浅い深度に維持することが困難になったりすることを防ぐことができる。すなわち、本実施例によれば、係留索１０の自重の影響を受けにくい海流発電システム１を実現することができる。
以上、本発明に係る海流発電システムおよび係留索（係留索ユニット）の実施例について説明してきたが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。
例えば、アンカー２側に配置される係留索ユニット１１は、発電機３側に配置される係留索ユニット１１よりも比重が大きくてもよい。海水の比重は、深度が大きくなるにつれて大きくなる。したがって、上記の構成によれば、係留索１０の自重の影響をさらに受けにくい海流発電システムを実現することができる。なお、比重は、係留索ユニット１１毎に変えられてもよいし、連続した複数の係留索ユニット１１からなるグループ毎に変えられてもよい。
また、係留索１０は、単一の係留索ユニット１１で構成されていてもよい。
１ 海流発電システム
２ アンカー
３ 発電機
１０ 係留索
１１ 係留索ユニット
１２ 転結部
１３ 外層
１４ 内層
１５ 第１ケーブル（導電ケーブル）
１６ 第２ケーブル（導電ケーブル）
１００ 海底
１０１ 沿岸部
１０２ 指令センター
１０３ 海底ケーブル
１０５ 送電ケーブル
２ アンカー
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１２ 転結部
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１００ 海底
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１０２ 指令センター
１０３ 海底ケーブル
１０５ 送電ケーブル
Claims (6)
- 海底に設置されたアンカーと、
海流を受けて回転するタービンを有する発電機と、
前記アンカーと前記発電機との間に接続された係留索と、
を備え、
前記係留索は、内層と、前記内層を覆うカーボンナノチューブ構造体からなる外層と、前記内層に配置された導電ケーブルとを含む係留索ユニットを含むとともに、前記内層の残余の部分に空気が充填されたことにより１．０２〜１．０４の比重を有し、
前記発電機による発電電力は、前記導電ケーブルを介して前記アンカー側に送られる
ことを特徴とする海流発電システム。 - 前記係留索は、複数の前記係留索ユニットと、前記係留索ユニットを連結するカーボンナノファイバー構造体からなる連結部とを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の海流発電システム。 - 前記アンカー側に配置された前記係留索ユニットの比重が、前記発電機側に配置された前記係留索ユニットの比重よりも大きい
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の海流発電システム。 - 前記導電ケーブルは、前記発電電力のための第１ケーブルと、前記発電機に対する制御信号のための第２ケーブルとを含む
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の海流発電システム。 - 内層と、前記内層を覆うカーボンナノチューブ構造体からなる外層と、前記内層に配置された導電ケーブルとを含み、かつ前記内層の残余の部分に空気を充填した場合の比重が１．０２〜１．０４である複数の係留索ユニットと、
前記係留索ユニットを連結するカーボンナノファイバー構造体からなる連結部と、
を備えたことを特徴とする係留索。 - 内層と、
前記内層を覆うカーボンナノチューブ構造体からなる外層と、
前記内層に配置された導電ケーブルと、
を備え、
前記内層の残余の部分に空気を充填した場合の比重が１．０２〜１．０４である
ことを特徴とする係留索ユニット。
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2017
- 2017-05-08 JP JP2017092285A patent/JP6483186B2/ja active Active
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