JP6505832B2 - 潮汐力発電及び電力貯蔵システム並びにこのようなシステムの貯水池建設方法 - Google Patents
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Description
本発明は、潮汐力発電及び電力貯蔵システムであって、発電とともに、潮汐力発電システムに使用される貯水池及び潟（ラグーン）の多重使用を可能とする、該潮汐力発電及び電力貯蔵システムに関する。本発明は、さらに、このようなシステムのオフショア貯水池を建設する方法及びこのようなシステムを用いて発電する方法に関する。
従来の潮汐力発電計画は、潮汐条件が適切である所定時間帯で電力を生成することができる。それらは連続的に電力を生成することはできず、またピーク要求時間帯に適合させることはできない。
従来の潮汐力発電計画は航海を妨げ、また他の目的のために海洋環境を使用する上での障害物として作用するおそれがある。
本発明の目的は、上述の問題のうち１つ又はそれ以上を克服するにある。
本発明の第１態様によれば、潟と、この潟を潮汐流水域から分離する複数個の貯水池とを備え、各貯水池が、貯水池隔室を包囲する護岸を有している潮汐力発電及び電力貯蔵のシステムを提供し、
前記システムは、さらに、前記潮汐流水域と前記潟との間を連通させる少なくとも１つの第１フローチャンネルを備え、前記第１フローチャンネルは、水が前記第１フローチャンネルを流れるのを選択的に阻止する第１閉止手段を内部に有し、また前記第１フローチャンネルは第１タービンを有し、前記第１タービンは、前記第１フローチャンネルを流れる水によって回転する際に電力を生成するよう構成されたものであり、
前記システムは、さらに、前記複数個の貯水池における互いに隣接する２つの貯水池間を選択的に連通させる少なくとも１つの第２フローチャンネルと、前記複数個の貯水池における少なくとも１つの貯水池と前記第１フローチャンネルとの間を選択的に連通させる少なくとも１つの第３フローチャンネルとを備え、また
各貯水池の前記護岸は重力式構造物を備え、前記重力式構造物は、砂及び／又は他の海底材料と水硬性結合材との混合物による複数層を有する。
前記システムは、さらに、前記潮汐流水域と前記潟との間を連通させる少なくとも１つの第１フローチャンネルを備え、前記第１フローチャンネルは、水が前記第１フローチャンネルを流れるのを選択的に阻止する第１閉止手段を内部に有し、また前記第１フローチャンネルは第１タービンを有し、前記第１タービンは、前記第１フローチャンネルを流れる水によって回転する際に電力を生成するよう構成されたものであり、
前記システムは、さらに、前記複数個の貯水池における互いに隣接する２つの貯水池間を選択的に連通させる少なくとも１つの第２フローチャンネルと、前記複数個の貯水池における少なくとも１つの貯水池と前記第１フローチャンネルとの間を選択的に連通させる少なくとも１つの第３フローチャンネルとを備え、また
各貯水池の前記護岸は重力式構造物を備え、前記重力式構造物は、砂及び／又は他の海底材料と水硬性結合材との混合物による複数層を有する。
好適には、前記水硬性結合材は、ポゾラン的又は潜在的水硬性の特性を有する無機材料である。一実施形態において、前記水硬性結合材は、石灰石、高炉スラグ、珪質フライアッシュ、石灰質フライアッシュ、すりつぶし顆粒化高炉スラグ（ＧＧＢＦＳ又はＧＧＢＳ）、シリカ・フューム、又はそれらの混合物であり得る。
前記第２フローチャンネルは、水が前記第２フローチャンネルを流れるのを選択的に阻止する第２閉止手段を内部に有することができる。
前記第２フローチャンネルは、前記隣接する貯水池のうち一方の第１貯水池から他方の第２貯水池に水をポンプ送りするよう構成されたポンプを有することができる。
前記第２フローチャンネルは第２タービンを有し、前記第２タービンは、前記第２フローチャンネルを流れる水によって前記第２タービンが回転する際に電力を生成するよう構成されたものであり得る。
前記第３フローチャンネルは、前記複数個の貯水池における少なくとも１つの貯水池と前記潟との間を連通し、前記第３フローチャンネルは、水が前記第３フローチャンネルを流れるのを選択的に阻止する第３閉止手段を内部に有するものであり得る。第３フローチャンネルは第１フローチャンネルの一部であり得る。第１タービンは、第３フローチャンネルを流れる水によって第１タービンが回転する際に電力を生成するよう構成されるものであり得る。
好適には、前記複数個の貯水池は、連続潮汐流防壁を形成するよう構造的に結合されている。
本発明の第２態様によれば、潟及び１個又はそれ以上の貯水池を備える潮汐力発電システム用の貯水池を建設する方法を提供し、この方法は、
潮汐流水域に環状のコファダムを建設するステップと、
水及び／又は海底材料を前記コファダムの内側から除去して環状容積部を形成するステップと、
前記環状容積部に、砂及び／又は他の海底材料と水硬性結合材との混合物を充填する充填ステップと、
前記砂及び／又は他の海底材料と水硬性結合材との混合物を締め固める締固めステップと、
前記充填ステップ及び前記締固めステップを繰り返して複数層を形成するステップと、
前記砂及び／又は他の海底材料と水硬性結合材との混合物を硬化させて連続環状護岸を形成するステップと、
前記連続環状護岸の内側から水及び／又は海底材料を除去して貯水池隔室を形成するステップと、及び
前記貯水池隔室に少なくとも部分的に水を充填するステップと、
を有する。
潮汐流水域に環状のコファダムを建設するステップと、
水及び／又は海底材料を前記コファダムの内側から除去して環状容積部を形成するステップと、
前記環状容積部に、砂及び／又は他の海底材料と水硬性結合材との混合物を充填する充填ステップと、
前記砂及び／又は他の海底材料と水硬性結合材との混合物を締め固める締固めステップと、
前記充填ステップ及び前記締固めステップを繰り返して複数層を形成するステップと、
前記砂及び／又は他の海底材料と水硬性結合材との混合物を硬化させて連続環状護岸を形成するステップと、
前記連続環状護岸の内側から水及び／又は海底材料を除去して貯水池隔室を形成するステップと、及び
前記貯水池隔室に少なくとも部分的に水を充填するステップと、
を有する。
本発明方法は、潟と、潮汐流防壁を形成するよう互いに接続した複数個の前記貯水池であって、使用にあたり前記潟を潮汐流水域から分離する、該複数個の貯水池と、を備え、各貯水池が、貯水池隔室を包囲する護岸を有する潮汐力発電及び電力貯蔵システムを建設するステップを有し、
前記方法は、さらに、前記潮汐流水域と前記潟との間を連通させる少なくとも１つの第１フローチャンネルを準備する第１フローチャンネル準備ステップであって、前記第１フローチャンネルは、水が前記第１フローチャンネルを流れるのを選択的に阻止する第１閉止手段を内部に有し、また前記第１フローチャンネルは第１タービンを有し、前記第１タービンは、前記第１フローチャンネルを流れる水によって回転する際に電力を生成するよう構成されたものである、該第１フローチャンネル準備ステップを有し、また
前記方法は、さらに、前記複数個の貯水池における互いに隣接する２つの貯水池間を選択的に連通させる少なくとも１つの第２フローチャンネルと、前記複数個の貯水池における少なくとも１つの貯水池と前記第１フローチャンネルとの間を選択的に連通させる少なくとも１つの第３フローチャンネルとを準備するステップを有する。
前記方法は、さらに、前記潮汐流水域と前記潟との間を連通させる少なくとも１つの第１フローチャンネルを準備する第１フローチャンネル準備ステップであって、前記第１フローチャンネルは、水が前記第１フローチャンネルを流れるのを選択的に阻止する第１閉止手段を内部に有し、また前記第１フローチャンネルは第１タービンを有し、前記第１タービンは、前記第１フローチャンネルを流れる水によって回転する際に電力を生成するよう構成されたものである、該第１フローチャンネル準備ステップを有し、また
前記方法は、さらに、前記複数個の貯水池における互いに隣接する２つの貯水池間を選択的に連通させる少なくとも１つの第２フローチャンネルと、前記複数個の貯水池における少なくとも１つの貯水池と前記第１フローチャンネルとの間を選択的に連通させる少なくとも１つの第３フローチャンネルとを準備するステップを有する。
好適には、前記水硬性結合材は、ポゾラン的又は潜在的水硬性の特性を有する無機材料である。一実施形態において、前記水硬性結合材は、石灰石、高炉スラグ、珪質フライアッシュ、石灰質フライアッシュ、すりつぶし顆粒化高炉スラグ（ＧＧＢＦＳ又はＧＧＢＳ）、シリカ・フューム、又はそれらの混合物であり得る。
前記コファダム建設は、連続パイル打ち又はシート状パイル打ちステップを有する。パイルは、前記砂及び／又は他の海底材料と水硬性結合材との混合物を硬化させて連続壁を形成するステップ後に現場に残存させることができる。
環状容積部は、潮汐流水域の平均満潮水位レベルよりも少なくとも５ｍ、好適には６ｍ高いレベルまで充填することができる。このことは、壁に十分な質量を与え、また連続壁の材料が大きな横方向荷重の下でも圧縮状態を確実に維持できるという利点を有する。
潮汐流水域の平均干潮水位レベルよりも下方領域にある連続壁は、少なくとも５ｍの幅、代表的には少なくとも８ｍの幅を有することができる。壁の幅は、平均干潮水位レベルより若干上方にあり得る。貯水池は平面図で見てほぼ円形であり得る。貯水池は、平面図で見てほぼ長方形であり得る。
本発明の第３態様によれば、潟と、この潟を潮汐流水域から分離する複数個の貯水池とを備え、各貯水池が、貯水池隔室を包囲する護岸を有している潮汐力発電のシステムであり、前記システムは、さらに、前記潮汐流水域と前記潟との間を連通させ、内部に第１水力タービンを有する少なくとも１つの第１フローチャンネルと、前記複数個の貯水池における互いに隣接する第１貯水池と第２貯水池との間を連通させる少なくとも１つの第２フローチャンネルと、前記互いに隣接する第１貯水池及び第２貯水池のうち一方又は双方と前記潟との間を連通させる少なくとも１つの第３フローチャンネルとを備える、該システムを運用する方法を提供し、前記方法は、
前記潮汐流水域が満潮状態後に、前記第１フローチャンネルを開放して、水を前記潟から前記第１フローチャンネル経由で前記潮汐流水域に放出し、これにより前記第１タービンを駆動して発電し、またこの後第１フローチャンネルを閉鎖するステップと、
前記潮汐流水域が干潮状態後に、前記第１フローチャンネルを開放して、水を前記潮汐流水域から前記第１フローチャンネル経由で前記潟に放出し、これにより前記第１タービンを駆動して発電し、またこの後第１フローチャンネルを閉鎖するステップと、
前記潮汐状態が許容するとき、前記第２フローチャンネル及び前記第３フローチャンネルを開放して、これにより水を前記第１貯水池及び／又は第２貯水池から前記第３フローチャンネル経由で前記潟又は前記潮汐流水域に放出し、これにより前記第１タービンを駆動して発電し、またこの後、前記第３フローチャンネルを閉鎖するステップと、及び
前記潮汐状態が許容するとき、前記第２フローチャンネル及び前記第３フローチャンネルを開放して、これにより水を前記潟又は前記潮汐流水域から前記第３フローチャンネル経由で前記第１貯水池及び／又は第２貯水池に放出し、これにより前記第１タービンを駆動して発電し、またこの後、前記第３フローチャンネルを閉鎖するステップと、
を備える。
前記潮汐流水域が満潮状態後に、前記第１フローチャンネルを開放して、水を前記潟から前記第１フローチャンネル経由で前記潮汐流水域に放出し、これにより前記第１タービンを駆動して発電し、またこの後第１フローチャンネルを閉鎖するステップと、
前記潮汐流水域が干潮状態後に、前記第１フローチャンネルを開放して、水を前記潮汐流水域から前記第１フローチャンネル経由で前記潟に放出し、これにより前記第１タービンを駆動して発電し、またこの後第１フローチャンネルを閉鎖するステップと、
前記潮汐状態が許容するとき、前記第２フローチャンネル及び前記第３フローチャンネルを開放して、これにより水を前記第１貯水池及び／又は第２貯水池から前記第３フローチャンネル経由で前記潟又は前記潮汐流水域に放出し、これにより前記第１タービンを駆動して発電し、またこの後、前記第３フローチャンネルを閉鎖するステップと、及び
前記潮汐状態が許容するとき、前記第２フローチャンネル及び前記第３フローチャンネルを開放して、これにより水を前記潟又は前記潮汐流水域から前記第３フローチャンネル経由で前記第１貯水池及び／又は第２貯水池に放出し、これにより前記第１タービンを駆動して発電し、またこの後、前記第３フローチャンネルを閉鎖するステップと、
を備える。
本発明方法は、水を前記潟から前記第１貯水池及び／又は前記第２貯水池にポンプ送りし、前記満潮状態で前記潟の水位レベルを前記潮汐流水域の水位レベルよりも高いレベルに上昇させる他のステップを有することができる。
本発明方法は、上昇潮汐状態中追加の入力フローチャンネルを開放して、重力で水を前記潮汐流水域から前記第１貯水池及び／又は第２貯水池内に流入させる他のステップを有することができる。
好適には、本発明方法の前記ステップは前記潮汐流水域の各潮汐周期で繰り返す。
第２フローチャンネルは、第２水力タービン若しくはポンプ、又は複合タービン／ポンプを内部に有することができる。
第３フローチャンネルは、第１又は第２のフローチャンネルと部分的又は全体的に同一であり得る。１個若しくはそれ以上のバルブを設け、第１、第２及び第３のフローチャンネルのうち１つ若しくはそれ以上を選択的に開閉する、又は第１、第２及び第３のフローチャンネルのうち１つ若しくはそれ以上に沿って流れを転向させることができる。
本発明の第４態様によれば、潟と、この潟を潮汐流水域から分離する複数個の貯水池とを備え、各貯水池が、貯水池隔室を包囲する護岸を有している潮汐力発電のシステムであり、前記システムは、さらに、前記潮汐流水域と前記潟との間を連通させ、内部に第１水力タービンを有する少なくとも１つの第１フローチャンネルと、前記複数個の貯水池における互いに隣接する第１貯水池と第２貯水池との間を連通させる少なくとも１つの第２フローチャンネルと、前記互いに隣接する第１貯水池及び第２貯水池のうち一方又は双方と前記潟との間を連通させる少なくとも１つの第３フローチャンネルとを備える、該システムを運用する方法を提供し、前記方法は、
前記潮汐流水域が満潮状態中に、前記第３フローチャンネルを開放して、水を前記第１貯水池及び／又は第２貯水池から前記第３フローチャンネル経由で前記潟に放出し、これによりタービンを駆動して発電し、またこの後第３フローチャンネルを閉鎖するステップと、
前記潮汐流水域が満潮状態後に、前記第１フローチャンネルを開放して、水を前記潟から前記第１フローチャンネル経由で前記潮汐流水域に放出し、これにより前記第１タービンを駆動して発電し、またこの後第１フローチャンネルを閉鎖するステップと、
前記潮汐流水域が満潮状態後に、水を前記第２貯水池から前記第１貯水池にポンプ送りして、前記第１貯水池内の水位レベルを前記潮汐流水域の平均満潮水位レベルよりも高いレベルに上昇させるステップと、
前記潮汐流水域が干潮状態中に、前記第３フローチャンネルを開放して、水を前記潟から前記第３フローチャンネル経由で前記第１貯水池及び／又は第２貯水池に放出し、これによりタービンを駆動して発電し、またこの後第３フローチャンネルを閉鎖するステップと、
前記潮汐流水域が干潮状態後に、前記第１フローチャンネルを開放して、水を前記潮汐流水域から前記第１フローチャンネル経由で前記潟に放出し、これにより前記第１タービンを駆動して発電し、またこの後第１フローチャンネルを閉鎖するステップと、及び
前記潮汐流水域が干潮状態後に、前記潟から前記第２貯水池に水をポンプ送りして、前記第２貯水池内の水位レベルを前記潮汐流水域の平均満潮水位レベルよりも高いレベルに上昇させるステップと、
を備える。
前記潮汐流水域が満潮状態中に、前記第３フローチャンネルを開放して、水を前記第１貯水池及び／又は第２貯水池から前記第３フローチャンネル経由で前記潟に放出し、これによりタービンを駆動して発電し、またこの後第３フローチャンネルを閉鎖するステップと、
前記潮汐流水域が満潮状態後に、前記第１フローチャンネルを開放して、水を前記潟から前記第１フローチャンネル経由で前記潮汐流水域に放出し、これにより前記第１タービンを駆動して発電し、またこの後第１フローチャンネルを閉鎖するステップと、
前記潮汐流水域が満潮状態後に、水を前記第２貯水池から前記第１貯水池にポンプ送りして、前記第１貯水池内の水位レベルを前記潮汐流水域の平均満潮水位レベルよりも高いレベルに上昇させるステップと、
前記潮汐流水域が干潮状態中に、前記第３フローチャンネルを開放して、水を前記潟から前記第３フローチャンネル経由で前記第１貯水池及び／又は第２貯水池に放出し、これによりタービンを駆動して発電し、またこの後第３フローチャンネルを閉鎖するステップと、
前記潮汐流水域が干潮状態後に、前記第１フローチャンネルを開放して、水を前記潮汐流水域から前記第１フローチャンネル経由で前記潟に放出し、これにより前記第１タービンを駆動して発電し、またこの後第１フローチャンネルを閉鎖するステップと、及び
前記潮汐流水域が干潮状態後に、前記潟から前記第２貯水池に水をポンプ送りして、前記第２貯水池内の水位レベルを前記潮汐流水域の平均満潮水位レベルよりも高いレベルに上昇させるステップと、
を備える。
第２フローチャンネルは、第２水力タービン若しくはポンプ、又は複合タービン／ポンプを内部に有することができる。
第３フローチャンネルは、第１又は第２のフローチャンネルと部分的又は全体的に同一であり得る。１個若しくはそれ以上のバルブを設け、第１、第２及び第３のフローチャンネルのうち１つ若しくはそれ以上を選択的に開閉する、又は第１、第２及び第３のフローチャンネルのうち１つ若しくはそれ以上に沿って流れを転向させることができる。
満潮状態は、満潮の前及び後の期間、代表的にはその前後２時間にも達する期間を含める。干潮状態は、干潮の前及び後の期間、代表的にはその前後２時間にも達する期間を含める。
第３フローチャンネルは、第１フローチャンネル及び第２フローチャンネルのうち一方又は双方と選択的に連通することができる。例えば、潮汐水が満潮状態中に第３フローチャンネルを開放するとき、水は第１貯水池から第２貯水池に第２フローチャンネル経由で放出され、また切替え可能なバルブによって、第１フローチャンネルを海に対して閉鎖状態にしたまま、第１フローチャンネル経由で潟に放出することができる。第１フローチャンネルを通過する水流が第１タービンを駆動することができる。
他の例によれば、潮汐水の干潮状態中に第３フローチャンネルを開放するとき、水は潟から第１及び／又は第２の貯水池に第１フローチャンネル経由で放出され、また切替え可能なバルブによって、第１フローチャンネルを海に対して閉鎖状態にしたまま、第２フローチャンネル経由で貯水池に放出することができる。第１フローチャンネルを通過する水流が第１タービンを駆動することができる。
好適には、本発明のステップは、潮汐水の各潮汐周期で繰り返す。
上述の実施形態のうち少なくとも１つは、背景技術の問題及び欠点に対する１つ以上の解決法を提供する。本発明の他の技術的利点は、当業者には以下の説明及び特許請求の範囲から容易に理解できるであろう。本発明の種々の実施形態は本明細書で述べる利点の部分集合でしかない。いかなる利点も実施形態にとって厳密に区別がつくものではない。特許請求されるいかなる実施形態も、任意な他の実施形態と技術的に組み合せることができる。
添付図面は、本発明の例示的実施形態を示し、また例として本発明の原理を説明するのに供するものである。
図１及び２につき説明すると、これらは、本発明の実施形態による潮汐力発電システム１０を示す。このシステムは、潟（ラグーン）１２と、外海又は河口であり得る潮汐流水域１６から潟１２を分離する複数個の貯水池１４とを備える。これら貯水池１４は互いに構造的に結合して、８ｋｍ又はそれ以上延びることがあり得る潮汐流防壁１８を形成する。
システム１０は適切な場所に建設して、潟１２内における潮汐流水量が最大化され、かつ潮汐流防壁１８を最小化できるようにする。既存湾又は天然岬１９間の領域は理想的ロケーションをなす。潟１２は既存海岸線１３によって区切られていることがあり得る。使用にあたり、潟１２は、随意的に新設汀線１５を採用することができ、これにより既存海岸線１３と新設汀線１５との間に埋立地領域１７を造成することができる。
各貯水池１４は、貯水池隔室２２を包囲する護岸２０を有する。貯水池１４は平面図で見てほぼ長方形である図１及び２の実施形態において、中間護岸２４は互いに隣接する貯水池１４に共通である。
システムは、潮汐流水域１６と潟１２との間を連通する多数の第１フローチャンネル３０を備える。一般的に、第１フローチャンネル３０それぞれは、貯水池１４の内壁２６から貯水池１４の外壁２８まで延在する大径パイプとすることができる。第１フローチャンネル３０は、その内部に第１閉止手段（図示せず）、一般的にはバルブを有して、第１フローチャンネル３０に水が流れるのを選択的に阻止する。第１フローチャンネル３０は、第１フローチャンネル内に配置した第１タービン３２を有し、水が第１フローチャンネル３０を外海１６から潟１２に、又はその逆に流れることによって第１タービン３２が回転する際に発電する。
システムは、さらに、複数個の貯水池における互いに隣接する２個の貯水池１４間に連通する多数の第２フローチャンネル４０を備える。一般的に、第２フローチャンネル４０は中間護岸２４に貫通する大径パイプとすることができる。第２フローチャンネル４０は、その内部に第２閉止手段（図示せず）を有し、第２フローチャンネル４０に水が流れるのを選択的に阻止する。第２フローチャンネル４０は、第１フローチャンネル内に配置した第２タービン４２を有し、水が第２フローチャンネル４０を一方の貯水池１４から隣接の貯水池に流れることによって第２タービン４２が回転する際に発電する。第２タービンは可逆的であり、また後で説明するようにポンプとして作用することができる。代案として、ポンプ及びそれ自体のバルブを有する別個の第２フローチャンネルを、第２タービン４２を収容する第２フローチャンネルに隣接して設けることができる。
図３は、本発明の他の実施形態による潮汐力発電システム１０を示す。図１及び２に示す本発明の実施形態とは、貯水池１４が平面図で見て円形である点で相違する。貯水池隔室２２は個別の連続護岸２０によって包囲される。しかし、貯水池は、任意の適当な形状にすることができ、円形に限定されない。システム要素が図１及び２におけるのと同一である場合、それらはこれ以上説明しない。この実施形態において、第１フローチャンネル３０は互いに隣接する貯水池間に設ける。互いに隣接する貯水池１４の各対間に短い長さの結合護岸５０を設けて、途切れのない潮汐流防壁１８を形成する。図３は略図的であり、また実際上この護岸の長さは、１又は２メートル程度の小さいものとするとともに、各貯水池の直径は５００ｍ又は１０００ｍとすることができる。第１フローチャンネル３０は結合護岸５０に貫通する。第２フローチャンネル４０は、さらに、互いに隣接する貯水池間で結合護岸５０に貫通させて設ける。結合護岸には、交互に第１フローチャンネル３０及び第２フローチャンネル４０をそれぞれ設ける。
各貯水池における護岸２０は、好適には、砂及び／又は他の海底材料と水硬性結合材との混合物から成る重力式構造物として建造する。水硬性結合材としては、ポゾラン的又は潜在的水硬性の特性を有する無機材料、例えば、石灰石、高炉スラグ、珪質フライアッシュ、石灰質フライアッシュ、すりつぶし顆粒化高炉スラグ（ＧＧＢＦＳ又はＧＧＢＳ）、シリカ・フューム又はそれらの混合物がある。このような結合材は発展途上国の道路建設に使用されてきたが、本発明の発明者は、護岸２０の建設できることを認識していた。
貯水池１４の建設方法を図４及び５につき説明する。この実施例において円形の貯水池１４を示すが、本発明方法は任意な形状の貯水池にも使用することができる。
例えば、シート状パイル（杭）８４又は連続コンクリートパイルによる２つの同心状の第１リング８０，８２を任意の適当なプロセスによって設置し、また海底１７に打ち込み、潮汐流水域に環状のコファダム（防水用囲い）を形成する。例えば、いかなる浸水をもポンプ排水することによってコファダムをほぼ水密に形成した後、水及び海底材料は、コファダムの内側からポンピング及び／又は掘削によって除去し、環状容積部８６を形成する。この環状容積部は、一般的に８ｍ幅とし、また数１００メートルの直径を有する。環状容積部には、この後砂及び／又は他の海底材料と水硬性結合材との混合物８８を充填する。この水硬性結合材は、ポゾラン性又は潜在的水硬性の特性を有する無機材料、例えば、石灰石、高炉スラグ、珪質フライアッシュ、石灰質フライアッシュ、すりつぶし顆粒化高炉スラグ（ＧＧＢＦＳ又はＧＧＢＳ）、シリカ・フューム又はそれらの混合物である。
砂は環状容積部８６から予め除去した砂とする、又は他の掘削から生じた砂とすることができる。砂及び／又は他の海底材料の混合物８８は水硬性結合材とともに締め固める。一般的には、砂及び結合材は多層にして導入する。各層は１００〜３００ｍｍの厚さとし、導入した後、適当な圧縮機によってロール転圧する。このとき水硬性結合材は、砂及び／又は他の海底材料の混合物８８を硬化させ、コンクリート状材料を形成する。この材料はパイルの同心状リング８０，８２内に重力式の壁を形成する。
必要であれば、パイル８４は、混合物が硬化した後に、平均干潮より高いレベルまで切り戻しすることができる。
必要であれば、壁２０はパイル８４よりも上方に存続させることができる。壁の幅は平均干潮より高いレベルの位置で減少することができる。
壁２０が完成した後、砂及び／又は海底材料を連続壁２０の内側から除去して、貯水池隔室２２を形成する。海底材料は、潟１２に隣接する干拓地埋立て用又は更なる護岸２０の建設用に使用することができる。貯水池隔室２２には、この後ポンピング又は潮汐水が適当なフローチャンネル４０から進入させることによって、水を充満させることができる。
一般的に、環状容積部８６には、周囲水域１６の平均満潮レベルの上方に少なくとも５ｍ、好適には少なくとも６ｍの高さまで砂及び結合材の混合物８８を充填する。
一般的に、周囲水域１６の平均干潮レベルより下方領域における連続壁２０は、少なくとも５ｍ幅、好適には少なくとも８ｍ幅とする。
以下に、本発明の実施形態による潮汐力発電システムの運用方法を図６〜１３につき説明し、先ず図３〜５に示すのと同様の隣接する第１貯水池１４Ａ及び１４Ｂを示す。
このシステムは、海１６と潟１２との間を連通して内部に第１タービン３２を有する第１フローチャンネル３０と、互いに隣接する第１貯水池１４Ａと第２貯水池１４Ｂとの間を連通して内部に第２タービン４２を有する第２フローチャンネル４０と、及び互いに隣接する第１貯水池１４Ａ及び第２貯水池１４Ｂのうち一方又は双方と潟との間を連通する少なくとも１個の第３フローチャンネルと、を備える。この実施例において、第３フローチャンネル９０は、図６に示すが図１４により詳細に示し、第１フローチャンネル３０に達するとともに第１フローチャンネル３０自体の一部でもある区域９２を有する。この実施例において、満潮は０１：００、干潮は０７：００及び満潮は１３：００であると仮定する。
運用方法は、以下の段階を含む。すなわち、
1. ０１：００には、海は図６及び７に示すような満潮状態にある。貯水池１４Ａにおける水位は、満潮レベルよりも６ｍ上方である。満潮の位置又はそれ以上の位置では第３フローチャンネルは、バルブ（図示せず）を開けることによって開放され、水は第１及び／又は第２の貯水池１４Ａ、１４Ｂから矢印２００の方向に第３フローチャンネル９０経由で潟に放出され、これによりタービン３２を駆動して発電する。次にシステムが図８及び９に示す状態に達した後、バルブ（図示せず）を閉じて第３フローチャンネルを閉鎖する。こうして、システムは、満潮で潮汐流が緩やかなときであっても発電できる。
1. ０１：００には、海は図６及び７に示すような満潮状態にある。貯水池１４Ａにおける水位は、満潮レベルよりも６ｍ上方である。満潮の位置又はそれ以上の位置では第３フローチャンネルは、バルブ（図示せず）を開けることによって開放され、水は第１及び／又は第２の貯水池１４Ａ、１４Ｂから矢印２００の方向に第３フローチャンネル９０経由で潟に放出され、これによりタービン３２を駆動して発電する。次にシステムが図８及び９に示す状態に達した後、バルブ（図示せず）を閉じて第３フローチャンネルを閉鎖する。こうして、システムは、満潮で潮汐流が緩やかなときであっても発電できる。
2. 約０２：００において、海は、図８及び９に示す満潮よりも低い潮汐状態にある。貯水池１４Ａ及び１４Ｂ並びに潟１２における海水レベルは同一である。この潮汐水の満潮状態後に幾らかの時間経ったとき、バルブ（図示せず）を開いて第１フローチャンネル３０を開放し、これにより水を矢印２０２の方向に潟から第１フローチャンネル３０経由で海１６に放出し、これにより第１タービン３２を駆動して発電する。
3. 水が潟１２から海１６に流動するとき発電するとともに、この電力の幾分かを使用して、水を矢印２０４の方向に第２貯水池１４Ｂから第１貯水池１４Ａにポンプ送りし、第１貯水池のレベルを潮汐水の平均満潮レベルより高く上昇させる。ポンプは、別個のポンプ（図示せず）とする、又は第２フローチャンネル４０に設けた可逆的ポンプ／タービン４２とすることができる。必要であれば、追加のパイプ９２（図１１参照）を第２フローチャンネル４０に接続することができる。この後、システムが図１０及び１１に示す状態に達した後、バルブ（図示せず）を閉じて第１フローチャンネル３０を閉鎖する。この間には第２フローチャンネル４０経由でのポンプ送りは停止しておく。
4. ０７：００には、海は図６及び７に示すような干潮状態にある。干潮の位置又はそれ以上の位置では第３フローチャンネルは、バルブ（図示せず）を開けることによって開放され、水は潟から矢印２０６の方向に第１及び／又は第２の貯水池１４Ａ、１４Ｂに向けて第３フローチャンネル９０経由で放出され、これによりタービン３２を駆動して発電する。次にシステムが図１２及び１３に示す状態に達した後、バルブ（図示せず）を閉じて第３フローチャンネルを閉鎖する。こうして、システムは、干潮で潮汐流が緩やかなときであっても発電できる。
5. 約０８：００において、海は、図１２及び１３に示す干潮よりも高い潮汐状態にある。貯水池１４Ｂ並びに潟１２における海水レベルは同一である。この潮汐水の干潮状態後に幾らかの時間経ったとき、バルブ（図示せず）を開いて第１フローチャンネル３０を開放し、これにより水を矢印２１０の方向に海１６から第１フローチャンネル３０経由で潟１２に放出し、これにより第１タービン３２を駆動して発電する。
6. 水が海１６から潟１２に流動するとき発電するとともに、この電力の幾分かを使用して、水を矢印２１２の方向に第２貯水池１４Ｂにポンプ送りし、第２貯水池１４Ｂのレベルを第１貯水池１４Ａと同一レベルに上昇させる。ポンプは、別個のポンプ（図示せず）とすることができる。この後、システムが再び図６及び７に示す状態に達した後、バルブ（図示せず）を閉じて第１フローチャンネル３０を閉鎖する。この間には潟１２から第２貯水池１４Ｂへのポンプ送りは停止しておく。
この後、ステップ１〜６を潮汐周期で繰り返す。
図１４は、第１フローチャンネル３０及び第３フローチャンネル９０をより詳細に示す。水が海１６から潟１２に又はその逆に流動してタービン３２を駆動するとき、バルブ１０２を開き、かつバルブ１０４及び１０６を閉じて、これにより第３フローチャンネル９０を閉鎖する。水が貯水池１４Ａ、１４Ｂから潟１２に又はその逆に流動してタービン３２を駆動するとき、バルブ１０２を閉じ、かつバルブ１０４及び１０６を開いて、これにより第１フローチャンネル３０を閉鎖する。タービン３２を収容する第１フローチャンネル３０の部分は開放したままであるが、このとき第３フローチャンネル９０の一部をなす。
発電の他に、潮汐力発電システムは多数の他の機能を有する。複数個の貯水池それぞれは、例えば、養魚業のような漁業用に使用することができる。貯水池は養魚業に十分適するもので、これはすなわち、貯水池内の水は水循環をもたらすからである。
各貯水池は風力発電手段を備えることができる。例えば、風力タービンを護岸２０の頂部に建設することができる。図１５及び１６は風力タービンのあり得る構成を示す。集風用のスクリーン３００を貯水池１４の護岸２０の頂部に備え付けることができる。スクリーン３００は前向き及び後向きの凹面スクリーン３０２，３０４を有し、これら凹面スクリーン３０２，３０４の中央部に互いに離間した、代表的には２個の凹面スクリーン間に延在して３０〜１００ｍ毎に開孔３０６を設ける。スクリーン３００は代表的には５〜１０ｍの高さとする。風力タービン３０８を各開孔内に配置する。矢印３０９の方向の風は、凹面スクリーン３０２，３０４によって中心に方向付けされ、開孔３０６を通過し、タービン３０８から得られる風力を最大化する。代替的又は付加的に、従来の自立風力タービン３１０を護岸２０の頂部に備え付けることができる。
全体システムは、海岸線防護として使用し、浸食又は洪水から海岸線を保護することができる。
全体システムは、海から干拓地埋立て方法として使用することができる。この干拓地にエコツーリズム及び教育体制を建造することができる。
全体システムは、水浄化手段として使用することができる。
図１７〜１９は、本発明の潮汐力発電システム１１０の他の実施形態を示す。図１７は潮汐流防壁１８及び潟１２の１／４象限のみを示し、これを他の３つの１／４象限と結合して平面図で見て円形の潟１２を包囲する円形潮汐流防壁１８を形成する。代表的には、潟１２は１５００ｍの直径とし、護岸を構築する各貯水池１４は１００ｍの幅を有することができる。中間壁２４、内壁２６及び外壁２８を含み、各貯水池隔室２２を包囲して貯水池１４を形成する中間壁２４、内壁２６及び外壁２８を含む護岸は、上述の方法によって適切な潮汐流範囲を有する海洋場所に形成することができる。このシステムは海に建造することができ、また既存汀線を使用する必要はない。
この実施例において、潟１２は、潮汐流防壁１８を建設した後に掘削し、潟１２が隣接の海底１７よりも低い、代表的には５ｍも低い潟床レベルにして潟１２の容量を増大させることができる。タービン３２，４２を護岸にわたって配置した４つの発電及びポンプハウス１２０内に設ける。
上昇潮汐の際、海水は海１６からタンク１４内に流入し、また海１６から第１フローチャンネル３０経由で発電及びポンプハウス１２０内に進入し、これによりタービン３２，４２を駆動する。この実施例において、海１６から各タンク又は貯水池１４への付加的入力フローチャンネル１３０を設け、各タンクへの急速充填を可能にする。
満潮時にタンク１４は満潮レベルまで満杯になるとともに、タービンのフロー制限のために潟は完全には満杯にはならない。
必要であれば、入力フローチャンネル１３０は閉鎖して、発電及びポンプハウス１２０内のポンプが、潟１２内に流入する水によって生ずる電力の幾分かを用いて潟１２からタンク１４内に水をポンプ送りするのに使用して、タンク１４を満潮レベルより高い、代表的には５ｍ高いレベルにまですることができる。
潮汐流が転回した後、タンク１４内の水は第２フローチャンネル１５０及び／又は第３フローチャート１６０を経由して海及び／又は潟に向かってタービンを通過し、発電する。随意的に、タービン及び／又はポンプ（図示せず）を、タンク１４及び潟１２に隣接してチャンネル１６０内に設けることができる。
随意的に、海の水位レベルが潟１２のレベルよりも低下した後、水は潟１２からタービン３２，４２を通過して海１６に向かうことができ、干潮に達するまで発電する。この後、このプロセスを繰り返す。
適当な制御システム及びバルブ（図示せず）を設けて、タービン及びポンプを通過する水の流れを制御できると理解されたい。
潟に関連して貯水池を設けることにより、単純な単一潟システムにおけるよりも長い潮汐流サイクル期間にわたり電力を生成できる。満潮流の期間において、発生するエネルギーの幾分かを使用して水を貯水池にポンプ送りすることができ、これにより干潮流期間において、貯水池からの水も発電に使用することができる。
本明細書に記載した説明は、最良モードを含めて本発明を開示する実施例を用いたものであり、当業者であれば、任意な装置又はシステムを形成及び使用すること、並びに任意な組み入れ可能な方法を実行することを含めて本発明を実施できるであろう。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により定義され、また当業者に思いつく他の実施例をも包含する。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文字通りの用語から相違しない構造的要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文字通りの用語から僅かにしか相違しない構造的均等要素を有する場合には、特許請求の範囲内にあることを意図する。
Claims (12)
- 潟（１２）と、この潟（１２）を潮汐流水域（１６）から分離する複数個の貯水池（１４）とを備え、各貯水池（１４）が、貯水池隔室（２２）を包囲する護岸（２０）を有している潮汐力発電のシステム（１０）であり、前記システムは、さらに、前記潮汐流水域（１６）と前記潟（１２）との間を連通させ、内部に第１タービン（３２）を有する少なくとも１つの第１フローチャンネル（３０）と、前記複数個の貯水池における互いに隣接する第１貯水池と第２貯水池（１４）との間を連通させる少なくとも１つの第２フローチャンネル（４０）と、前記互いに隣接する第１貯水池及び第２貯水池（１４）のうち一方又は双方と前記潟（１２）との間を前記第１フローチャンネルを介して選択的に連通させる少なくとも１つの第３フローチャンネル（９０）とを備える、該システムを運用する方法であって、前記方法は、
前記潮汐流水域（１６）が満潮状態後に、前記第１フローチャンネル（３０）を開放して、水を前記潟（１２）から前記第１フローチャンネル（３０）経由で前記潮汐流水域（１６）に放出し、これにより前記第１タービン（３２）を駆動して発電し、またこの後第１フローチャンネル（３０）を閉鎖するステップと、
前記潮汐流水域（１６）が干潮状態後に、前記第１フローチャンネル（３０）を開放して、水を前記潮汐流水域（１６）から前記第１フローチャンネル（３０）経由で前記潟（１２）に放出し、これにより前記第１タービン（３２）を駆動して発電し、またこの後第１フローチャンネル（３０）を閉鎖するステップと、
潮汐状態が許容するとき、前記第２フローチャンネル及び前記第３フローチャンネル（４０，９０）を開放して、これにより水を前記第１貯水池及び／又は第２貯水池（１４）から前記第３フローチャンネル（９０）経由で前記潟（１２）に放出し、これにより前記第１タービン（３２）を駆動して発電し、またこの後、前記第３フローチャンネル（９０）を閉鎖するステップと、
前記潮汐状態が許容するとき、前記第２フローチャンネル及び前記第３フローチャンネル（４０，９０）を開放して、これにより水を前記潟（１２）から前記第３フローチャンネル（９０）経由で前記第１貯水池及び／又は第２貯水池（１４）に放出し、これにより前記第１タービン（３２）を駆動して発電し、またこの後、前記第３フローチャンネル（９０）を閉鎖するステップと、
を備える、方法。 - 請求項１記載の方法において、水を前記潟（１２）から前記第１貯水池及び／又は前記第２貯水池（１４）にポンプ送りし、前記満潮状態で前記潟（１２）の水位レベルを前記潮汐流水域（１６）の水位レベルよりも高いレベルに上昇させる他のステップを有する、方法。
- 請求項１又は２記載の方法において、上昇潮汐状態中追加の入力フローチャンネルを開放して、重力で水を前記潮汐流水域（１６）から前記第１貯水池及び／又は第２貯水池（１４）内に流入させる他のステップを有する、方法。
- 請求項１〜３のうちいずれか一項記載の方法において、前記ステップは前記潮汐流水域（１６）の各潮汐周期で繰り返す、方法。
- 潟（１２）と、この潟（１２）を潮汐流水域（１６）から分離する複数個の貯水池（１４）とを備え、各貯水池（１４）が、貯水池隔室（２２）を包囲する護岸（２０）を有している潮汐力発電のシステムであり、前記システムは、さらに、前記潮汐流水域（１６）と前記潟（１２）との間を連通させ、内部に第１タービン（３２）を有する少なくとも１つの第１フローチャンネル（３０）と、前記複数個の貯水池における互いに隣接する第１貯水池と第２貯水池（１４）との間を連通させる少なくとも１つの第２フローチャンネル（４０）と、前記互いに隣接する第１貯水池及び第２貯水池（１４）のうち一方又は双方と前記潟（１２）との間を前記第１フローチャンネルを介して選択的に連通させる少なくとも１つの第３フローチャンネル（９０）とを備える、該システムを運用する方法であって、前記方法は、
前記潮汐流水域（１６）が満潮状態中に、前記第３フローチャンネル（９０）を開放して、水を前記第１貯水池及び／又は第２貯水池（１４）から前記第３フローチャンネル（９０）経由で前記潟（１２）に放出し、これにより前記第１タービン（３２）を駆動して発電し、またこの後第３フローチャンネル（９０）を閉鎖するステップと、
前記潮汐流水域（１６）が満潮状態後に、前記第１フローチャンネル（３０）を開放して、水を前記潟（１２）から前記第１フローチャンネル（３０）経由で前記潮汐流水域（１６）に放出し、これにより前記第１タービン（３２）を駆動して発電し、またこの後第１フローチャンネル（３０）を閉鎖するステップと、
前記潮汐流水域（１６）が満潮状態後に、水を前記第２貯水池（１４）から前記第１貯水池（１４）にポンプ送りして、前記第１貯水池（１４）内の水位レベルを前記潮汐流水域（１６）の平均満潮水位レベルよりも高いレベルに上昇させるステップと、
前記潮汐流水域（１６）が干潮状態中に、前記第３フローチャンネル（９０）を開放して、水を前記潟（１２）から前記第３フローチャンネル（９０）経由で前記第１貯水池及び／又は第２貯水池（１４）に放出し、これにより前記第１タービン（３２）を駆動して発電し、またこの後第３フローチャンネル（９０）を閉鎖するステップと、
前記潮汐流水域（１６）が干潮状態後に、前記第１フローチャンネル（３０）を開放して、水を前記潮汐流水域（１６）から前記第１フローチャンネル（３０）経由で前記潟（１２）に放出し、これにより前記第１タービン（３２）を駆動して発電し、またこの後第１フローチャンネル（３０）を閉鎖するステップと、及び
前記潮汐流水域（１６）が干潮状態後に、前記潟（１２）から前記第２貯水池（１４）に水をポンプ送りして、前記第２貯水池（１４）内の水位レベルを前記潮汐流水域（１６）の平均満潮水位レベルよりも高いレベルに上昇させるステップと、
を備える、方法。 - 潟（１２）と、この潟（１２）を潮汐流水域（１６）から分離する複数個の貯水池（１４）とを備え、各貯水池（１４）が、貯水池隔室（２２）を包囲する護岸（２０）を有している潮汐力発電及び電力貯蔵のシステムであって、
前記システムは、さらに、前記潮汐流水域（１６）と前記潟（１２）との間を連通させる少なくとも１つの第１フローチャンネル（３０）を備え、前記第１フローチャンネル（３０）は、水が前記第１フローチャンネル（３０）を流れるのを選択的に阻止する第１閉止手段を内部に有し、また前記第１フローチャンネル（３０）は第１タービン（３２）を有し、前記第１タービン（３２）は、前記第１フローチャンネル（３０）を流れる水によって回転する際に電力を生成するよう構成されたものであり、
前記システムは、さらに、前記複数個の貯水池における互いに隣接する２つの貯水池（１４）間を選択的に連通させる少なくとも１つの第２フローチャンネル（４０）と、前記複数個の貯水池における少なくとも１つの貯水池（１４）と前記第１フローチャンネル（３０）との間を選択的に連通させる少なくとも１つの第３フローチャンネル（９０）とを備え、
各貯水池（１４）の前記護岸（２０）は重力式構造物を備え、前記重力式構造物は、砂及び／又は他の海底材料と水硬性結合材との混合物（８８）による複数層を有し、また、
前記第２フローチャンネル（４０）は、前記隣接する貯水池のうち一方の第１貯水池から他方の第２貯水池に水をポンプ送りするよう構成されたポンプ（４２）を有する、システム。 - 請求項６記載のシステムにおいて、前記水硬性結合材は、ポゾラン的又は潜在的水硬性の特性を有する無機材料である、システム。
- 請求項６又は７記載のシステムにおいて、前記水硬性結合材は、石灰石、高炉スラグ、珪質フライアッシュ、石灰質フライアッシュ、すりつぶし顆粒化高炉スラグ（ＧＧＢＦＳ又はＧＧＢＳ）、シリカ・フューム、又はそれらの混合物である、システム。
- 請求項６〜８のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記第２フローチャンネル（４０）は、水が前記第２フローチャンネル（４０）を流れるのを選択的に阻止する第２閉止手段を内部に有する、システム。
- 請求項６〜９のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記第２フローチャンネル（４０）は第２タービン（４２）を有し、前記第２タービン（４２）は、前記第２フローチャンネル（４０）を流れる水によって前記第２タービン（４２）が回転する際に電力を生成するよう構成されている、システム。
- 請求項６〜１０のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記第３フローチャンネル（９０）は、前記複数個の貯水池における少なくとも１つの貯水池（１４）と前記潟（１２）との間を連通し、前記第３フローチャンネル（９０）は、水が前記第３フローチャンネル（９０）を流れるのを選択的に阻止する第３閉止手段を内部に有する、システム。
- 請求項６〜１１のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記複数個の貯水池（１４）は、連続潮汐流防壁（１８）を形成するよう構造的に結合されている、システム。
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