JP6659931B2 - 潮力発電設備 - Google Patents

Description

本発明は、重要な構成要素としてウォータータービン、それと駆動接続されているジェネレータおよび水底に位置する支持構造を有する、オフショア駆動またはオンショア駆動用の、すなわち海中または河川内の、流力発電設備に関する。タービンとジェネレータは、魚雷形状のハウジング内に配置されている。特許文献１と２を参照するよう指示する。特許文献３も参照。これは、水中の水力発電設備を示しており、それにおいて流れを案内するケーブルは、ケーブル−ゴンドラ結合を解除する必要なしに、保守作業のためにゴンドラを水面へ上げることができるための、十分な長さを有している。

タービン、ジェネレータおよびハウジングが、いわゆるゴンドラを形成している。これは、支持構造によって支持されている。支持構造は、水底、たとえば海底に立っている。支持構造は、海底内に数メートルの深さで挿入することができる。海底に孔をあける必要のない、たとえばコンクリートからなる、非常に重い構造も存在する。支持構造は、杭からなることもできる。

すべての水中設備において、大きな問題は、保守と修理である。すなわち、特にタービンとジェネレータは、時々保守を必要とする。計画にない修理作業も、必要である。この種の作業は、水中で行うことはできず、船上または陸で行われる。したがってゴンドラは、支持構造から切り離して、船へ持ち上げなければならない。これは、一般的に、船舶クレーンとロープ構造によって行われる。

しかし、設備全体は、タービンとジェネレータの他に、さらに他の器具を有し、それらは制御、データの検出および他の機能に用いられ、それらも同様の水中にあって、気密に包囲されている。場合によってはセンサ、整流器、トランスフォーマ、中央のプロセスユニットなども、場合によってはこの器具に属する。

それらは、水密のボックス内に囲い込まれており、ボックスは、流力発電設備のどこかの箇所、たとえば支持構造内、あるいは支持構造に、かつゴンドラ内、あるいはゴンドラに、配置することができる。ゴンドラ自体は、分割することができ、かつ、ゴンドラの一部がボックスを形成することができる。器具は、一般に、高感度である。したがって水中での保守または交換は、不可能である。それらは、その全体を水面へ上げなければならない。その場合に他の問題が生じる。それらの器具は、互いに対して、かつ他のアグリゲート、たとえばジェネレータと、導通接続されており、すなわち電気的または電子的なケーブルのような何らかの導体ストランドを介して、場合によっては圧縮空気導管または油圧導管を介して導体接続されている。

そこから、気密に包囲されたボックス内にある器具だけでなく、ゴンドラ全体のような、他の部分も、特にその中に含まれる部品が保守または修理を必要としない場合でも、水面へ上げることが、必要になる場合があり得る。

保守または修理を行おうとし、その場合に水力発電設備全体を現場で、すなわち水中においたままにしようとする場合に、作業全体も水中で、潜水作業員によって行わせることができる。しかし、この種の潜水行動は困難である。作業は、１日の潜水行動によって片付けることはできないので、それらを何回も繰り返さなければならない。さらに、各潜水行動は、潜水作業員にとって命の危険と結びついている。

独国特許明細書第DE102013001212号 独国特許明細書第DE102012025127号 独国特許公開公報第DE102008020964A号

本発明の課題は、水中発電設備を、いずれにしても潜水行動を必要とせずに、保守および修理作業をより簡単かつコスト的により好ましく実施することができるように、形成することである。

この課題は、請求項１に記載の発電設備によって解決される。
発明者は、以下のことを認識した：

気密に封鎖されたボックス内に包囲されている、上述した器具において、保守を必要とせず、あるいは修理が生じることのない器具と、高い程度でそれが生じる器具とが存在している。

上述した課題の解決は、以下のことからなる：
−上述した器具、すなわち繊細で、修理の生じるものと、繊細でなく、修理の生じないものが、２つの異なるボックス内に収容されている。
−その場合に、２つのカテゴリーの器具は、上述したストランド−電気ケーブル、電子ケーブルなど−によって互いに接続されている。
−ストランドの長さは、水面と、繊細な器具を有するボックスの組み込み位置との間の距離に、少なくとも等しく寸法設計されている。

水中発電設備の水深は、５と３０ｍの間の規模にあり、したがって比較的容易につなぐことができる。導体ストランドは、器具ボックスが作業位置にある場合に、ローラに巻き上げることができる。保守または修理のためにボックスを船舶のデッキに持ち上げる場合には、ストランドが引き出される。

本発明の節約は、極めて高度である。したがって、敏感な器具を有するボックスを、引き上げようとする場合に、ケーブル接続を解く必要はなく、したがってケーブル接続を再形成する必要もない。

本発明を、図面を用いて詳細に説明する。

支持構造から切り離された機械ゴンドラを有する、本発明に基づくモジュラー構造の水中発電設備を示している。 分離可能な電気的ジェネレータを有する、本発明の代替構造のための水中発電設備を示す縦断面図である。

図１は、本発明に基づく水中発電設備を簡略化して図式的に示している。これは、種概念に基づいてモジュラー構造であって、支持構造４を有し、その支持構造は、ここでは海底５まで案内されている。支持構造４は、唯一の杭を有することができ、その下方の端部４．１が海底内へ挿入されている。この支持構造４に、機械ゴンドラ２が結合可能であって、それがウォータータービン３を支持している。この形態のために、付加的に、電気的なジェネレータ６が機械ゴンドラ２内に収容されている。このジェネレータは、少なくとも間接的にウォータータービン３によって駆動されて、流れから吸収したエネルギを電気エネルギに変換する。機械ゴンドラ２を支持構造４に結合するために、合体させることのできる収容部１２と支柱１３とからなるカップリング装置が設けられている。

モジュラー構造の水中発電設備１は、誘導性の伝達装置７を有しており、それは、電気的なジェネレータ６によって発生された電気出力を機械ゴンドラ２から支持構造４へ非接触で伝達するために、用いられる。そのために、誘導性の伝達装置７は、トランスフォーマ９を有し、その一次側１０が機械ゴンドラ２に、その二次側１１は支持構造４に対応づけられている。その場合に、誘導性の伝達装置７は、図示されるように、カップリング装置の一部としてもよく、あるいはその近傍に形成することもできる。

簡単なカップリング可能性を実現するために、誘導性の伝達装置７は、そのコンポーネントが周囲の水に対してカプセル状に包囲されるように形成されており、電気的なジェネレータのエアギャップ領域は、結合後に注水されている。

第１のボックス１４．１が設けられている。これは、ほとんど障害の生じない器具を有している。さらに、障害の生じやすい器具を有する、第２のボックス１４．２が設けられている。

障害の生じやすい器具は、設備を駆動するため、制御するため、パラメータを検出するため、かつ他の機能のための器具である。障害の生じやすい器具は、コンバータ、スイッチ、トラスフォーマまたは油圧アグリゲートでもある。原則的に、固定の周波数を特徴とする−網接続までの、すべての器具が考えられる。この種の器具は、しばしば保守されなければならず、場合によっては交換されなければならない。上述した器具は、ここでも、保守頻度にしたがって分けることができる。保守の生じやすい部品もグループないしボックスにまとめることができる。

２つのボックスの器具は、互いに一緒に作動し、したがって電気的、電子的、あるいは他のように互いに導通するように接続されている。そのために、ケーブル８が用いられる。ケーブル８は、２つのボックス１４．１と１４．２の間で大きい長さを有しており、その長さは少なくとも、水面と取り付けられた状態におけるボックス１４．２の位置との間で測定した、水深に相当する。２つのボックスの間のケーブル部分を巻き上げるために、ケーブルローラ１５が設けられている。
障害の生じやすい器具を有するボックス１４．２は、支持構造４に、たとえば基礎プレート１６に、固定されている。固定は、容易かつ迅速に形成することができるが、同様に容易かつ迅速に外すこともできるように、形成され、かつ配置されている。ここでは、たとえば磁気的な固定が考えられる。場合によっては、支持構造４が、海底内に基礎を持つ杭１７を有することができる。

障害の生じやすい器具を有するボックスと、障害の生じにくい器具を有するボックスは、流力発電設備の各位置に、たとえばゴンドラ自体内、タービン内、支持装置内あるいはいま挙げた構成部分に、配置することができる。それらは、視覚的にもはや認識できないように内蔵することができる。

２つのボックス１４．１、１４．２および長いケーブル８の本発明による配置に基づいて、障害の生じやすい器具を有するボックス１４．２は、必要な場合に、あるいはときどき、その支持構造４における固定を外して、水面の上方へ、たとえば船舶のデッキへ持ち上げることができ、そこでそれぞれの作業が乾燥したところで、かつじっくりと行われる。

図２は、モジュラーの水中発電設備１を簡略化して図式的に示しており、そのウォータータービン３は垂直ロータとして形成されている。

ボックス１４．１と１４．２は、場合によっては器具の障害の生じやすさおよび／またはアクセスの可能性に従って対応づけて、他のボックスにさらに分割することもできる。

ここで挙げたケーブル８は、異なる媒体、封入された圧縮空気、負圧、電流など、を案内する、複数のストランドを有することができる。

ケーブル（８）が機械的なガイド構造によって、したがってケーブルローラ（１５）によってだけでなく、はさみ状部材またはテレスコープによって、案内されることも、考えられる。

１ 水中発電設備
２ 機械ゴンドラ
３ ウォータータービン
４ 支持構造
４．１ 杭の下方の端部
５ 海底
６ 電気的なジェネレータ
７ 伝達装置
８ ケーブル
９ トランスフォーマ
１０ トランスフォーマの一次側
１１ トランスフォーマの二次側
１２ 収容部
１３ 支柱
１４．１ 障害の生じにくい器具を収容するためのボックス
１４．２ 障害の生じやすい器具を収容するためのボックス
１５ ケーブルローラ
１６ 基礎プレート
１７ 杭

Claims (5)

1. １．１ ウォータータービン（３）およびそれと駆動接続されたジェネレータ（６）を備えた、ゴンドラ（２）を備え；
   １．２ 前記ゴンドラ（２）を支持し、かつ海底内あるいは海底上に基礎を有する、支持構造（４）を備え；
   １．３ 駆動、制御、データの検出および他の機能のために用いられ、かつ気密にカプセル化されている、幾つかの器具を有する、水中の水力発電設備において、
   １．４ 前記幾つかの器具の中で、障害の生じにくい器具が収容された、第１のボックス（１４．１）が設けられており；
   １．５ 前記幾つかの器具の中で、障害の生じやすい器具が収容された、第２のボックス（１４．２）が設けられており；
   １．６ 前記障害の生じにくい器具と前記障害の生じやすい器具の２つのグループが、電子／電気ケーブルのような、導体ストランド（８）によって互いに接続されており、
   １．７ 前記導体ストランド（８）の長さが、少なくとも水面と取り付けられた状態における前記第２のボックス（１４．２）の位置との間で測定した水深と同じ長さである、
   ことを特徴とする水中の水力発電設備。
2. ストランドを巻き上げる装置（１５）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水中の水力発電設備。
3. 前記ストランドを巻き上げる装置（１５）が、垂直または水平の回転軸を備えたケーブルローラであることを特徴とする請求項２に記載の水中の水力発電設備。
4. 前記ストランドを巻き上げる装置（１５）が、前記ゴンドラ（２）に、あるいは前記ゴンドラ（２）の中に、あるいは前記支持構造（４）に、あるいは前記支持構造（４）の中に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の水中の水力発電設備。
5. 前記第１のボックス（１４．１）及び前記第２のボックス（１４．２）が、前記支持構造（４）に、あるいは前記支持構造（４）の中に、あるいは前記ゴンドラ（２）に、あるいは前記ゴンドラ（２）の中に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水中の水力発電設備。

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