JP6794810B2 - 水中浮遊式の発電装置の曳航システムおよび水中浮遊式の発電装置の曳航方法 - Google Patents

Description

本発明は、水中浮遊式の発電装置の曳航システムおよび水中浮遊式の発電装置の曳航方法に関する。

特許文献１には、発電装置のシステムが開示されている。このシステムは、発電装置とアンカーとが曳航索によって連結される。発電装置は、海流等の水流に晒されて電源装置が備えるブレードが回転し、発電を行う。特許文献２〜４には、特許文献１に開示されたような水中に配置される装置の試験方法が開示されている。これらの方法にあっては、当該装置を水中に配置して船舶により牽引することにより、当該装置が実際に設置された際に晒される水流の環境を模擬する。

特表２０１４−５３４３７５号公報 特開平１１−０４４６０８号公報 特開２０１６−５５６７９号公報 特表２０１４−５０５１９８号公報

水中に設置される大型の装置は、その据え付けやメンテナンスに大きな手間を要する。従って、これらの装置は水中に設置される前に種々の試験を行い、所望の性能を発揮し得ることを確認することがある（特許文献２〜４参照）。このような試験において、信頼できる結果を得るためには、試験環境を実際に運用される環境に近づけることが望まれる。

そこで、本発明は、信頼できる結果を得ることが可能な水中浮遊式の発電装置の曳航システムおよび水中浮遊式の発電装置の曳航方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態は、水中浮遊式の発電装置の曳航システムであって、水中に配置される発電装置と、発電装置に一端が連結された曳航索と、曳航索の他端が連結される第１連結部を有し、発電装置よりも水底側に配置される支持体と、支持体に一端が連結された吊下索と、吊下索の他端に連結される第２連結部を有し、水上に浮かぶように配置される台船と、台船に一端が連結された牽引索と、牽引索の他端が連結され、台船を牽引する曳船と、を備え、吊下索の支持体から台船までの長さは、発電装置を運用する構成において支持体が配置される深さに対応する。

このシステムでは、曳船を動作させることにより、牽引索、台船、吊下索、支持体および曳航索を介して、発電装置を牽引することができる。曳船の移動速度は、所望の速度に設定し得るので、発電装置が運用される水流の環境を所望の状態に設定することが可能になる。さらに、吊下索の長さは、発電装置を運用する構成において支持体が配置される深さに対応するので、深さ方向における発電装置が運用される環境を模擬することができる。従って、発電装置を運用時の環境に近づけることが可能になるので、このシステムによれば、信頼できる結果を得ることができる。

発電装置の曳航システムは、曳船によって台船が曳航され、台船の移動に伴って支持体が移動するときに、支持体の姿勢を維持する姿勢維持部をさらに備えてもよい。運用時において支持体は水底に配置されるので、安定した姿勢を保つ。この構成によれば、支持体の姿勢が維持される。従って、発電装置を運用時の環境にさらに近づけることが可能になるので、このシステムによれば、さらに信頼できる結果を得ることができる。

姿勢維持部は、一端が台船の第３連結部に連結され、他端が支持体の第４連結部に連結された補助索を有してもよい。この構成によれば、支持体の姿勢を好適に維持することができる。

第３連結部は、第１連結部よりも曳船の牽引方向における前側に配置され、第４連結部は、第２連結部よりも牽引方向における前側に配置されてもよい。この構成によれば、支持体の姿勢をさらに好適に維持することができる。

本発明の別の形態は、水中浮遊式の発電装置の曳航方法であって、水中に配置される発電装置と、発電装置よりも水底側に配置される支持体とを曳航索を用いて連結し、支持体と水上に浮かぶように配置される台船とを吊下索を用いて連結すると共に、台船と曳船とを牽引索を用いて連結する工程と、発電装置を運用する構成において支持体が配置される深さに対応するように、吊下索の支持体から台船までの長さを設定することにより、発電装置および支持体を水中に吊り下ろす工程と、吊り下ろす工程の後に、曳船を動作させて、台船、吊下索、支持体および曳航索を介して発電装置を牽引して、発電装置を動作させながら、発電装置に関する所望のデータを得る工程と、を有する。

このシステムでは、曳船を動作させることにより、牽引索、台船、吊下索、支持体および曳航索を介して、発電装置を牽引することができる。曳船の移動速度は、所望の速度に設定し得るので、発電装置が運用される水流の環境を所望の状態に設定することが可能になる。さらに、吊下索の長さは、発電装置を運用する構成において支持体が配置される深さに対応するので、深さ方向における発電装置が運用される環境を模擬することができる。従って、発電装置を運用時の環境に近づけることが可能になるので、この方法によれば、信頼できる結果を得ることができる。

本発明によれば、信頼できる結果を得ることが可能な水中浮遊式の発電装置の曳航システムおよび水中浮遊式の発電装置の曳航方法が提供される。

図１は、本実施形態に係る水中浮遊式の発電装置の曳航システムを示す斜視図である。 図２は、アンカーを平面視した図である。 図３の（ａ）部及び（ｂ）部は、本実施形態に係る水中浮遊式の発電装置の曳航方法の主要な工程を示す図である。 図４は、本実施形態に係る水中浮遊式の発電装置の曳航方法の主要な工程を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

＜曳航システム＞
図１を参照して、本実施形態の曳航システム１について説明する。図１に示されるように、曳航システム１は、水中浮遊式の発電装置を水中において曳航することにより、発電装置に関する種々の試験を行う。曳航システム１は、発電部２と、発電部２を曳航する曳航部３とを有する。発電部２は、水面ＷＳと水底ＷＢの間に配置される発電装置４と、アンカー６（支持体）と、発電装置４とアンカー６（支持体）とを連結する曳航索７と、を有する。曳航部３は、台船８と、曳船９と、アンカー６と台船８とを連結する吊下索１１と、アンカー６の姿勢を維持する保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂ（補助索）と、台船８と曳船９とを連結する牽引索１３と、を有する。なお、牽引索１３は２本でなくてもよく、索以外の剛性部材等でもよい。

発電装置４は、例えば海水中に設置されて浮遊し、海流を利用して発電を行う。発電装置４は、左右に離間して配置された一対のポッドである第１ポッド１４Ａおよび第２ポッド１４Ｂと、第１ポッド１４Ａおよび第２ポッド１４Ｂを連結するクロスビーム１６とを有する。第１ポッド１４Ａの後部には、発電用タービン１７Ａが設けられる。発電用タービン１７Ａには、第１ブレード１８Ａが取り付けられる。第２ポッド１４Ｂの後部には、発電用タービン１７Ｂが設けられる。発電用タービン１７Ｂには、第２ブレード１８Ｂが取り付けられる。以下の説明では、発電用タービン１７Ａ，１７Ｂを、それぞれ、第１タービン１７Ａおよび第２タービン１７Ｂという。

第１ポッド１４Ａは、第１タービン１７Ａを回転可能に支持しつつ、第１タービン１７Ａに適正な浮力を付与する。第２ポッド１４Ｂは、第２タービン１７Ｂを回転可能に支持しつつ、第２タービン１７Ｂに適正な浮力を付与する。第１ポッド１４Ａおよび第２ポッド１４Ｂは、円筒状をなしており、例えば、同じ大きさおよび構造を有する。

第１ポッド１４Ａおよび第２ポッド１４Ｂの間には、これらを連結する構造体であるクロスビーム１６が延在する（すなわち横断するように延びる）。クロスビーム１６は、前後方向に所定の長さを有し、所定の厚みを有する。クロスビーム１６は、浮遊する発電装置４の姿勢を安定させるべく、例えば翼形状をなす。クロスビーム１６の左右の両端は、例えば、第１ポッド１４Ａおよび第２ポッド１４Ｂの胴部の略中央にそれぞれ固定される。なお、クロスビーム１６が固定される位置は、上記の位置に限られない。クロスビーム１６は、ポッドの上部または下部に固定されてもよいし、ポッドの前部または後部に固定されてもよい。クロスビーム１６は、その延在方向（すなわち横断方向）において等しい断面形状を有してもよく、延在方向において変化する断面形状を有してもよい。クロスビーム１６の中央に、ポッドと同様の円筒状の物体が設けられてもよい。

発電装置４に適用される第１タービン１７Ａおよび第２タービン１７Ｂは、いわゆるダウンウィンド型のタービンである。第１ポッド１４Ａおよび第２ポッド１４Ｂは、海流の向きに対向した姿勢で浮遊する。この浮遊状態において、第１タービン１７Ａおよび第２タービン１７Ｂの回転軸線は、略水平に維持される。なお、第１タービン１７Ａおよび第２タービン１７Ｂは、アップウィンド型のタービンであってもよい。

曳航索７は、一端が発電装置４に連結され、他端がアンカー６に連結される。曳航索７は、アンカー６に対して発電装置４を機械的に連結するものである。さらに、曳航索７は、発電装置４において発生した電力を送電するものでもある。その上、曳航索７は、発電装置４を制御するための信号を送る信号ラインでもある。

曳航索７は、一対の第１索部１９Ａ，１９Ｂと、連結具２１と、第２索部２２とを有する。一対の第１索部１９Ａ，１９Ｂは、例えばワイヤやチェーンであり、それぞれの一端が発電装置４のクロスビーム１６に連結される。クロスビーム１６における第１索部１９Ａ，１９Ｂが連結された位置は、第１ポッド１４Ａから第２ポッド１４Ｂへ向かう方向に離間する。一対の第１索部１９Ａ，１９Ｂの他端は、連結具２１に連結される。従って、一対の第１索部１９Ａ，１９Ｂは、Ｖ字状を呈する。第２索部２２は、例えばワイヤやチェーンであり、一端が連結具２１に連結され、他端がアンカー６に連結される。従って、曳航索７は、全体としてＹ字状を呈する。なお、ワイヤやチェーンの材質に限定は無く、繊維により構成される繊維索のもあり得る。

曳航索７は、第１索部１９Ａ，１９Ｂおよび第２索部２２に沿うように設けられたケーブル２３を有する。ケーブル２３は、発電装置４において発生された電力を送電すると共に、発電装置４を制御する信号を送信する。

支持体としてのアンカー６は、運用状態にあっては水底ＷＢに配置される。アンカー６は、水中における発電装置４の位置を維持するものであり、発電装置４に作用する力に対して対抗し得る力を発生させる。従って、アンカー６は、運用状態にあっては、水底ＷＢに固定されることがある。また、支持体としては、アンカー６に代えて、シンカーを用いてもよい。シンカーは、アンカー６のように水底ＷＢに固定されず、シンカーと水底ＷＢとの摩擦力により、発電装置４に作用する力に対して対抗する。従って、シンカーは、所望の摩擦力を発生し得る質量と、底面の形状とを有する。

吊下索１１は、例えばワイヤやチェーンであり、アンカー６を所望の水深に配置する。吊下索１１は、一端がアンカー６に連結され、他端が台船８に連結される。また、アンカー６と台船８との間には、発電装置４に対して制御信号を送信し、また、発電装置４から各種データを受け取るためのメッセンジャーケーブル１５が設けられている。メッセンジャーケーブル１５は、アンカー６に設けられた接続部２９と、台船８に設けられた接続部３１とに接続されている。

台船８は、アンカー６に対して浮力を提供する。台船８は、吊下索１１の他端が連結されたウインチ２５（第２連結部）を有する。ウインチ２５を用いて吊下索１１を巻き上げる、或いは、巻き出すことにより、水深方向におけるアンカー６の位置を制御する。ここで、ウインチ２５から繰り出される吊下索１１の長さは、アンカー６が実際に設置される水深に対応する。すなわち、アンカー６が位置する深さと、アンカー６が実際に設置される水深とが同じになるように、吊下索１１の長さが設定される。例えば、吊下索１１の延びる方向が水深方向と一致する場合には、吊下索１１の長さはアンカー６が配置されるべき水深と一致する。また、吊下索１１が海流の影響などにより撓みを有する場合には、吊下索１１の長さはアンカー６が配置されるべき水深よりも長くなる。

曳船９は、台船８を牽引する。曳船９は、一対のワイヤ又はチェーンである牽引索１３によって、台船８と連結される。

アンカー６と台船８との間には、吊下索１１に加えて、さらに保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂが設けられる。すなわち、保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂは、一端がアンカー６に連結され、他端が台船８に連結される。保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂはアンカー６の姿勢を所望の状態に維持する。なお、保持ワイヤは、チェーン又は繊維索等の索でもよい。

ここで、発電装置４、アンカー６および台船８の連結構成について詳細に説明する。既に、発電装置４とアンカー６とは曳航索７により連結され、アンカー６と台船８とは吊下索１１と保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂとにより連結されることを述べた。アンカー６は、これら曳航索７、吊下索１１および保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂが連結される連結部を有する。具体的には、アンカー６は、曳航索７が連結される曳航索連結部２４（第１連結部）と、吊下索１１が連結される吊下索連結部２６と、保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂが連結される第１補助索連結部２７Ａ，２７Ｂ（第４連結部）と、を有する。これらの連結部は、例えばアイボルトとすることができ、シャックル等を用いて、各索の端部と着脱可能に連結される。

図２に示されるように、曳航索連結部２４は、アンカー６の上面６ａに配置される。さらには、曳航索連結部２４は、アンカー６の牽引方向Ａ１に沿って最も後ろ側に配置される。例えば、曳航索連結部２４は、牽引方向Ａ１と交差するアンカー６の幅方向Ａ２における中央に配置されてもよい。

吊下索連結部２６は、曳航索連結部２４と同様にアンカー６の上面６ａに配置される。さらには、吊下索連結部２６は、牽引方向Ａ１に沿って曳航索連結部２４よりも前方に配置される。例えば、吊下索連結部２６は、牽引方向Ａ１と交差する幅方向Ａ２における中央に配置されてもよい。すなわち、曳航索連結部２４および吊下索連結部２６は、牽引方向Ａ１に沿った同一の仮想線Ｓ上に設けられてもよい。

第１補助索連結部２７Ａ，２７Ｂは、曳航索連結部２４および吊下索連結部２６と同様にアンカー６の上面６ａに配置される。さらには、第１補助索連結部２７Ａ，２７Ｂは、牽引方向Ａ１に沿って曳航索連結部２４および吊下索連結部２６よりも前方に配置される。例えば、第１補助索連結部２７Ａ，２７Ｂは、牽引方向Ａ１と交差する幅方向Ａ２における中心線を挟んで線対称に配置されてもよい。すなわち、第１補助索連結部２７Ａ，２７Ｂは、曳航索連結部２４および吊下索連結部２６が設けられた仮想線Ｓを挟んで配置され、当該仮想線Ｓに対して線対称に設けられてもよい。なお、線対称であれば、何本でもよく、中心部からの１本で配置していてもよい。

台船８は、吊下索１１の他端が連結されるウインチ２５と、保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂの他端が連結される第１補助索連結部２７Ａ，２７Ｂとを有する。

ウインチ２５は、台船８の上面に配置される、さらには、ウインチ２５は、台船８の牽引方向Ａ１に沿って最も後ろ側に配置される。例えば、ウインチ２５は、牽引方向Ａ１と交差する台船８の幅方向Ａ２における中央に配置されてもよい。

第２補助索連結部２８Ａ，２８Ｂ（第３連結部）は、ウインチ２５と同様に台船８の上面６ａに配置される。さらには、第２補助索連結部２８Ａ，２８Ｂは、牽引方向Ａ１に沿ってウインチ２５よりも前方に配置される。例えば、第２補助索連結部２８Ａ，２８Ｂは、牽引方向Ａ１と交差する台船８の幅方向Ａ２における中心線を挟んで線対称に配置されてもよい。

この曳航システム１では、曳船９を動作させることにより、牽引索１３、台船８、吊下索１１、アンカー６および曳航索７を介して、発電装置４を牽引することができる。曳船９の移動速度は、所望の速度に設定し得るので、発電装置４が運用される水流の環境を所望の状態に設定することが可能になる。さらに、吊下索１１の長さは、発電装置４を運用する構成においてアンカー６が配置される深さに対応するので、深さ方向における発電装置４が運用される環境を模擬することができる。従って、発電装置４を運用時の環境に近づけることが可能になるので、この曳航システム１によれば、信頼できる試験結果を得ることができる。

この曳航システム１は、台船８の移動に伴ってアンカー６が移動するときに、アンカー６の姿勢を維持する姿勢維持部である一対の保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂをさらに備える。この保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂによれば、アンカー６を移動させた際に、アンカー６の姿勢を所望の姿勢に維持することができる。従って、発電装置４を運用時の環境にさらに近づけることが可能になるので、この方法によれば、さらに信頼できる試験結果を得ることができる。

＜曳航方法＞
次に、曳航方法について説明する。この曳航方法は、例えば発電装置４の動作確認や所望の試験データを得るために、発電装置４を曳航して、発電装置４を運用する際の水流環境を模擬するものである。

図３の（ａ）部に示されるように、台船８と曳船９とを牽引索１３により連結する。この台船８上には、発電装置４とアンカー６とが搭載される。曳船９は、試験を行う水域まで、台船８を牽引する。試験水域へ向かう間、或いは、試験水域に到着した後に、連結作業を行う。具体的には、発電装置４とアンカー６とを曳航索７を用いて連結する。また、アンカー６と台船８とを吊下索１１を用いて連結する。さらに、アンカー６と台船８とを保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂを用いて連結する。なお、アンカー６を介して発電装置４に制御信号を送るためのメッセンジャーケーブル１５も接続する。

続いて、図３の（ｂ）部に示されるように、発電装置４とアンカー６とを水中に沈める。具体的には、まず、自ら浮上および沈降する機能を有する発電装置４を水面上に吊り下ろす。次に、クレーン（不図示）等を用いてアンカー６を吊り下ろす。アンカー６は、自重によって沈降するため、ウインチ２５を用いて吊下索１１を繰り出しながら、所望の深さまで吊り下ろす。この所望の深さは、アンカー６が実際に設置される深さに対応する。従って、試験水域の深さは、アンカー６が実際に設置される深さよりも深い水深を有する。アンカー６を所望の深さまで吊り下ろした後に、発電装置４に制御信号を送信し、発電装置４を所望の深さまで沈降させる。

続いて、図４に示されるように、曳船９によって台船８を牽引する。そうすると、台船８から延びる吊下索１１によってアンカー６も移動を開始する。つまり、吊下索１１は、アンカー６を所望の深さに設置すると共にアンカー６を牽引する。アンカー６の移動に伴って、発電装置４も移動を開始する。この発電装置４の移動によって、発電装置４の第１ブレード１８Ａ及び第２ブレード１８Ｂが回転し発電を開始する。水底ＷＢを基準とした発電装置４の移動速度や水流の速度等を考慮して、模擬すべき発電装置４の水流環境が実現される。発電装置４の移動速度は、すなわち曳船９の移動速度に対応する。そして、この状態において、発電装置４の動作確認や、所望の試験データを取得する。

ところで、アンカー６は、吊下索１１によって吊下げられるだけであり、実際の運用時のように水底ＷＢに固定されていない。そして、アンカー６は、台船８の移動に伴って水平方向に移動する。そうすると、アンカー６は、その姿勢が不安定になり得る。そこで、曳航システム１は、アンカー６の姿勢を維持するための姿勢維持部として一対の保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂを備える。保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂによれば、アンカー６のロール、ピッチ、ヨーのいずれも安定化させることが可能であり、移動中におけるアンカー６の姿勢を好適に維持することができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、保持ワイヤ１２Ａ，１２Ｂは、各一端がアンカー６に連結され、他端が台船８に連結されているが、アンカーや台船の幅方向の中央部で連結されてもよく、その場合一本でもよい。

発電装置４は、海水中に設置される場合に限定されることはない。例えば、発電装置４は、淡水中に配置されてもよい。

発電装置４は、一対の発電用タービンを備える構成に限定されることはない。例えば、発電装置４は、一基のポッドと発電用タービンとを備える構成であってもよい。

１ 曳航システム
２ 発電部
３ 曳航部
４ 発電装置
６ アンカー
７ 曳航索
８ 台船
９ 曳船
１１ 吊下索
１２Ａ，１２Ｂ 保持ワイヤ（補助索）
１３ 牽引索
１４Ａ 第１ポッド
１４Ｂ 第２ポッド
１６ クロスビーム
１７Ａ，１７Ｂ 発電用タービン
１８Ａ 第１ブレード
１８Ｂ 第２ブレード
２３ ケーブル
２５ ウインチ
２４ 曳航索連結部
２６ 吊下索連結部
２７Ａ，２７Ｂ 第１補助索連結部
Ａ１ 牽引方向
２８Ａ，２８Ｂ 第２補助索連結部
ＷＳ 水面
ＷＢ 水底

Claims (5)

1. 水中浮遊式の発電装置の曳航システムであって、
   水中に配置される前記発電装置と、
   前記発電装置に一端が連結された曳航索と、
   前記曳航索の他端が連結される第１連結部を有し、前記発電装置よりも水底側に配置される支持体と、
   前記支持体に一端が連結された吊下索と、
   前記吊下索の他端に連結される第２連結部を有し、水上に浮かぶように配置される台船と、
   前記台船に一端が連結された牽引索と、
   前記牽引索の他端が連結され、前記台船を牽引する曳船と、を備え、
   前記台船から前記支持体までの前記吊下索の長さは、前記発電装置を運用する構成において前記支持体が配置される深さに対応する、水中浮遊式の発電装置の曳航システム。
2. 前記曳船によって前記台船が曳航され、前記台船の移動に伴って前記支持体が移動するときに、前記支持体の姿勢を維持する姿勢維持部をさらに備える請求項１に記載の水中浮遊式の発電装置の曳航システム。
3. 前記姿勢維持部は、一端が前記台船の第３連結部に連結され、他端が前記支持体の第４連結部に連結された補助索を有する、請求項２に記載の水中浮遊式の発電装置の曳航システム。
4. 前記第３連結部は、前記第２連結部よりも前記曳船の牽引方向における前側に配置され、
   前記第４連結部は、前記第１連結部よりも前記牽引方向における前側に配置される、請求項３に記載の水中浮遊式の発電装置の曳航システム。
5. 水中浮遊式の発電装置の曳航方法であって、
   水中に配置される前記発電装置と前記発電装置よりも水底側に配置される支持体とを曳航索を用いて連結し、前記支持体と水上に浮かぶように配置される台船とを吊下索を用いて連結すると共に、前記台船と曳船とを牽引索を用いて連結する工程と、
   前記発電装置を運用する構成において前記支持体が配置される深さに対応するように、前記支持体から前記台船までの前記吊下索の長さを設定することにより、前記支持体を水中に吊り下ろす工程と、
   前記吊り下ろす工程の後に、前記曳船を動作させて、前記台船、前記吊下索、前記支持体および前記曳航索を介して前記発電装置を牽引して、前記発電装置を動作させながら、前記発電装置に関する所望のデータを得る工程と、を有する水中浮遊式の発電装置の曳航方法。

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