JP6922721B2 - 水流発電装置及び水流発電装置の浮体の浮上方法 - Google Patents

Description

本開示は、水流発電装置及び水流発電装置の浮体の浮上方法に関する。

海中に配置された耐圧容器（浮体）内に発電機を備える発電装置がある。特許文献１の発電装置では、発電機のロータに接続されたシャフトに、複数のタービンブレードが設けられている。タービンブレードは水流を受けて回転し、この回転駆動力によって発電機のロータを回転させて、発電機が発電する。

特表２０１４−５３４３７５号公報

特許文献１の発電装置において、水中の浮体が急浮上すると、上方で航行する船舶に影響を及ぼすおそれがある。本開示は、浮体が浮上するタイミングを制御することが可能な水流発電装置及び水流発電装置の浮体の浮上方法を提供する。

本開示の一態様に係る水流発電装置は、係留索に接続されて水中で浮遊可能な浮体と、浮体に設けられた発電用タービンと、浮体に搭載され発電用タービンの回転駆動力によって発電する発電機と、浮体の姿勢を調整する姿勢調整装置と、姿勢調整装置を制御して、通常運転時に水流に対して浮体の前部を浮体の後部より下方に配置した下向き姿勢に制御する制御部と、浮体を浮上させる際に、浮体の姿勢を変更するか否かを判定する判定部と、を備える。

この水流発電装置では、通常運転時において浮体が下向き姿勢となるように制御するので、水流を受けた浮体に対して下向きの力が作用する。そのため、発電用タービンの回転が停止して、スラスト力による下向きの力が減少しても、水流を受けた浮体に対して下向きの力が作用しているので、浮体が急浮上することが抑制される。また、判定部によって浮体の姿勢を変更するか否かを判定した後に、浮体の姿勢を変更して、浮体に作用する下向きの力を調整することができるので、浮体が浮上するタイミングを制御することができる。

いくつかの態様において、水流発電装置は、電力を蓄電する蓄電部を備え、蓄電部に蓄電されている電力を、非常時において姿勢調整装置に供給して浮体の姿勢を調整してもよい。これにより、非常時において発電用タービンの回転が停止して発電が停止し、かつ、電力系統による電力供給が停止した場合に、蓄電部から姿勢調整装置に電力を供給して、浮体の姿勢を調整して、水流を受けて浮体に作用する力を調整することができる。そのため、通常の電源を喪失した場合であっても、浮体が浮上するタイミングを制御することができる。

いくつかの態様において、水流発電装置は、発電機または電力系統に接続されたコンバータと、コンバータ及び姿勢調整装置に接続されたインバータと、を備え、蓄電部は、コンバータ及びインバータに接続されていてもよい。これにより、コンバータを介して蓄電部に電力を蓄電すると共に、蓄電された電力を、インバータを介して姿勢調整装置に供給することができる。

いくつかの態様において、姿勢調整装置は、浮体の前部に配置され液体を貯留可能な第１貯留部と、浮体の後部に配置され液体を貯留可能な第２貯留部と、第１貯留部と第２貯留部とに接続されて液体が流通可能な配管と、配管に接続されて液体を移送可能なポンプと、含んでもよい。これにより、第１貯留部に貯留される液体を増加させて、浮体を下向き姿勢とすることができる。また、第２貯留部に貯留される液体を増加させて、浮体を上向き姿勢とすることができる。

本開示の一態様に係る水流発電装置の浮体の浮上方法は、通常運転時に発電用タービンを回転させて浮体を第１深度で浮遊させると共に、水流に対して浮体の前部を浮体の後部より下方に配置した下向き姿勢に制御する第１浮遊工程と、発電用タービンの回転数が低下した際に、第１深度よりも上方の第２深度で、浮体を浮遊させる第２浮遊工程と、第２深度から浮体を浮上させる際に、水流に対して浮体の前部を浮体の後部より上方に配置した上向き姿勢に、浮体の姿勢を変更するか否かを判定する判定工程と、判定工程で、浮体の姿勢を変更すると判定した後に、浮体の姿勢を上向き姿勢に変更して、浮体を浮上させる浮上工程と、を含む。

この水流発電装置の浮体の浮上方法では、通常運転時において浮体を下向き姿勢として制御するので、水流を受けた浮体に対して下向きの力を作用させることができる。そのため、発電用タービンの回転数が減少して、スラスト力による下向きの力が減少しても、水流を受けた浮体に対して下向きの力を作用させて、浮体が急浮上することを抑制することができる。また、判定工程において浮体の姿勢を変更するか否かを判定した後に、浮体を上向き姿勢に変更して、浮体に作用する下向きの力を減少させて、浮体を浮上させることができる。その結果、浮体が浮上するタイミングを制御し、浮体を浮上させることができる。

本開示によれば、浮体が浮上するタイミングを制御することができる。

一実施形態の水中浮遊式発電装置を示す概略構成図である。 図１に示す水中浮遊式発電装置の斜視図である。 図２に示す水中浮遊式発電装置の発電用ポッドを示す側面図である。 図２に示す水中浮遊式発電装置の平面図である。 図５（ａ）は、発電用ポッドの下向き姿勢を示す側面図である。図５（ｂ）は、発電用ポッドの上向き姿勢を示す側面図である。 水中浮遊式発電装置に搭載された制御ユニットを示すブロック構成図である。 発電用ポッドの姿勢制御の手順を示すフローチャートである。 姿勢調整装置の電源部を示すブロック構成図である。

以下、本開示の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

以下の説明において、「上流」または「下流」との語は、水の流れ（海流ＦＷ）を基準として用いられる。また、「前」との語は、水の流れの上流側を意味し、「後」との語は、水の流れの下流側を意味する。たとえば、ダウンウィンド型のタービンが用いられる場合には、発電用ポッド２の後部側にブレード（翼）１４が配置される。

図１に示されるように、水中浮遊式発電装置（水流発電装置）１は、たとえば海水中に設置されて浮遊し、海流ＦＷを利用して発電を行う。以下、水中浮遊式発電装置１を「発電装置１」と記す。発電装置１は、図２に示されるように、例えば左右に離間して配置された一対の発電用ポッド２と、一対の発電用ポッド２間に配置された中央ポッド３と、一対の発電用ポッド２及び中央ポッド３を連結する連結部であるクロスビーム４と、を備える。発電用ポッド２の後部２ｂには、発電用タービン５が設けられている。以下、発電用タービン５を「タービン」５と記す。発電用ポッド２は、例えば円筒状を成し、タービン５を回転可能に支持している。タービン５として、いわゆるダウンウィンド型のタービンが採用されている。なお、タービン５は、アップウィンド型のタービンであってもよい。発電用ポッド２には、タービン５の回転駆動力によって発電する発電機９（図３参照）が搭載されている。

図１に示すように発電装置１は、海底Ｂに設置されたシンカー６に対して、係留索７を介して接続されている。なお、シンカー６に代えて、海底Ｂに固定されたアンカーに、係留索７を接続してもよい。係留索７の上端（一端）は、発電用ポッド２に接続され、係留索７の下端（他端）は、シンカー６に接続されている。例えば、一対の発電用ポッド２に対して、それぞれ１本ずつ（合計２本）の係留索７が接続されている。なお、係留索７の上端は、クロスビーム４に接続されていてもよい。また、発電用ポッド２、中央ポッド３及びクロスビーム４に対しては、例えば長さを調整することで、発電用ポッド２、中央ポッド３及びクロスビーム４の深度を変えることが可能な深度調整用のロープ等は接続されていない。

また、発電装置１には送電ケーブル８が接続されている。送電ケーブル８は、係留索７に沿って配置されている。送電ケーブル８の上端は、発電用ポッド２に搭載されている発電機９に接続され、送電ケーブル８の下端は、シンカー６に設けられた中継器（または変圧器等）に接続されている。シンカー６の中継器には、海底に敷設されて地上まで延びる海底送電ケーブル１０に接続されている。この海底送電ケーブル１０は、地上の電力系統（外部電源等）に接続されている。

また、発電装置１には通信ケーブル１１が接続されている。通信ケーブル１１は、例えば発電用ポッド２に搭載されている制御ユニット１２等の電子機器に接続されている。通信ケーブル１１は、例えば送電ケーブル８又は海底送電ケーブル１０と共に配置されている。通信ケーブル１１は、例えば地上に配置されたオペレーションセンターの制御部等に接続されている。

また、発電装置１では、地上の電力系統から送電された電力を発電機９に供給して、発電機９を電動モータとして利用することができる。発電装置１では、発電機９を電動モータとして駆動して、発電用タービン５を回転させることができる。

なお、各ケーブルが設けられる形態は上記形態に限られない。例えば、発電機９で発電された電力を送電する送電ケーブルと、電動モータを駆動するための電力を送電する送電ケーブルとを別々に備える構成でもよい。中継器は、発電機９外の海底に設定されてもよい。

図３に示されるように、タービン５は、ハブ１３と、ハブ１３に設けられた複数枚（例えば２枚）のブレード１４と、を含んでいる。ハブ１３は、発電用ポッド２の後端部に配置されている。ダウンウィンド型のタービンを採用した発電装置１においては、海流ＦＷの向きを基準として、発電用ポッド２の下流側にブレード１４が配置されている。

ハブ１３は、回転軸１５に接続されて軸回りに回転可能となっている。ハブ１３及びブレード１４は一体として回転する。ブレード１４の回転は、回転軸１５を介して発電機９に伝達される。回転軸１５は、たとえば発電用ポッド２の中心軸線に沿って設けられている。また、発電機９を電動モータとして駆動した場合には、回転軸１５が回転することにより、ハブ１３及びブレード１４が回転する。

発電装置１において、ブレード１４のピッチ角度は可変になっている。発電装置１は、ブレード１４のピッチ角度を調整可能なブレードピッチ角度調整装置１６を備える。ブレードピッチ角度調整装置１６は、例えば油圧式の駆動装置１７と、ブレード軸１８とを備える。より詳細には、各ブレード１４の基端部には、ブレード軸１８が設けられている。このブレード軸１８に、駆動装置１７が連結されている。駆動装置１７は、たとえばハブ１３内に搭載される。駆動装置１７は、たとえば、歯車機構を含んでいる。駆動装置１７としては、公知の機構を用いることができる。駆動装置１７は、後述する制御ユニット１２によって制御されて、ブレード軸１８を回転させて、ブレード１４のピッチ角度を任意の角度に調整可能である。ブレード軸１８の駆動法は、油圧でなくとも良く、電動モータ等を用いる電動式の駆動方法でもよい。

図４に示されるように、発電装置１は、重力調整装置２０を備える。重力調整装置２０は、例えば中央ポッド３に搭載されている。重力調整装置２０は、中央ポッド３の外部との間でたとえば海水を注排水して発電装置１全体の重量を変化させる。重力調整装置２０は、中央ポッド３内に設けられた重力調整用タンク２１と、重力調整用タンク２１と中央ポッド３の外部とを接続する注排水管２２と、注排水管２２に設けられたポンプ２３とを含む。重力調整用タンク２１は、所定の容量を有する貯水タンクである。ポンプ２３は、重力調整用タンク２１に水（たとえば、海水）を注排水する。ポンプ２３は、例えば発電機９で発電された電力によって駆動される。ポンプ２３は、例えば送電ケーブル８を用いて供給された電力によって駆動されるものでもよい。

また、クロスビーム４は、中空部を含む板状を成し、平面視において矩形状を成している。クロスビーム４は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、発電用ポッド２の軸線方向に沿う天面４ａ及び底面４ｂを有し、この天面４ａ及び底面４ｂ間に中空部が形成されている。例えば、発電用ポッド２が傾斜した場合には、クロスビーム４は、発電用ポッド２と一体として傾斜する。このときクロスビーム４が傾斜した状態において、クロスビーム４の天面４ａ又は底面４ｂは海流ＦＷを受け、クロスビーム４に対して、下向きの力Ｆ１又は上向きの力Ｆ２が生じる。また、クロスビーム４の形状は、その他の形状でもよい。例えば、複数の円筒体を成す部材を組み合わせて、クロスビームを構成することができる。

ここで、発電装置１は、図４に示されるように、浮体の姿勢を調整する姿勢調整装置２５備える。浮体は、一対の発電用ポッド２、中央ポッド３及びクロスビーム４を含む。姿勢調整装置２５は、浮体の重心を変えることで、浮体の姿勢（ピッチ角度）を変化させる。浮体のピッチ角度θ１，θ２は、図５に示されるように、水平方向に延在する基準線Ｌ１に対する発電用ポッド２の軸線Ｌ２の角度とする。軸線Ｌ２は、発電用ポッド２の回転軸１５が延在する方向に沿う仮想の直線である。また、図２に示されるように、中央ポッド３の長手方向に延在する仮想の直線を軸線Ｌ３、一対の発電用ポッド２が離間する方向に延在する仮想の直線を軸線Ｌ４、上下方向に延在する仮想の直線を軸線Ｌ５とすると、ピッチ角度θ１，θ２は、軸線Ｌ４回りの回転角度である。軸線Ｌ３〜Ｌ５は、互いに直交している。

図４に示す姿勢調整装置２５は、一対の発電用ポッド２の前部２ａに配置された第１貯留タンク（第１貯留部）２６と、中央ポッド３の後部３ｂに配置された第２貯留タンク（第２貯留部）と、第１貯留タンク２６及び第２貯留タンク２７に接続された配管２８，２９と、配管２８，２９に接続されたポンプ３０，３１と、を含む。姿勢調整装置２５は、液体として油を移動させて、浮体の姿勢を調整する。

第１貯留タンク２６は、例えば一つの発電用ポッド２に対して一つ設けられている。姿勢調整装置２５は、例えば合計２つの第１貯留タンク２６を備える。第１貯留タンク２６は、所定の容量を有し、油を貯留可能な貯留タンクである。第１貯留タンク２６は、例えば発電用ポッド２の前端部に配置されている。なお、液体は、油に限定されず、海水でもよく、その他の液体でもよい。

第２貯留タンク２７は、例えば中央ポッド３に対して一つ設けられている。第２貯留タンク２７は、所定の容量を有し、油を貯留可能な貯留タンクである。第２貯留タンク２７は、中央ポッド３の後端部に配置されている。

配管（第１配管）２８は、例えば、第１貯留タンク２６から第２貯留タンク２７に油を移送する際に利用される配管である。配管２８は、第１貯留タンク２６から発電用ポッド２の内部、クロスビーム４の内部、及び中央ポッド３の内部を通り、第２貯留タンク２７に接続されている。配管２８に設けられたポンプ（第１ポンプ）３０は、例えば発電用ポッド２の内部で、第１貯留タンク２６の近傍に設けられている。ポンプ３０の電動モータは、制御ユニット１２によって制御される。電動モータは、例えば、発電機９によって発電された電力、または電力系統から供給される電力によって駆動される。

配管（第２配管）２９は、例えば、第２貯留タンク２７から第１貯留タンク２６に油を移送する際に利用される配管である。配管２９は、第２貯留タンク２７から中央ポッド３の内部、クロスビーム４の内部、及び発電用ポッド２の内部を通り、第１貯留タンク２６に接続されている。配管２９に設けられたポンプ（第２ポンプ）３１は、例えば中央ポッド３の内部で、第２貯留タンク２７の近傍に設けられている。ポンプ３１の電動モータは、制御ユニット１２によって制御される。電動モータは、例えば、発電機９によって発電された電力、または電力系統から供給される電力によって駆動される。

次に図６を参照して、発電装置１に搭載された浮上制御システム４０について説明する。浮上制御システム４０は、例えば水中で浮遊する発電装置１の発電用ポッド２を浮上させる際に、発電用ポッド２の浮上のタイミングを制御する。浮上制御システム４０は、制御ユニット１２及び姿勢調整装置２５を含む。制御ユニット１２は、例えば発電用ポッド２の内部に配置されている。制御ユニット１２は、中央ポッド３の内部に配置されていてもよい。制御ユニット１２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータである。制御ユニット１２は、発電装置１において浮上制御以外の制御も実行できる。

制御ユニット１２には、各種センサが電気的に接続されている。各種センサは、例えば深度センサ４１、姿勢検知センサ４２及び停電検知センサ４３を含む。深度センサ４１は、発電用ポッド２の深度を検出する。深度センサ４１としては、例えば、水圧を検知する圧力センサ等を用いることができる。深度センサ４１により検出される発電用ポッド２の深度の情報は、制御ユニット１２に出力される。姿勢検知センサ４２は、発電用ポッド２の姿勢を検出する。姿勢検知センサ４２としては、例えば、発電用ポッド２のピッチ角度を検出するジャイロセンサを用いることができる。姿勢検知センサ４２により検出される発電用ポッド２の姿勢（ピッチ角度）の情報は、制御ユニット１２に出力される。停電検知センサ４３は、発電装置１の停電状態を検出する。停電検知センサ４３としては、例えば、電圧センサを用いることができる。電圧センサは、発電装置１の電源部に接続されている。発電装置１の電源部は、発電機９及び電力系統に接続されている。停電検知センサ４３により検出される電圧の情報は、制御ユニット１２に出力される。

制御ユニット１２には、各種センサとしてその他のセンサが接続されていてもよい。その他のセンサとしては、例えば、発電用ポッド２の周囲の海水の流速を検出するセンサ、タービン５の回転数を計測する回転数センサ、係留索７の張力を検出するセンサ、発電装置１の上方の物体（例えば船舶）の有無を検出するセンサ（物体探知センサ）などが挙げられる。物体探知センサとしては、例えば物体から発生する音波を検出して、物体の存在を検出してもよく、その他の信号（検出波）を検出して、物体の位置等を検出してもよい。

また、姿勢調整装置２５は、制御ユニット１２に電気的に接続されて、制御ユニット１２から出力された指令信号に応じて作動可能である。例えばポンプ３０，３１の電動モータは、制御ユニット１２よって制御されて、油を移送する。

制御ユニット１２は、制御部４５、判定部４６及び記憶部４７を備える。制御部４５は、姿勢調整装置２５を制御して、発電用ポッド２の姿勢を制御する。制御部４５は、例えば通常運転時において発電用ポッド２を図５（ａ）に示す下向き姿勢（第１姿勢）に制御する。制御部４５は、例えば発電用ポッド２を図５（ｂ）に示す上向き姿勢（第２姿勢）に制御して、発電用ポッド２を浮上させる。図５（ａ）の下向き姿勢では、発電用ポッド２の前部２ａは、発電用ポッド２の後部２ｂよりも下方に配置されている。図５（ｂ）の上向き姿勢では、発電用ポッド２の前部２ａは、発電用ポッド２の後部よりも上方に配置されている。下向き姿勢における発電用ポッド２のピッチ角度θ１は、発電用ポッド２に作用する下向きの力Ｆ１を考慮して設定される。上向き姿勢における発電用ポッド２のピッチ角度θ２は、発電用ポッド２に作用する上向きの力Ｆ２を考慮して設定される。

判定部４６は、発電用ポッド２を浮上させる際に、発電用ポッド２の姿勢を変更するか否かを判定する。判定部４６は、例えば、非常時であるか否かを判定すると共に、判断基準の一つである浮上条件を満たしているか否かを判定し、非常時であり、且つ、浮上条件を満たしている場合に、発電用ポッド２の姿勢を変更すると判定する。浮上条件に関する情報は、記憶部４７に記憶されている。また、判定部４６は、非常時以外の場合において、発電用ポッド２を浮上させる際に、発電用ポッド２の姿勢を変更するか否かを判定してもよい。なお、「非常時」とは、発電装置１の通常の電源を喪失した場合、タービン５の回転が停止（低下）した場合、ケーブル等が損傷した場合、その他、不具合が生じた場合を含む。「非常時以外」とは、通常運転が可能な場合を含む。

制御ユニット１２には、非常停止ボタン４８が電気的に接続されている。非常停止ボタン４８は、地上側のオペレーションセンターに設けられている。非常停止ボタン４８は、通信ケーブル１１を介して、制御ユニット１２と電気的に接続されている。オペレーションセンターにいる作業員は、非常停止ボタン４８を押すことで、制御ユニット１２に指令信号を送信することができる。

判定部４６は、非常停止ボタン４８が押された場合に、非常時であると判定することができる。また、判定部４６は、停電検知センサ４３から出力された信号に基づいて、非常時であるいか否かを判定することができる。例えば、電圧が低い場合には、停電時であると判定し、非常時であると判定することができる。また、判定部４６は、深度センサ４１から出力された信号に基づいて、非常時であるか否かを判定することができる。例えば、深度の変化に基づいて、非常時であると判定してもよい。また、判定部４６は、タービン５の回転数に基づいて、非常時であるか否かを判定してもよい。また、判定部４６は、係留索７に作用する張力を検出して、非常時であるか否かを判定してもよい。通常運転時である場合には、スラスト力Ｆ３が作用しているので、タービン５が停止している場合と比較して、係留索７に作用する張力は高くなる。タービン５が停止している場合には、通常運転時と比較して、係留索７に作用する張力は低くなる。

また、判定部４６は、非常停止ボタン４８が押された場合に、非常時であり、且つ、浮上条件を満たしていると判定してもよい。地上側の作業員は、非常時であり、且つ、発電用ポッド２の上方に船舶等が存在していないと確認した場合に、非常停止ボタン４８を押すことができる。判定部４６は、各種センサから出力された信号に基づいて、浮上条件を満たしているか否かを判定することができる。例えば、発電用ポッド２の上方に船舶が存在していないと確認できた場合に、浮上条件を満たしていると判定することができる。例えば、水中の音波を検出することで、船舶の有無を確認することができる。また、その他の探知機を用いて、船舶の有無を確認してもよい。また、制御ユニット１２は、浮上条件を満たしている場合において、発電用ポッド２のピッチ角度θ１，θ２を調整して、発電用ポッド２の深度を維持するよう制御し、発電用ポッド２を浮遊させることもできる。

次に、図７に示すフローチャートを参照して、発電装置１における姿勢制御（水流発電装置の浮体の浮上方法、非常時の対処方法）について説明する。まず、発電装置１を目標の深度まで沈める。海流ＦＷを受けて、タービン５を回転させて、発電機９によって発電する（ステップＳ１）。発電された電力は、送電ケーブル８及び海底送電ケーブル１０によって送電されて、地上側で利用される。また、発電された電力の一部は、発電装置１の補機類（制御ユニット１２、各種センサ、重力調整装置２０、姿勢調整装置２５、蓄電部）に供給されて使用される。

また、発電機９が発電している状態であり、所定の発電量がある通常運転時において、制御ユニット１２の制御部４５は、姿勢調整装置２５に指令信号を送信して、ポンプ３１を駆動して、発電用ポッド２を下向き姿勢に制御する（ステップＳ２、第１浮遊工程）。第２貯留タンク２７から第１貯留タンク２６に油を移送して、発電用ポッド２の前部２ａを下方に向ける。これにより、図５（ａ）に示されるように、海流ＦＷを受けて、発電用ポッド２に下向きの力Ｆ１が作用する。そのため、例えば、非常時において、タービン５の回転が停止して、スラスト力Ｆ３による下向きの力Ｆ４が減少しても、発電用ポッド２が急浮上しない。具体的には、発電用ポッド２が通常運転時の第１深度より浮上するが、海底Ｂから離れるにつれて、流速（発電用ポッド２の周辺の海流の速度）が上昇するので、これに応じて下向きの力Ｆ１が大きくなる。発電用ポッド２に作用する上向きの力（浮力）Ｆ５と下向きの力Ｆ１とが釣り合ったところで、発電用ポッド２は、第１深度より上方の第２深度で浮遊して、浮上が抑制される（第２浮遊工程）。このように、タービン５の回転が停止した際（通常運転時よりもタービンの回転数が低下した際）に、発電用ポッド２を第２深度で浮遊させることで、発電用ポッド２の緊急浮上が防止される。

次に、制御ユニット１２の判定部４６は、非常時であるか否かを判定する（ステップＳ３、判定工程）。各種センサから出力された信号、または、非常停止ボタン４８から出力された信号に基づいて、判定部４６は、非常時であるか否かを判定する。非常時であると判定した場合（ステップＳ３；ＹＥＳ）には、ステップＳ４に進み、非常時であると判定しなかった場合（ステップＳ３；ＮＯ）には、ステップＳ１に戻り、通常の発電状態を継続する。

ステップＳ４では、判定部４６は、発電用ポッド２の姿勢を変更するか否かを判定する。判定部４６は、浮上条件を満たしていると判定した場合に、発電用ポッド２の姿勢を変更すると判定する。姿勢を変更すると判定した場合（ステップＳ４；ＹＥＳ）には、ステップＳ５に進み、姿勢を変更しないと判定した場合（ステップＳ４；ＮＯ）には、姿勢を変更すると判定するのを待って、ステップＳ５に進む。

例えば、非常時において、判定部４６が、姿勢を変更すると判定する場合には、発電用ポッド２は、通常運転時の第１深度よりも上方の第２深度で、下向きの力Ｆ１と上向きの力Ｆ５とが釣り合った状態で浮遊している。

ステップＳ５では、制御部４５は、姿勢調整装置２５に指令信号を送信して、ポンプを駆動して、発電用ポッド２を上向き姿勢に制御する。第１貯留タンク２６から第２貯留タンク２７に油を移送して、発電用ポッド２の前部２ａを上方に向ける。これにより、海流ＦＷを受けて発電用ポッド２に作用する上向きの力Ｆ２を増加させて、発電用ポッド２を浮上させる（浮上工程）。また、浮上工程において、タービン５が回転しないようにして、スラスト力Ｆ３による下向きの力Ｆ４が増加しないようにすることができる。また、浮上工程において、ブレードピッチ角度調整装置１６を制御して、ブレード１４の角度を変更して、ブレード１４が海流ＦＷから受ける力を減少させることができる。また、浮上工程において、重力調整装置２０を制御して、重力調整用タンク２１内の海水を排出することができる。

本開示の発電装置１によれば、通常運転時において発電用ポッド２が下向き姿勢となるように制御されているので、海流ＦＷを受けた発電用ポッド２に対して下向きの力Ｆ１が作用する。そのため、非常時において、タービン５の回転が停止した場合に、スラスト力Ｆ３による下向きの力Ｆ４が減少しても、海流ＦＷを受けた発電用ポッド２に対して下向きの力Ｆ１が作用しているので、発電用ポッド２が急浮上することが抑制される。また、判定部４６によって発電用ポッド２の姿勢を変更するか否かを判定した後に、発電用ポッド２の姿勢を変更して、発電用ポッド２に作用する下向きの力Ｆ１を調整することができるので、発電用ポッド２が浮上するタイミングを制御することができる。その結果、非常時において、発電用ポッド２が不意に急浮上することが抑制される。発電用ポッド２の上方を航行する船舶等に影響を及ぼすことが抑制される。

次に、図８を参照して、蓄電部５１を備えた姿勢調整装置の電源部５０について説明する。姿勢調整装置２５の電源部５０は、蓄電部５１、コンバータ５２及びインバータ５３を備える。これらの蓄電部５１、コンバータ５２及びインバータ５３は、１つのポンプ３０，３１に対してそれぞれ設けられ、発電用ポッド２又は中央ポッド３に配置されている。

コンバータ５２は、電力系統５４及び発電機９に接続された電力線５５に接続されている。コンバータ５２は、交流電力を直流電力に変換する。インバータ５３は、コンバータ５２に接続された電力線５６に接続されている。インバータ５３は、ポンプ３０，３１に電気的に接続されている。インバータ５３は、直流電力を交流電力に変換する。変換された交流電流は、ポンプ３０，３１の電動モータに供給される。

蓄電部５１は、コンバータ５２とインバータ５３とを接続する電力線５６に接続されている。蓄電部（キャパシタ、蓄電池）５１には、コンバータ５２によって変換された直流電流が供給されて蓄電可能である。例えば、停電時には、蓄電部５１に蓄電された電力は、インバータ５３によって交流電流に変換されてポンプ３０，３１に供給される。初めから充電されている蓄電部５１が設置されていてもよい。

蓄電部５１を備える発電装置１によれば、非常時においてタービン５の回転が停止して発電が停止し、且つ、電力系統５４による電力供給が停止した場合に、蓄電部５１から姿勢調整装置２５のポンプ３０，３１に電力を供給して、発電用ポッド２の姿勢を調整することができる。これにより、海流ＦＷを受けて発電用ポッド２に作用する力を調整することができる。その結果、発電用ポッド２の急浮上を抑制することができる。なお、発電装置１には、無停電電源装置（ＵＰＳ）が設けられ、この無停電電源装置から、制御ユニット１２、各種センサ等に電力を供給することもできる。

本開示は、前述した実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。

上記の実施形態では、姿勢調整装置２５の第１貯留タンク２６、第２貯留タンク２７、配管２８，２９、ポンプ３０，３１を、発電用ポッド２の内部又は中央ポッド３の内部に配置しているが、これらの第１貯留タンク２６、第２貯留タンク２７、配管２８，２９、ポンプ３０，３１は、発電用ポッド２の外部又は中央ポッド３の外部に配置されていてもよい。姿勢調整装置２５は、発電用ポッド２のピッチ角度θ１，θ２を変更可能であればよい。

また、上記の実施形態では、発電装置１は、中央ポッド３を備える構成としているが、中央ポッド３を備えていない構成でもよい。また、上記の実施形態では、発電装置１は、一対の発電用ポッド２を備える構成としているが、発電用ポッド２は一つでもよく、３つ以上でもよい。また、発電装置１は、発電用ポッド２及び中央ポッド３以外のポッド（浮体）を備える構成でもよい。

また、上記の実施形態では、姿勢調整装置２５が液体を移送して、発電用ポッド２のピッチ角度θ１，θ２を変更しているが、姿勢調整装置２５は、その他の物体の位置を変更して、発電用ポッド２のピッチ角度θ１，θ２を変更してもよい。また、発電装置１は、例えば、発電用ポッド２から水平方向（軸線Ｌ４が延在する方向）に張り出す翼を備え、この翼のピッチ角度を変更することで、発電用ポッド２のピッチ角度θ１，θ２を変更してもよい。

また、上記の実施形態では、発電用ポッド２の前部２ａに第１貯留タンク２６を設け、中央ポッド３の後部３ｂに第２貯留タンク２７を設けているが、第２貯留タンク２７を発電用ポッド２の後部２ｂに配置してもよい。また、中央ポッド３の前部に第１貯留タンク２６を配置してもよい。

また、上記の実施形態では、非常時において、発電用ポッド２を浮上させる場合について説明しているが、非常時ではない通常時において、発電用ポッド２を浮上させる場合において、本開示を適用することができる。また、蓄電部５１を備える構成において、タービン５の回転が停止して発電が停止した場合、または、電力系統５４による電力供給が停止した場合に蓄電部５１から姿勢調整装置２５のポンプ３０，３１に電力を供給して、浮体の姿勢を調整してもよく、その他供給される電力が低下した場合に、蓄電部５１から電力を供給してもよい。

１ 発電装置（水中浮遊式発電装置、水流発電装置）
２ 発電用ポッド（浮体）
２ａ 発電用ポッドの前部（浮体の前部）
３ 中央ポッド（浮体）
３ｂ 中央ポッドの後部（浮体の後部）
４ クロスビーム（浮体）
５ タービン（発電用タービン）
７ 係留索
９ 発電機
１２ 制御ユニット
２５ 姿勢調整装置
２６ 第１貯留タンク（第１貯留部）
２７ 第２貯留タンク（第２貯留部）
２８、２９ 配管
３０、３１ ポンプ
４５ 制御部
４６ 判定部
５１ 蓄電部
５２ コンバータ
５３ インバータ
５４ 電力系統

Claims (5)

1. 係留索に接続されて水中で浮遊可能な浮体と、
   前記浮体に設けられた発電用タービンと、
   前記浮体に搭載され前記発電用タービンの回転駆動力によって発電する発電機と、
   前記浮体の姿勢を調整する姿勢調整装置と、
   前記姿勢調整装置を制御して、通常運転時に水流に対して前記浮体の前部を前記浮体の後部より下方に配置した下向き姿勢に制御する制御部と、
   前記浮体を浮上させる際に、前記浮体の姿勢を変更するか否かを判定する判定部と、を備える水流発電装置。
2. 電力を蓄電する蓄電部を備え、
   前記蓄電部に蓄電されている電力を、非常時において前記姿勢調整装置に供給して前記浮体の姿勢を調整する請求項１に記載の水流発電装置。
3. 前記発電機または電力系統に接続されたコンバータと、
   前記コンバータ及び前記姿勢調整装置に接続されたインバータと、を備え、
   前記蓄電部は、前記コンバータ及び前記インバータに接続されている請求項２に記載の水流発電装置。
4. 前記姿勢調整装置は、
   前記浮体の前部に配置され液体を貯留可能な第１貯留部と、
   前記浮体の後部に配置され前記液体を貯留可能な第２貯留部と、
   前記第１貯留部と前記第２貯留部とに接続されて前記液体が流通可能な配管と、
   前記配管に接続されて前記液体を移送可能なポンプと、含む請求項１〜３の何れか一項に記載の水流発電装置。
5. 係留索に接続されて水中で浮遊する浮体を浮上させる水流発電装置の浮体の浮上方法であって、
   通常運転時に発電用タービンを回転させて前記浮体を第１深度で浮遊させると共に、水流に対して前記浮体の前部を前記浮体の後部より下方に配置した下向き姿勢に制御する第１浮遊工程と、
   前記発電用タービンの回転数が低下した際に、前記第１深度よりも上方の第２深度で、前記浮体を浮遊させる第２浮遊工程と、
   前記第２深度から前記浮体を浮上させる際に、水流に対して前記浮体の前部を前記浮体の後部より上方に配置した上向き姿勢に、前記浮体の姿勢を変更するか否かを判定する判定工程と、
   前記判定工程で、前記浮体の姿勢を変更すると判定した後に、前記浮体の姿勢を上向き姿勢に変更して、前記浮体を浮上させる浮上工程と、を含む水流発電装置の浮体の浮上方法。

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