JP6947043B2 - 水流発電装置の浮体測位装置 - Google Patents

Description

本開示は、水流発電装置の浮体測位装置に関する。

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。

また、特許文献２には、水中の音源から出力された超音波信号を複数の受波器で受信し、受波器間の位相差から音波の入射方向（方向余弦）を推定し、両者を用いて受波器に対する音源の位置を推定する水中音源方式についての記載がある。特許文献２では、海上の船舶に対してケーブルで接続されて、水中で浮遊する潜水船の位置を推定する技術について開示されている。

特表２０１４−５３４３７号公報 昭６０−２４３５８０号公報

従来の技術では、位置情報が既知である機器を受波側とし、位置情報が不明である機器を音源側としていた。特許文献２では、受波側が船舶であるので、船舶の移動によって位置が制限なく変化するため、音源側の位置を正確に測位することは難しかった。また、水底に設けられた機器に対して、バッテリから電力を供給する構成とした場合には、バッテリ交換の為に、水底の機器を浮上させるなどの必要があり、バッテリ交換の為の維持費用が増大するおそれがある。本開示は、水流発電装置の浮体の位置を確実に測定することができると共に、維持費用の増大を抑制することが可能な水流発電装置の浮体測位装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る水流発電装置の浮体測位装置は、発電用タービンが設けられているとともに係留索が接続されている浮体を水中で浮遊させて発電する水流発電装置の浮体測位装置であって、水底に対して配置され位置が既知である起点部と、起点部又は浮体のうちの一方に設けられ、位置検出用波を送信して、返送された位置検出用波を受信するアレイと、起点部又は浮体のうちの残りの他方に設けられ、位置検出用波を受信して返送するトランスポンダと、アレイで受信した位置検出用波に関する情報に基づいて、浮体の位置を演算する位置演算部と、を備え、アレイは、浮体に搭載された発電機又は外部電源に電気的に接続されて電力が供給され、トランスポンダは、発電機又は外部電源に電気的に接続されて電力が供給される。

この水流発電装置の浮体測位装置では、起点部が水底に対して配置されて位置が既知であるので、位置の変化が抑制された起点部を基準として浮体の位置を確実に測定することができる。また、浮体は、係留索に接続されているので、浮体が浮遊する範囲を制限することができ、浮体の位置を確実に測定することができる。また、アレイ及びトランスポンダは、浮体に搭載された発電機又は外部電源から給電されて動作できるので、バッテリから給電する必要がない。そのため、バッテリ交換のための維持費用を抑制できる。

いくつかの態様において、係留索は起点部に接続されている構成でもよい。これにより、浮体が存在する範囲を起点部を基準として限定することができ、浮体の位置を確実に測定することができる。

いくつかの態様において、発電機又は外部電源に接続されてアレイに電力を供給するアレイ用給電線と、発電機又は外部電源に接続されてトランスポンダに電力を供給するトランスポンダ用給電線と、を備える構成でもよい。この構成によれば、アレイ用給電線を通じて、発電機又は外部電源からアレイに給電することができる。また、この構成によれば、トランスポンダ用給電線を通じて、発電機又は外部電源からトランスポンダに給電することができる。

いくつかの態様において、発電機又は外部電源に接続されて電力を蓄電するアレイ側蓄電部を備え、アレイ側蓄電部に蓄電されている電力をアレイに供給することができる。これにより、発電機又は外部電源から給電される電力が不足しても、アレイ側蓄電部からアレイに給電することができる。

いくつかの態様において、発電機又は外部電源に接続されて電力を蓄電するトランスポンダ側蓄電部を備え、トランスポンダ側蓄電部に蓄電されている電力をトランスポンダに供給することができる。これにより、発電機又は外部電源から給電される電力が不足しても、トランスポンダ側蓄電部からトランスポンダに給電することができる。

いくつかの態様において、アレイ及び位置演算部は、浮体に搭載され、トランスポンダは、起点部に設けられている構成でもよい。これにより、浮体に設けられたアレイで位置検出用波を受信して、浮体に設けられた位置演算部で、位置検出用波を用いて演算して、浮体の位置を測定できる。起点部にアレイを設けた場合には、起点部から浮体に対して、信号を送信する必要が生じるので、起点部と浮体とを接続する信号線に不具合が生じた場合には、浮体に信号を送信できないおそれがある。

本開示によれば、水流発電装置の浮体の位置を確実に測定することができると共に、維持費用の増大を抑制することが可能な水流発電装置の浮体測位装置を提供することができる。

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１中のシンカーを示す断面図である。 浮体測位システムを示す概略図である。 アレイの受信機の配置と音波の受信時刻の差との関係を示す図である。 浮体測位システムの制御ユニットを示すブロック構成図である。 シンカーと発電用ポッドの位置関係を示す概略図である。 浮体位置測定方法における手順を示すフローチャートである。 アレイ用給電線及びトランスポンダ用給電線の接続関係を示すブロック図である。 ワイヤレス給電部を備えたシンカーを示す断面図である。

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。

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（水底）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の一端は、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の他端は、図４に示されるように、シンカー６に設けられた中継器２１に接続されている。中継器２１は変圧器を含む。シンカー６の中継器２１には、海底Ｂ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。なお、図４では、係留索７が真上に延びるように図示されているが、海中では発電用ポッド２が存在する方向に傾斜している。

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、タービン５を回転させることができる。また、発電装置１は、タービン５に回転力を付与するための他の電動モータを備える構成でもよい。

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、シンカー６外の海底Ｂ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。

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。

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。

また、発電装置１は、浮力調整装置２０（図７参照）を備える。浮力調整装置２０は、例えば中央ポッド３に搭載されている。浮力調整装置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。浮力調整装置２０は、例えば中央ポッド３内に設けられた浮力調整用タンクと、浮力調整用タンクと中央ポッド３の外部とを接続する注排水管と、注排水管に設けられたポンプとを含む。浮力調整用タンクは、所定の容量を有する貯水タンクである。ポンプは、浮力調整用タンクに水（たとえば、海水）を注排水する。ポンプは、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、発電装置１は、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。浮体のピッチ角度は、水平方向に延在する基準線に対する発電用ポッド２の軸線Ｌ２（図３）の角度とすることができる。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。

姿勢調整装置２５は、例えば、一対の発電用ポッド２の前部２ａに配置された第１貯留タンクと、中央ポッド３の後部に配置された第２貯留タンクと、第１貯留タンク及び第２貯留タンクに接続された配管と、配管に接続されたポンプと、を含む。姿勢調整装置２５は、例えば油（液体）を移動させて、浮体の姿勢を調整する。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。

次に図５を参照して発電装置１の浮体測位システム（水流発電装置の浮体測位装置）４０について説明する。浮体測位システム４０は、水中で浮遊する発電用ポッド２の位置を測定する。浮体測位システム４０は、アレイ（array）４１及びトランスポンダ（transponder）４２を備える。アレイ４１は、発電用ポッド２に設けられ、トランスポンダ４２は、シンカー６に設けられている。

アレイ４１は、例えば発電用ポッド２の底部外面において前部２ａに設けられている。なお、アレイ４１は、中央ポッド３又はクロスビーム４に設けられていてもよく、その他の位置に配置されていてもよい。アレイ４１は、音波（位置検出用波）Ｃを水中に出力すると共に、トランスポンダ４２から返送された音波Ｃを受信する。アレイ４１は、音波を送信する送信機及び音波を受信する受信機を含む。アレイ４１は、発電機９及び電力系統と電気的に接続されて給電可能となっている。

トランスポンダ４２は、シンカー６の天面に配置されている。なお、トランスポンダ４２はシンカー６の側面に配置されていてもよく、その他の位置に配置されていてもよい。トランスポンダ４２は、アレイ４１から送信された音波Ｃを受信し、これに応答して音波Ｃを返送する。トランスポンダ４２は、音波を受信する受信機及び音波を送信する送信機を含む。トランスポンダ４２は、例えば、シンカー６において、海底送電ケーブル１０と分岐された電力線５５に電気的に接続されている。これにより、トランスポンダ４２は、発電機９及び電力系統と電気的に接続されて給電可能となっている。

また、図６に示されるように、アレイ４１は複数の受信機４１ａ，４１ｂを備える。アレイ４１は、トランスポンダ４２から返送された音波Ｃ１，Ｃ２を受信する。受信機４１ａ，４１ｂ同士の距離ｄ１、位置関係は既知である。同一時刻にトランスポンダ４２から返送された音波Ｃ１，Ｃ２について、受信機４１ａ，４１ｂにおける受信時刻ｔ１，ｔ２の差である時間差Δｔ（＝ｔ２−ｔ１）に応じて、トランスポンダ４２が存在する方位（方向）を演算することができる。また、音波Ｃ１，Ｃ２を受信した時刻ｔ１，ｔ２に応じて、アレイ４１からトランスポンダ４２までの距離を演算することができる。

図７に示されるように、浮体測位システム４０は制御ユニット１２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において浮体の測位以外の制御も実行することができる。

制御ユニット１２は、制御部４５、位置演算部４６及び記憶部４７を備える。制御ユニット１２には、アレイ４１が電気的に接続されている。または、アレイ４１に制御ユニット１２が内蔵されていてもよい。制御部４５は、アレイ４１に指令信号を送信して、アレイ４１から音波を送信する。

位置演算部４６は、アレイ４１の受信機４１ａ，４１ｂで受信した音波Ｃ１，Ｃ２の受信時刻の時間差Δｔを演算すると共に、この時間差Δｔからトランスポンダ４２の方位を演算する。位置演算部４６は、図８に示されるように、アレイ４１が設けられた発電用ポッド２の位置Ｐ１を基準として、トランスポンダ４２が設けられたシンカー６の位置Ｐ２が存在する方位を演算する。位置演算部４６は、例えば、鉛直方向に延在するＺ軸を基準として、このＺ軸回りの回転角を演算してもよい。また、位置演算部４６は、例えばＺ軸に交差する水平面（ＸＹ面）に対する傾斜角を演算してもよい。これにより、位置演算部４６は、トランスポンダ４２が存在する方位を演算することができる。

また、位置演算部４６は、アレイ４１から音波Ｃが送信されてから、音波Ｃがトランスポンダ４２で受信されて返信されて、アレイ４１で受信されるまでの時間（音波の移動時間）に基づいて、アレイ４１からトランスポンダ４２までの距離を演算することができる。位置演算部４６は、海水中における音速及び音波Ｃの移動時間に基づいて、音波の移動距離を演算して、アレイ４１からトランスポンダ４２までの距離を演算する。

また、位置演算部４６は、アレイ４１が設けられた発電用ポッド２の位置Ｐ１を基準とした位置座標からトランスポンダ４２が設けられたシンカー６の位置Ｐ２を基準とした位置座標に変換できる。

記憶部４７は、各種情報を記憶する。記憶部４７は、例えば、音波Ｃの送信周期に関する情報、海水中における音速に関する情報、水温と音速に関する情報、演算結果に関する情報等を記憶する。記憶部４７には、シンカー６の地球上の位置座標に関する情報が記憶されている。シンカー６は、予め測定された位置に配置されている。または、シンカー６は、設置後に位置が測定されている。これにより、シンカー６の地球上の位置座標に関する情報を正確に知ることができ、シンカー６の位置Ｐ２を基準として、発電用ポッド２の位置Ｐ１を演算することができる。シンカー６は、例えばシンカー６の底面と海底Ｂとの間に配置された摩擦増大シートにより、海底Ｂに対して位置ずれしないように配置されている。

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、例えば水温センサ３１及び深度センサ３２を含む。水温センサ３１は、発電用ポッド２周辺の海水の温度を検出する。水温センサ３１としては、例えば熱電対、サーミスタ等を用いることができる。深度センサ３２は、発電用ポッド２の深度を検出する。深度センサ３２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。制御ユニット１２には、各種センサとしての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、係留索７の張力を検出するセンサなどが挙げられる。

また、制御ユニット１２は、例えば、発電用ポッド２の位置が所定の範囲内に存在するか否かを判定する判定部４８を備える構成でもよい。所定の範囲としては、例えば、発電用ポッド２が存在しても安全な領域とすることができる。また、所定の範囲としては、例えば、発電に適した海流が生じている領域とすることができる。

また、制御ユニット１２は、深度センサ３２によって検出された発電用ポッド２の深度と、位置演算部４６で演算された発電用ポッド２の位置と、を比較して、深度センサ３２の精度を確認してもよい。また、制御ユニット１２は、深度センサ３２に不具合が生じた際に、発電用ポッド２の位置座標に基づいて、発電用ポッド２の深度を算出してもよい。算出された発電用ポッド２の深度に基づいて、発電用ポッド２の位置を制御してもよい。また、制御ユニット１２は、係留索７の張力に関する情報と、発電用ポッド２の位置座標とに基づいて、発電用ポッド２の位置が所定の範囲内に存在するか否かを判定してもよい。

また、制御ユニット１２には、例えば、ブレードピッチ角度調整装置１６、浮力調整装置２０、姿勢調整装置２５及び発電機９が電気的に接続されていてもよい。制御ユニット１２は、これらのブレードピッチ角度調整装置１６、浮力調整装置２０、姿勢調整装置２５及び発電機９に指令信号を送信して制御を行い、発電用ポッド２を移動させてもよい。制御ユニット１２は、演算された発電用ポッド２の位置を目標とする位置に移動させるべくブレードピッチ角度調整装置１６、浮力調整装置２０、姿勢調整装置２５及び発電機９を制御することができる。

制御ユニット１２は、例えばブレードピッチ角度調整装置１６を制御して、ブレード１４のピッチ角度を変化させ、発電用ポッド２に作用するスラスト力を変化させることができる。制御ユニット１２は、例えば浮力調整装置２０を制御して、発電用ポッド２の浮力を変化させることができる。制御ユニット１２は、例えば姿勢調整装置２５を制御して、発電用ポッド２の姿勢を変化させることができる。また、制御ユニット１２は、発電機９を電動モータとして作動させて、発電用ポッド２に作用するスラスト力を変化させることができる。スラスト力は、発電機９の回転軸線が延在する方向に作用する力である。スラスト力を増加させて、係留索７に接続された発電用ポッド２を沈降させ、スラスト力を減少させて、発電用ポッド２を浮上させることができる。これらにより、制御ユニット１２は、発電用ポッド２を移動させることができる。

次に、図９に示すフローチャートを参照して、発電装置１の浮体位置測定方法について説明する。発電装置１の発電用ポッド２は海水中で浮遊し、海流ＦＷを受けてタービン５が回転し、この回転駆動力により発電機９が発電する。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、浮力調整装置２０、姿勢調整装置２５）に給電される。また、発電された電力の一部は、浮体測位システム４０のアレイ４１及びトランスポンダ４２に給電される。

アレイ４１は一定の周期で音波を送信する（ステップＳ１）。送信された音波は、海中で伝達されて、トランスポンダ４２に到達する。次に、トランスポンダ４２が音波を受信する（ステップＳ２）。トランスポンダ４２は、これに応答して音波を返信する（ステップＳ３）。トランスポンダ４２から返信された音波は、海中で伝達されて、アレイ４１に到達する。次に、アレイ４１が音波を受信する（ステップＳ４）。制御ユニット１２は、アレイ４１の受信機４１ａ，４１ｂで音波Ｃ１，Ｃ２を受信した時刻ｔ１，ｔ２を取得する。

制御ユニット１２の位置演算部４６は、複数の受信機４１ａ，４１ｂ間における受信時刻の差である時間差Δｔを演算し、この時間差をからトランスポンダ４２が設置されたシンカー６の方位を演算する。また、位置演算部４６は、アレイ４１から音波が送信されてから、トランスポンダ４２で応答され、返信された音波がアレイ４１で受信されるまでの時間に基づいて、アレイ４１とトランスポンダ４２との距離を演算する。これにより、位置演算部４６は、発電用ポッド２を基準としてシンカー６の方位を演算すると共に、発電用ポッド２とシンカー６との距離を演算する（ステップＳ５）。

次に、位置演算部４６は、シンカー６の位置Ｐ２を基準として発電用ポッド２の位置Ｐ１を演算する（ステップＳ６）。位置演算部４６は、起点部であるシンカー６を原点とする座標系における発電用ポッド２の位置を演算する。例えば、発電用ポッド２を原点とする座標系において、シンカー６の位置が（−ｘ，−ｙ，−ｚ）である場合には、シンカー６を原点とする座標系において、発電用ポッド２の位置は（ｘ，ｙ，ｚ）となる。

本開示の浮体測位システム４０によれば、起点部であるシンカー６が海底Ｂに対して配置されて位置が既知であるので、起点部の位置ずれを防止して、起点部に接続された発電用ポッド２の位置を確実に測定することができる。また、発電用ポッド２は係留索７を介してシンカー６に接続されているので、発電用ポッド２が浮遊する範囲を制限することができ、発電用ポッド２の位置を確実に測定することができる。発電用ポッド２が浮遊する範囲を含むように、音波が届く範囲を制限しても、発電用ポッド２の位置を確実に測定することができ、不要に広範囲を含むように音波を出力する必要がない。また、アレイ４１及びトランスポンダ４２は、発電用ポッド２に搭載された発電機９又は外部電源から給電されて動作できる。そのため、電源に接続されていないバッテリから給電する必要がなく、バッテリ交換のための維持費用を抑制できる。例えば、バッテリ交換のために、海中からアレイ４１及びトランスポンダ４２を引き上げる必要がない。

本開示の浮体測位システム４０では、アレイ４１及び位置演算部４６は、発電用ポッド２に搭載されているので、発電用ポッド２に設けられたアレイ４１で音波を受信して、発電用ポッド２に設けられた位置演算部４６で、音波の受信結果を用いて、発電用ポッド２の位置を演算できる。例えば、シンカー６にアレイを設け、発電用ポッド２に位置演算部を設けた場合には、シンカー６から発電用ポッド２に対して、信号を送信する必要が生じるので、通信ケーブル１１に不具合が生じた場合には、発電用ポッド２に信号を送信できないおそれがあるが、浮体測位システム４０では、通信ケーブル１１を介さずに、アレイ４１で受信した音波の受信結果を位置演算部４６に伝達することができる。

また、浮体測位システム４０は、図１０に示されるように、アレイ側蓄電部５１及びトランスポンダ側蓄電部５２を備える構成でもよい。アレイ側蓄電部５１は、電力系統５３及び発電機９に接続されて、蓄電可能となっている。アレイ４１は、電力線（アレイ用給電線）５４を介して、電力系統５３及び発電機９に接続されている。アレイ側蓄電部５１は、アレイ４１に内蔵されていてもよく、アレイ４１とは別に設けられていてもよい。アレイ側蓄電部５１は、例えば電力線５４を介してアレイ４１と接続されて、アレイ４１に給電可能となっていてもよい。アレイ側蓄電部５１として、例えば、コンデンサ、バッテリ、キャパシタ等を用いることができる。アレイ側蓄電部５１は、例えば、インバータ及びコンバータに接続されていてもよい。

この構成の浮体測位システム４０では、電力線５４を通じて、発電機９又は電力系統５３からアレイ４１に給電することができる。また、浮体測位システム４０では、発電機９又は電力系統５３から給電される電力が不足しても、アレイ側蓄電部５１からアレイ４１に給電して、アレイ４１を稼働させることができる。

トランスポンダ側蓄電部５２は、電力系統５３及び発電機９に接続されて、蓄電可能となっている。トランスポンダ４２は、電力線（トランスポンダ用給電線）５５を介して、電力系統５３及び発電機９に接続されている。トランスポンダ側蓄電部５２は、トランスポンダ４２に内蔵されていてもよく、トランスポンダ４２とは別に設けられていてもよい。トランスポンダ側蓄電部５２は、例えば電力線５５を介してトランスポンダ４２と接続されて、トランスポンダ４２に給電可能となっていてもよい。トランスポンダ側蓄電部５２として、例えば、コンデンサ、バッテリ、キャパシタ等を用いることができる。トランスポンダ側蓄電部５２は、例えば、インバータ及びコンバータに接続されていてもよい。

この構成の浮体測位システム４０では、電力線５５を通じて、発電機９又は電力系統５３からトランスポンダ４２に給電することができる。また、浮体測位システム４０では、発電機９又は電力系統５３から給電される電力が不足しても、トランスポンダ側蓄電部５２からトランスポンダ４２に給電して、トランスポンダ４２を稼働させることができる。

また、浮体測位システム４０は、アレイ側蓄電部５１の蓄電制御を行う蓄電制御部を備える構成でもよい。蓄電制御部は、アレイ側蓄電部５１における蓄電量を検出し、蓄電量が低い場合に蓄電を行うように制御する。また、浮体測位システム４０は、トランスポンダ側蓄電部を備える構成でもよい。蓄電制御部は、トランスポンダ側蓄電部５２における蓄電量を検出し、蓄電量が低い場合に蓄電を行うように制御する。

また、浮体測位システム４０は、図１１に示されるように、ワイヤレス給電部６０を用いて、トランスポンダ４２に給電してもよい。ワイヤレス給電部６０は、コイル（アンテナ）６１，６２を備え、例えば電磁誘導方式により電気エネルギを伝達する。コイル６１，６２は、送電ケーブル８に接続された電力線５５に設けられている。これにより、発電機９又は電力系統５３から送電された電力を、ワイヤレス給電部６０を用いて、トランスポンダ４２に給電することができる。給電方式は、電磁誘導方式に限定されず、電波受信方式、共鳴方式等その他の方式でもよい。また、トランスポンダ４２は、例えば円筒形を成す筐体を備える構成でもよい。トランスポンダ４２は、シンカー６の天面に形成された円形の凹部に嵌められている。そして、トランスポンダ４２に受電用のコイルを設け、凹部の底面に送電用のコイルを設け、これらのコイルを用いてトランスポンダ４２に給電してもよい。これにより、トランスポンダ４２の取り付け、取り外しを容易に行うことができる。

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、位置検出用波としてアレイ４１から音波を送信して、トランスポンダ４２による応答によって返信された音波をアレイ４１で受信しているが、位置検出用波は、超音波やレーザ等その他の位置検出用波でもよい。また、上記の実施形態では、アレイ４１を浮体に設け、トランスポンダ４２を起点部に設けているが、アレイ４１を起点部に設け、トランスポンダ４２を浮体に設けてもよい。

また、上記の実施形態では、発電用ポッド２に位置演算部４６が設けられている構成について説明しているが、位置演算部４６は、中央ポッド３に設けられていてもよく、シンカー６に設けられていてもよく、地上側のオペレーションセンターの制御部に設けられていてもよく、その他の場所に設けられていてもよい。

また、上記の実施形態では、一対の発電用ポッド２及び中央ポッド３を備える構成としているが、発電装置１は、一つの発電用ポッド２を備える構成でもよく、３つ以上の発電用ポッド２を備える構成でもよい。また、発電装置１は、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、シンカー６を起点部としているが、海底Ｂに固定されたアンカーを起点部としてもよく、その他の構造物を起点部としてもよい。また、例えばシンカー６の近傍に起点部を設置してもよい。また、複数組の発電用ポッド２及びシンカー６を備える構成において、隣の発電用ポッド２（他の浮体）が接続されているシンカー６を起点部としてもよい。

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）
３ 中央ポッド（浮体）
４ クロスビーム（浮体）
５ タービン（発電用タービン）
６ シンカー（起点部）
７ 係留索
９ 発電機
１２ 制御ユニット
４０ 浮体測位システム（水流発電装置の浮体測位装置）
４１ アレイ
４２ トランスポンダ
４６ 位置演算部
５３ 電力系統（外部電源）
５４ 電力線（アレイ用給電線）
５５ 電力線（トランスポンダ用給電線）
Ｂ 海底（水底）
Ｃ 音波（位置検出用波）
Ｐ１ 発電用ポッドの位置（浮体の位置）
Ｐ２ シンカーの位置（起点部の位置）

Claims (6)

1. 発電用タービンが設けられていると共に係留索が接続されている浮体を水中で浮遊させて発電する水流発電装置の浮体測位装置であって、
   水底に対して配置され位置が既知である起点部と、
   前記起点部又は前記浮体のうちの一方に設けられ、位置検出用波を送信して、返送された前記位置検出用波を受信するアレイと、
   前記起点部又は前記浮体のうちの残りの他方に設けられ、前記位置検出用波を受信して返送するトランスポンダと、
   前記アレイで受信した前記位置検出用波に関する情報に基づいて、前記浮体の位置を演算する位置演算部と、を備え、
   前記アレイは、前記浮体に搭載された発電機又は外部電源に電気的に接続されて電力が供給され、
   前記トランスポンダは、前記発電機又は前記外部電源に電気的に接続されて電力が供給される水流発電装置の浮体測位装置。
2. 前記係留索は前記起点部に接続されている請求項１に記載の水流発電装置の浮体測位装置。
3. 前記発電機又は外部電源に接続されて前記アレイに電力を供給するアレイ用給電線と、
   前記発電機又は外部電源に接続されて前記トランスポンダに電力を供給するトランスポンダ用給電線と、を備える請求項１又は２に記載の水流発電装置の浮体測位装置。
4. 前記発電機又は前記外部電源に接続されて電力を蓄電するアレイ側蓄電部を備え、
   前記アレイ側蓄電部に蓄電されている電力を前記アレイに供給する請求項１〜３の何れか一項に記載の水流発電装置の浮体測位装置。
5. 前記発電機又は前記外部電源に接続されて電力を蓄電するトランスポンダ側蓄電部を備え、
   前記トランスポンダ側蓄電部に蓄電されている電力を前記トランスポンダに供給する請求項１〜４の何れか一項に記載の水流発電装置の浮体測位装置。
6. 前記アレイ及び前記位置演算部は、前記浮体に搭載され、
   前記トランスポンダは、前記起点部に設けられている請求項１〜５の何れか一項に記載の水流発電装置の浮体測位装置。

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