JP7188011B2 - 水流発電装置及び水流発電装置の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、水流発電装置及び水流発電装置の補修方法に関する。

従来、水流発電装置として、例えば、特表２０１４－５３４３７５号公報に記載されるように、水底に対しプラットフォーム（浮体）を係留ロープで係留し、プラットフォームを水中に浮遊させ、水流によってプラットフォームのブレードを回転させて発電を行う装置が知られている。一方、水流発電装置の補修方法に関するものとして、例えば、特開２０１１－１３２９４３号公報に記載されるように、水流を用いて発電する機能を備えた発電機（浮体）に対しフロートを取り付け、フロートを水面に配置し、メンテンナンス時に発電機を水面まで引き上げ、フロート上で発電機のメンテナンスを行う方法が知られている。

特表２０１４－５３４３７５号公報 特開２０１１－１３２９４３号公報

このような水流発電装置及びその補修方法にあっては、浮体を係留するロープやロープの水底側を支持するアンカなど水底付近に配置される部材の補修が困難である。すなわち、アンカを水底から水面まで引き上げられれば補修が行えるが、重量物であるアンカを引き上げるのは難しく、水流発電装置の補修が円滑に行えない。

そこで、水流発電装置の補修が円滑に行える水流発電装置及び水流発電装置の補修方法の開発が望まれている。

そこで、本開示の一態様に係る水流発電装置は、水底に設置されるアンカに対し係留ロープによって係留され、水中で浮遊可能であって、水流によってタービンを回転させて発電を行う浮体と、浮体に接続され、アンカを介して水底に沿って設置され、浮体で発電された電力を伝送するケーブルとを備え、ケーブルは、水面まで引き上げ可能な弛み部を有して設置されている。この水流発電装置によれば、ケーブルが水面まで引き上げ可能な弛み部を有して設置されているため、補修時において、水底に設置されるケーブルを水面まで容易に引き上げることができる。従って、水面まで引き上げたケーブルに浮体などを取り付けて水流発電装置を再設置することにより、係留ロープなど水流発電装置の部品の補修を円滑に行うことができる。

また、本開示の一態様に係る水流発電装置において、弛み部は水深の二倍以上の長さで設けられていてもよい。この場合、弛み部を水深の二倍以上の長さとすることにより、ケーブルを水面まで確実に引き上げることができる。

本開示の一態様に係る水流発電装置の補修方法は、水底に設置されるアンカに対し係留ロープによって浮体を係留し、浮体を水中に浮遊させ水流によって発電を行わせ、浮体に接続されるケーブルにより電力を伝送する水流発電装置の補修方法であって、ケーブルに弛み部を設けてケーブルを水底に沿って設置する設置工程と、係留ロープに対し浮体を切り離す切離工程と、弛み部を吊り上げてケーブルを水面に向けて引き上げる引上工程と、水面まで引き上げたケーブルを切断する切断工程と、切断したケーブルを浮体に取り付け、浮体に対し新たな係留ロープ及び新たなアンカを取り付け、新たなアンカを水底に沈設し浮体を水中に浮遊させて設置する再設置工程とを含み、設置工程において、弛み部はケーブルを水面まで引き上げ可能に弛ませて設置されている。この水流発電装置の補修方法によれば、弛み部を設けて設置されているケーブルに対しその弛み部を吊り上げてケーブルを引き上げるため、ケーブルを水面まで容易に引き上げることができる。従って、水中に設置される係留ロープなど水流発電装置の部品の補修が円滑に行える。

また、本開示の一態様に係る水流発電装置の補修方法において、設置工程にて、弛み部は水深の二倍以上の長さで設けられていてもよい。この場合、弛み部を水深の二倍以上の長さとすることにより、ケーブルを水面まで確実に引き上げることができる。

本開示に係る発明によれば、水流発電装置の補修を円滑に行うことができる。

本開示の実施形態に係る水流発電装置の概要を示す図である。 図１の水流発電装置における発電用ポッドの説明図である。 本開示の実施形態に係る水流発電装置の補修方法における切離工程を示す図である。 本開示の実施形態に係る水流発電装置の補修方法における引上工程を示す図である。 本開示の実施形態に係る水流発電装置の補修方法における引上工程を示す図である。 本開示の実施形態に係る水流発電装置の補修方法における再設置工程を示す図である。 本開示の実施形態に係る水流発電装置の補修方法における再設置工程を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（第一実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る水流発電装置の構成概要図である。

図１に示すように、水流発電装置１は、水中に浮体２を浮遊させ、浮体２に設けられたタービン２０を水流ＦＷによって回転させ、タービン２０の回転によって発電を行う装置である。例えば、水流発電装置１は、海洋に設置され、海流によって発電する。浮体２は、係留ロープ３によりアンカ４に係留されている。浮体２は、左右二つの発電用ポッド２１をビーム２２によって連結して構成されている。ビーム２２は、例えば矩形の板状体を水平に配置して設けられる。発電用ポッド２１には係留ロープ３の一端が取り付けられ、係留ロープ３の他端が水底に設置されるアンカ４に取り付けられている。

係留ロープ３は、浮体２をアンカ４に係留するためのロープ材であり、例えばワイヤロープなどの強靭なロープ材により構成される。図１では、係留ロープ３として、浮体２側の端部を二つに分岐させたロープ材が用いられている。すなわち、係留ロープ３の浮体２側の二つの端部の一方は右の発電用ポッド２１に取り付けられ、他方は左の発電用ポッド２１に取り付けられている。アンカ４は、浮体２が水流ＦＷで流されないように保持するための構造物であり、例えばコンクリート製又は金属製のものが用いられる。アンカ４は、重量の大きい構造物の自重により位置を維持するシンカであってもよいし、グラウンドアンカなどの支持力も用いて位置を維持するタイプであってもよい。

浮体２には、ケーブル５が接続されている。ケーブル５は、浮体２で発電した電力を伝送するための送電ケーブルである。ケーブル５は、発電用ポッド２１に接続され、係留ロープ３に沿って設けられ、アンカ４に取り付けられている。ケーブル５は、アンカ４から陸側に向けて水底に配置されている。ケーブル５には、コネクタ５１が取り付けられている。コネクタ５１は、水中コネクタであって、ケーブル５における浮体２とアンカ４の間に位置に取り付けられている。コネクタ５１は、ケーブル５の切り離しに用いられ、分離及び結合が可能に構成される。また、コネクタ５１は、係留ロープ３の切り離しにも用いられ、係留ロープ３に対しても浮体２とアンカ４の間の位置に取り付けられている。つまり、コネクタ５１は、通常使用時において結合状態とされケーブル５及び係留ロープ３を接続している。そして、切り離し時において、コネクタ５１は、二つに分離してケーブル５及び係留ロープ３を切り離す。

ケーブル５には、弛み部５２が設けられている。弛み部５２は、ケーブル５を弛んだ状態で設けた部位であり、送電する向きと異なる向きに配されるケーブル５の部分を含む部位である。例えば、弛み部５２は、送電する向きと異なる方向にケーブル５を往復させて設けられる。また、弛み部５２は、ケーブル５を弛んだ状態で設けられていれば、送電する方向においてケーブル５を往復させて設けられていてもよい。また、弛み部５２は、円状に巻回して設けられていてもよい。弛み部５２は、例えば、アンカ４の近傍位置に設けられる。具体的には、アンカ４に掛止されたケーブル５は、アンカ４から引き出された位置で弛み部５２を形成している。

弛み部５２は、ケーブル５を水面まで引き上げられるように弛んだ状態で設けられる。例えば、弛み部５２におけるケーブル５を上方へ引き上げることにより、ケーブル５を水面まで引き上げられるように、弛み部５２が設けられる。ここで、水面とは、ほぼ水面の位置も含む。つまり、水面の近傍位置までケーブル５を引き上げ可能に弛み部５２が設けられていてもよい。

弛み部５２におけるケーブル５の長さは、例えば水深の二倍以上の長さとされる。すなわち、弛み部５２が設置される水域において、その水域の水深の二倍以上の長さとして弛み部５２が設けられる。これにより、弛み部５２を吊り上げてケーブル５を確実に水面まで引き上げることができる。ケーブル５が水面の近傍位置まで引き上げることができれば、水底付近でケーブル５の切断作業などを行う場合と比べて、容易にケーブル５の切断作業などを行うことができる。このように弛み部５２が設けられることにより、水流発電装置１の補修が円滑に行える。また、弛み部５２におけるケーブル５の長さは、例えば浮体２からアンカ４までのケーブル５の長さの二倍以上の長さとしてもよい。また、弛み部５２におけるケーブル５の長さは、例えばコネクタ５１からアンカ４までのケーブル５の長さの二倍以上の長さとしてもよい。これらの場合も、弛み部５２を吊り上げてケーブル５を水面又は水面付近の位置まで引き上げることができる。

図２は、発電用ポッド２１の構造を示す概要図である。

図２に示すように、発電用ポッド２１は、本体２１１の後部にタービン２０を設けて構成されている。発電用ポッド２１の本体２１１は、例えば前部及び後部を閉塞した中空の筒状体により構成される。なお、本実施形態において、「前部」は水流ＦＷの上流側の部分を意味し、「後部」は水流ＦＷの下流側の部分を意味する。また、「前方」は水流ＦＷの上流側を意味し、「後方」は水流ＦＷの下流側を意味する。浮体２及び発電用ポッド２１において、水中で水流ＦＷの上流側に配置される部分が前部であり、水流ＦＷの下流側に配置される部分が後部である。

タービン２０は、ブレード２０ａ及びハブ２０ｂを備えている。ブレード２０ａは、水流ＦＷを受けて回転力を発生させる翼部材であり、ハブ２０ｂの外周に径方向へ向けて複数設けられている。図２では、二つのブレード２０ａを備えたタービン２０を示しているが、三つ以上のブレード２０ａを備えたタービンを用いる場合もある。ハブ２０ｂは、発電用ポッド２１の前後方向に向けた軸線を中心に回転可能に設けられ、例えば発電機２３の回転軸２３ａに取り付けられ、回転軸２３ａと一体に回転する。

発電機２３は、タービン２０の回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する機器であり、タービン２０の回転力を受けて発電する。発電機２３にはパワーコンディショナ２４が接続されている。発電機２３は、パワーコンディショナ２４に対し発電電力を出力する。パワーコンディショナ２４は、発電機２３の発電電力の調整及び発電運転制御を行う。発電電力の調整は、交流電力である発電電力を直流電力に変換し、所望の周波数となるように直流電力を交流電力に変換して行われる。パワーコンディショナ２４には、高圧受電部２５が接続されている。高圧受電部２５は、パワーコンディショナ２４から出力される交流電力を変圧する。高圧受電部２５から出力される電力は、ケーブル５を通じて陸上側へ送電される。

高圧受電部２５には、システム制御部２６が接続されている。システム制御部２６は、浮体２及び発電用ポッド２１全体の制御を実行する。発電用ポッド２１には、図示しない浮力調整用のバラストタンクが設けられている。このバラストタンクにはシステム制御部２６の指令を受けて水の出し入れが行われ、この水の出し入れによって浮体２の浮力調整が行われる。

発電用ポッド２１の下部には、係留ロープ３が取り付けられている。係留ロープ３は、例えば、発電用ポッド２１の下部に取り付けられる留め具２１１ａに掛け止められて取り付けられている。

次に、本実施形態に係る水流発電装置１の補修方法について説明する。

水流発電装置１の補修は、水流発電装置１を構成する部品のうち損傷した部品を修繕し又はその損傷した部品を交換することによって行われる。ここでは、水流発電装置１において、損傷した係留ロープ３を交換して補修する場合について説明する。

まず、図１に示すように、ケーブル５に弛み部５２を設けて、水流発電装置１を設置しておく。すなわち、係留ロープ３によりアンカ４に対し浮体２を係留し、浮体２から延びるケーブル５に弛み部５２を設けた状態で水流発電装置１を設置しておく。図１は、補修前の水流発電装置１の設置状況を示している。ケーブル５に弛み部５２を設けて水流発電装置１を設置しておくことにより、弛み部５２を用いてケーブル５を水面まで容易に引き上げることができる。

次に、図３に示すように、浮体２の切離工程が行われる。この切離工程は、係留ロープ３に対し浮体２を切り離す工程である。すなわち、コネクタ５１の切り離しを行い、係留ロープ３及びケーブル５が中間位置で分離される。これにより、浮体２が係留ロープ３及びケーブル５から切り離される。コネクタ５１の分離作業は、例えば潜水士による作業、無人潜水機による作業などによって行えばよい。また、コネクタ５１の分離は、図３のように、浮体２を水面に浮上させた後に行えばよい。浮体２を水面に浮上させて係留ロープ３の張力を低下させることで、コネクタ５１の分離を円滑に行うことができる。なお、係留ロープ３において、補修が必要な箇所は、コネクタ５１の設置位置より下方の位置にある。

そして、図４に示すように、係留ロープ３及びケーブル５の下方部分には、錘７が取り付けられる。そして、係留ロープ３及びケーブル５の下方部分は、錘７と共に水底に沈設される。錘７は、水より比重の大きい重量物により構成され、例えば鉄などの金属又はコンクリート構造物などにより構成される。係留ロープ３及びケーブル５の下方部分は、錘７を取り付けて沈設されることにより、海中に浮遊することが抑制される。沈設された係留ロープ３、ケーブル５及び錘７は、魚礁として利用することができる。

次いで、ケーブル５の引上工程が行われる。引上工程は、弛み部５２を吊り上げてケーブル５を水面に向けて引き上げる工程である。この引上工程において、アンカ４より陸側（送電する側）のケーブル５の部分が水面に向けて引き上げられる。例えば、図４に示すように、作業船６のクレーンなどを用い、ケーブル５の弛み部５２が水面に向けて吊り上げられる。このとき、弛み部５２はケーブル５の長さに余裕を持たせて設けられているため、弛み部５２より陸側のケーブル５の部分に過剰な張力を与えることなく、ケーブル５を円滑に水面まで引き上げることができる。また、弛み部５２を水深の二倍以上の長さで設けることにより、ケーブル５を確実に水面まで引き上げることができる。

そして、図５に示すように、ケーブル５を水面まで引き上げたら、ケーブル５の切断工程が行われる。ケーブル５の切断は、船上で行ってもよいし、水面近くの船上以外で行ってもよい。ケーブル５を切断することにより、水底に敷設されたケーブル５を再利用することができる。

そして、水流発電装置１の再設置工程が行われる。再設置工程は、切断したケーブル５を浮体２に取り付け、浮体２に対し新たな係留ロープ３及び新たなアンカ４を取り付け、新たなアンカ４を水底に沈設し、浮力調整などを行って浮体２を元の水中位置付近に配置して浮遊させて、水流発電装置１を再設置する工程である。まず、図６に示すように、アンカ４の沈設作業が行われる。アンカ４は、新たなものと交換される。アンカ４には、ケーブル５が掛止される。ケーブル５の端部は、浮体２に接続される。また、アンカ４には、係留ロープ３が取り付けられる。この係留ロープ３も、新たなものと交換される。この交換により、係留ロープ３が補修される。アンカ４は、作業船６を用い、水底に向けて沈下される。

そして、図７に示すように、アンカ４を水底に沈設したら、浮体２を水中に浮遊させる。これにより、水流発電装置１を補修前と同じ水域に再設置することができ、水流発電装置１の部品の補修が完了する。また、このとき、アンカ４の陸側のケーブル５の部分に弛み部５２を設けてもよい。これにより、アンカ４又は係留ロープ３が損傷した場合、アンカ４又は係留ロープ３の交換が必要な場合など、その補修を円滑に行うことができる。

以上説明したように、本実施形態に係る水流発電装置１及び水流発電装置１の補修方法によれば、ケーブル５に弛み部５２を設けて設置することにより、補修時において、水底に設置されるケーブル５を水面まで容易に引き上げることができる。これにより、水中に設置される係留ロープ３などの水流発電装置１の部品における補修が円滑に行える。また、ケーブル５に弛み部５２を設けて設置することにより、補修した水流発電装置１を補修前と同じ水域に再設置することができる。

例えば、ケーブル５を水面まで引き上げることができれば、ケーブル５の切断が容易となる。このため、切断したケーブル５を浮体２に接続し、浮体２に新たなアンカ４及び新たな係留ロープ３を取り付け、浮体２を水中に配置して、水流発電装置１を稼働させることができる。従って、アンカ４及び係留ロープ３を新たなものに交換して、水流発電装置１の補修を円滑に行うことができる。

アンカ４又は係留ロープ３の補修を行う場合、例えばアンカ４及び係留ロープ３を水面まで引き上げて補修することも考えられる。しかしながら、アンカ４は重量物であり、アンカ４を引き上げるのは容易ではない。アンカ４を引き上げようとすると、大型のクレーン船などを用いる必要があり、補修コストが高くなる。また、係留ロープ３はアンカ４と接続されており、アンカ４を引き上げずに係留ロープ３のみを引き上げることは困難である。特に、係留ロープ３の損傷箇所がアンカ４に近い部分である場合には係留ロープ３のみを引き上げることはできない。

ここで、アンカ４を引き上げずに、新たなアンカ４及び係留ロープ３を用いて補修を行うことが考えられる。しかしながら、水底に沿って敷設されるケーブル５の再利用が困難となる。すなわち、水底に敷設されるケーブル５を引き上げることが難しく、ケーブル５を浮体２に接続することが困難だからである。そこで、本実施形態に係る水流発電装置１及び水流発電装置１の補修方法では、予めケーブル５に弛み部５２を設けて設置することにより、補修時において、水底に敷設されるケーブル５を水面まで容易に引き上げることができる。これにより、水底に敷設されるケーブル５を再利用しつつ、係留ロープ３などの水流発電装置１の部品の補修が円滑に行えるのである。

また、本実施形態に係る水流発電装置１及び水流発電装置１の補修方法において、ケーブル５の弛み部５２は、水深の二倍以上の長さで設けられている。このため、水底に敷設されるケーブル５を水面まで確実に引き上げることができる。

以上のように、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で様々な変形態様で実施することができる。

例えば、上述した各実施形態においては、左右二つの発電用ポッド２１をビーム２２によって連結した浮体２を用いる場合について説明したが、浮体はこのように構成されるものに限られない。例えば、浮体は、左右二つの発電用ポッド２１の間に中央ポッドを備えていてもよいし、一つの発電用ポッド２１を備えて構成されていてもよい。また、三つ以上の発電用ポッド２１を備えるものであってもよい。

また、上述した各実施形態においては、発電用ポッド２１に係留ロープ３が接続される場合について説明したが、係留ロープ３は、浮体２における発電用ポッド２１以外の部分に接続されていてもよい。例えば、係留ロープ３は、左右の発電用ポッド２１の間に設けられるビーム２２に接続されていてもよい。この場合であっても、上述した各実施形態に係る水流発電装置及び水流発電装置の補修方法と同様の作用効果を得ることができる。

また、上述した各実施形態においては、水流発電装置が海に設置される場合について説明したが、本発明に係る水流発電装置は、河川や湖などの水中に設置される場合もある。この場合であっても、水流による発電が可能であれば、上述した各実施形態に係る水流発電装置と同様な作用効果を得ることができる。

１ 水流発電装置
２ 浮体
３ 係留ロープ
４ アンカ
５ ケーブル
２０ タービン
２０ａ ブレード
２０ｂ ハブ
２１ 発電用ポッド
２２ ビーム
２３ 発電機
２４ パワーコンディショナ
２５ 高圧受電部
２６ システム制御部
５１ コネクタ
５２ 弛み部
２１１ａ 留め具
ＦＷ 水流

Claims (4)

1. 水底に設置されるアンカに対し係留ロープによって係留され、水中で浮遊可能であって、水流によってタービンを回転させて発電を行う浮体と、
   前記浮体に接続され、前記アンカを介して前記水底に沿って設置され、前記浮体で発電された電力を伝送するケーブルと、を備え、
   前記ケーブルは、水面まで引き上げ可能な弛み部を有して設置されており、
   前記ケーブルは、前記アンカに取り付けられており、
   前記ケーブルの前記弛み部は、前記ケーブルのうち、前記アンカから前記浮体とは反対側に引き出された部分である、水流発電装置。
2. 前記弛み部は、水深の二倍以上の長さで設けられている、
   請求項１に記載の水流発電装置。
3. 水底に設置されるアンカに対し係留ロープによって浮体を係留し、前記浮体を水中に浮遊させ水流によって発電を行わせ、前記浮体に接続されるケーブルにより電力を伝送する水流発電装置の補修方法であって、
   前記ケーブルに弛み部を設けて前記ケーブルを前記水底に沿って設置する設置工程と、
   前記係留ロープに対し前記浮体を切り離す切離工程と、
   前記弛み部を吊り上げて前記ケーブルを水面に向けて引き上げる引上工程と、
   前記水面まで引き上げた前記ケーブルを切断する切断工程と、
   切断した前記ケーブルを前記浮体に取り付け、前記浮体に対し新たな係留ロープ及び新たなアンカを取り付け、前記新たなアンカを前記水底に沈設し前記浮体を水中に浮遊させて設置する再設置工程と、
   を含み、
   前記設置工程において、前記弛み部は、前記ケーブルを前記水面まで引き上げ可能に弛ませて設置されている、
   水流発電装置の補修方法。
4. 前記設置工程において、前記弛み部は、水深の二倍以上の長さで設けられている、
   請求項３に記載の水流発電装置の補修方法。

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