JPH0650109A - 水中発電システム及び水中発電方法 - Google Patents

水中発電システム及び水中発電方法

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JPH0650109A
JPH0650109A JP35893891A JP35893891A JPH0650109A JP H0650109 A JPH0650109 A JP H0650109A JP 35893891 A JP35893891 A JP 35893891A JP 35893891 A JP35893891 A JP 35893891A JP H0650109 A JPH0650109 A JP H0650109A
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JP
Japan
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water
power generation
floating tank
tank
underwater power
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JP35893891A
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English (en)
Inventor
Yoshibumi Utsunomiya
義文 宇都宮
Sadao Otomo
貞雄 大友
Minoru Kamiyuu
稔 上猶
Futazane Kaminuma
二真 神沼
Masahiro Kaneshiro
正博 金城
Toshiyuki Suzuki
俊行 鈴木
Masatoshi Suzuki
正敏 鈴木
Yutaka Tsunoda
豊 角田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コストを大幅に低減し、かつエネルギー変換
効率を高めるとともに、環境保護に貢献する。 【構成】 海水等の水W中における少なくとも上下に移
動自在に係留され、かつ内部に圧縮空気Aを収容した浮
遊タンク2a、2bを備えるとともに、浮遊タンク2a
の底部2adに設けた給排部3から浮遊タンク2aの内
部に外部の水Wを供給可能な給水部4と、給排部3から
排出される水流により発電する発電部5と、給排部3を
開閉する制御弁部6、7を備え、貯蔵時に、浮遊タンク
2aの内部に底部2adから外部の水Wを供給し、浮遊
タンク2aに所定量の水Wを貯溜するとともに、発電時
に、浮遊タンク2aの内部に貯溜した水Wを底部2ad
から排出し、かつ排出時の水流により水力発電を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は海中等に設けて電力の貯
蔵及び発電を行う水中発電システム及び水中発電方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、電力需要は一日の時間帯でも大
きく変動し、昼間は増加するとともに、夜間は減少す
る。このため、夜間での余剰電力を貯蔵し、昼間の需要
増加時に使用できれば省エネルギー政策の観点から望ま
しい。
【0003】図4は従来における余剰電力の貯蔵(発
電)システムを示す。51は陸上に建設された発電所
(発電設備)、52は海底に設置された貯気槽であり、
発電所51と貯気槽52は送気パイプライン53によっ
て接続される。貯気槽52は密閉され、下部に海水の流
入口52wを有するとともに、上部に送気パイプライン
53に連通する空気の供給口52aを有する。よって、
夜間等において、余剰電力が発生した場合、その余剰電
力により、送気パイプライン53を介して貯気槽52に
空気を送り込めば、空気は水圧に抗して貯気槽52内に
備蓄される。他方、昼間等の電力需要の増加時には、水
圧による圧縮空気が送気パイプライン53を介して発電
所51に戻されるため、その備蓄エネルギーを利用した
発電が行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の貯蔵(発電)システムは、次のような問題点が存在
した。
【0005】第一に、この種のシステムは海底深く設置
するほど、水圧が高くなるため、圧縮空気の圧力が高く
なり、貯気槽52をコンパクトにすることができるが、
水圧に耐えるための高強度の設備が必要になるととも
に、貯気槽52及び送気パイプライン53を設置するた
めの工事費及び材料費等のコストが膨大となる。
【0006】第二に、圧縮空気をつくる際の熱損失が大
きくなり、エネルギー変換効率が低下する。
【0007】第三に、海底に直接建造する必要があるこ
とから、海洋汚染や環境破壊を招く虞れがある。
【0008】本発明は上述した従来の技術に存在する課
題を解決したものであり、コストを大幅に低減し、かつ
エネルギー変換効率を高めることができるとともに、環
境保護に貢献できる水中発電システム及び水中発電方法
の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る水中発電シ
ステム1は、海水等の水W中における少なくとも上下に
移動自在に係留され、かつ内部に圧縮空気Aを収容した
浮遊タンク2a、2bを備えるとともに、浮遊タンク2
a(2bも同じ)の底部2adに設けた給排部3から浮
遊タンク2aの内部に外部の水Wを供給可能な給水部4
と、給排部3から排出される水流により発電する発電部
5と、給排部3を開閉する制御弁部6、7を備えること
を特徴とする。この場合、浮遊タンク2aは膜素材によ
り球状に形成することが望ましい。また、給水部4は給
水ポンプ4sを備えて構成できるとともに、発電部5は
水力発電機5sを備えて構成できる。
【0010】一方、本発明に係る水中発電方法は、海水
等の水W中における少なくとも上下に移動自在に係留さ
れ、かつ圧縮空気Aを収容した浮遊タンク2a、2bを
備え、貯蔵時に、例えば、他の発電設備における余剰電
力により、浮遊タンク2a(2bも同じ)の内部に底部
2adから外部の水Wを供給し、浮遊タンク2aに所定
量の水Wを貯溜するとともに、発電時に、浮遊タンク2
aの内部に貯溜した水Wを底部2adから排出し、かつ
排出時の水流により水力発電を行うことを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明に係る水中発電システム1(又は水中発
電方法)によれば、水W中に配した浮遊タンク2a(2
bも同じ)は上下に移動自在に係留される。浮遊タンク
2aの内部には、予め、圧縮空気Aが収容されるため、
内部に水Wが収容されない場合、浮遊タンク2aは浮力
により水面に浮上している。
【0012】一方、夜間等において、他の発電設備で余
剰電力が発生した場合には、この余剰電力を利用するこ
とにより、給水部4の給水ポンプ4sを作動させ、浮遊
タンク2aの底部2adに設けた給排部3から内部に外
部の水Wを供給する。この結果、浮遊タンク2aの内部
における圧縮空気Aは、さらに圧縮され、水Wが貯溜さ
れるとともに、浮遊タンク2aは沈降する。そして、所
定量の水Wを浮遊タンク2aに貯溜したなら、制御弁部
6、7を閉じる。これにより、浮遊タンク2aに電力
(エネルギー)が貯蔵される。
【0013】他方、昼間等において、電力需要が増加し
た場合には制御弁部6、7を開き、浮遊タンク2aの内
部に貯溜した水Wを、底部2adの給排部3から排出す
る。これにより、排出された水流により発電部5におけ
る水力発電機5sが作動し、水力発電が行われるととも
に、再び浮遊タンク2aは浮力の増加により水面まで浮
上する。
【0014】
【実施例】次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図
面に基づき詳細に説明する。
【0015】まず、本発明に係る水中発電システム1の
構成について、図1及び図2を参照して説明する。
【0016】水中発電システム1は、図1に示す浮遊タ
ンク2aを備え、この浮遊タンク2aは海水Ws中に配
される。浮遊タンク2aは、引張強度、曲げ強度、耐疲
労性、耐衝撃性等に優れる、例えば、炭素繊維、アラミ
ド繊維、超高強力ポリエチレン繊維等を用いた膜素材に
より球状に形成する。浮遊タンク2aは底部2adに設
けた給排部3を除いて完全に密閉する。
【0017】給排部3は浮遊タンク2aは底部2adか
ら下方に延出した管部11を備え、管部11は上端が浮
遊タンク2aの内部に連通し、かつ下端は海中に開放さ
れる。管部11の上部には給排部3を開閉する制御弁部
6を設けるとともに、制御弁部6の下方に位置する管部
11の中間部には給排部3を開閉する制御弁部7を設け
る。なお、制御弁部7は絞り弁を用いる。
【0018】また、管部11における制御弁部6の上方
には給水部4を配設する。給水部4は浮遊タンク2aの
内部に給水可能に設けるとともに、柔軟性を有する送水
チューブ14に接続した給水ポンプ4sを備える。この
場合、給水ポンプ4sは水面付近など、任意の場所に配
することができる。さらにまた、管部11における制御
弁部7の下方には発電部5を配設する。この場合、発電
部5には水力発電機5sを備える。水力発電機5sとし
ては、例えば、フランシス水車タイプ又はプロペラ水車
タイプを利用できる。
【0019】さらにまた、制御弁部6と制御弁部7間に
おける管部11には、ベルヌーイの定理により、排出時
における水圧又は流量を制御するペンチェリ12及びペ
ンチェリバルブ13を設ける。
【0020】他方、浮遊タンクは複数(2a、2b)用
意し、図2に示す浮遊式のプラットフォーム21によ
り、少なくとも海水Ws中を上下に移動自在となるよう
に係留される。プラットフォーム21は浮遊モジュール
22を備え、この浮遊モジュール22は底部と海底Ed
間に架設した複数のアンカーロープ23a、23b…に
より係留される。また、浮遊モジュール22は浮体24
と、この浮体24の上端に設けた機能室25を備えると
ともに、さらに、機能室25の上端には水平方向に延出
したペントブーム(アーム)26を備える。機能室25
にはウィンチ(巻取機)27を内蔵し、下端を海底Ed
に固定した牽引ワイヤ28の上端側はウィンチ27によ
り巻取又は繰出される。これにより、台風時等には浮遊
モジュール22を波動の影響を受けない海中(50m程
度)に潜水させることができる。
【0021】一方、図1に示すように、浮遊タンク2a
(2bも同じ)の外面における上端及び左右両端にはフ
ック31u、31a、31bを設ける。フック31a、
31bにはガイドワイヤ32a、32bの上端を結合す
るとともに、その下端側はウィンチ33a、33bによ
り巻取又は繰出される。また、フック31uにはガイド
ワイヤ32uの下端を結合するとともに、その上端側は
ペントブーム26の一方の先端部及び中間部に設けたガ
イドローラ34、35を介して機能室25に導く。これ
により、ガイドワイヤ32uの上端側は機能室25に内
蔵したウィンチ33uに巻取又は繰出される。このよう
な構成により、浮遊タンク2aはガイドワイヤ32uに
よりペントブーム26の先端から吊下げられ、上下に移
動自在に係留されるとともに、ガイドワイヤ32a、3
2bにより横揺れが防止される。また、浮遊タンク2a
が浮上又は沈降する際には、各ウィンチ33a、33b
及び33uが制御され、ガイドワイヤ32a、32b及
び32uに対する巻取又は繰出が行われる。この場合、
故障やメンテナンス時にはウィンチ33uを作動させる
ことにより、浮遊タンク2aを強制的に浮上させること
ができる。
【0022】なお、他方の浮遊タンク2bはペントブー
ム26の他方の先端部から吊下げられ、かつ浮遊タンク
2a側と同様に構成されるとともに、浮遊タンク2aと
は別系統で制御される。
【0023】次に、本発明に係る水中発電方法を含む水
中発電システム1の原理について、図1〜図3を参照し
て説明する。なお、図3に示す浮遊タンク2a…はその
移動する高さを原理的に示すものであり、矢印方向への
移動を示すものではない。
【0024】まず、浮遊タンク2aの内部には、予め、
圧縮空気Aを収容する。この場合、圧縮空気Aの圧縮率
は比較的小さく設定し、条件によっては大気圧と同じ自
然状態でもよい。これにより、浮遊タンク2aは浮力に
より水面に浮上する(図3、位置P1)。
【0025】一方、夜間等において、他の発電設備で余
剰電力が発生した場合には、この余剰電力により、給水
部4の給水ポンプ4sを作動させ、浮遊タンク2aの底
部2adに設けた給排部3から内部に外部の水Wを供給
する。これにより、浮遊タンク2aの内部における圧縮
空気Aは、さらに圧縮され、水Wが貯溜されるととも
に、浮遊タンク2aは沈降する(図3、位置P2)。な
お、この場合、制御弁部6は閉じておく。
【0026】そして、浮遊タンク2aに所定量の水Wを
貯溜したなら、制御弁部6を閉じ、浮遊タンク2aに電
力(エネルギー)を貯蔵する(図3、位置P3)。
【0027】他方、昼間等において、電力需要が増加し
た場合には制御弁部6、7を開くことにより、浮遊タン
ク2aの内部に貯溜した水Wを、底部2adの給排部3
から排出する(図3、位置P4)。これにより、排出さ
れた水流により発電部5における水力発電機5sが作動
し、水力発電が行われるとともに、再び浮遊タンク2a
は浮力の増加により水面まで浮上する(図3、位置P
1)。この場合、空気体積の膨張により冷却作用が生ず
るが、極めてゆっくり浮上する浮遊タンク2aは、海水
Wsの熱を吸収し、発電による電気エネルギーに変換す
る。このようなサイクルの繰り返しにより、電力の貯蔵
又は発電が行われる。
【0028】以上、実施例について詳細に説明したが、
本発明はこのような実施例に限定されるものではない。
例えば、海中を利用して設置したが、ダムや湖等の他の
任意の水中に場所に設置できる。また、浮遊タンクの形
成素材や形状は例示に限定されることなく、任意に変更
できる。その他、細部の構成、形状、素材、数量等にお
いて、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更でき
る。
【0029】
【発明の効果】このように、本発明に係る水中発電シス
テム(又は水中発電方法)は、水中における少なくとも
上下に移動自在に係留され、かつ内部に圧縮空気を収容
した浮遊タンクを備えるとともに、浮遊タンクの底部に
設けた給排部から浮遊タンクの内部に外部の水を供給可
能な給水部と、給排部から排出される水流により発電す
る発電部と、給排部を開閉する制御弁部を備え、貯蔵時
に、浮遊タンクの内部に底部から外部の水を供給し、浮
遊タンクに所定量の水を貯溜するとともに、発電時に、
浮遊タンクの内部に貯溜した水を底部から排出し、かつ
排出時の水流により水力発電を行うようにしたため、次
のような顕著な効果を奏する。
【0030】 設備が簡略化されるため、工事費及び
材料費等の大幅なコスト低減を達成できる。
【0031】 圧縮空気をつくる際の熱損失が小さく
なり、エネルギー変換効率の低下を防止できるととも
に、海底に直接建造する必要がないため、海洋汚染及び
環境破壊等を防止し、環境保護に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る水中発電システムの要部を示す縦
断面図、
【図2】同水中発電システムの全体的な模式的構成図、
【図3】同水中発電システムの原理説明図、
【図4】従来の技術に係る貯蔵(発電)システムの原理
的構成図、
【符号の説明】
1 水中発電システム 2a… 浮遊タンク 2ad 底部 3 給排部 4 給水部 4s 給水ポンプ 5 発電部 5s 水力発電機 6… 制御弁部 W 水 A 圧縮空気
フロントページの続き (71)出願人 592025915 神沼 二真 神奈川県川崎市宮前区宮崎1−4−40− 304号 (71)出願人 592025926 金城 正博 沖縄県那覇市寄宮3丁目3番5−221号 (71)出願人 592025937 鈴木 俊行 沖縄県浦添市字仲間211番地の1 (71)出願人 592025948 鈴木 正敏 東京都武蔵野市吉祥寺南町3−31−5 (71)出願人 592025959 角田 豊 埼玉県越谷市伊原2−21−9 (72)発明者 宇都宮 義文 沖縄県浦添市字大平206番地の7 (72)発明者 大友 貞雄 沖縄県那覇市天久893−1 天久グランド ハイツ301 (72)発明者 上猶 稔 大阪府柏原市清洲1−3−33 サングレー ス柏原505 (72)発明者 神沼 二真 神奈川県川崎市宮前区宮崎1−4−40− 304号 (72)発明者 金城 正博 沖縄県那覇市寄宮3丁目3番5−221号 (72)発明者 鈴木 俊行 沖縄県浦添市字仲間211番地の1 (72)発明者 鈴木 正敏 東京都武蔵野市吉祥寺南町3の31の5 (72)発明者 角田 豊 埼玉県越谷市伊原2−21−9

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水中における少なくとも上下に移動自在
    に係留され、かつ内部に圧縮空気を収容した浮遊タンク
    を備えるとともに、浮遊タンクの底部に設けた給排部か
    ら浮遊タンクの内部に外部の水を供給可能な給水部と、
    給排部から排出される水流により発電する発電部と、給
    排部を開閉する制御弁部を備えることを特徴とする水中
    発電システム。
  2. 【請求項2】 水は海水であることを特徴とする請求項
    1記載の水中発電システム。
  3. 【請求項3】 浮遊タンクは膜素材により球状に形成し
    てなることを特徴とする請求項1記載の水中発電システ
    ム。
  4. 【請求項4】 給水部には給水ポンプを備えることを特
    徴とする請求項1記載の水中発電システム。
  5. 【請求項5】 発電部には水力発電機を備えることを特
    徴とする請求項1記載の水中発電システム。
  6. 【請求項6】 水中における少なくとも上下に移動自在
    に係留され、かつ圧縮空気を収容した浮遊タンクを備
    え、貯蔵時に、浮遊タンクの内部に底部から外部の水を
    供給し、浮遊タンクに所定量の水を貯溜するとともに、
    発電時に、浮遊タンクの内部に貯溜した水を底部から排
    出し、かつ排出時の水流により水力発電を行うことを特
    徴とする水中発電方法。
  7. 【請求項7】 他の発電設備における余剰電力により浮
    遊タンクの内部に水を供給することを特徴とする請求項
    6記載の水中発電方法。
  8. 【請求項8】 水は海水であることを特徴とする請求項
    6記載の水中発電方法。
JP35893891A 1991-12-27 1991-12-27 水中発電システム及び水中発電方法 Pending JPH0650109A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9139974B2 (en) 2009-09-23 2015-09-22 Bright Energy Storage Technologies, Llp Underwater compressed fluid energy storage system
US9422948B2 (en) 2012-07-27 2016-08-23 Hanwha Techwin Co., Ltd. Energy storage system and method for storing energy and recovering the stored energy using the system
US9557079B2 (en) 2010-07-14 2017-01-31 Bright Energy Storage Technologies, Llp System and method for storing thermal energy

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