JPH10176649A - 極数可変型誘導発電機による波力タービン発電装置及びその運転方法 - Google Patents

極数可変型誘導発電機による波力タービン発電装置及びその運転方法

Info

Publication number
JPH10176649A
JPH10176649A JP8335888A JP33588896A JPH10176649A JP H10176649 A JPH10176649 A JP H10176649A JP 8335888 A JP8335888 A JP 8335888A JP 33588896 A JP33588896 A JP 33588896A JP H10176649 A JPH10176649 A JP H10176649A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
turbine
wave
generator
wave height
poles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP8335888A
Other languages
English (en)
Inventor
Ken Hanatsuka
愃 花塚
Miyouichi Satou
妙一 佐藤
Hajime Endo
肇 遠藤
Shigemi Sato
茂巳 佐藤
Toshio Komiya
俊夫 小宮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku Electric Power Co Inc
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Original Assignee
Tohoku Electric Power Co Inc
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku Electric Power Co Inc, Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd filed Critical Tohoku Electric Power Co Inc
Priority to JP8335888A priority Critical patent/JPH10176649A/ja
Publication of JPH10176649A publication Critical patent/JPH10176649A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Landscapes

  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タービンの効率は、最適な作動点以外では大
幅に低下するが、波力タービン発電においては、波高の
変化により所定の波高以外では効率が低下し、そのため
発電量が小さくなってしまう問題がある。そこで効率を
向上し発電電力の増加を可能とする。 【解決手段】 波高に応じて圧力変化した空気流を発生
する空気室1と、空気流により回転する少なくとも一つ
のタービン2、3と、そのタービンに直結する発電機4
とを備えた波力タービン発電装置であって、波高に応じ
て複数の定格回転数が設定され、発電機4は、極数を変
更可能な極数可変型誘導発電機で形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動水柱方式の波
力タービン発電に係り、特に商用電力系統と連系させる
際に、変化する波高に対応し、最も効率的な発電を行う
のに好適な波力タービン発電装置及びその運転方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来の振動水柱方式波力タービン発電装
置においては、到来する波のエネルギーにより空気室内
で上下運動する水面を往復運動圧縮機におけるピストン
として作用させ、空気室内で空気を吸引および圧縮し、
発生する空気流でタービンを駆動し、タービンと直結し
た発電機により発電する。
【0003】即ち、寄せ波により、図1に示す如く、空
気室1内で上向き運動する水面Waにより空気室1内の
空気が圧縮され空気流路1a、逆止弁6を経由しタービ
ン室に吐出され、この空気はタービン2を駆動する。こ
の時、逆止弁7により空気流路1bは閉止している。ま
た、引き波により、図2に示す如く、空気室1内で下向
き運動する水面Wbにより空気はタービン3を駆動した
後、タービン室・逆止弁7を経由して空気室内に吸引す
る。この時、逆止弁6により空気流路1aは閉止してい
る。発電機4はタービン2とタービン3に同軸結合され
発電する配置となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】波力発電による発電機
を系統と連系する場合、発電機としては誘導発電機が適
している。誘導発電機と直結したタービンの回転数は発
電機の極数と連系する電力系統の周波数とにより定まる
一定回転数となるので、波エネルギーが変動しても、発
電機の周波数・回転数等は系統電力により制御されるこ
とになる。
【0005】洋上および海岸における波は、定常ではな
く、種々の周期・波高の正弦波の合成された不規則波で
あるが、通常は、所定時間内の波高の大きい順に1/3
を取り上げ、その平均波高である有義波高h(1/3)と平
均周期で定義された正弦波として取り扱われる。この正
弦波状の波により、空気室内の空気圧力も正弦波状に変
化し、これに応じて、タービン室圧力、タービン前圧力
も時々刻々変化し、タービンを通過する空気量・タービ
ン出力等も同様変化する。ここで、波高と空気室圧力他
の変動は空気流変換装置のサイズ、構造等により定まる
一定の関係にある。
【0006】これらの条件から波力タービン発電システ
ムにおける発電電力は以下により求められる。平均波高
h(1/3)における瞬時々々の波高hは、 h=h(1/3)・sin(ωt+δ)……………………………〔数式1 〕この時、タービン室の圧力は波高により、 p=p1・sin(ωt+δ’)………………………………〔数式2 〕ここでタービン室の圧力変動の振幅p1、位相δ’は空気流量変換装置の構造 ・配置・サイズ等によって定まる。p1はh(1/3)に比例すると考えられる。
【0007】タービンの動力Lは、瞬時々々変化するタ
ービン前後の圧力差Δpについて L=∫η・VΔp/γ・dt …………………………………〔数式3 〕により、波の1周期積分し、これを平均して求められる。
【0008】タービン効率ηは、図4に示す如く主とし
て速度比u/c(換算空気速度cとタービン周速uの
比)の影響を受け、速度比u/cのある最適値において
最高効率となる曲線となる。タービン効率は、タービン
回転数・翼形状・配置・空気圧力等の影響も若干受ける
が無視してよい程度であり、大略本図に示すような特性
を示す。
【0009】ここで、換算空気速度cはタービンを通過
する空気のエネルギーの大きさを速度に換算したもので
ある。
【0010】 c=√{2gΔp/γ}………………………………………〔数式4〕 タービン周速uはタービンの直径と回転数により規定さ
れる。
【0011】 u=πDm・N/60…………………………………………〔数式5〕 誘導発電機の回転数Nは発電周波数fと発電機の極数p
により規定される。
【0012】 n=60f/p…………………………………………………〔数式6〕 前述のとおり、誘導発電機を使用し電力系統と連系する
と、発電機の回転数は系統により制御され一定となる。
回転数は〔数式5〕におけるタービン直径Dm、〔数式
6〕における誘導発電機の極数pは設置された機械に固
有のものであり、電力の周波数fは系統の周波数である
からである。
【0013】さて、正弦波状の空気室の圧力波形が与え
られると換算空気速度cの変化も〔数式4〕により時々
刻々変化するので、u/cも時々刻々変化する。したが
って、これに応じてタービン効率ηも時々刻々変化し、
図4の曲線上を移動する。
【0014】例えば、有義波高4m(高波高)時に、回
転数1、000rpmのタービンの効率が図4の効率曲
線上のA−B間を移動するとする。同じタービンを有義
波高1m(低波高)時に同じ回転数1、000rpmで
運転すると、周速uは同一であり、cの値は波高4m
(高波高)時の1/2、したがってu/cは全体的に高
波高時の2倍となるので図4の効率曲線上のA’−B’
間を移動することになる。従って、この場合、A−B間
を移動する方が、得られる電力は大きい。
【0015】前述の例において、前例と同じ有義波高4
m(高波高)時に同じタービンを500rpmで運転す
るとすれば、cの値は前例有義波高4m(高波高)時と
同一でありuの値は前述の1/2、したがってu/cは
1/2となるので、タービン効率は図4の効率曲線上の
A”−B”間を移動する。cが大きい時は空気の持つエ
ネルギーが大きいので、タービンの作動範囲においてu
/cの小さい時に効率が高いほうが、これを積分したタ
ービン出力値は大きくなるので、この場合、タービン効
率曲線上でA−B間を移動するほうが得られる電力は大
きい。
【0016】ところが、有義波高1m(低波高)時には
cの値は高波高時の1/2、uの値も前例の1/2、し
たがってu/cは全体的に変わらず、タービン効率は図
4の効率曲線上のA−B間を移動することになり、低波
高時にも高波高時と同様の効率が得られる。
【0017】以上の如く、タービン回転数が一定の場合
は、発電電力に対し最適な波高が存在する。また、所定
の有義波高に対して最大の平均タービン出力を得るため
には最適回転数がある。したがって、高波高時に最適化
したタービンの回転数は低波高時には最適値でなくな
る。逆に、低波高時に最適化したタービン回転数は、高
波高時には最適とならない。
【0018】即ち、従来の波力タービン発電装置におい
ては、季節・日時・天候等により変化する有義波高に対
し、前記のように最適な空気条件となる有義波高以外で
はタービン効率が低下し、発電電力の減少が著しくな
り、高波高時と低波高時と同時に効率的に運転できない
点が本発明で解決すべき課題である。
【0019】本発明の目的は、広い範囲の波高に対し高
いタービン効率で発電を行うことのできる波力タービン
発電装置およびその運転方法を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明に係る波力タービ
ン発電装置においては、波の上下運動により空気流を発
生する空気室と、空気流により回転するタービンと、タ
ービンに直結する発電機とを備えた波力発電タービン装
置において、波高に応じて複数の定格回転数が設定さ
れ、発電機はそれぞれの定格回転数に応じて極数を変更
可能な極数可変型誘導発電機で形成されている構成とす
る。
【0021】本発明によれば、タービンに直結する極数
可変型誘導発電機を備えたため、波高の変化に応じて高
いタービン効率が得られるように複数の定格回転数が設
定され、各定格回転数に対応して極数可変型誘導発電機
の極数が変化されるので、高波高時・低波高時等広い範
囲波高において、発電効率が向上し発電電力が増加す
る。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図1および
図2を参照しながら説明する。図1および図2に示すよ
うに、波の上下運動により空気流を発生する空気室1
と、空気流により回転するタービン2、3と、タービン
に直結する発電機とを備えた波力発電機装置であって、
波高に応じて複数の定格回転数が設定され、発電機は、
それぞれの定格回転数に応じて極数を変更可能な極数可
変型誘導発電機4で形成されている構成とする。
【0023】そして波力タービン発電装置にあっては、
前記の波力タービン発電装置を用い、波高に応じて最適
のタービン効率を得るように誘導発電機の極数を可変に
する構成とする。
【0024】本発明の実施形態においては、波力タービ
ン発電において6極および12極に極数切換え可能とし
た極数可変型誘導発電機を装備し、高波高時(2m以
上)において発電機極数を6極、低波高時(2m以下)
において12極に変更し、2種の定格回転数(高波高時
1、000rpm、低波高時500rpm)を設定する
ことにより、波高に応じてタービンの周速を変更しター
ビン効率の高い範囲においてタービンを作動させる。
【0025】図3は有義波高が変化した時の、実施形態
における空気室圧力の振幅を示す。これに対して、図5
は横軸に有義波高をとり、2種の回転数500rpmお
よび1、000rpmにおけるタービンの出力を示した
ものである。図5から分かるように、高波高時(3m前
後)にはタービンは高回転数で運転するほうが低回転数
よりも出力が大きく、逆に、低波高時(1m前後)には
タービンは低回転数で運転するほうが高回転数よりも出
力が大きい。
【0026】図6は、タービン平均効率(時々刻々変化
する空気室圧力に対するタービン出力を時間積分し平均
したものと波の保有するエネルギーに対する比を百分率
で示したもの)の波高の変化に対する関係を示した。本
図から分かるように有義波高1mで最適値となる500
rpm、有義波高3mで最適値となる1、000rpm
に対し、有義波高2mにおいては何れもほぼ同一の効率
となっている。即ち、回転数を2倍としても、有義波高
2mにおいてはほぼ同一の効率となっており、最適効率
からの効率の低下はそれほど大きくない。以上より、本
実施形態においては有義波高2m以下ではタービン定格
回転数を500rpm、有義波高2m以上ではタービン
定格回転数を1、000rpmの2種の回転数を設定す
ることとした。
【0027】これにより、高波高時においても低波高時
においても、波高に関わらず、効率の高いタービン発電
を行うことができた。特に、波高1m程度においては発
電出力は5〜10倍に達した(図4、図5)。
【0028】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、波高に応
じて最適のタービン効率を得るように、タービンに複数
の定格回転数を設定し、極数可変型誘導発電機の極数を
変更して定格回転数で運転するようにしたため、広い範
囲の波高において高い効率で発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の構成を示し寄せ波の際の
動作を説明する図である。
【図2】図1の引き波の際の動作を説明する図である。
【図3】波高と空気室圧力との関係を示すグラフであ
る。
【図4】速度比とタービン効率との関係を示すグラフで
ある。
【図5】波高と発電機平均出力との関係を示すグラフで
ある。
【図6】波高とタービン平均効率との関係を示すグラフ
である。
【符号の説明】
1 空気室 2 タービン 3 タービン 4 極数可変型誘導発電機 5 発電機軸 6 逆止弁 7 逆止弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 肇 東京都中央区築地5丁目6番4号 三井造 船株式会社内 (72)発明者 佐藤 茂巳 東京都中央区築地5丁目6番4号 三井造 船株式会社内 (72)発明者 小宮 俊夫 東京都中央区築地5丁目6番4号 三井造 船株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 波の上下運動により空気流を発生する空
    気室と、該空気流により回転するタービンと、該タービ
    ンに直結する発電機とを備えた波力タービン発電装置に
    おいて、波高に応じて複数の定格回転数が設定され、前
    記発電機は、それぞれの定格回転数に応じて極数を変更
    可能な極数可変型誘導発電機で形成されていることを特
    徴とする波力タービン発電装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の波力発電タービン装置を
    用い、波高に応じて最適のタービン効率を得るように誘
    導発電機の極数を可変にすることを特徴とする波力ター
    ビン発電装置の運転方法。
JP8335888A 1996-12-16 1996-12-16 極数可変型誘導発電機による波力タービン発電装置及びその運転方法 Withdrawn JPH10176649A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8335888A JPH10176649A (ja) 1996-12-16 1996-12-16 極数可変型誘導発電機による波力タービン発電装置及びその運転方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8335888A JPH10176649A (ja) 1996-12-16 1996-12-16 極数可変型誘導発電機による波力タービン発電装置及びその運転方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10176649A true JPH10176649A (ja) 1998-06-30

Family

ID=18293503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8335888A Withdrawn JPH10176649A (ja) 1996-12-16 1996-12-16 極数可変型誘導発電機による波力タービン発電装置及びその運転方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10176649A (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2330625A (en) * 1997-04-07 1999-04-28 John Hunter Wave/river power generating system
GB2418960A (en) * 2004-10-05 2006-04-12 Iain David Roberts Breakwater wave energy converter
WO2011066625A1 (en) * 2009-12-04 2011-06-09 Oceanlinx Ltd. Improvements in turbines
CN102913375A (zh) * 2011-08-01 2013-02-06 马春云 波浪气流能发电
JP2013544332A (ja) * 2010-12-03 2013-12-12 オーシャンリンクス リミテッド タービンにおける改良
EP2944801A1 (en) * 2014-05-14 2015-11-18 Sener Ingenieria Y Sistemas, S.A. Device for capturing wave energy
JP2016010177A (ja) * 2014-06-20 2016-01-18 国立大学法人 東京大学 波力発電装置
JP2016125412A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 振動水柱型波力発電装置及びそれに用いられる空気室容積導出用の制御則を求める方法
WO2018056853A1 (en) * 2016-09-22 2018-03-29 Instituto Superior Técnico Energy conversion system for use in bidirectional flows and its method of operation

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2330625A (en) * 1997-04-07 1999-04-28 John Hunter Wave/river power generating system
GB2330625B (en) * 1997-04-07 2001-04-25 John Hunter Wave/river power system
GB2418960A (en) * 2004-10-05 2006-04-12 Iain David Roberts Breakwater wave energy converter
WO2011066625A1 (en) * 2009-12-04 2011-06-09 Oceanlinx Ltd. Improvements in turbines
US9574542B2 (en) 2009-12-04 2017-02-21 Wave Power Renewables Limited Turbines
CN103477067A (zh) * 2010-12-03 2013-12-25 海洋能源技术有限公司 涡轮机中的改进
JP2013544332A (ja) * 2010-12-03 2013-12-12 オーシャンリンクス リミテッド タービンにおける改良
CN102913375A (zh) * 2011-08-01 2013-02-06 马春云 波浪气流能发电
EP2944801A1 (en) * 2014-05-14 2015-11-18 Sener Ingenieria Y Sistemas, S.A. Device for capturing wave energy
WO2015173235A1 (en) * 2014-05-14 2015-11-19 Sener, Ingenieria Y Sistemas, S.A. Device for capturing wave energy
JP2017516027A (ja) * 2014-05-14 2017-06-15 セネル,インヘネリア イ システマス,エセ.アー. 波力エネルギーを獲得する装置
US10041467B2 (en) 2014-05-14 2018-08-07 Sener, Ingenieria Y Sistemas, S.A. Device for capturing wave energy
JP2016010177A (ja) * 2014-06-20 2016-01-18 国立大学法人 東京大学 波力発電装置
JP2016125412A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 振動水柱型波力発電装置及びそれに用いられる空気室容積導出用の制御則を求める方法
WO2018056853A1 (en) * 2016-09-22 2018-03-29 Instituto Superior Técnico Energy conversion system for use in bidirectional flows and its method of operation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4313711A (en) Turbine and like rotary machines
US4078382A (en) Method and apparatus for deriving useful energy from sea waves
US4221538A (en) Rotary transducers
JP3368536B1 (ja) 流体発電装置
AU2007334608B2 (en) Wave energy converter with air compression (WECWAC)
JPS58119977A (ja) 風力発電方法及び風力発電機
JP2006509482A (ja) 回転子及び固定子及び発電装置を回転させる機構
JPH10176649A (ja) 極数可変型誘導発電機による波力タービン発電装置及びその運転方法
CN106930897B (zh) 一种用于无叶片风力机的液压式能量转换装置
US7682127B2 (en) Dynamically self-balanced fluid turbine
CN106351799B (zh) 一种水平轴风力发电机
EP2997252B1 (en) Air turbine for applications in wave energy conversion
CN102080622A (zh) 高效风力发电方法及装置
CN206130029U (zh) 一种新型双涡轮双导轮导叶可调式液力变矩器
JP2007051584A (ja) 風力発電装置
GB2028929A (en) Turbines
JPH08177710A (ja) 発電装置
KR101622537B1 (ko) 구심디퓨저와 터빈을 지닌 동력발생장치
JP2003319694A (ja) 固定翼水車により駆動される発電機の最大出力制御方法
RU2403439C2 (ru) Способ преобразования энергии ветра и устройство для его реализации
JP2004100546A (ja) 風力発電方法およびその装置
JPH01298933A (ja) バルブ水車用可変速発電機
JPH04237801A (ja) 二軸反転軸流タービン
RU200761U1 (ru) Устройство преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию с использованием направляющих элементов и структур директорного и рефлекторного типов
JP3524948B2 (ja) 可変速水力機械の水車運転方法

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20040302