TW202310529A - 藉由船舶的能源輸送系統及能源輸送方法 - Google Patents

Abstract

[課題]不藉由輸電纜線而有效率地將電力等的能源資源往任意的收受設備輸送。[解決手段]能源輸送系統100具備：輸送船10，其具備能源資源的保持手段；供給設備20，其將能源資源供給至輸送船10的保持手段；以及收受設備30，其從輸送船10的保持手段接受能源資源的供給。輸送船10的保持手段所保持之能源資源的例子為電力及氫。

Description

藉由船舶的能源輸送系統及能源輸送方法

本發明主要是關於藉由船舶而在海路進行陸上的設備間的能源輸送之系統及方法。

以往，例如在海上風力發電系統中是將輸電纜線鋪設於海底或海中，藉由此海底的輸電纜線，將由海上的發電裝置所發電之電力輸送至陸上的電力系統。例如，專利文獻1中公開了一種配線系統，其為了不受海底的地形影響地鋪設輸電線，而將輸電線在漂浮之狀態下設置於多個海上的發電設備之間。並且，專利文獻2中公開了一種電力輸送網系統，其為了將在海上所發電之電力穩定地供給至全國，設置以包圍陸地之方式連接海上的發電設備間之環狀的電力輸送網，並設置由此海上的輸送網往陸地的輸電線。 [習知技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2014-093902號公報 [專利文獻2]日本特開2014-158363號公報

[發明所欲解決的課題] 另外，習知的系統是為了將以例如海上的發電設備所發電之電力往陸上的收受設備輸電而將輸電纜線設置於海底或海中，並藉由此輸電纜線輸送電力。然而，此種習知的系統除了輸電纜線的設置或維護要耗費時間與成本以外，還有如以下般的各種課題。

例如，要在海中設置輸電纜線，為了例如需要用於從國家或自治體得到許可的手續，或者其設置工程需要時間，直到發電設備的運作開始會耗費很多時間。

並且，在海中設置了輸電纜線之情形中，有對海中或海底的自然環境造成影響之虞，必須充分注意其設置，亦有依據環境條件而無法設置輸電纜線之情形。

並且，因輸電纜線固定在海底或海中，故在利用此輸電纜線之情形中，電力的輸電對象不存在選項。例如，在從海上的發電設備透過輸電纜線輸電至陸上的收受設備之情形中，總是只可直接輸電至固定的收受設備。因此，要從發電設備往任意的地方輸電總是必須經由陸上的電力系統，有輸電效率差的問題。

於是，本發明之主要目的在於提供不藉由海底的輸電纜線等供給線而將電力等能源資源往任意的收受設備有效率地輸送之手段。

[解決課題的技術手段] 本發明的發明人針對解決習知技術的課題之手段專心致志研究，結果得到如下見解：藉由船舶在海路進行從供給設備至收受設備的能源輸送，藉此可解決使用輸電纜線等之能源輸送方法所具有之各種問題。而且，本案發明人想到若基於上述見解則可解決習知技術的課題而完成了本發明。若具體地說明，則本發明具有以下的構成或步驟。

本發明的第一態樣是關於能源輸送系統。本發明之系統基本上包含：輸送船，其具備能源資源的保持手段；供給設備，其配置於此輸送船外，將能源資源供給至輸送船的保持手段；以及收受設備，其配置於此輸送船外，從輸送船的保持手段接受能源資源的供給。

本發明中之「能源資源」是除了電力以外，還包含與電力具有互換性之能源資源。例如，能源資源除了電力以外，還可包含氫、熱、位能、動能等具有與電力的互換性、可保持一定期間在能現實運用的效率者。此外，從供給設備供給至輸送船之能源資源與從輸送船供給至收受設備之能源資源不一定要相同種類。例如，亦可將氫從供給設備供給至輸送船，在輸送船從氫產生電力，將電力從輸送船供給至收受設備。「供給設備」為可將能源資源往輸送船供給之設備。例如，在能源資源為電力的情形中，與公共的電力系統連接且具有將電力往輸送船供給之功能之變電裝置等，相當於在此所謂之供給設備。「收受設備」為可從輸送船接受能源資源之設備，陸上的設施以外，還包含由從輸送船供給之能源資源驅動之船舶、車輛、列車或航空器等。例如，在能源資源為電力的情形中，將從輸送船接受到供給之電力往公共的電力系統輸電之變電裝置等，相當於在此所謂之收受設備。此外，輸送船可為透過纜線而從發電設備接受能源資源的供給的船，亦可為透過纜線而將能源資源供給至收受設備的船。此情形下，輸送船較佳進一步具備用於懸掛並保持纜線的機械臂。

如上述構成，藉由輸送船在海路進行從供給設備至收受設備的能源輸送，藉此有例如如以下般的優點。

首先，根據本發明，因不需要如以往般將輸電纜線鋪設於供給設備至收受設備之間，故可抑制用於開始所述設備之間的輸電的初期投資。

並且，因本發明中亦不需海底的輸電纜線，故可將對海中或海底的自然環境的影響抑制在最低限度。

並且，因本發明中不是藉由輸電纜線，而是藉由輸送船輸送能源資源，故可自由地選擇來自供給設備的能源的輸送對象。例如，能將能源資源直接輸送至電力需求高的地區、商業設備、醫院或公共設備等。

並且，因本發明中能源資源的保持手段裝配於輸送船，故可一定程度自由地選擇售電對象的時間點。例如藉由在電力需求高的時間帶使輸送船航行至電力需求高的地區，而可提高能源資源的販售單價。

在本發明之能源輸送系統中，輸送船的保持手段可為蓄電池（二次電池）。此情形下，在發電設備所得到之電力是因應需要進行變電（電壓轉換及／或直流與交流的相互轉換）之後，直接供給至輸送船。「蓄電池」除了將電力能源轉換成化學能源而保存之液體電池或全固體電池以外，還包含將電力能源轉換成旋轉運動等物理性能源而保存之飛輪型電池等機械式電池。相較於液體電池等，機械式電池因能源的保存方法並非化學反應，故火災或爆炸等風險少，且有其壽命相較於普通的鋰電池更長的優點。

在本發明之能源輸送系統中，輸送船的保持手段可為氫氣槽。此情形下，使用在發電設備所得到之電力並藉由水電解裝置等生成氫氣，將所得到之氫氣供給至輸送船的氫氣槽。並且，將氫氣從輸送船往收受設備供給，在收受設備使用氫氣藉由燃料電池等進行發電。此外，水電解裝置可設置於發電設備，也可設置於供給設備，亦可設置於輸送船。並且，燃料電池可設置於收受設備，亦可設置於輸送船。

本發明之能源輸送系統中進一步具備發電設備，其將能源資源供給至供給設備。從發電設備往供給設備的輸電是例如透過習知的電力系統進行。作為「發電設備」，可採用藉由風力發電、太陽光發電、潮汐發電、地熱發電、水力發電、生質發電、火力發電及核能發電等習知的方法進行發電之設備。此外，在發電設備中包含例如發電裝置、變電裝置、輸電裝置、蓄電裝置或能源資源的轉換裝置等、為了將能源資源供給至輸送船所需之各種裝置。

本發明之能源輸送系統中，供給設備及收受設備亦可設置於離島或沿岸等陸上。例如，將以陸上的發電設備所發電之電力透過公共的電力系統輸電至設置於沿岸的供給設備，從此供給設備將電力供給至輸送船。然後，輸送船在海路將電力往設置於沿岸之收受設備輸送。如此一來，則可藉由輸送船將電力從陸上的供給設備輸送至收受設備。

本發明的第二態樣是關於能源輸送方法。在本發明之輸送方法中，藉由具備能源資源的保持手段之輸送船，將能源資源從輸送船外的供給設備往輸送船外的收受設備輸送。例如，本發明之輸送方法包含：將能源資源從供給設備往輸送船供給之步驟；藉由輸送船輸送能源資源之步驟；以及從輸送船往收受設備進行能源資源的供給之步驟。

[發明功效] 根據本發明，可不藉由輸電纜線等供給線而將電力等能源資源往任意的收受設備有效率地輸送。

以下，使用圖式說明本發明的實施方式。本發明不受限於以下說明之方式，亦包含所屬技術領域中具有通常知識者從以下的方式在顯而易見的範圍內進行適當變更者。

圖1表示本發明之能源輸送系統及能源輸送系統的一實施方式。在圖1所示之實施方式之能源輸送系統100中，係藉由輸送船10在海路進行從沿岸供給設備20至其他的沿岸的收受設備30的電力輸送。首先，參照圖1說明本發明的概要。

如圖1所示，從公共的電力系統200往設置於沿岸之供給設備20進行輸電。供給設備20例如具備變電裝置21與輸電纜線32。在供給設備20中，藉由輸電纜線32將變電裝置21與電力系統200連接。變電裝置21例如將從電力系統200接受到之電力從交流轉換成直流。並且，若輸送船10到達供給設備20附近，則直流的電力會透過充電用的纜線從變電裝置21往輸送船10所具備之蓄電池（能源資源的保持手段）供給。如此，往輸送船10供給電力較佳為在海上透過纜線而進行。並且，結束蓄電池的充電之輸送船10在海路朝向預定的收受設備30航行。收受設備30例如具備變電裝置31及輸電纜線32。若輸送船10到達收受設備30附近，則由蓄電池所保持之直流的電力會透過放電用的纜線而往變電裝置31供給。在變電裝置31將電力從直流轉換成交流，並往包含變電所等之公共的電力系統200輸電。

如此一來，在本發明中，基本上是藉由具備蓄電池之輸送船10，從陸上的供給設備20往其他的陸上的收受設備30、進而往電力系統（輸電網）進行電力能源的輸送。雖取決於輸送船10的動力源，但即使是例如將電力作為動力源之馬達式的輸送船10，亦可在無須充電下於海上航行300～500km左右。因此，從供給設備20至收受設備30的距離是能分離300～500km左右。

圖2表示輸送船10之主要的構成要素。特別是在本實施方式中，輸送船10為將電力作為動力源之馬達式的船。但是，輸送船10亦可為將化石燃料作為動力源之內燃機式的船，亦可為馬達與內燃機合併使用之混合式的船。再者，輸送船10亦可為將氫作為動力源者。例如，在將氫利用作為動力源之情形中，輸送船10可為藉由由燃料電池所發電之電力驅動馬達之燃料電池式的船，亦可為藉由使氫在內燃機燃燒而得到動力之氫引擎式的船。

如圖2所示，輸送船10具備收容箱10a及船體10b。收容箱10a構成為能相對於船體10b裝卸。並且，船體10b構成為即使在已卸除收容箱10a之狀態下亦可獨自航行。

收容箱10a為用於保持能源資源（具體而言為電力）的要素，所述能源資源成為從供給設備20輸送至收受設備30的對象。因積蓄於收容箱10a之電力的目的在於從供給設備20輸送至收受設備30，故其輸送期間基本上不會被消費作為輸送船10或其船內的機器的動力源而保持原樣。但是，如後述，在緊急時等，亦可利用蓄電於收容箱10a內之電力作為輸送船10的動力源等。

收容箱10a包含充放電口11、多個電池組12（battery cell）及電池控制裝置13。充放電口11為用於對各電池組12進行充電及放電的介面，並可將充放電纜線40（參照圖3）插入。電池組12為裝配於收容箱10a內之蓄電池。因應電池組12的裝配數，可調整輸送船10的能蓄電於收容箱10a之電力容量。例如雖亦取決於輸送船10的大小，但收容箱10a可確保200～6000MWh的電力容量。電池控制裝置13係與各電池組12連接，且為用於控制往各電池組12的電力的充電量／放電量或充電速度／放電速度的控制電路。電池控制裝置13在電路基板上裝配有CPU、儲存有控制程式之記憶體、與外部伺服裝置的通訊機器及用於偵測電池組12的充電狀態等的感測器機器等。

此外，在本實施方式中，雖構成為收容箱10a可從船體10b裝卸，但亦可進一步構成為各電池組12可從收容箱10a裝卸。另一方面，在各電池組12能相對於收容箱10a裝卸之情形中，收容箱10a本身亦可做成不能裝卸地固定於船體10b。再者，在本實施方式中，雖電池控制裝置13裝配於收容箱10a內，但亦可將電池控制裝置13裝配於船體10b側來取代此種構成。

輸送船10的船體10b基本上具有與將電力作為動力源之馬達式的一般性船舶同樣的構成。亦即，船體10b具備驅動用電池14、變流器15及馬達16。驅動用電池14保持被消費作為輸送船10或內部機器的動力源之電力。變流器15控制或轉換從驅動用電池14輸出之電力而供給至馬達16。馬達16將從變流器15接受到之電力轉換成動力。例如，馬達16藉由通過未圖示的軸使螺旋槳旋轉，而得到輸送船10的推進力。

如此船體10b因具有有別於儲藏輸送用的電力之電池組12的驅動用電池14，故能在不消費電池組12內的電力下而航行。但是，在本實施方式中，驅動用電池14係透過電池控制裝置13與電池組12電性連接。因此，在緊急時等，可將電池組12內的電力供給至驅動用電池14。其結果，輸送船10亦能將電池組12內的電力作為動力源而航行。

並且，雖省略圖示，但輸送船10亦可為輸送氫來取代電力作為能源資源者。此情形下，只要將氫氣槽裝配於收容箱10a內來取代電池組12即可。並且，輸送船10亦可為將氫作為動力源而航行者。此情形下，只要將燃料電池裝配於船體10b內來取代驅動用電池14即可。此外，亦可藉由將電力作為動力源之輸送船10來輸送氫，亦可藉由將氫作為動力源之輸送船10來輸送電力。

圖3示意性地表示將電力從沿岸的供給設備20往輸送船10的電池組12供給之方法。從供給設備20往輸送船10的電力供給基本上是在輸送船10停留於海上之狀態下透過充放電纜線40進行。在接受電力供給時，輸送船10可降下錨並停泊於供給設備20的附近，亦可不降下錨而是藉由控制馬達或螺旋槳而停留於供給設備20的附近。此外，充放電纜線40可配備於輸送船10，亦可配備於供給設備20。並且，從供給設備20往輸送船10的電力供給，基本上是以供給作為輸送至收受設備30之能源資源的電力（積蓄於電池組12者）為目的而進行。此外，雖能從供給設備20對輸送船10供給作為被輸送船10消費之動力源的電力（積蓄於驅動用電池14者），但終究這並非主要目的。

在圖3（a）所示之方式中，輸送船10具備用於懸掛並握持充放電纜線40的機械臂50。藉由由機械臂50握持充放電纜線40，而可在不使充放電纜線40貼附海面下進行往輸送船10的充電。

並且，機械臂50較佳為具備穩定器機構，其用於將充放電纜線40的握持部位的空間位置（水平位置及垂直位置）維持固定。穩定器機構可為機械性地維持握持部位的空間位置的機構。並且，穩定器機構亦可為以基於來自加速度感測器及陀螺儀感測器等感測器機器的檢測資訊而維持握持部位的空間位置之方式，電子地進行控制的機構。往輸送船10的電力供給在海上進行，容易受波浪或潮流的影響。因此，藉由將穩定器機構裝配於輸送船10的機械臂50，而可對於充放電纜線40不慎從充放電口脫落，或者充放電纜線40產生故障或斷線防患於未然。此外，雖省略圖示，但在未將機械臂50裝配於輸送船10，而是使充放電纜線40漂浮於海面之狀態下，亦能將電力從供給設備供給至輸送船10。

圖4示意性地表示將電力從輸送船10往沿岸的收受設備30供給之方式。從輸送船10往收受設備30的電力供給，較佳為基本上也在輸送船10停留在海上之狀態下透過充放電纜線40進行。但是，在將電力往陸上的收受設備30供給之情形中，在收受設備30附近有港口時亦可使輸送船10停泊於此港口。

在圖4（a）所示之方式中，陸上的收受設備30包含變電裝置31。積蓄於輸送船10的電池組12之電力係透過被機械臂50握持之充放電纜線40而往變電裝置31供給。因電池組12積蓄直流的電力，故變電裝置31將直流的電力轉換成交流之後，經由輸電纜線32將交流的電力往電力系統200輸電。此外，雖省略圖示，但在未將機械臂50裝配於輸送船10，而是使充放電纜線40漂浮於海面之狀態下，亦能將電力從輸送船10供給至變電裝置31。

在圖4（b）所示之例子中，係在海上從輸送船10往其他船舶34進行電力供給。船舶34的例子為將電力作為動力源而航行之馬達式的船舶。此情形下，可藉由將電力從裝配於輸送船10之電池組12供給至船舶34，船舶34在海上對驅動用電池進行充電。如此，來自輸送船10的能源資源的供給對象不限於陸上的收受設備30，亦可為需要電力等能源資源之海上的船舶34。

並且，雖省略圖示，但來自輸送船10的能源資源的供給對象（收受設備）亦可為陸上的汽車（EV或FCV），亦能將能源資源直接供給至商業設施、醫院、住宅或公共運輸機關等各種場所。如此，在本發明中，能自由地選擇輸送船10的能源資源的輸送對象。

圖5表示從輸送船10卸除收容箱10a並個別配送之方法。如前述，輸送船10構成為可從船體10b將儲存電池組12之收容箱10a卸除。因此，例如，如圖5所示，使輸送船10停泊於港口後，可藉由起重機310從船體10b卸除收容箱10a，而將其收容箱10a裝載於拖車320。藉此，可將大容量的收容箱10a往各種地區或場所個別配送。例如能將能源資源（電力）自由地配送至未設置輸電線之地方、山林或工程現場等。此外，收容箱10a的配送手段不限於拖車320，亦可利用列車等其他陸上輸送手段、直升機或飛機等航空輸送手段或貨物船等海上輸送手段。並且，亦能將收容箱10a卸下於港口，原封不動地保存作為預備電源。

圖6表示本發明中假設之電力輸送方案。將以發電設備60所發電之交流的電力經由電力系統200輸送至供給設備20。在供給設備20中，於變電裝21將交流的電力轉換成直流。並且，那時變電裝置21會將電力轉換成200kV～500kV左右的高電壓的直流電力（HVDC）。然後，將此高壓直流電力從變電裝置21供給至輸送船10。如此，可藉由將經高電壓化之直流電力對輸送船10的電池組充電，而抑制輸送期間的電力損失。

並且，從輸送船10往收受設備30的電力供給亦藉由高壓直流電力來進行。因此，在收受設備30側亦必須預先設置高壓直流電力用的集電盤33及變電裝置31。由輸送船10的電池組所保持之電力係通過集電盤33而往變電裝置31供給。變電裝置31將高壓直流電力轉換成100V～250V左右的符合各地區的基準之交流電力後，通過輸電纜線32往電力系統200輸電。

接著，參照圖7，針對前述之本發明的實施方式的應用例進行說明。如圖7所示，本發明之能源輸送系統100包含發電設備60。發電設備60包含發電裝置61及變電裝置62。作為發電裝置61，能採用利用風力發電裝置61a、太陽光發電裝置61b、潮汐發電裝置61c、地熱發電裝置61d、水力發電裝置61e或生質發電裝置61f等可再生能源之發電方法。並且，此外亦可利用火力發電裝置或核能發電裝置作為發電裝置61。在發電設備60中，可將從此等發電裝置61a～61f等中選擇的一種利用於發電，亦可組合多種類的發電裝置而利用於發電。此外，因各發電裝置已為習知，故針對各發電裝置的詳細的構成則省略說明。將以發電裝置61所發電之電力透過變電裝置62往公共的電力系統200供給。

並且，在前述的實施方式中，係利用電力作為輸送用的能源資源。亦即，供給裝置20將從電力系統200取得之電力供給至輸送船10。輸送船10像這樣將電力充電至電池組12，並在海路輸送電力。因此，如圖7的上部所示之輸送系統，在供給設備20中，藉由變電裝置21將電力從交流轉換成直流之後，對輸送船10的電池組12進行充電，並且亦在收受設備30中，藉由變電裝置31將從電池組12供給之電力從直流轉換成交流後，往電力系統200輸電。

另一方面，在圖7的應用例中，亦可利用氫作為輸送用的能源資源。此情形下，在供給設備20中，將從電力系統200取得之電力供給至水電解裝置23。水電解裝置23利用電力將水電解並使高純度的氫氣產生。由水電解裝置23所生成之氫氣係透過氫氣用的供給噴嘴（供給線）而供給至停泊或停留於海上之輸送船10。輸送船10具備氫氣槽17，從水電解裝置23供給之氫氣係儲留於此氫氣槽17。此外，氫氣的供給線較佳為仿照圖3所示的例子，藉由輸送船10的機械臂50保持。

若完成往氫氣槽17的充填，則輸送船10朝向收受設備30航行。在將氫利用作為輸送用的能源資源之情形中，收受設備30設有燃料電池35。從輸送船10的氫氣槽17透過供給噴嘴（供給線）將氫氣供給至此燃料電池35。燃料電池35藉由使從輸送船10接受到供給之氫與空氣中的氧產生化學反應而發電。由燃料電池35所得到之電力因應需要而進行變電之後，往電力系統200輸電。如此，藉由由輸送船10輸送氫，而可將在供給設備20所得到之能源資源往收受設備30送達。

本發明之能源輸送系統100可包含圖7所示之電力的輸送系統（上部）及氫的輸送系統（下部）中的任一者，亦可包含此等輸送系統的兩者。亦即，可因應需要選擇並執行電力的輸送與氫的輸送。

以上，在本申請說明書中為了表達本發明的內容，係一邊參照圖式一邊進行本發明的實施方式的說明。但是，本發明並不受限於上述實施方式，亦包含所屬技術領域中具有通常知識者基於本申請說明書所記載之事項而顯而易知的變更方式或改良方式。

[產業上的可利用性] 本發明是關於能源輸送系統及能源輸送方法。例如，本發明較佳地可利用於發電事業及輸電事業。

10:輸送船 10a:收容箱 10b:船體 11:充放電口 12:電池組 13:電池控制裝置 14:驅動用電池 15:變流器 16:馬達 17:氫氣槽 20:供給設備 21:變電裝置 22:輸電纜線 23:水電解裝置 30:收受設備 31:變電裝置 32:輸電纜線 33:集電盤 34:船舶 35:燃料電池 40:充放電纜線 50:機械臂 60:發電設備 61:發電裝置 62:變電裝置 100:能源輸送系統 200:電力系統 310:起重機 320:拖車

圖1係舉電力輸送為例，表示本發明之能源輸送系統的概要。 圖2係表示輸送船之主要的構成要素的例子之方塊圖。 圖3示意性地表示從陸上的供給設備往輸送船的充電方法的例子。 圖4（a）示意性地表示從輸送船往陸上的收受設備的放電方法的例子。圖4（b）示意性地表示從輸送船往其他船舶的放電方法的例子。 圖5示意性地表示從輸送船卸除收容箱之方法的例子。 圖6表示輸電方案的一例。 圖7係表示能源輸送系統的應用例之方塊圖。特別是圖7表示藉由輸送船輸送氫代替電力或合併使用之方法。

10:輸送船

20:供給設備

21:變電裝置

22:輸電纜線

30:收受設備

31:變電裝置

32:輸電纜線

100:能源輸送系統

200:電力系統

Claims (7)

1. 一種能源輸送系統，其具備： 輸送船，其具備能源資源的保持手段； 供給設備，其配置於所述輸送船外，將能源資源供給至所述保持手段供給；以及 收受設備，其配置於所述輸送船外，從所述保持手段接受能源資源的供給。
2. 如請求項1之系統，其中， 所述保持手段為蓄電池。
3. 如請求項1之系統，其中， 所述保持手段為氫氣槽。
4. 如請求項1之系統，其中， 進一步具備發電設備，其將能源資源供給至所述供給設備。
5. 如請求項1之系統，其中， 所述供給設備及所述收受設備配置於陸上。
6. 如請求項1之系統，其中， 所述輸送船透過纜線而從所述發電設備接受能源資源的供給，或透過所述纜線而將能源資源供給至所述收受設備， 所述輸送船進一步具備用於懸掛並保持所述纜線的機械臂。
7. 一種能源輸送方法，其藉由具備能源資源的保持手段之輸送船，將能源資源從所述輸送船外的供給設備往所述輸送船外的收受設備輸送。

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