JP5227347B2

JP5227347B2 - 波力発電装置

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Publication number: JP5227347B2
Application number: JP2010015477A
Authority: JP
Inventors: 幸伸織田
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2030-01-27
Also published as: JP2011153567A

Description

本発明は海上に設置する波力発電装置に関し、より詳しくは、揚水貯留式の波力発電装置に関する。

地球温暖化問題の緩和策として、自然エネルギーの利用が重要視されており、種々の方式を採用した波力発電装置が提案されている。

揚水式の波力発電は、揚水した海水の放水量を制御することができるため、波浪の強弱により発電量が左右されるその他の方式の波力発電装置と比較して、蓄電装置が不要であることが有利な点である。

揚水式の波力発電装置としては、以下の特許文献１に記載の装置が知られている。
特許文献１に記載の装置は、汀線より陸地側に向かって順次幅を狭くする一対の立壁部（１，１）と、汀線より陸地側に向かって漸高状態となした底面部２とで揚水路（３）を構築し、該揚水路の側部には上記立壁部で囲まれた池（５）を設けてなる揚水池ユニット（１０）を、汀線に添って連続的に並置してなり、この貯水池に貯留された海水の位置エネルギーによって海水を導水管（６ａ）より発電機（６）に導き海に放流して該発電機を作動させ電力を得るものである。

特開平０６−１１６９１８号公報

しかし、特許文献１に記載の装置では、以下の様な問題が生じる。
（１）放水時に利用できる海水は、導水管よりも高い位置に貯留されたものに限られてしまう。また、導水管を海面より高い位置に設ける必要があるため、発電可能な水量が更に限られてしまう。
以上の点から、貯水した海水に対する放水効率が低い。
（２）水量を確保する対策として揚水路の終端部の高さを高くしてしまうと、小さな波では揚水されなくなるため、波に対する貯水効率が悪い。
（３）上記問題を回避しつつ、貯水量を増加させるためには、貯水地の平面方向の面積を増加させる方法に限定されてしまい、用地確保の必要性が生じる。
（４）放水により、貯水池内の水位が徐々に低下するため、貯留水の位置エネルギーが低下し、発電効率も低下してしまう。

したがって、本願発明は、平面視した面積が狭い貯水池であっても、良好な放水効率・貯水効率・発電効率の両立を図ることが可能な、波力発電装置を提供することを目的とするものである。

そこで、本願発明は、海上に設置する波力発電装置であって、平面視して閉塞空間を形成するように側壁を設置してなる、貯水部と、前記貯水部内を上下方向に遮水しながら摺動可能な浮体と、からなり、前記貯水部の上部は海上に露出して海水の流入を可能とし、前記貯水部の底部は海と連通することで、前記貯水部内の水位を、前記浮体が受ける浮力の分だけ海面の平均水位より高く設定し、前記貯水部には、海面の平均水位と該貯水部内の貯水水位との間の高さに設けた放水口を設け、前記放水口の解放によって放出される海水からエネルギーを取り出して発電することを特徴とする、波力発電装置である。
また、本願発明は、前記発明において、前記放水口の解放による海水の放出と、前記放水口の閉塞による海水の流入による前記浮体の上下動から、エネルギーを取り出して発電してもよい。

本願発明によれば、以下の効果のうち、少なくとも何れか一つを得ることができる。
（１）平面視した面積が狭い貯水部であっても、大きな貯水量を確保することができ、貯水効率が良好である。
（２）貯水部内に貯留した海水を効率よく放水することができ、放水効率が良好である。
（３）放水時においても貯水池内の水位がほぼ一定となるため、安定した位置エネルギーが得られ、発電効率が良好である。
（４）放水による水力発電方式と、浮体の移動による機械的な発電方式の何れをも任意に選択できるため、より発電効率の良い発電方式を選択することができる。

実施例１に係る発電装置の概略斜視図。貯水時の発電装置の側断面を示す概略図。放水後の発電装置の側断面を示す概略図。実施例２に係る発電装置の側断面を示す概略図。実施例３に係る発電装置の側断面を示す概略図。実施例４に係る発電装置の側断面を示す概略図。

各図面を参照しながら、本発明の波力発電装置の実施例について説明する。

＜１＞全体構成
図１は、実施例１に係る発電装置の概略斜視図である。
図１に示すように、本発明の第１実施例に係る波力発電装置は、揚水式の波力発電装置であって、平面視して閉塞空間を形成するように側壁１１を設置してなる貯水部１と、前記貯水部１内を上下方向に遮水しながら摺動可能な浮体２と、前記放水口１２からの放水によって作動する発電機３と、からなる。
次に、図２を参照しながら、各構成要素について説明する。

＜２＞貯水部
貯水部１は、揚水を貯留するための構造物である。
貯水部１は、平面視して閉塞空間を形成し、上部は解放し底部は海と連通するように側壁１１を設置して構成する。
側壁１１は構造物の構築に用いられる、コンクリート板その他一般的な部材を用いることができる。
前記貯水部１の上部は、海面の平均水位よりも高い位置に露出しておき、波の発生によって水位が上昇した際に、内部に海水が流入可能とする。
貯水部１の高さＬ₄は、設置海域の海象条件から、効率よく海水を揚水できる高さに設定する。
前記貯水部１の底部は、後述する浮体２よりも下方の位置で海と連通した状態を保つべく、少なくとも一部を開口しておく。
側壁１１の下方には、浮体２が一定距離以上下方に摺動しないよう、側壁の内周に突部（図示せず）などを設けてもよい。

＜２．１＞放水口
前記貯水部１を構成する側壁１１には、貯水部１内部に貯留した海水を放水するための放水口１２を少なくとも１箇所設ける。
放水口１２の設置位置は、海面の平均水位Ｌ₁よりも高く、後述する貯水部２内の貯水水位Ｌ₂よりも低い位置とする。
放水口１２の途上にはバルブを設けておき、該バルブの開け閉めによって放水を制御する。

＜３＞浮体
浮体２は貯水部１内に配し、該浮体２が沈んでいる際に受ける浮力分だけ、貯水部内の貯水水位を海面の平均水位より高く設定するための部材である。
浮体２は、前記貯水部１内を上下に摺動可能に沈設しておくとともに、浮体２を挟んで上下に区分けされた貯水部内の領域間で水の流出入を遮断するよう、浮体２の外周と側壁１１との間を密にして止水しておく。
上記の構成とすることで、貯水部１内の浮体２を挟んで下方の領域は、海と同様の水圧が生じ、貯水部１内の浮体２を挟んで上方の領域は、海と別途異なる水圧が生じる環境となる。

＜４＞発電機
発電機３は、貯水部１からの放水によって発電する一般的な水力式の発電装置であるため、詳細な説明を省略する。

＜５＞作用
図２、３を参照しながら、本発明の発電装置の作用について説明する。

（１）閉塞時
図２は、放水口１２を閉塞した状態の発電装置の側断面を示す概略図である。
浮体２は海中に沈んでいる状態であり、浮体２は浮力Ｆ₁を受けている。なお、説明の便宜上、Ｆ₁は浮体２に働く浮力から浮体２の自重を引いたものとする。

前記浮体２が沈んでいる時には、貯水部１内の平均海面Ｌ₂より上方にある海水の重量は、前記浮体２との浮力Ｆ₁に相当するため、貯水部１内の貯水水位Ｌ₂は、海面の平均水位Ｌ₁よりも上昇することとなる。
このとき、貯水部１の平面面積Ａ₁、貯水水位Ｌ₂と海面の平均水位Ｌ₁との差（Ｌ₂−Ｌ₁）Ａ₁＝Ｆ₁の関係が成り立つ。

高い発電効率を得るためには、貯水水位Ｌ₂はなるべく高いことが望ましい。
また、貯水水位Ｌ₂は貯水部の高さＬ₄よりも低い必要があるため、貯水水位Ｌ₂は貯水部の高さＬ₄よりも若干低い位置となるように設定することが望ましい。
また、貯水水位Ｌ₂の設定は、上記（Ｌ₂−Ｌ₁）Ａ₁＝Ｆ₁の関係にから浮体２の浮力を調整することによって行う。

波による海水が貯水部へと流入するたびに、貯水部１内の水位は前記貯水水位Ｌ₂を保ちつつ、徐々に浮体２が沈降することとなる。
貯水部１に設けた放水口１２は、平均水位Ｌ１と貯水水位Ｌ２との間の高さＬ₃の位置に設けてある。

（２）放水口の解放
貯水部１に一定量以上海水が貯水された後には、放水口１２を解放し、放水を開始する。放水口１２の解放タイミングは、貯水部１に設けた水位センサで検知してもよいし、目視による確認で手動で行ってもよいし、電力需要に応じて任意に解放しても良い。
図２の状態から放水口１２を解放すると、浮体がうける浮力Ｆ₁と釣り合うべく、貯水部１中の平均海面水位より上方の海水の容積を保持しようとしながら放水するため、浮体２は徐々に上昇し、貯水部１内部の海水が浮体２によって上方に押し出される格好で放水口１２から放出し、図３の状態へと遷移する。
本実施例では、水力発電式の発電機３によって、放水口１２からの放水を利用して発電を行うことができる。
放水は、発電需要に応じて任意に放水口を閉塞して停止してもよい。

（３）放水完了後
図３は、完全に放水した後の発電装置の側断面を示す概略図である。
貯水部１内部の水量が減少すると、浮体２は浮き上がり、浮体２の水中部分に生じる浮力と、浮体２の重力が釣り合う位置で停止する。

すなわち、貯水池内部の海水を最後まで効率よく放水するためには、浮体２が釣り合って浮いた位置で、浮体上方に貯留した海水が全て放出されるよう、放水口の設置高Ｌ₃を設定することが望ましい。
放水口の設置高Ｌ₃を上記する望ましい高さに設定出来ない場合には、浮体上面が該放水口の設置高Ｌ₃よりも上昇しないよう、側壁１１内部にストッパを設けたり、その他の公知の停止手段を設けておく。

（４）再閉塞
放水口１２を再度閉塞し、波による貯水部１への貯留が行われると、浮体２の沈設と貯水部１内の水位上昇が再開し、図２の状態へと貯水量が徐々に回復していく。

以上、説明した通り、本願発明によれば、平面視した面積が狭い貯水池であっても、良好な放水効率・貯水効率・発電効率の両立を図ることが可能となる。

図４は本願発明の実施例２に係る発電装置の側断面を示す概略図である。
本願発明は、発電機３を浮体２にワイヤなどを用いて接続し、該浮体２の上下動からエネルギーを取り出して発電するよう構成してもよい。
この場合、発電機３は、実施例１に記載する放水口からの放水を利用した発電機３と置換して設置しても良いし、別途追加して設置しても良い。
本実施例によれば、本願発明の波力発電装置において放水によるエネルギーによって発電するか、浮体２の上下動からエネルギーを取り出すか、或いはその両方からエネルギーを取り出すか、設置箇所での発電実績等を参酌しながら、任意に選択することができる。

図５は本願発明の実施例３に係る発電装置の側断面を示す概略図である。
本願発明は、貯水部１を構成する側壁と、浮体との間の水密性をより確実なものとすべく、前記貯水部内を横断するように止水膜４を設けてもよい。
止水膜４は、浮体２の上下動に追従することができるよう、遊びをもたせて側壁１１間に敷設する。
この場合、貯水部１の内部は止水膜４によって上下に区分けされた二つの領域へと分割される。浮体２は前記二つの領域のうち、下方の領域へと設けておく。
本実施例によれば、側壁１１と浮体２との間に隙間を設け、浮体２の貯水部１内の上下動をスムーズに行いつつ、水密性の良好な環境を構築することができる。

図６は本願発明の実施例４に係る発電装置の側断面を示す概略図である。
本願発明は、貯水部内の平面視して閉塞な空間を構成する一部又は全部の側壁１１を陸地や海上構造物などに置換して設置することもできる。
この場合、貯水部１の底部には連通管５などを設けて海と連通するように構成すればよい。
本実施例によれば、汀線などに本願発明の発電装置を設置することができる。

１貯水部
１１側壁
１２放水口
２浮体
３発電機
４止水膜

Claims

海上に設置する波力発電装置であって、
平面視して閉塞空間を形成するように側壁を設置してなる貯水部と、
前記貯水部内を上下方向に遮水しながら摺動可能な浮体と、からなり、
前記貯水部の上部は海上に露出して海水の流入を可能とし、前記貯水部の底部は海と連通することで、前記貯水部内の貯水水位を前記浮体が受ける浮力の分だけ海面の平均水位より高く設定し、
前記貯水部には、海面の平均水位と該貯水部内の貯水水位との間の高さに設けた放水口を設け、
前記放水口の解放によって放出される海水からエネルギーを取り出して発電することを特徴とする、
波力発電装置。
海上に設置する波力発電装置であって、
平面視して閉塞空間を形成するように側壁を設置してなる貯水部と、
前記貯水部内を上下方向に遮水しながら摺動可能な浮体と、からなり、
前記貯水部の上部は海上に露出して海水の流入を可能とし、前記貯水部の底部は海と連通することで、前記貯水部内の貯水水位を前記浮体が受ける浮力の分だけ海面の平均水位より高く設定し、
前記貯水部には、海面の平均水位と該貯水部内の貯水水位との間の高さに設けた放水口を設け、
前記放水口の解放による海水の放出と、前記放水口の閉塞による海水の流入による前記浮体の上下動から、エネルギーを取り出して発電することを特徴とする、
波力発電装置。