JP7363044B2

JP7363044B2 - 水流発電装置

Info

Publication number: JP7363044B2
Application number: JP2019025549A
Authority: JP
Inventors: 茂樹長屋; 宏幸齊藤; 泰大石黒; 真之清水; 信克小西
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2023-10-18
Anticipated expiration: 2039-02-15
Also published as: JP2020133453A

Description

本発明は、水流発電装置に関する。

従来、水流により発電する装置として、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。

特表２０１４－５３４３７５号公報

このような水流発電装置において、メンテナンスなどにより水中から水面へ浮上することが考えられる。この場合、浮上する水面に航行する他の船舶がある場合、この船舶との衝突を避ける必要がある。船舶に対して水流発電装置の浮上を知らせることが考えられるが、船舶が迅速に移動できないおそれもあり、より的確に衝突を避けることが必要となる。

そこで、水流発電装置の水面への浮上が安全に行える水流発電装置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、浮体を水中に浮遊させ、水流により浮体のタービンを回転させて発電を行う水流発電装置において、浮体が水面へ浮上する場合に浮上水域に物体が存在するかどうかを検出する検出部と、浮上水域に物体が存在する場合、物体と浮体の衝突を避けるように浮体の浮上動作を調整する調整部とを備えて構成される。この水流発電装置によれば、浮体が水面へ浮上する場合に浮上水域に物体が存在するか否かを検出し、浮上水域に物体が存在する場合に物体と浮体の衝突を避けるように浮体の浮上動作を調整する。これにより、浮体が物体と衝突することを回避でき、浮体を安全に水面へ浮上させることができる。

また、本開示の一態様に係る水流発電装置において、調整部は、浮上水域に物体が存在する場合、物体と浮体の衝突を避けるように浮体の浮上時間を調整してもよい。この場合、浮上水域に物体が存在する場合、物体と浮体の衝突を避けるように浮体の浮上時間が調整される。このため、浮体が物体と衝突することを回避でき、浮体を安全に水面に浮上させることができる。

また、本開示の一態様に係る水流発電装置において、調整部は、浮上水域に物体が存在する場合、物体と浮体の衝突を避けるように浮体の浮上位置を調整してもよい。この場合、浮上水域に物体が存在する場合、物体と浮体の衝突を避けるように浮体の浮上位置が調整される。このため、浮体が物体と衝突することを回避でき、浮体を安全に水面へ浮上させることができる。

本開示に係る発明によれば、水流発電装置の水面への浮上が安全に行える。

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の水流発電装置の斜視図である。図１の水流発電装置の電気的構成を示すブロック図である。図１の水流発電装置の動作を示すフローチャートである。図１の水流発電装置の変形例を示すブロック図である。

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。

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２は、水流発電装置の斜視図である。

図１に示すように、水流発電装置１は、水中に浮体２０を浮遊させ、浮体２０に設けられたタービン２３を水流ＦＷによって回転させ、タービン２３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２０は、係留ロープ３によりアンカ４に係留されている。浮体２０には、ケーブル５が接続されている。ケーブル５は、浮体２０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、係留ロープ３に沿って浮体２０からアンカ４に向けて延びている。また、ケーブル５は、水底に沿ってアンカ４から陸上施設６に向けて延びている。ケーブル５には、発電した電力を送電する電線のほか、信号の通信を行う通信線も含まれる。

図２に示すように、水流発電装置１の浮体２０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２０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２では、係留ロープ３として、浮体２０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２０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２０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。

図３は、水流発電装置１の電気的構成を示すブロック図である。

図３に示すように、水流発電装置１には、制御部２４、通信部２５、浮力調整部２６、回転調整部２７、受電部２８、発電機２９及び検出部３０が設けられている。これらの制御部２４、通信部２５、浮力調整部２６、回転調整部２７、受電部２８、発電機２９及び検出部３０は、例えば発電用ポッド２１の内部に設けられる。制御部２４は、水流発電装置１の装置全体の制御を実行する。例えば、制御部２４は、浮体２０の浮力調整制御、姿勢制御、発電制御などを実行する。制御部２４には、通信部２５、浮力調整部２６、回転調整部２７、受電部２８及び検出部３０が接続されている。通信部２５は、陸上施設６との通信を行う部位であり、信号の送受信が可能となっている。例えば、通信部２５は、ケーブル５を介して陸上施設６との通信を行う。浮力調整部２６は、浮体２０の浮力調整を行い、浮体２０の浮上及び沈降を調整する。浮力調整部２６としては、例えばバラストタンクへの水の出し入れを行うポンプなどが用いられる。浮力調整部２６は、浮体２０の浮上時間を調整することができ、浮体２０の浮上動作を調整する調整部として機能する。

回転調整部２７は、タービン２３の回転調整を行う部位である。回転調整部２７は、制御部２４からの制御信号に応じてタービン２３の回転調整を行う。左右のタービン２３の回転を調整することにより、浮体２０の浮上時において浮体２０の浮上位置を調整することが可能となる。回転調整部２７としては、例えば発電機２９に回転負荷を加える機器などが用いられる。回転調整部２７は、タービン２３の回転により、浮体２０の浮上動作を調整する調整部として機能する。

受電部２８は、発電機２９の発電電力を入力して電力調整を行う。例えば、受電部２８は、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交流電力に変換する。また。受電部２８は、交流電力の変圧を行う。発電機２９は、タービン２３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２３の回転力を受けて発電する。受電部２８から出力される電力は、ケーブル５を通じて陸上施設６へ送電される。

検出部３０は、浮体２０の周辺の物体の存在を検出する機器である。検出部３０としては、例えば音波で物体を検出するソナーが用いられる。この検出部３０は、浮体２０が水面へ浮上する場合に浮上水域Ｒに物体が存在するかどうかを検出する検出部として機能する。検出部３０の出力信号は、制御部２４に入力される。そして、制御部２４は、浮体２０の周辺の物体を認識し、浮体２０が水面へ浮上する場合に浮上水域Ｒに物体が存在するかどうかを判定する。図１において、浮体２０の浮上水域Ｒは、浮体２０の浮上位置を含む領域である。例えば、浮上水域Ｒは、浮体２０の浮上位置から所定の範囲内の領域として設定される。浮上水域Ｒの物体とは、船舶９１、漁網や養殖筏などの漁業設置物、浮遊物などが該当する。

図３に示すように、陸上施設６には、制御部６１、通信部６２及び受電部６３が設けられている。制御部６１は、通信制御及び受電制御などを実行する。例えば、制御部６１は、浮体２０との通信制御を行い、信号受信及び信号送信を制御する。この制御部６１は、水流発電装置１の水面への浮上の情報を取得する浮上情報取得部として機能する。すなわち、制御部６１は、浮体２０からの信号を受信して、水流発電装置１の浮上情報を取得する。通信部６２は、ケーブル５を通じて浮体２０側から送信される信号を受信し信号情報を制御部６１に入力する。受電部６３は、浮体２０側から送電される電力を受電し、電力を陸上施設６の外部へ出力する。

次に、本実施形態に係る水流発電装置１の動作について説明する。

図４は、本実施形態に係る水流発電装置１の動作を示すフローチャートである。図４のフローチャートは、例えば水流発電装置１の稼働中において制御部２４によって繰り返し実行される。まず、図４のＳ１０に示すように、浮体２０の水面への浮上が行われるか否かが判定される。制御部２４は、浮体２０が水面への浮上動作を行っているかどうかを判定する。例えば、メンテナンスより浮体２０が浮上指令を受けている場合又は故障などにより浮体２０が緊急浮上を行う場合、制御部２４は、浮体２０が水面への浮上動作を行うと判定する。Ｓ１０にて浮体２０の水面への浮上が行われていないと判定された場合、図４の一連の制御処理を終了する。

一方、Ｓ１０にて浮体２０の水面への浮上が行われていると判定された場合、浮体２０の浮上水域Ｒに物体が存在するか否かが判定される（Ｓ１２）。制御部２４は、検出部３０の検出結果に基づいて浮体２０の浮上水域Ｒに物体が存在しているか否かを判定する。このとき、浮上水域Ｒに物体が存在している場合のほか浮上水域Ｒに進入する物体がある場合も、浮上水域Ｒに物体が存在すると判定してもよい。Ｓ１２にて浮体２０の浮上水域Ｒに物体が存在しないと判定された場合、図４の一連の制御処理を終了する。

一方、Ｓ１２にて浮体２０の浮上水域Ｒに物体が存在すると判定された場合、浮上調整処理が行われる（Ｓ１４）。浮上調整処理は、物体と浮体２０の衝突を避けるように浮体２０の浮上動作を調整する処理である。例えば、制御部２４は、浮力調整部２６に制御信号を出力し、浮体２０の浮上時間を調整する。具体的には、浮体２０の浮上時間を遅らせることにより、船舶９１などの物体と浮体２０との衝突を避けることができる。また、制御部２４は、回転調整部２７に制御信号を出力し、浮体２０の浮上位置を変更してもよい。具体的には、回転調整部２７により左右のタービン２３の回転状態を調整し、浮体２０の浮上位置を変更し、浮体２０を物体から離れた位置に浮上させてもよい。この場合であっても、物体と浮体２０との衝突を避けることができる。さらに、浮上調整処理において、浮体２０の浮上時間の調整と浮体２０の浮上位置の変更を同時に行ってもよい。Ｓ１４の浮上調整処理を終えたら、図４の一連の制御処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態に係る水流発電装置１によれば、浮体２０が水面へ浮上する場合に浮上水域Ｒに物体が存在するか否かを検出し、浮上水域Ｒに物体が存在する場合に物体と浮体２０の衝突を避けるように浮体の浮上動作を調整する。これにより、浮体２０が物体と衝突することを回避でき、浮体２０を安全に水面へ浮上させることができる。

また、本実施形態に係る水流発電装置１において、浮上水域Ｒに物体が存在する場合、物体と浮体２０の衝突を避けるように浮体２０の浮上時間が調整される。このため、浮体２０が物体と衝突することを回避でき、浮体を安全に水面へ浮上させることができる。

また、本実施形態に係る水流発電装置１において、浮上水域Ｒに物体が存在する場合、物体と浮体２０の衝突を避けるように浮体２０の浮上位置が調整される。このため、浮体２０が物体と衝突することを回避でき、浮体を安全に水面へ浮上させることができる。

以上のように、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した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、上述した実施形態においては、浮体２０の浮上水域Ｒの物体の存在を検出部３０の検出結果に基づいて判定しているが、他の情報に基づいて浮上水域Ｒの物体の存在を判定してもよい。例えば、図５に示すように、陸上施設６に船舶識別器（ＡＩＳ：Automatic Identification System）６４を設け、船舶識別器６４で受信した信号に基づいて浮上水域Ｒに物体が存在するかどうかを判定してもよい。船舶識別器６４は、無線通信機器であり、船舶から送信される識別信号を受信することができる。識別信号には、船舶の識別符号、船名、位置、速度が含まれる。具体的には、ケーブル５を通じて船舶識別器６４で受信した信号を浮体２０側へ送信し、浮上水域Ｒに物体が存在するか否かを判定すればよい。この場合、検出部３０の検出結果を併用し物体情報として用いてもよい。このような場合であっても、上述した実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

また、上述した実施形態においては、水流発電装置１として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２０を用いる場合について説明したが、浮体２０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２０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、上述した実施形態に係る水流発電装置と同様の作用効果を得ることができる。

また、上述した実施形態においては、水流発電装置１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、上述した実施形態に係る水流発電装置１と同様な作用効果を得ることができる。

１水流発電装置
３係留ロープ
４アンカ
５ケーブル
６陸上施設
２０浮体
２１発電用ポッド
２２ビーム
２３タービン
２４制御部
２５通信部
２６浮力調整部（調整部）
２７回転調整部（調整部）
２８受電部
２９発電機
３０検出部
６１制御部
６２通信部
６３受電部
６４船舶識別器（検出部）
９１船舶
ＦＷ水流
Ｒ浮上水域

Claims

係留索に接続された浮体を水中に浮遊させ、水平方向に沿った回転軸線をそれぞれ有する左右のタービンを回転体として備える前記浮体の前記左右のタービンを水流により回転させて発電を行う水流発電装置において、
前記浮体が水面へ浮上する場合に浮上水域に物体が存在するかどうかを検出する検出部と、
前記浮上水域に前記物体が存在する場合、前記物体と前記浮体の衝突を避けるように前記浮体の浮上動作を調整する調整部と、を備え、
前記調整部は、前記左右のタービン以外の他の回転体を用いることなく前記左右のタービンの回転を調整することで、前記浮体の浮上位置を調整する、
水流発電装置。
前記調整部は、前記浮上水域に前記物体が存在する場合、前記物体と前記浮体の衝突を避けるように前記浮体の浮上時間を調整する、
請求項１に記載の水流発電装置。
前記調整部は、前記左右のタービンの回転力を受けて発電する発電機の回転負荷を加えることで、前記左右のタービンの回転を調整する、
請求項１又は２に記載の水流発電装置。