JP2009041477A - 移動式洋上風力発電設備 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】浮体1において、横方向に向けられた多数の発電機付き風車2と、同風車2により得られた電気エネルギーを蓄えるためのエネルギー貯留設備4とを備え、浮体1の推進手段および操舵手段を気象海象予測情報に基づいて制御するための制御系が、浮体1の針路について風向に対し90度または−90度となる針路を選択し、浮体1の経路については、予め計画した複数の変針判断時間帯について風向に対し90度または−90度となる浮体針路の全ての組合わせを計算し、その組合わせの中から上記発電機付き風車を備えた浮体1の取得エネルギーが最大となる算出経路を選択する。
【選択図】 図1
Description
また、船舶を係留手段により海底に係留して、同船舶上に装備された風力発電設備により発電を行えるようにしたものも従来から知られている。
そこで、本発明は、発電機付き風車を備えた洋上の浮体を係留せずに自由に動き回ることができるようにして、気象海象予測情報に基づき十分に風力を利用できる海域へ移動しながら、効率よく風力発電を行えるようにするとともに、上記浮体の針路についても発電機付き風車による取得エネルギーが最大となるように選択して、十分な風力発電効果が得られるようにした移動式洋上風力発電設備を提供することを課題とする。
なお、ポッドプロペラ5は、そのポッド5a内の図示しないモーターで同ポッド5aの端部のプロペラ5bを回転駆動する構成と、ポッド5aを鉛直軸線のまわりに他のモーターで回動制御しうる構成とを具えており、上記の各モーターのための電力としては発電機2aで得られる電力の利用が可能とされるが、各モーター専用の発電装置を浮体1に設けるようにしてもよい。
(A)気象海象予測情報受信設備:浮体上もしくは陸上、またはその両方に気象海象予測 情報を受信する設備を有する。
(B)計算機:取得エネルギーが最大となる最適な経路を探索する計算機を浮体1上もし くは陸上の基地に有する。そして、この計算機を浮体1上に有する場合は、気象海象予 測情報を浮体1上で受信し、計算機に取り込む設備を有する。また、この計算機を陸上 の基地に有する場合は、最適な経路を受信する設備を浮体1上に有する。
(C)制御系の運用手順
(1)針路について:風車は浮体の長さ方向に対して真横からの風(風車に対して正面 )の時に風力エネルギー取得量が最大になることから、風向に対して90度または−9 0度となる針路を選ぶ。なお、浮体形状は前後対称のため、90度,−90度でも風力 エネルギー取得量は同じになる。
(2)経路について:浮体上もしくは陸上で受信した気象海象予測情報を利用し、予め 計画したmp個の変針判断時間帯に対して、風向に対し90度または−90度となる浮 体針路の「全ての組み合わせ」2mpを計算し、その中から取得エネルギー最大となる経 路を選択し、次の気象海象予測情報の入手までその経路に沿って進む。各区間での浮体 の位置,変針時間,取得エネルギー等は気象海象状況に応じて推定を行う。
なお、取得エネルギーは、風車により取得した風力エネルギーから電気推進システム で使用したエネルギーを差し引いたものである。
また、前記の「全ての組み合わせ」は、気象海象のN時間先の予測値が離散的に(例 えばp=6時間間隔)得られたとき、N時間を任意の時間帯としての時間間隔(例えば 24時間先予測値までは6時間間隔、以降は12時間間隔)に分割し、その時間間隔で 合計mp回針路判断(風向に対し90度とするか−90度とするか)を行う。この時、 針路判断の全ての組み合わせは2mpになる。これにより、現在位置付近に留まる場合や 荒天避航を表現できる。なお、図4においてtは時間を示している。
(3)アルゴリズムを工夫することにより、計算量は約半分に低減することが可能であ る。すなわち。航路探索は2mp通りを全て計算するため、実際の計算では少しでも計算 負荷を低減したアルゴリズムとする必要があるが、まず、アルゴリズムの見通しを簡単 にするため2進数で航路表現を行う。
・針路判断(直進または反転)をmp回行う場合、組み合わせは2mp通りとなる。
・針路の組み合わせ番号をn、向き判定子ia(n,m)(0:直進,1:反転)とす ると、mp桁の2進数により航路の表現が可能となる。すなわち、m回目の変針は、 この2進数のm桁目の向き判定子ia(n,m)の値で表され、2進数表現を10進 数表現に変換した値がn′=n−1となる。
次に、以下のように工夫することのより、計算量は約半分になる。
・組み合わせ番号nを昇順に1づつ増やすと、前回の針路判断と共通箇所があり、L( n)回目の針路判断から計算するだけでよい。
・計算開始位置L(n)は以下の(J1)から(J5)に示す手順で求められる。これ は条件判断を伴わないので計算効率がよく、また、L(n)は事前に求めることがで きる。
(J1)m=m+1とする。ただし、mは整数で、1からmpまでの範囲とする。
(J2)k=k+1とする。ただし、kは整数で、1から2mp-mまでの範囲とする。
(J3)2進数の桁位置mに対する計算開始位置L(n)の規則性から、kをパラメー タとしてn′を(1)式により求める。ただし、n′=n−1である。
n′=2m-1(2k−1) ・・・(1)
(J4)このときのn,mを用いて計算開始位置L(n)が(2)式から求められ、こ れを保存する。ただし、L(n=1)=mpとする。
L(n)=m ・・・(2)
(J5)m<mpかつk<2mp-mであれば(J2)に戻る。
m<mpかつk=2mp-mであれば(J1)に戻る。
m=mpであれば終了する。
なお、浮体と風車の特性を利用し、全ての組み合わせ数を2mpとし、さらに組み合わ せの規則性を利用して計算量を約半分に減らすことにより、有限な時間で最大値の探索 が可能になる。
(4)繰返し:気象海象予測情報を入手したら、再び全ての組み合わせの中から取得エ ネルギー最大となる経路を選択し、次の気象海象予測情報の入手までその経路に沿って 進むことになるが、このような操作は、繰返して行われる。
(5)以上の手順により取得エネルギー最大となる浮体の運用経路が求められるように なり、設備利用率が最大となる運用が可能となる。
各回の手順で得られるのはN時間での取得エネルギー最大の経路であり、p時間での 取得エネルギー最大の経路とは異なる。すなわち、現在吹いている風に対して取得エネ ルギー最大となる経路を選ぶとは限らないからであり、現在、浮体が風向に対して90 度に進んでいる場合、変針判断時に、変針せずそのまま90度に進むほうが、直近の取 得エネルギーは多いが、変針をして−90度に進んだほうが総取得エネルギーは多い場 合もある。なお、本設備の利用効率は、次のように表される。
設備利用率=取得電力量/(運転時間×取得電力)×100(%)
一般に、陸上の風力発電による年間の設備利用率は約20〜25%とされるが、本設備による洋上風力発電では、年間の設備利用率は40%と推定される。
2 風車
2a 発電機
3 支柱
4 エネルギー貯蔵設備
5 ポッドプロペラ
5a ポッド
5b プロペラ
6 帆
7 スラスター
7a ダクト
7b インペラ
7c,7d 開口
7e ガイド板
7M 駆動装置
8 サイドスラスター
8a ダクト
8b インペラ
Claims (4)
- 洋上に沿い細長く浮かべられた浮体において、同浮体の長手方向に沿い列をなすように立設され同浮体の横方向に向けられた多数の発電機付き風車と、同風車により得られた電気エネルギーを蓄えるためのエネルギー貯留設備とを備えるとともに、上記浮体の自航のための推進手段および操舵手段を備え、上記浮体を風力の得られる海域へ導いて上記風車が風力に対向できるように上記浮体を操縦すべく、上記の推進手段および操舵手段を気象海象予測情報に基づいて制御するための制御系が設けられており、同制御系が、上記浮体の針路について風向に対し90度または−90度となる針路を選択し、上記浮体の経路については、気象海象予測情報に基づき、予め計画した複数の変針判断時間帯について風向に対し90度または−90度となる浮体針路の全ての組合わせを計算し、その組合わせの中から上記発電機付き風車を備えた上記浮体の取得エネルギーが最大となる算出経路を選択して、次の気象海象予測情報の入手まで上記算出経路に沿う針路をとるように制御を行うものであることを特徴とする、移動式洋上風力発電設備。
- 上記浮体が、上記の推進手段および操舵手段として、同浮体の両端部の水面下にそれぞれプロペラ付き推進システムを鉛直軸線のまわりに回動制御可能に備えていることを特徴とする、請求項1に記載の移動式洋上風力発電設備。
- 上記浮体が、上記推進手段として、同浮体の両端部に同浮体の長手方向へ水流を噴出しうるスラスターを備えるとともに、上記操舵手段として、同浮体の両端部に同浮体の幅方向へ水流を噴出しうるサイドスラスターを備えていることを特徴とする、請求項1に記載の移動式洋上風力発電設備。
- 上記浮体が、上記の推進手段および操舵手段として、同浮体の両端部上にそれぞれ帆を鉛直軸線のまわりに回動制御可能に立設されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1つに記載の移動式洋上風力発電設備。
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