JP2012510019A - 波エネルギーを捕捉するためのプラットホーム - Google Patents

Abstract

【解決手段】大水深域及び超大水深域に適した波エネルギーを捕捉するためのプラットホームは、各側面に沿って均一に配置された流体力学的支柱（３）によって水中ハル（２）上に支持されたカバー（１）を含む。プラットホームは、Ｖ字形の平面形状を有し、波面が対称面に対して垂直に進行するように自ら向きを変える。波エネルギーは、プラットホームの各側面において支柱（３）間に配置され、波が前方移動する際に波と漸次接触する各捕捉モジュール（４）によって吸収され、波の周期的な運動を連続的な運動に変換することができる。プラットホームは、係留索（９）によって旋回軸（１０）の下端に連結された大型バラスト（８）を使用して安定化され、自動的に適切な位置に常時配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、再生可能エネルギー、より具体的には波エネルギーに関連する技術分野に関する。

汚染を引き起こさないエネルギー源として海洋を利用することは以前から検討されてきた。波は世界中にあり、環境影響が低く、予測が可能であるため、波のうねりから得られるエネルギーは最も有力である。

日本、インド、ノルウェー、米国、デンマーク、イギリス、アイルランド、ポルトガルでは、波からエネルギーを抽出するための装置が開発されている。これらの装置には様々な選択肢があり、既に運転されているプロトタイプもある。

実験されている設計は、沿岸固定型並びに沖合の波エネルギーを捕捉する浮体型に分類することができる。波のうねりをエネルギーに変換するために以下のコンセプトが使用されている。

振動水柱型システム：振動水柱型システムは、基部に波が進入する開口部を有する部分的に水中に位置する構造体である。内部の水柱は上下に移動する。水位が上昇すると、空気がタービン内を通過し、吸引されてタービンから戻る際にタービンを再び作動させる。振動水柱型システムは通常は沿岸に設置される（浮体型もある）。

密閉型システム：密閉型システムは、衝突する波の水を回収して１以上のタービンを動作させる。波を貯留池に流れ込ませ、貯留した水をタービンに供給する。越波には大きな波が必要である。浮体型及び沿岸設置型がある。

アブソーバー型システム：アブソーバー型システムは波の揺動を利用し、機械的又は油圧式手段によってエネルギーに変換する。

アブソーバー型システムには、波の運動を電気エネルギーに変換するための連結式フロート部材によって構成されたものがある。油圧ポンプが連結部に収容される。前後方向の運動により、連結部が屈曲すると共に油圧ポンプが動作を開始し、高い圧力の流体を水力発電機に送る。

また、油圧ポンプが設置された構造体上を昇降するブイを介して波の垂直振動から得られるエネルギーを利用するものもある。水はポンプに出入りし、発電機を駆動する。

振り子型システム：振り子型システムは防波堤における設置に適している。振り子型システムは、海に向かって配置され、上部で連結され、波の作用によってわずかに振動する剛性を有する鋼鉄板を備えた遊水室からなる。遊水室内におけるさざ波によって鋼鉄板が移動し、その振動は油圧又は空気圧機構によって伝達・吸収される。

沖合における波のエネルギー密度は沿岸における波のエネルギー密度の２倍を超えるが、波エネルギーを利用するための設計のほとんどは沿岸又はその近傍で使用され、出力は低い。

本発明は、上述した問題に対する好適な解決手段を提供することを目的とする。

本発明は、半水中型であって大水深域及び超大水深域での運転に適し、ハル上に支持された少なくとも１つのカバーを含む、波エネルギーを捕捉するためのプラットホーム（以下、「プラットホーム」という）に関する。ハルは水を充填することによって適当な高さとすることができ、波のうねりが強い場合にもプラットホームが良好に安定化されるように水中に沈めることができる。

プラットホームは、Ｖ字形の平面形状を有し、波面が対称面に対して垂直に進行するように自ら向きを変える。そのため、波は漸次かつ同時にプラットホームの各側面の（プラットホームと比較して）小さな領域にぶつかり、オーバーフローするまで移動する。これにより、安定化システムが簡素化される。

波エネルギーは、プラットホームの各側面に沿って均一に配置された各捕捉モジュールによって吸収される。この構成により、各側面の捕捉モジュールは波が前方移動する際に波と漸次接触し、波の周期的な運動を連続的な運動に変換することができる。

捕捉されたエネルギーは、使用可能なエネルギー（通常は電気）に変換される。その他の使用方法としては、脱塩、水素製造等が挙げられる。

各捕捉モジュールから発電機等へのエネルギーの伝達は、機械的に行うか、伝達要素として流体を使用するか、それらの組み合わせによって行うことができる。

発電能力をプールするために発電機を単一のベースに接続することができる。また、目的に応じて他のエネルギー受取装置を相互接続することもできる。

プラットホームは、係留索によって旋回軸の下端に連結された大型バラストを含む固定システムによって安定化され、自動的に適切な位置に常時配置される。

本発明の理解を容易にするために、図面には本発明の実施形態を一例として示している。

プラットホームの基本的な要素を含む設計の斜視図である。 捕捉モジュール、プラットホームにおける捕捉モジュールの位置、捕捉モジュールを含む構成要素、並びにプラットホームの１つの側面に配置された全ての捕捉モジュールに共通の連結式伝達軸にエネルギーを伝達するための機構の例を示す。 プラットホームの右側の捕捉／伝達／発電システムの構成要素の平面図である。

本発明のプラットホームは、各側面に沿って均一に配置され、波の前方移動方向に応じて向きを変える流体力学的プロファイルを有する支柱（３）によって水中ハル（２）上に支持されたカバー（１）を含む。

隣接する２本の支柱（３）によって形成された通路は外部に連通しており、プラットホームの内部に水が流れるようになっている。

プラットホームは、波面が対称面に対して垂直にプラットホームに向かって移動するように自ら向きを変える。この構成によれば、波がプラットホームに達すると、衝突した支柱（３）によって分割され（砕け）、波の一部が前記通路を通過する。

波エネルギーは、プラットホームの各側面において支柱（３）間に配置された各捕捉モジュール（４）によって吸収される。同一の側面の捕捉モジュール（４）によって吸収されたエネルギーは、対応する連結式伝達軸（１５）に伝達される。各側面の連結式伝達軸（１５）は、受け歯車（１４）と、伝達ロッド（１６）と、受け歯車（１４）の軸を伝達ロッド（１６）に接続するカルダン継手（１７）と、を含む。

捕捉モジュール（４）は、下部が軸（６）に連結され、うねり（***）方向に移動するフローター（５）を含む。

捕捉モジュール（４）は、横方向において２つの支柱（３）によって画定され、下部において支柱（３）に固定されたランプ（７）によって画定された遊水室内において、通路における波の入口領域に配置されている。この構成によれば、各通路に進入した波の一部は対応する捕捉モジュール（４）と相互作用し、運動及び位置エネルギーが得られる。

ランプ（７）の高さ（可変であってもよい）が高い程、所与の波の大きさにおいてより多くのエネルギーを捕捉することができる。ランプ（７）の高さは、捕捉モジュール（４）が位置する遊水室が、後続する波の一部が遊水室に進入し始める時に排水されているように決定される。そのため、ランプ（７）は、所定の大きさの波が部分的にランプ（７）を越え、遊水室からプラットホームの内部領域に向かって排水されるようになっていなければならない。従って、波の大きさに応じてランプ（７）の高さ範囲を定める必要がある。

各捕捉モジュール（４）によって吸収されたエネルギーは、ギアリング（１１）によって自由ピニオン（１２）に伝達され、ピニオン（１３）の伝達噛み合いによって捕捉モジュール（４）のラインに対応する連結式伝達軸（１５）の受け歯車（１４）に伝達される。

同一の側面の複数の捕捉モジュール（４）は、連結式伝達軸（１５）に常時エネルギーを供給し、エネルギーは１又は複数の発電機（１９）に伝達される。連結式伝達軸（１５）の回転速度は低いため、発電機は増速機（１８）を介してエネルギーを受け取る。

ピニオン（１２）はエネルギーが捕捉される際のフローター（５）の上方移動時には作動せず、下方移動時にのみ作動する。水が排出されると、ピニオン（１２）が作動し、自由な落下を防止するため、フローター（５）は所定の遅延時間を置いて下方に移動する。従って、フローター（５）は浮遊状態で移動し、同時に、吸収されたエネルギーは連結式伝達軸（１５）に伝達される。この過程により、フローター（５）の上方及び下方の移動は回転に変換される。

各側面の接続機構の性能は、波の周期がフローター（５）の周期と一致した場合に最大となる。しかしながら、波の周期が変化することを考えると、フローター（５）の周期を波の周期に合わせることになる。フローター（５）の水中体積は、所与の運転条件に合わせて調節することができる。フローター（５）の水中体積を固定すると、トルクを変化させることによって周期を調節することができる。これは、当該側面の発電機（１９）を作動又は停止することによって行うことができる。

波面に対して角度を有するため、２列の捕捉モジュール（４）は前方移動時に徐々に作動し、連結式伝達軸（１５）を連続的に回転させることができる。これにより、電気エネルギーを生成するために必要な高周波に低周波を変換することができる。

望ましくない応力は連結式伝達軸（１５）によって除去され、機構の効率に影響を与えることなく、角度の変化に対応することができる。

連続的な運動を確実なものとするために、波の伝搬方向におけるプラットホームの長さは、当該位置における波の最大波長よりも大きくなければならない。その結果、先行波がプラットホームを越えて流れる前に、波はプラットホームに達する。

プラットホームは、係留索（９）によって旋回軸（１０）の下端に連結された２つの大型バラスト（８）を含む固定システムによって安定化されている。

固定システムは２つのバラスト（８）によって簡素化される。また、この場合、プラットホームを石油プラットホームのような小さな公差半径で海面に留める必要はない。ただし、プラットホームの位置は決定的要因ではなく、公差半径はより大きくてもよい。その結果、プラットホームの移動は、バラストシステムの剛性に応じた大きさの領域に限定される。いずれの場合でも、設定した公差半径内における移動はプラットホームの動作に悪影響は与えない。静止時には、係留索（９）と旋回軸（１０）は理論的に垂直面上に位置する。

プラットホームがうねり方向を向くと、両側面に同様な推力が加わり、プラットホームは当該位置にとどまる。うねり方向が変化すると、プラットホームの側面に対する波の水平方向の推力に差が生じ、旋回軸（１０）を中心としてプラットホームを回転させ、正しい向きとなる新たなバランス位置に押しやるモーメントが生成される。旋回軸（１０）の回転はバラストシステムによって防止される。電力線（２０）は旋回軸（１０）に固定的に接続されているため、回転することはできない。

非常時にプラットホームを適切に配置するためのレーダー、ソナー及びコンピュータ作動スクリューを備えた相補的な動的位置決めシステムとすることもできる。

なお、プラットホームの長さは、当該位置における長い波の波長よりも大きくなければならない。長さが幅の約半分となる形状が好適な場合がある。従って、１５０ｍの波長を有する波が生じる場所では、プラットホームの長さを１６０ｍとし、幅を３２０ｍとすることができる。

プラットホームによって生成する波エネルギーは、プラットホームの位置と大きさに応じて変化する。波エネルギーは面積に応じて異なり、プラットホームの幅が大きい程、生成するエネルギーは大きくなる。幅は波面の長さと一致する。プラットホームによって生成する理論上の波エネルギーは、プラットホームの幅（ｍ）に１ｍの波面の平均エネルギーを乗算することによって得られる。波が６０ｋＷ／ｍの平均エネルギーを有し（欧州の大西洋岸で多く見られる）、前段落と同様な条件下では（プラットホームの幅が３２０ｍ）、生成することができる理論上の波エネルギーは１９．２ＭＷである。

所定の範囲に配置された装置群によって、制御装置、輸送システム及び変換装置を共有することができる。

上記説明及び図面から明らかなように、本発明のプラットホームは、同様な目的に使用される既存の装置に対して利点を有する。

第１に、本発明のプラットホームにより、波の条件がより良好で、生産能力／占有表面比が非常に大きい、海岸から離れた大水深域及び超大水深域に波エネルギー捕捉モジュールを設置することができる。また、沖合に設置することは環境面で大きな利点がある。

十分なスペースがある海岸から離れた場所では、多くのエネルギープラントとは異なり、プラットホームの場所のコンディショニングは必要なく、動作に適した場所に設置することができる。

また、プラットホームは海底に永久的に固定されないため、移動可能なリソースである。必要に応じて、プラットホームを取り外し、別の場所に牽引することができる。

また、２つの捕捉システムによって浮体構造を共有することができることは、サイズが大きいために非常に有益である。プラットホーム上に風力発電機を設置すれば、風力エネルギー部門における問題の１つを解決することができる。すなわち、陸上や沿岸又はその近傍に風力発電機を設置する場合と比較して、風力発電機を沖合に設置することによって多くの利点が得られる。

Claims (3)

1. 波エネルギーを捕捉するためのプラットホームであって、
   Ｖ字形（三角翼形）の平面形状を有し、波面が対称面に対して垂直に前記プラットホームに向かって移動するように自ら向きを変え、
   波の前方移動方向に応じて向きを変える流体力学的プロファイルを有し、前記プラットホームの側面に沿って均一に配置されて外部に連通する通路を形成し、前方に移動する波を前記通路を通過するように漸次分割する支柱（３）によって水中ハル（２）上に支持された少なくとも１つのカバー（１）と、
   各捕捉モジュール（４）が、下部が軸（６）に連結され、うねり方向に移動するフローター（５）を含み、横方向において２つの前記支柱（３）によって画定され、下部において前記支柱（３）に固定されたランプ（７）によって画定された遊水室内において、前記通路における波の入口領域に配置され、各通路に進入した波の一部を対応する捕捉モジュール（４）と相互作用させ、運動及び位置エネルギーを吸収し、前記運動及び位置エネルギーを単一方向の回転によって前記運動及び位置エネルギーを伝達する自由ピニオン（１２）にギアリング（１１）を介して伝達する複数の捕捉モジュール（４）と、
   係留索（９）によって旋回軸（１０）の下端に連結されたバラスト（８）を含み、前記プラットホームを自動的に適切な位置に常時配置させる固定システムと、
   を含むことを特徴とするプラットホーム。
2. 各自由ピニオン（１２）が、ピニオン（１３）の伝達噛み合いにより、同一の側面の全ての前記捕捉モジュール（４）に共通であって、受け歯車（１４）と、伝達ロッド（１６）と、前記受け歯車（１４）の軸を前記伝達ロッド（１６）に接続するカルダン継手（１７）と、を含む連結式伝達軸（１５）の各受け歯車（１４）にエネルギーを伝達することを特徴とする、請求項１に記載のプラットホーム。
3. 前記連結式伝達軸（１５）が、前記連結式伝達軸（１５）の側の前記捕捉モジュール（４）によって供給されたエネルギーを増速機（１８）を介して１又は複数の発電機（１９）に伝達することを特徴とする、請求項２に記載のプラットホーム。

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