JP2017053320A

JP2017053320A - 発電装置

Info

Publication number: JP2017053320A
Application number: JP2015179751A
Authority: JP
Inventors: 磯田　和彦; Kazuhiko Isoda; 和彦磯田; 健司嶋田; Kenji Shimada
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: JP6675633B2

Abstract

【課題】水力発電で発電された電力を、外部への供給電力に有効に活用することができるようにする。【解決手段】水面ＷＬよりも低く位置する基盤２と、水面ＷＬよりも高く延びるように基盤２に設けられる周壁部３と、周壁部３の下部に設けられ、水圧によって周壁部３の外側の水を周壁部３の内側に導入する導入部４と、導入部４における水流を利用して水力発電する水力発電ユニット５と、水力発電ユニット５で得られた電力とは別の再生可能エネルギーによって駆動する動力部６と、動力部６の動力を利用して周壁部３の内側に貯留された水を周壁部３の外側に排出する排水ユニット７と、を備える発電装置１を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、発電装置に関する。

一般に、水力や風力、太陽光、潮流、海流などの自然エネルギー（再生可能エネルギー）を利用した発電手法がある。
太陽光発電や風力発電などの発電量の変動が激しい発電手法では、安定した電力供給が困難であるため、太陽光発電や風力発電はベースロード電源として活用することが難しい。従来では、太陽光発電や風力発電で発電された電力を蓄電池や水素貯蔵等で（一時的に）蓄電するシステムを構築することで、安定した電力供給を実現することも考えられているが、この種のシステムは、初期導入コストや、水素の回収コスト、設備の維持管理の観点から実用化が困難である。

一方、発電量の変動が小さい水力発電は、安定した電力供給が可能であり、ベースロード電源として活用されることが多い。
また、従来の発電手法には、例えば特許文献１のように、山間部や傾斜地などを利用して上池（貯水池など）と下池（貯水池、川、海など）を設けた上で、揚水ポンプ等を用いて水を下池から上池に揚水し、揚水された上池の水を下池に向けて流すことで発電する揚水式水力発電がある。揚水式水力発電では、電力需要が小さいとき（例えば夜間等）に水を上池に揚水することで発電能力を蓄え（蓄電し）、電力需要が大きいとき（例えば昼間等）に上池から下池に水を流すことで発電して外部に電力供給することができる。すなわち、揚水式水力発電では外部の需要に応じた電力供給が可能である。

特開２００４−１８３５２１号公報

しかしながら、上記従来の揚水式水力発電では、上池や下池が必要となるため、発電装置としての設置場所が山間部や傾斜地などに限られてしまう、すなわち、発電装置が設置場所の制約を受ける、という問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、設置場所の制約を受けることなく、変動が小さく安定した電力を、外部の需要に応じて供給することが可能な発電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る発電装置は、水面よりも低く位置する基盤と、前記水面よりも高く延びるように前記基盤に設けられる周壁部と、前記周壁部の下部に設けられ、水圧によって前記周壁部の外側の水を前記周壁部の内側に導入する導入部と、前記導入部における水流を利用して水力発電する水力発電ユニットと、前記水力発電ユニットで得られた電力とは別の再生可能エネルギーによって駆動する動力部と、前記動力部の動力を利用して前記周壁部の内側に貯留された水を前記周壁部の外側に排出する排水ユニットと、を備えることを特徴とする。

上記の発電装置によれば、水力発電ユニットにおいて周壁部の内外の水位差によって導入部を通過した水流を利用して水力発電することができる。すなわち、水力発電で得られる発電量の変動が小さく安定した電力を、外部に供給することができる。
また、周壁部の内側に貯留された水は、水力発電ユニットで得られた電力とは別の再生可能エネルギーによって駆動する動力部の動力を利用して周壁部の外側に排出される。これにより、周壁部の内外の水位差が大きくなり、発電能力を蓄える（蓄電する）ことができる。すなわち、電力を外部の需要に応じて供給することが可能となる。
また、上記の発電装置は、海や池、河川、湖等に設置することが可能である。すなわち、上池や下池を利用する従来の揚水式水力発電と比べて、山間部や傾斜地等の設置場所に限られずに設置することができる。

前記発電装置においては、前記動力部が、前記周壁部の内側において前記基盤上に設けられる風車であり、前記風車が、風力によって回転駆動する風車本体と、前記基盤上に設けられて前記風車本体を支持する支持構造部と、を備え、前記支持構造部が、前記基盤から前記周壁部よりも高く延出し、前記風車本体が、前記支持構造部の延出方向先端に配されてもよい。

上記の発電装置によれば、風車の風車本体を周壁部の上端部よりも高く位置させることができる。このため、風車に作用する風が周壁部に邪魔されることなく、風車本体を風力によって効率よく回転させることができる。すなわち、排水ユニットによる周壁部の内側の水を効率よく排出することができる。
また、風車が周壁部の内側に配されるため、風車（特に支持構造部）には周壁部の外側の水の流れや波による荷重が作用しない。すなわち、風車を好適に保護することができる。

前記発電装置においては、前記周壁部が、円筒状に形成されてもよい。

上記の発電装置によれば、周壁部の外側の水圧による周壁部の変形を防ぐことができる。すなわち、周壁部を好適に保護することができる。

前記発電装置においては、前記水力発電ユニットが、前記導入部に設けられ、前記導入部における水流によって回転する水車と、前記水車の回転によって駆動される発電機と、前記水車の回転を前記発電機に伝達する伝達部と、を備え、前記発電機が、前記周壁部の上端部に配されてもよい。

上記の発電装置によれば、水力発電ユニットが伝達部を備えることで、発電機を水車から離れて位置させることができる。そして、発電機が周壁部の上端部に配されるため、発電機が周壁部の内側に貯留される海水に常時水没することを防ぐことができる。言い換えれば、発電機の水密性を簡易にし、発電装置を安価に構成できる。

前記発電装置においては、前記排水ユニットが、前記周壁部の内側に貯留された水を、前記水面よりも上方に汲み上げる揚水部を備えてもよい。

本発明によれば、設置場所の制約を受けることなく、変動が小さく安定した電力を、外部の需要に応じて供給することができる。

本発明の一実施形態に係る発電装置の概略示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る発電装置の概略を示す側断面図である。図２のIII−III線断面図である。水力発電ユニットの構成例を示す図である。揚水部の変形例を示す図である。

以下、図１〜４を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１〜３に示すように、本実施形態に係る発電装置１は、海に設置される。発電装置１は、基盤２と、周壁部３と、導入部４と、水力発電ユニット５と、動力部６と、排水ユニット７と、を備える。

基盤２は、海面（水面）ＷＬよりも低く位置する。基盤２は、例えば岩盤などの支持層ＢＳ自体であってもよいが、本実施形態では人工的に構築された人工地盤である。基盤２は、図示例のように海底（水底）ＧＬに打設されるコンクリート製の基礎地盤が採用されてもよいが、例えば杭基礎としてもよい。本実施形態において、基盤２は、上方から見た平面視で円形状に形成されている。
本実施形態において、基盤２の下側（基盤２と支持層ＢＳとの間）には、砂や砂礫を敷き詰めた透水層８が設けられている。

周壁部３は、海面ＷＬよりも高く延びるように基盤２に設けられる。周壁部３は、例えば基盤２の上面２ａの一部領域を囲むように設けられてもよいが、本実施形態では基盤２の上面２ａのほぼ全体を囲むように設けられる。また、本実施形態の周壁部３は、円筒状（上方から見た平面視で円形状）に形成されている。周壁部３の直径は、例えば５０〜２００ｍである。

本実施形態の周壁部３は、シートパイル（鋼矢板）１１及び鉄筋コンクリートからなるＲＣ壁１２によって構成されている。
シートパイル１１は、円筒状に形成され、支持層ＢＳに対して透水層８よりも深く打設されている。基盤２や透水層８は、このシートパイル１１によって囲まれる。シートパイル１１が打設される深さが深いほど、下方（支持層ＢＳ側）から透水層８への湧水を効果的に抑制できる。

ＲＣ壁１２は、基盤２上においてシートパイル１１の内側に重ねて配される。このため、ＲＣ壁１２は、シートパイル１１よりも一回り小さい円筒状に形成される。ＲＣ壁１２の壁厚はシートパイル１１の厚みよりも大きく、例えば０．５〜２ｍである。ＲＣ壁１２は、シートパイル１１をその内側から支持し、周壁部３の外側からの水圧によってシートパイル１１が変形することを防ぐ。ＲＣ壁１２は、例えば基盤２に一体化されてもよい。
ＲＣ壁１２は、例えば現場打ちで形成されてもよいが、ＲＣ壁１２を周方向や軸方向に分割してなる複数のプレキャスト壁（ＰＣａ壁）をシートパイル１１の内側に配置した上で、プレキャスト壁同士の隙間をグラウト充填することで形成されてもよい。

本実施形態の発電装置１では、上記した基盤２及び周壁部３を含む容器構造物に対し、例えば基盤２に釜場（不図示）を形成し、この釜場に、下方から透水層８に浸透した湧水を周壁部３の外側に排出するための湧水排出部を設けてもよい。湧水排出部は、例えば後述する排水ユニット７で兼用してもよいが、例えば排水ユニット７と別個に設けられてもよい。発電装置１が湧水排出部を備えることで、湧水による浮力が基盤２に作用することを抑制又は防止し、基盤２の浮き上がりや損傷、転倒を防止することができる。

導入部４は、周壁部３の下部に設けられ、水圧によって周壁部３の外側の海水（水）Ｗを周壁部３の内側に導入する。導入部４は、例えば周壁部３の内側から外側に貫通する導入孔を備えてもよいが、本実施形態では両端が周壁部３の内外に開口すると共に周壁部３の径方向に延びる導入管１３を備える。導入管１３は、図示例のように周壁部３の内外に突出してもよいが、これに限ることはない。本実施形態の導入部４は、複数（図示例では三つ）の導入管１３を有する。複数の導入管１３は、周壁部３の周方向に等間隔で配されている。
導入部４には、例えば導入部４を開閉するバルブ（不図示）が設けられてもよい。バルブは、例えば導入部４の開度を調整するように構成されてもよい。これにより、導入部４を流れる海水Ｗの流量を発電需要に応じて自由に調整することができる。
導入部４を通じて周壁部３の内側に導入された海水Ｗは、周壁部３の内側に位置する基盤２上に貯留される。

水力発電ユニット５は、導入部４における水流を利用して水力発電する。本実施形態の水力発電ユニット５は、図２〜４に示すように、水車２１と、発電機２２と、伝達部２３と、を備える。
水車２１は、導入部４の各導入管１３内に設けられ、各導入管１３内における水流によって回転する。水車２１は、任意に構成されてよいが、本実施形態の水車２１は、導入管１３内に固定される支持部２４と、支持部２４に対して回転自在に支持される羽根車２５（ランナ）と、を有する。

支持部２４は、整流板２６を介して導入管１３に固定され、導入管１３内の中央に配されている。このため、海水は図４に示す矢印Ｆのように支持部２４と導入管１３の内周面との間を流れる。整流板２６は、支持部２４と導入管１３の内周面との間で海水が支持部２４（導入管１３）の周方向に流れることを規制し、導入管１３内における海水の流れの乱れを抑える。
羽根車２５は、その軸方向が導入管１３内における海水Ｗの流れ方向に沿うように配されている。羽根車２５は、回転軸２７と、回転軸２７に固定された複数のブレード２８と、を備える。図示例において、複数のブレード２８は、前述した支持部２４や整流板２６よりも下流側に配されているが、例えば支持部２４や整流板２６よりも上流側に配されてもよい。

発電機２２は、上記した水車２１の回転によって駆動される。本実施形態において、発電機２２は周壁部３の上端部に配される。発電機２２は、例えば周壁部３の上端に配されてもよいが、本実施形態では、周壁部３の上端において内側に張り出して設けられた設置台３０上に配される。発電機２２は、例えば複数の水車２１に対して一つだけ設けられてもよいが、本実施形態では、各水車２１に対して一つずつ設けられる。

伝達部２３は、水車２１の回転を発電機２２に伝達するものである。伝達部２３は、例えばギヤ等であってもよいが、本実施形態では水車２１の回転軸２７と発電機２２の回転軸２９とに巻き掛けられるベルトである。本実施形態では、水車２１が周壁部３の下端部に配され、発電機２２が周壁部３の上端部に配されるため、伝達部２３であるベルトが周壁部３の高さ方向に延びるように配される。
以上のように構成される水力発電ユニット５において発電された電力は、例えば外部（電力消費地）に供給される。

図１〜３に示すように、動力部６は、前述した水力発電ユニット５で得られた電力（導入部４における水流）とは別の再生可能エネルギーによって駆動する。本実施形態の動力部６は、周壁部３の内側において基盤２上に設けられる風車４０である。風車４０は、風力によって回転駆動する風車本体４１と、基盤２上に設けられて風車本体４１を支持する支持構造部４２と、を備える。
支持構造部４２は、基盤２から周壁部３よりも高く延出する。支持構造部４２は、図示例のように棒状に形成されてもよいが、これに限ることはない。風車本体４１は、支持構造部４２の延出方向先端に配される。支持構造部４２の高さは、例えば軸部４３及びブレード４４を含む風車本体４１全体が周壁部３の上端よりも高く位置するように設定されるとよいが、これに限ることはない。例えば、風車本体４１の一部（例えば軸部４３よりも下方に位置するブレード４４）が周壁部３の上端よりも低く位置してもよい。

本実施形態の風車４０は、風車本体４１が風力によって回転することで発電する風力発電ユニットである。風車４０において発電された電力は、少なくとも後述する排水ユニット７に供給されればよいが、例えば水力発電ユニット５において発電された電力と共に外部（電力消費地）に供給されてもよい。
風車４０は、例えば周壁部３の内側に複数配されてもよいが、本実施形態では一つだけ配されている。また、風車４０は、周壁部３の内側の任意の位置に配されてよいが、本実施形態では平面視した基盤２の中央部に配されている。

本実施形態の風車４０は、基盤２上に形成された風車基礎部９によって支持される。本実施形態において、風車基礎部９は、周壁部３の内側に多少の海水Ｗが貯留されても風車４０（特に支持構造部４２）が海水Ｗに浸からないように、基盤２よりも高く（例えば数ｍの高さに）形成されている。また、風車基礎部９の高さは、図示例のように周壁部３の上端よりも低く設定されてよい。

排水ユニット７は、風車４０において発電された電力（動力部６の動力）を利用して周壁部３の内側に貯留された海水Ｗを周壁部３の外側に排出する。本実施形態の排水ユニット７は、周壁部３の内側に貯留された海水Ｗを、海面ＷＬよりも上方に汲み上げる揚水部４５を備える。
本実施形態の排水ユニット７は、複数（図示例では三つ）の揚水部４５を有する。複数の揚水部４５は、周壁部３の周方向に等間隔で配される。図示例では、複数の揚水部４５と複数の導入部４とが周壁部３の周方向に交互に配列されているが、これに限ることはない。

各揚水部４５の構成は任意であってよいが、本実施形態の揚水部４５は、基盤２に設けられる排水ポンプ４６と、排水ポンプ４６に接続された排水管４７と、を備える。排水ポンプ４６は、風車４０において発電された電力によって駆動する。図示例において、排水ポンプ４６は基盤２の外周部に配されているが、これに限ることはない。排水管４７は、排水ポンプ４６から周壁部３よりも上方に延びた上で、周壁部３の内側から外側に延びている。排水管４７の吐出口は、少なくとも周壁部３の外側に向いていればよいが、本実施形態では、周壁部３の外側において下方（海面ＷＬ）に向いている。
本実施形態の排水ユニット７では、排水ポンプ４６が駆動することで、周壁部３の内側の海水Ｗが排水管４７内で上方に流れ、排水管４７の吐出口から周壁部３の外側の海面ＷＬに向けて吐出される。

以上のように構成される本実施形態の発電装置１は、水中に橋脚基礎(ピア)を建設する工事などと同様に、従来周知の建設技術の組み合わせによって施工することができる。

次に、本実施形態の発電装置１の動作の一例について説明する。
例えば、周壁部３の内側に海水Ｗが貯留されていない状態、又は、周壁部３の内側における海水Ｗの水位が、周壁部３の外側における海面ＷＬの水位よりも低い状態では、周壁部３の内外の水位差に基づく水圧によって周壁部３の外側の海水Ｗが、導入部４を通じて周壁部３の内側に導入される。この際、水力発電ユニット５では、導入部４に生じる水流を利用した水力発電が行われる。水力発電は、周壁部３の内側における海水Ｗの水位が周壁部３の外側における海面ＷＬの水位と同等になるまで行うことができる。

ここで、水力発電ユニット５において発電可能な電力貯蔵容量Ｕは、周壁部３の内側に貯留可能（周壁部３の外側から内側に流入可能）な水量Ｖと周壁部３の内外の水位差に比例する。そして、水量Ｖを周壁部３の内側に流入できる状態は、水量Ｖと周壁部３の内外の水位差に比例する電力貯蔵容量Ｕが発電装置１に蓄電されていることを意味する。すなわち、本実施形態の発電装置１は、一種の蓄電装置として機能する、言い換えれば、巨大な電力貯蔵（蓄電）施設として機能させることができる。

また、本実施形態の発電装置１では、導入部４に設けられるバルブ等によって、単位時間当たりに導入部４を流れる海水Ｗの流量Ｑを調整することができる。ここで、水力発電ユニット５における発電出力Ｐ（発電容量）は、導入部４における海水Ｗの流量Ｑと周壁部３の内外の水位差に比例する。また、水力発電ユニット５における発電継続時間Ｔは、水量Ｖが一定とすると発電出力Ｐや流量Ｑに反比例する。このため、例えば、流量Ｑを１／２にした場合には、発電出力Ｐを１／２とし、発電継続時間Ｔを２倍とすることができる。
以上のことから、本実施形態の発電装置１では、導入部４を流れる海水Ｗの流量Ｑを調整することで、発電出力Ｐや発電継続時間Ｔを調整することができる。

また、本実施形態の発電装置１では、周壁部３の内側に海水Ｗが貯留されている状態で、風車４０の風車本体４１が風力によって回転駆動した際には、排水ユニット７の排水ポンプ４６が風車４０で発電された電力を利用して駆動され、周壁部３の内側の海水Ｗが排水管４７を通じて周壁部３の外側に排出される。これにより、周壁部３の内側に貯留可能（周壁部３の外側から内側に流入可能）な水量Ｖが増加する。すなわち、風力などの変動の激しい再生可能エネルギーで水を移動することにより、水力発電ユニット５において発電可能な電力貯蔵容量Ｕが増加する。

本実施形態の発電装置１における電力貯蔵容量Ｕの具体例を示す。
周壁部３の内径が１００ｍ、基盤２の上面２ａから周壁部３の上端までの高さ（周壁部高さ）が３５ｍであり、基盤２の上面２ａから海面ＷＬまでの高さ（海面高さ）を３０ｍとすると、周壁部３の内側に貯留可能な水量Ｖは、以下のようになる。
Ｖ＝π／４×１００^２×３０＝２３５，６００ｍ^３
また、有効落差ｈを３０ｍ（海面高さ）／２＝１５ｍ、導入部４を流れる海水Ｗの流量Ｑを３０ｍ^３／ｓｅｃ（各導入管１３を流れる海水Ｗの流量を１０ｍ^３／ｓｅｃ）とし、重力加速度ｇを９．８ｍ／ｓｅｃ^２、発電効率ηを０．８とすると、水力発電ユニット５における発電出力Ｐは、以下のようになる。
Ｐ＝ｈ×Ｑ×ｇ×η＝１５×３０×９．８×０．８＝３，５２８ｋＷ
また、水力発電ユニット５における発電継続時間Ｔは、水量Ｖと流量Ｑによって、以下のように求められる。
Ｔ＝Ｖ／Ｑ＝２３５，６００／３０＝７，８５３ｓｅｃ＝２．１８時間
そして、電力貯蔵容量Ｕは、下記の通りになる。
Ｕ＝Ｐ×Ｔ＝３，５２８×２．１８＝７，６９１ｋＷｈ
この電力貯蔵容量Ｕは、一般家庭３４００世帯分の電力を２時間まかなうことができる量である。

以上説明したように、本実施形態の発電装置１によれば、設置場所の制約を受けることなく、変動が小さく安定した電力を、外部（電力消費地）の需要に応じて供給することが可能となる。
具体的には、水力発電ユニット５において周壁部３の内外の水位差によって導入部４を通過した水流を利用して発電された電力、すなわち、発電量の変動が小さく安定した電力を外部に供給することができる。本実施形態では、風車４０で発電された電力（変動の激しい再生可能エネルギーで発電された電力）が外部に供給されないため、特に安定した電力供給を可能とする。
また、周壁部３の内側に貯留された海水Ｗは、風車４０において発電された電力を利用して周壁部３の外側に排出される。これにより、周壁部３の内外の水位差が大きくなり、発電能力を蓄える（蓄電する）ことができる。すなわち、電力を外部の需要に応じて供給することが可能となる。
さらに、本実施形態の発電装置は、海に設置できるため、従来のような山間部や傾斜地等に限定されず、様々な場所に設置することが可能である。

また、本実施形態の発電装置１によれば、風車４０において発電された電力が排水ユニット７の動力として利用されるため、水力発電ユニット５において発電された電力を排水ユニット７の動力として消費する必要が無くなる。したがって、水力発電ユニット５において発電された電力を、外部への供給電力に有効に活用することができる。

また、本実施形態の発電装置１によれば、風車４０の風車本体４１が周壁部３の上端部よりも高く位置するため、風車４０に作用する風が周壁部３に邪魔されることなく、風車本体４１を風力によって効率よく回転させることができる。すなわち、排水ユニット７による周壁部３の内側の水を効率よく排出することができる。

また、本実施形態の発電装置１によれば、風車４０が周壁部３の内側に配されるため、風車４０（特に支持構造部４２）に周壁部３の外側の海流や潮流による荷重が作用することを抑制又は防止できる。すなわち、周壁部３は防波堤と同様な波除けの役割を果たし、風車４０の支持構造部４２に作用する荷重を、従来の洋上風車の場合と比較して、大幅に軽減することができ、風車４０を好適に保護することができる。
また、本実施形態における風車４０の設置構造によれば、着床式風車で問題となる洗掘も防ぐことができる。

また、風車４０（特に支持構造部４２）や風車基礎部９に、周壁部３の外側の波や海流、潮流等の流れによる荷重がほとんど作用しないことで、風車基礎部９の基礎形式の簡略化を図ることができる。具体的には、風車基礎部９の基礎形式として、必ずしも従来の洋上風車の基礎形式（例えば重力式、モノパイル式、ジャケット式）を採用する必要がなく、例えば陸上風車の基礎形式程度の簡易な基礎形式も採用可能となる。

また、本実施形態の風車４０は、陸上風車と同様の手順で容易に施工できるため、洋上風車の施工と比べて工費や工期の点でも有利となる。
例えば従来の洋上風車の施工では、SEP（Self Elevation Platform）のような特殊な作業船を用いる必要があり、傭船費が工事費に上乗せされ工費が陸上風車より嵩む。さらに、洋上風車の工事は気象条件や海象条件に左右されやすく工期が延びるおそれもある上、一年の内で施工できる季節も限られる。
これに対し、本実施形態の風車４０は、周壁部３の内側から海水Ｗが排出された基盤２上、または、風車基礎部９と周壁部３との間に設けた仮設床上で、陸上風車と同様に組み立てることができる。すなわち、洋上風車と比較して、海上の気象条件、海象条件、季節的な条件に左右され難く、工費や工期をコンパクトに抑えることができる。

また、風車４０のメンテナンスも、洋上風車と比較して、海上の気象条件、海象条件、季節的な条件に左右されずに、周壁部３の内側で行うことができるため、メンテナンスの作業性向上や、メンテナンスの作業員の安全性向上も図ることができる。
また、風車４０が周壁部３の外側の海水Ｗ（外海）に直接接しないため、風車４０が船舶と接触するような事故も防止できる。

また、本実施形態の発電装置１によれば、周壁部３が円筒状に形成されているため、周壁部３の外側の水圧による周壁部３の変形を防ぐことができる。具体的に説明すれば、円筒状の周壁部３に対して周壁部３の外側の海水Ｗの水圧が作用しても、水圧による応力は周壁部３の周方向の圧縮力となるため、周壁部３に曲げ応力が生じない。その結果、周壁部３の変形を防ぐことができる。したがって、周壁部３を好適に保護することができる。また、周壁部３に曲げ応力が生じないことで、周壁部３を構成するＲＣ壁１２の配筋を最小配筋とすることもできる。
また、円筒状の周壁部３であれば、周壁部３の外側の波による抗力も小さくできる。例えば、周壁部３が平面視正方形状である場合と比較して、抗力を４割程度低減できる。

また、周壁部３を通常の設計基準強度で構成しても、水圧によって周壁部３に生じる周方向の圧縮応力に十分対応できる。例えば、直径１００ｍで壁厚１ｍの周壁部３に水深３０ｍの水圧が作用した際、周壁部３の周方向の圧縮応力度σ_ｃは、以下のようになる。
σ_ｃ＝９．８×３０×１００／２＝１４，７００ｋＮ／ｍ^２＝１４．７Ｎ／ｍｍ^２
通常の設計基準強度Ｆｃは６０Ｎ／ｍｍ^２であるため、周壁部３の周方向の圧縮応力に十分に対応できる。

また、本実施形態の発電装置１によれば、水力発電ユニット５が伝達部２３を備えることで、発電機２２を水車２１から離れて位置させることができる。そして、水力発電ユニット５の発電機２２が周壁部３の上端部に配されるため、発電機２２が周壁部３の内側に貯留される海水Ｗに常時水没することを防止できる。言い換えれば、発電機２２の水密性を簡易にし、発電装置１を安価に構成できる。

また、本実施形態の発電装置１によれば、排水ユニット７が周壁部３の内側に貯留された海水Ｗを、海面ＷＬよりも上方に汲み上げる揚水部４５を備える。このため、周壁部３の外側の水圧を受けることなく、周壁部３の内側に貯留された水を周壁部３の外側に排出することができる。したがって、風車４０において発電される電力（動力部６の動力）が小さくても周壁部３の内側の水を効率よく周壁部３の外側に排出することが可能となる。

また、本実施形態の発電装置１によれば、風車基礎部９が基盤２よりも高く位置している。これにより、風車基礎部９よりも低い水位（例えば数ｍ程度）であれば、海水Ｗを周壁部３の内側に常時貯留できるため、周壁部３の内側において外海から隔離された海水Ｗを利用して魚の養殖などを行うこともできる。

また、本実施形態の発電装置１によれば、周壁部３のうち海面ＷＬ上に突出する部位を小さく設定できる。したがって、発電装置１の設置による海面ＷＬ上の景観阻害を小さく抑えることができる。発電装置１の設置に伴う環境影響評価には、視覚的環境影響の評価も含まれるため有効である。

また、本実施形態の発電装置１は、山間部や傾斜地に頼らない水力発電であるため、設置場所の制約がなく、平地を含む電力消費地の近郊に設けることができる。したがって、送電によるロスを小さく抑えることが可能となる。
また、本実施形態の発電装置１によれば、大きな電力量を貯蔵することも可能であるため、風力発電などの発電量の変動が大きい再生可能エネルギーと組み合わせることで、安定した電力供給を行うこともできる。

また、本実施形態の発電装置１は、その設置場所での電力貯蔵（蓄電）によるエネルギーバッファー（電力需要の変動に対応する供給源）としてだけではなく、スマートグリッドを介して、周辺地域の再生可能エネルギーのバッファーとして利用することもできる。
また、本実施形態の発電装置１における発電は、ＣＯ_２や有毒ガスを排出しないタイプの発電（水力発電や風力発電）であるため、発電装置１の設置に伴う環境影響評価にも有利である。

以上、本発明の詳細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く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

例えば、周壁部３は、円筒状に形成されることに限らず、少なくとも筒状に形成されればよい。すなわち、周壁部３は、例えば上方から見て正方形状や六角形状などの多角形状に形成されてもよい。

例えば図５に示すように、排水ユニットに備える揚水部４５Ａは、螺旋水車機構５１であってもよい。螺旋水車機構５１は、基盤２の上面２ａから周壁部３の上端部まで傾斜状態で延びる傾斜水路部５２と、傾斜水路部５２に配され、傾斜水路部５２に沿って延びるスクリュー部５３と、周壁部３の上端部において周壁部３を貫通して形成され、傾斜水路部５２の上端に連なる排水路部５４と、を備える。
スクリュー部５３は、傾斜水路部５２に沿って延びる軸体５５の外周に螺旋状のブレード５６を形成して構成されている。軸体５５は、その両端が基盤２上及び周壁部３上に配された軸受５７によって回転自在に支持されている。軸体５５は、例えば風車４０において発電された電力を利用して駆動装置５８でトルクを発生させ、回転する。

排水路部５４は、海面ＷＬよりも高い位置において周壁部３の外側に開口する。排水路部５４は、図示例のように水平方向に延びてもよいが、例えば周壁部３の内側から外側に向かうにしたがって下方に傾斜していてもよい。
図５に例示する構成では、スクリュー部５３が回転することで周壁部３の内側の海水Ｗが傾斜水路部５２の下端から上端に向けて汲み上げられる。傾斜水路部５２の上端に到達した海水Ｗは、排水路部５４に流れ込み、排水路部５４から周壁部３外側の海面ＷＬに放流される。

排水ユニットにおいて利用される風車４０の動力は、電力に限らず、例えば風車本体４１の回転トルクであってもよい。例えば排水ユニットが図５に例示した螺旋水車機構５１を備える場合には、風車本体４１の回転トルクをスクリュー部５３の軸体５５に伝達することでスクリュー部５３を回転させてもよい。風車４０の風車本体４１と螺旋水車機構５１のスクリュー部５３とは、ベルトやギヤ等の伝達構造によって接続されればよい。また、周壁部３の内側に配された風車本体４１とスクリュー部５３との接続が困難である場合には、上記実施形態とは別の風車を周壁部３の上端に配し、この風車とスクリュー部５３とを接続してもよい。
上記のことから、風車４０は、電力のみを出力することに限らず、回転トルクのみを出力してもよいし、回転トルクと電力の両方を出力してもよい。

動力部６は、風力によって駆動する風車に限らず、少なくとも導入部４における水流とは別の再生可能エネルギー（例えば太陽光、海流、潮流など）によって駆動するものであればよい。したがって、動力部６は、例えば太陽光によって駆動する太陽光発電ユニット、潮流や海流によって駆動する潮流発電ユニット、海流発電ユニットなどであってもよいし、例えば風車４０、太陽光発電ユニット、潮流発電ユニット、海流発電ユニットなどを適宜組み合わせたものであってもよい。動力部６が太陽光発電ユニットを含む場合、太陽光発電ユニットのソーラーパネルは、例えば周壁部３の上端開口を覆うように配されてもよい。

排水ユニットは、例えば揚水部を備えなくてもよい。排水ユニットは、例えば周壁部３の内側の海水Ｗをポンプ等によって周壁部３を貫通して外側の水中に排出するように構成されてもよい。

発電装置１では、基盤２上の空いたスペースを利用して、水上施設や水中施設などの各種施設を構築することも可能である。ただし、各種施設が水上施設である場合、各種施設は少なくとも海面ＷＬよりも高い位置に配されるとよい。各種施設は、海上などで市街地から離れた施設とすることができるため、例えば、騒音を発生する工場やカジノ施設、観光客相手の商業施設としたり、魚類や牡蠣の加工場など漁業関係施設としたりすることもできる。また、各種施設は、例えば荒天時などに利用可能な避難施設であってもよい。また、各種施設の屋根は、例えば前述した太陽光発電ユニットのソーラーパネルによって構成されてもよい。

発電装置１は、例えば基盤２及び周壁部３を含む容器構造物を複数備え、複数の容器構造物の周壁部３の内側同士が配管等によって繋がっていてもよい。この場合、風車４０等の動力部６は、例えば全ての周壁部３の内側に配されてもよいが、例えば一部の周壁部３の内側のみに配されてもよい。このような構成であれば、発電装置１をより巨大な電力貯蔵（蓄電）施設として機能させることができる。

本発明の発電装置は、海に限らず、例えば池や湖等に設置されてもよい。すなわち、本発明の発電装置において取り扱う水は、海水に限らず、淡水であってもよい。また、自然に溜められている水に限らず、人工的に構築された池、プール、貯水槽などに溜められた水であってもかまわない。

１発電装置
２基盤
３周壁部
４導入部
５水力発電ユニット
６動力部
７排水ユニット
２１水車
２２発電機
２３伝達部
４０風車
４１風車本体
４２支持構造部
４５，４５Ａ揚水部
Ｗ海水（水）
ＷＬ海面（水面）

Claims

水面よりも低く位置する基盤と、
前記水面よりも高く延びるように前記基盤に設けられる周壁部と、
前記周壁部の下部に設けられ、水圧によって前記周壁部の外側の水を前記周壁部の内側に導入する導入部と、
前記導入部における水流を利用して水力発電する水力発電ユニットと、
前記水力発電ユニットで得られた電力とは別の再生可能エネルギーによって駆動する動力部と、
前記動力部の動力を利用して前記周壁部の内側に貯留された水を前記周壁部の外側に排出する排水ユニットと、を備える発電装置。
前記動力部が、前記周壁部の内側において前記基盤上に設けられる風車であり、
前記風車が、風力によって回転駆動する風車本体と、前記基盤上に設けられて前記風車本体を支持する支持構造部と、を備え、
前記支持構造部が、前記基盤から前記周壁部よりも高く延出し、
前記風車本体が、前記支持構造部の延出方向先端に配されている請求項１に記載の発電装置。
前記周壁部が、円筒状に形成されている請求項１又は請求項２に記載の発電装置。
前記水力発電ユニットが、前記導入部に設けられ、前記導入部における水流によって回転する水車と、前記水車の回転によって駆動される発電機と、前記水車の回転を前記発電機に伝達する伝達部と、を備え、
前記発電機が、前記周壁部の上端部に配される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発電装置。
前記排水ユニットが、前記周壁部の内側に貯留された水を、前記水面よりも上方に汲み上げる揚水部を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発電装置。