JP2024011086A - Continuous electric power generator and continuous electric power generating system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、連続発電装置及び連続発電システムに関する。 The present invention relates to a continuous power generation device and a continuous power generation system.
近年、火力発電には大量の化石燃料が必要であり、地球温暖化の原因である二酸化炭素を多量に排出する等の問題が認識されている。原子力発電には様々なリスクがあり、施設建設から廃炉、再処理コストまで含めると多大なコストがかかることからその効率性にも疑義が生じている。 In recent years, it has been recognized that thermal power generation requires large amounts of fossil fuels and has problems such as emitting large amounts of carbon dioxide, which is a cause of global warming. Nuclear power generation has various risks, and its efficiency is questionable as it costs a lot of money, including facility construction, decommissioning, and reprocessing costs.
このようなエネルギー問題及び環境問題が注目されてきており、２０１５年には、国連サミットにおける「持続可能な開発のための２０３０アジェンダ」（持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ））が採択され、従来の環境影響が大きいエネルギー源を代替する再生可能エネルギーの活用が求められている。 These energy and environmental issues have been attracting attention, and in 2015, the ``2030 Agenda for Sustainable Development'' (Sustainable Development Goals (SDGs)) was adopted at the United Nations Summit. There is a need to utilize renewable energy as an alternative to energy sources that have a large environmental impact.
しかしながら、従来のエネルギーに代えて再生可能エネルギーを主に活用していくには多くのハードルがある。太陽光発電は天候に大きく影響され、夜間は発電できない等の問題がある。風力発電は無風時には発電できないことや、風速によって発電量に影響が出る等の問題がある。従来の水力発電は、ダム建設による自然環境破壊、降雨量、貯水量により発電量が左右される等の問題がある。 However, there are many hurdles to making the main use of renewable energy instead of conventional energy. Solar power generation is greatly affected by the weather, and there are problems such as not being able to generate electricity at night. Wind power generation has problems such as not being able to generate electricity when there is no wind, and the amount of electricity generated is affected by wind speed. Conventional hydroelectric power generation has problems such as destruction of the natural environment due to dam construction, and the amount of power generated depends on the amount of rainfall and amount of water stored.
これに対して、天候に左右されにくく且つ環境への影響が小さい再生可能エネルギー源の一つとして、潮の干満差を利用する潮汐力発電が注目されている。潮汐力発電は、クリーン再生可能エネルギーであること、水の密度が大きいことによりエネルギー集中が可能なこと、及び潮汐現象を利用するため風力発電と異なり予測出力による安定した電力供給が可能であることから、利用が期待されている。特に、陸地面積に比して海岸線の長い日本等の国において効率的な潮汐力発電が実現された場合、その効果は非常に大きいものと期待されている。 In contrast, tidal power generation, which utilizes the difference between high and low tides, is attracting attention as a renewable energy source that is less affected by the weather and has less impact on the environment. Tidal power generation is a clean renewable energy; the high density of water makes it possible to concentrate energy; and unlike wind power generation, it utilizes tidal phenomena, making it possible to provide a stable power supply with predicted output. It is expected that it will be used. In particular, if efficient tidal power generation is realized in countries such as Japan, which have long coastlines relative to their land area, the effects are expected to be extremely large.
潮汐力発電として、高水位水域と低水位水域を仕切る堤防と、高水位水域の水を汲み上げる汲み上げ装置と、汲み上げた水の貯水槽と、貯水槽の水による運転する発電機用水車とを有する潮汐発電装置（特許文献１）や、潮位によって上下動する浮きタンクの動きを油圧シリンダのピストンに伝達し、ピストンの上下動により油圧ポンプを回転させて発電する方法（特許文献２）が提案されている。また、潮汐力発電の設備利用率を向上させる技術も提案されている（特許文献３）。 For tidal power generation, it has an embankment that separates a high water level area and a low water level area, a pumping device that pumps up water from the high water level area, a water tank for the pumped water, and a generator water wheel that is driven by water from the water tank. A tidal power generation device (Patent Document 1) and a method of generating electricity by transmitting the movement of a floating tank that moves up and down depending on the tide level to a piston of a hydraulic cylinder and rotating a hydraulic pump by the vertical movement of the piston (Patent Document 2) have been proposed. ing. Furthermore, a technique for improving the capacity factor of tidal power generation has also been proposed (Patent Document 3).
しかしながら、潮汐力発電は、現実的には、一部の国で実用化が進められているに過ぎない。水力発電は水位差（落差）が重要視されてきたが、大きな水位差を得にくい地形では潮汐力発電の活用が難しかった。 However, in reality, tidal power generation is only being put into practical use in some countries. Hydropower generation has focused on water level differences (heads), but it has been difficult to utilize tidal power generation in terrain where it is difficult to obtain large water level differences.
したがって、水位差（落差）が小さくても発電が可能な発電装置が求められている。 Therefore, there is a need for a power generation device that can generate electricity even when the water level difference (head) is small.
本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）複数のケーシング、及び
前記ケーシング内に直列に並んだ複数の発電機
を含み、
前記発電機は、前記ケーシング内を流れる水流の向きに応じて回転可能な回転軸を有して前記ケーシング内に配置され、
前記複数のケーシングは互いに平行に配置される、
連続発電装置。
（２）前記複数の発電機のうち少なくとも一部の発電機のブレードの回転方向が、残りの発電機のブレードの回転方向に対して逆方向である、上記（１）に記載の連続発電装置。
（３）複数のケーシング、
前記ケーシング内に直列に並んだ複数の発電機、及び
前記ケーシングの両端部を挟む仕切り板
を含み、
前記発電機は、前記ケーシング内を流れる水流の向きに応じて回転可能な回転軸を有して前記ケーシングに配置され、
前記複数のケーシングは互いに平行に配置され、
前記ケーシングと前記仕切り板との間のなす角度が、０度超～９０度未満である、
連続発電システム。
（４）前記複数の発電機のうち少なくとも一部の発電機のブレードの回転方向が、残りの発電機のブレードの回転方向に対して逆方向である、上記（３）に記載の連続発電システム。
The gist of the present invention is as follows.
(1) including a plurality of casings and a plurality of generators arranged in series within the casings,
The generator is disposed within the casing and has a rotating shaft that is rotatable in accordance with the direction of the water flow flowing within the casing,
the plurality of casings are arranged parallel to each other;
Continuous power generation equipment.
(2) The continuous power generation device according to (1) above, wherein the rotational direction of the blades of at least some of the plurality of generators is opposite to the rotational direction of the blades of the remaining generators. .
(3) multiple casings;
a plurality of generators arranged in series within the casing, and a partition plate sandwiching both ends of the casing,
The generator is disposed in the casing and has a rotating shaft that is rotatable according to the direction of the water flow flowing inside the casing,
the plurality of casings are arranged parallel to each other,
The angle formed between the casing and the partition plate is more than 0 degrees and less than 90 degrees,
Continuous power generation system.
(4) The continuous power generation system according to (3) above, wherein the rotational direction of the blades of at least some of the plurality of generators is opposite to the rotational direction of the blades of the remaining generators. .
本発明によれば、水位差が小さくても、多量の水の位置エネルギーを利用して発電することができる。 According to the present invention, even if the water level difference is small, it is possible to generate electricity using the potential energy of a large amount of water.
本開示は、複数のケーシング、及び前記ケーシング内に直列に並んだ複数の発電機を含み、前記発電機は、前記ケーシング内を流れる水流の向きに応じて回転可能な回転軸を有して前記ケーシング内に配置され、前記複数のケーシングは互いに平行に配置される、連続発電を対象とする。 The present disclosure includes a plurality of casings and a plurality of generators arranged in series within the casing, and the generator has a rotating shaft rotatable according to the direction of a water flow flowing within the casing. The present invention is intended for continuous power generation, in which the plurality of casings are arranged in parallel to each other and arranged within a casing.
本開示の装置を、図面を参照して説明する。図１に本装置１００の断面模式図を示す。本装置１００は、本開示は、複数のケーシング１０、及びケーシング１０内に直列に並んだ複数の発電機２０を含む。図１においては、ケーシング１０は一つしか表示していないが、本装置１００は、複数のケーシング１０を含み、複数のケーシングは互いに平行に配置される。発電機２０は、ケーシング１０内を流れる水流の向きに応じて回転可能な回転軸２１を有してケーシング１０内に配置される。 The apparatus of the present disclosure will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the present device 100. The present device 100 includes a plurality of casings 10 and a plurality of generators 20 arranged in series within the casings 10 . Although only one casing 10 is shown in FIG. 1, the device 100 includes a plurality of casings 10, and the plurality of casings are arranged parallel to each other. The generator 20 is disposed within the casing 10 and has a rotating shaft 21 that is rotatable in accordance with the direction of the water flow flowing within the casing 10 .
本装置１００は、干満による水位差が生じる海、好ましくは沖側以外が囲まれた湾で用いられる。複数のケーシング１０は、干満による水位差に伴い、海水がケーシング１０内を流れるように設置される。本装置１００によれば、複数のケーシング１０にそれぞれ複数の発電機２０を備え、複数の発電機２０がケーシング１０内を流れる水流の向きに応じて回転可能な回転軸２１を有してケーシングに配置されるので、水位差が小さくても多量の水があれば、その位置エネルギーを利用して複数のケーシングが備える複数の発電機により発電が可能である。 The present device 100 is used in a sea where water level differences due to ebb and flow occur, preferably in a bay that is surrounded except on the offshore side. The plurality of casings 10 are installed so that seawater flows through the casings 10 due to the water level difference due to ebb and flow. According to this device 100, each of the plurality of casings 10 is provided with a plurality of generators 20, and each of the plurality of generators 20 is attached to the casing with a rotary shaft 21 that is rotatable according to the direction of the water flow flowing inside the casing 10. Therefore, even if the water level difference is small, if there is a large amount of water, the potential energy of the water can be used to generate electricity using the plurality of generators provided in the plurality of casings.
位置エネルギーは、物体の質量と高さと重力加速度の積で得られるので、例えば、発電機よりも上方１ｍ以上に囲い込んだ水量が１００万ｍ３あるとき、囲い込まれた水は１００万トンに発電機からの高さと重力加速度とを乗じた位置エネルギーを有する。複数のケーシングが備える複数の発電機により、例えば上方１ｍ以上という低い水位差でも多量の水を活用した発電が可能である。従来、水力発電は高さ（落差）が重要視されてきたが、本装置は、高さ（落差）が小さくても多量の質量に伴う位置エネルギーを有する水を活用することができる。 Potential energy is obtained by multiplying the mass, height, and gravitational acceleration of an object, so for example, if the amount of water enclosed 1m or more above the generator is 1 million m3 , the enclosed water is 1 million tons. has potential energy multiplied by the height from the generator and the gravitational acceleration. With the plurality of generators provided in the plurality of casings, it is possible to generate electricity using a large amount of water even when the water level difference is as low as, for example, 1 m or more above. Conventionally, height (head) has been important in hydroelectric power generation, but this device can utilize water that has potential energy associated with a large amount of mass even if the height (head) is small.
本装置１００が含むケーシング１０の本数は、好ましくは１０～１０００本、より好ましくは３０～５００本、さらに好ましくは５０～２５０本、さらにより好ましくは７０～１５０本である。 The number of casings 10 included in the device 100 is preferably 10 to 1000, more preferably 30 to 500, even more preferably 50 to 250, and even more preferably 70 to 150.
複数のケーシング１０はそれぞれ、内部に直列に並んだ複数の発電機２０を有する。一つのケーシングに含まれる発電機２０の数は、好ましくは１０～１０００台、より好ましくは２０～６００台、さらに好ましくは４０～３００台、さらにより好ましくは６０～２００台、さらにより好ましくは８０～１５０台である。 Each of the plurality of casings 10 has a plurality of generators 20 arranged in series inside. The number of generators 20 included in one casing is preferably 10 to 1000, more preferably 20 to 600, even more preferably 40 to 300, even more preferably 60 to 200, and even more preferably 80. ~150 units.
ケーシング１０の長さは、好ましくは３０～３００ｍ、より好ましくは５０～２５０ｍ、さらに好ましくは７０～２００ｍ、さらにより好ましくは９０～１５０ｍである。前記好ましい長さを備えるケーシング１０に、長さが例えば０．１５～０．５ｍの発電機２０を直列に複数配置することができる。 The length of the casing 10 is preferably 30 to 300 m, more preferably 50 to 250 m, even more preferably 70 to 200 m, even more preferably 90 to 150 m. A plurality of generators 20 having a length of, for example, 0.15 to 0.5 m can be arranged in series in the casing 10 having the preferred length.
ケーシング１０の材料は、複数の発電機２０を内部に配置して、内部に海水を流すことができるものであれば特に限定されず、例えば鋼管製であることができる。 The material of the casing 10 is not particularly limited as long as it is capable of arranging the plurality of generators 20 therein and allowing seawater to flow therein, and may be made of, for example, a steel pipe.
ケーシング１０の長手方向に対して垂直方向の断面は、円形状、楕円形状、矩形状、またはそれらの組み合わせであることができ、好ましくは、水平方向が長手方向となる楕円形状である。ケーシング１０の長手方向に対して垂直方向の断面が、水平方向が長手方向となる楕円形状を有する場合、水流の向きが変わるときに発電機２０が水平方向に回転するためのスペースをケーシング１０内に確保することができる。 The cross section of the casing 10 in the direction perpendicular to the longitudinal direction can be circular, elliptical, rectangular, or a combination thereof, and is preferably an ellipse in which the horizontal direction is the longitudinal direction. When the cross section of the casing 10 in the direction perpendicular to the longitudinal direction has an elliptical shape with the horizontal direction being the longitudinal direction, a space for the generator 20 to rotate horizontally when the direction of the water flow changes is provided within the casing 10. can be secured.
ケーシング１０は、好ましくは、両端部に開閉部を備える。開閉部を閉じることによりケーシング１０内を水が流れることを防止して、ケーシング１０の岸側と沖側とで水位差を発生させるために使用される。干潮から満潮になるときに開閉部を閉めることにより、ケーシング１０の沖側の水位を高めることができる。満潮から干潮になるときに開閉部を閉めることにより、ケーシング１０の岸側の水位を高めることができる。 The casing 10 preferably includes openings and closing portions at both ends. It is used to prevent water from flowing inside the casing 10 by closing the opening/closing part, and to generate a water level difference between the shore side and offshore side of the casing 10. By closing the opening and closing part when the tide changes from low tide to high tide, the water level on the offshore side of the casing 10 can be raised. By closing the opening/closing section when the tide changes from high tide to low tide, the water level on the shore side of the casing 10 can be raised.
好ましくは、ケーシングは、発電機の交換及びメンテナンス用に、上部に複数の開閉部を有する。例えば、大潮の干潮時にケーシング内から海水が排出されたときに発電機のメンテナンスを行うことができる。 Preferably, the casing has a plurality of openings on the top for replacement and maintenance of the generator. For example, maintenance of the generator can be performed when seawater is discharged from the casing during low spring tide.
発電機２０は、ケーシング１０内を流れる水流の向きに応じて回転可能な回転軸２１を有してケーシング１０内に配置される。発電機２０は、回転軸２１を中心に、風見鶏効果で水流に対して自動的に回転する。 The generator 20 is disposed within the casing 10 and has a rotating shaft 21 that is rotatable in accordance with the direction of the water flow flowing within the casing 10 . The generator 20 automatically rotates around the rotating shaft 21 with respect to the water flow due to the weather vane effect.
発電機２０は、好ましくは２枚または３枚のブレード（羽根）２２を有する。ブレード２２の直径は、例えば、１００～５００ｍｍφ、１５０～４５０ｍｍφ、２００～４００ｍｍφ、または２５０～３５０ｍｍφである。ケーシング１０の内径は、例えば、１２０～５２０ｍｍφ、１７０～４７０ｍｍφ、２２０～４２０ｍｍφ、または２７０～３７０ｍｍφである。ケーシング１０の外径は、２００～７００ｍｍφ、２５０～６５０ｍｍφ、３００～５００ｍｍφ、または３５０～４５０ｍｍφである。 Generator 20 preferably has two or three blades 22 . The diameter of the blade 22 is, for example, 100 to 500 mmφ, 150 to 450 mmφ, 200 to 400 mmφ, or 250 to 350 mmφ. The inner diameter of the casing 10 is, for example, 120 to 520 mmφ, 170 to 470 mmφ, 220 to 420 mmφ, or 270 to 370 mmφ. The outer diameter of the casing 10 is 200 to 700 mmφ, 250 to 650 mmφ, 300 to 500 mmφ, or 350 to 450 mmφ.
発電機２０は、一方の面積が、他方の面積より大きく、発電機２０に水流があたると、面積が大きい方がより大きな水圧を受けるため、面積が大きい方を水流に対して後方に押しやるように回転する構成を有してもよい。発電機２０が風見鶏効果で水流に対して自動的に回転することにより、潮がひきつつあるときまたは潮が満ちつつあるときの両方向の水流に対して発電することができる。発電機２０は、ブレード２２が水流の上流側に向くタイプ、またはブレード２２が水流の下流側に向くタイプであることができる。すなわち、ブレード２２が水流の上流側に向くタイプは、ブレード２２が回転軸２１の上流側に向き、ブレード２２が水流の下流側に向くタイプは、ブレード２２が回転軸２１の下流側に向く。本願で、上流及び下流とは、水が流れる方向に基づき、満ち潮のときと引き潮のときで水が流れる方向によって変わる。 One side of the generator 20 has a larger area than the other, and when a water flow hits the generator 20, the larger area receives greater water pressure, so the larger area is pushed backwards against the water flow. It may also have a configuration in which it rotates. By automatically rotating the generator 20 with respect to the water flow due to the weathervane effect, it is possible to generate electricity for water flow in both directions when the tide is going out or when the tide is rising. The generator 20 can be of a type in which the blades 22 face upstream of the water flow, or of a type in which the blades 22 face downstream of the water flow. That is, in the type where the blades 22 face upstream of the water flow, the blades 22 face upstream of the rotating shaft 21, and in the type where the blades 22 face downstream of the water flow, the blades 22 face downstream of the rotating shaft 21. In this application, upstream and downstream are based on the direction of water flow, and change depending on the direction of water flow at high tide and low tide.
複数の発電機２０は、蓄電装置と接続され得る。発電機２０で発電した電気を蓄電装置に蓄電し、必要なときに蓄電した電気を外部に送電することができる。 The plurality of generators 20 may be connected to the power storage device. The electricity generated by the generator 20 can be stored in the power storage device, and the stored electricity can be transmitted to the outside when necessary.
好ましくは、複数の発電機２０のうち少なくとも一部の発電機２０のブレード２２の回転方向が、残りの発電機２０のブレード２２の回転方向に対して逆方向である。すなわち、同じケーシング１０内に、水流に対して右回転するブレード２２を有する発電機２０と左回転するブレード２２を有する発電機２０とが配置される。水流に対して直列に並べて配置される発電機２０のブレード２２が全て同じ方向に回転すると、ケーシング１０内で渦流が発生し、渦が偏心するとケーシング１０に負荷がかかり、またケーシング１０を移動させる力が発生し得るので、ケーシング１０の強度を高め且つ強固に設置する必要がある。これに対して、回転方向が異なる発電機２０を同じケーシング１０内に配置することによって、ケーシング１０内の渦発生を抑制し、ケーシング１０の偏心を抑制することができる。これにより、ケーシングの耐久性を高め、また、大がかりな固定を行わずにケーシングの設置を容易に行うことができる。 Preferably, the rotational direction of the blades 22 of at least some of the generators 20 among the plurality of generators 20 is opposite to the rotational direction of the blades 22 of the remaining generators 20. That is, a generator 20 having blades 22 that rotates clockwise with respect to the water flow and a generator 20 having blades 22 that rotates counterclockwise with respect to the water flow are arranged in the same casing 10. When the blades 22 of the generator 20 arranged in series with the water flow all rotate in the same direction, a vortex is generated within the casing 10, and when the vortex is eccentric, a load is applied to the casing 10 and the casing 10 is moved. Since force may be generated, it is necessary to increase the strength of the casing 10 and to install it firmly. On the other hand, by arranging generators 20 with different rotational directions within the same casing 10, generation of vortices within the casing 10 can be suppressed, and eccentricity of the casing 10 can be suppressed. Thereby, the durability of the casing can be increased, and the casing can be easily installed without extensive fixing.
より好ましくは、同じケーシング１０内に配置される右回転するブレード２２を有する発電機２０と左回転するブレード２２を有する発電機２０との数が実質的に同等である。これにより、ケーシング１０内の渦流の発生をより抑制することができる。 More preferably, the number of generators 20 with right-handed rotating blades 22 and generators 20 with left-handed rotating blades 22 arranged within the same casing 10 is substantially equal. Thereby, the generation of eddies within the casing 10 can be further suppressed.
さらに好ましくは、同じケーシング１０内において、右回転するブレード２２を有する発電機２０と左回転するブレード２２を有する発電機２０とが交互に配置される。すなわち、右回転するブレード２２を有する発電機２０の隣には、左回転するブレード２２を有する発電機２０が配置され、その隣には右回転するブレード２２を有する発電機２０が配置される。これにより、ケーシング１０内の渦流の発生をさらに抑制することができる。 More preferably, within the same casing 10, generators 20 having blades 22 that rotate to the right and generators 20 having blades 22 that rotate to the left are alternately arranged. That is, a generator 20 with blades 22 that rotates to the left is placed next to a generator 20 that has blades 22 that rotate to the right, and a generator 20 that has blades 22 that rotates to the right is placed next to that. Thereby, the generation of eddies within the casing 10 can be further suppressed.
発電機２０は、引き潮のときに流れる一方向の水流若しくは満ち潮のときに流れる一方向の水流に対して発電可能な一方向型の発電機、または引き潮及び満ち潮のときに流れる双方向の水流に対して発電可能な双方向型の発電機であることができる。双方向型の発電機は、相反転方式発電機であることができる。 The generator 20 is a one-way type generator that can generate electricity for a one-way water flow that flows during ebb tide or a one-way water flow that flows during high tide, or a two-way water flow that flows during ebb tide and high tide. It can be a bi-directional generator that can generate electricity for both. The bidirectional generator can be a phase-inverting generator.
本開示はまた、複数のケーシング、前記ケーシング内に直列に並んだ複数の発電機、及び前記ケーシングの両端部を挟む仕切り板を含み、前記発電機は、前記ケーシング内を流れる水流の向きに応じて回転可能な回転軸を有して前記ケーシングに配置され、前記複数のケーシングは互いに平行に配置され、前記ケーシングと前記仕切り板との間のなす角度が、０度超～９０度未満である、連続発電システムを対象とする。 The present disclosure also includes a plurality of casings, a plurality of generators arranged in series within the casing, and a partition plate sandwiching both ends of the casing; the plurality of casings are arranged parallel to each other, and the angle formed between the casing and the partition plate is from more than 0 degrees to less than 90 degrees. , targeting continuous power generation systems.
本システムを、図面を参照して説明する。図２に、本システム２００を、湾構造を有する海に適用した上面模式図を示す。本装置１００は、本開示は、複数のケーシング１０、ケーシング１０内に直列に並んだ複数の発電機、ケーシング１０の両端部を挟む仕切り板３０を含む。仕切り板３０は、ケーシングの両端部の位置に孔を有し、ケーシング１０内を海水が流れることができる。発電機（図示せず）は、ケーシング１０内を流れる水流の向きに応じて回転可能な回転軸を有してケーシング１０内に配置される。複数のケーシング１０は互いに平行に配置され、ケーシング１０と仕切り板３０との間のなす角度（鋭角側）は、０度超～９０度未満である。 This system will be explained with reference to the drawings. FIG. 2 shows a schematic top view of the system 200 applied to the sea having a bay structure. The present device 100 includes a plurality of casings 10, a plurality of generators arranged in series inside the casings 10, and a partition plate 30 sandwiching both ends of the casings 10. The partition plate 30 has holes at both ends of the casing, allowing seawater to flow inside the casing 10. A generator (not shown) is disposed within the casing 10 and has a rotating shaft that is rotatable in accordance with the direction of the water flow flowing within the casing 10 . The plurality of casings 10 are arranged parallel to each other, and the angle (acute angle side) between the casings 10 and the partition plate 30 is greater than 0 degrees and less than 90 degrees.
本システム２００は、干満による水位差が生じる海、好ましくは沖側以外が囲まれた湾で用いられる。図２は、沖側以外が岸５０で囲まれた湾に本システム２００を適用したときの上面模式図である。岸５０と仕切り板３０とで囲まれた領域には、ケーシング１０を介して水（海水）７０が出入りすることができる。ケーシング１０の沖側は海に面している。 This system 200 is used in a sea where water level differences due to ebb and flow occur, preferably in a bay that is enclosed except on the offshore side. FIG. 2 is a schematic top view when the present system 200 is applied to a bay surrounded by shores 50 except for the offshore side. Water (seawater) 70 can enter and exit the area surrounded by the shore 50 and the partition plate 30 via the casing 10. The offshore side of the casing 10 faces the sea.
図３は、湾ではなく、岸５０と仕切り板３１とで囲まれた領域に、本システム２００を適用したときの上面模式図である。本システム２００の設置費用の観点から、仕切り板３１を要しない図２の実施形態が好ましいが、岸５０で囲まれた湾がないエリアでは、図３の実施形態を適用し得る。 FIG. 3 is a schematic top view when the present system 200 is applied not to a bay but to an area surrounded by a shore 50 and a partition plate 31. From the viewpoint of installation cost of the system 200, the embodiment of FIG. 2 which does not require the partition plate 31 is preferred, but in areas where there is no bay surrounded by shore 50, the embodiment of FIG. 3 may be applied.
仕切り板３０、３１は、海水を仕切ることができるものであれば特に限定されないが、好ましくはシートパイルである。 The partition plates 30 and 31 are not particularly limited as long as they can partition seawater, but are preferably sheet piles.
複数のケーシング１０は、干満による水位差に伴い、海水がケーシング１０内を流れるように仕切り板３０の間に設置される。本システム２００によれば、複数のケーシング１０にそれぞれ複数の発電機を備え、複数の発電機がケーシング１０内を流れる水流の向きに応じて回転可能な回転軸を有してケーシングに配置されるので、水位差が小さくても多量の水があれば、その位置エネルギーを利用して複数のケーシングが備える複数の発電機により発電が可能である。本システムは、高さ（落差）が小さくても多量の質量に伴う位置エネルギーを有する水を活用することができる。 The plurality of casings 10 are installed between the partition plates 30 so that seawater flows through the casings 10 due to the water level difference due to ebb and flow. According to the present system 200, each of the plurality of casings 10 is provided with a plurality of generators, and the plurality of generators are arranged in the casing with rotating shafts that can be rotated according to the direction of the water flow flowing inside the casing 10. Therefore, even if the water level difference is small, if there is a large amount of water, the potential energy of the water can be used to generate electricity using the plurality of generators provided in the plurality of casings. This system can utilize water that has a large amount of potential energy associated with its mass even if the height (head) is small.
ケーシング１０は、仕切り板３０に対して斜めに配置される。ケーシング１０と仕切り板３０とのなす角度θは、０度超～９０度未満、より好ましくは１０～８０度、さらに好ましくは２０～７０度、さらにより好ましくは３０～６０度、さらにより好ましくは４０～５０度である。このような角度で仕切り板３０に対してケーシング１０を配置することにより、ケーシング１０と仕切り板３０とのなす角度が９０度の場合と同じ水位差及び同数の発電機を使用しつつ、仕切り板で囲む領域の面積を小さくすることができるので、ケーシング１０の下部の埋め戻しに関する土木工事費を低減することができる。 The casing 10 is arranged diagonally with respect to the partition plate 30. The angle θ between the casing 10 and the partition plate 30 is more than 0 degrees and less than 90 degrees, more preferably 10 to 80 degrees, even more preferably 20 to 70 degrees, even more preferably 30 to 60 degrees, and even more preferably The temperature is between 40 and 50 degrees. By arranging the casing 10 with respect to the partition plate 30 at such an angle, the partition plate can be used while using the same water level difference and the same number of generators as when the angle between the casing 10 and the partition plate 30 is 90 degrees. Since the area of the area surrounded by can be reduced, the civil engineering cost related to backfilling the lower part of the casing 10 can be reduced.
図４～図１１に、本システム２００の断面模式図を示す。図４～１１を参照して、干満に伴う本システムの動作の一例を説明する。 4 to 11 show schematic cross-sectional views of the present system 200. An example of the operation of this system due to tides will be described with reference to FIGS. 4 to 11.
図４は、満潮時で、岸側の水位がＡであり、沖側の水位がＡ’の状態を示す。岸側の水位がＡを、岸側の第１の水位ともいう。Ａ’を、沖側の第１の水位ともいう。図４～１１において、ＡとＡ’は、同じ高さである。ＢとＢ’、ＣとＣ’、ＤとＤ’、ＥとＥ’、ＦとＦ’についてもそれぞれ、同じ高さである。 FIG. 4 shows a state in which the water level on the shore side is A and the water level on the offshore side is A' at high tide. The water level A on the shore side is also called the first water level on the shore side. A' is also called the first water level on the offshore side. In Figures 4-11, A and A' are at the same height. B and B', C and C', D and D', E and E', and F and F' are also at the same height.
複数のケーシング１０は互いに平行に水平方向に配置される。複数のケーシング１０は、積み重ねるようにして配置されてもよい。 The plurality of casings 10 are arranged horizontally parallel to each other. The plurality of casings 10 may be arranged in a stacked manner.
ケーシング１０は、岸側から沖側に向かって傾斜する海底面に接するように配置してもよいが、好ましくは図４に例示するように水平に設置され、より好ましくはケーシングの底部が海底面から高さＹの位置に設置される。高さＹは、好ましくは０～０．５ｍ、より好ましくは０．１～０．４ｍ、さらに好ましくは０．２～０．３ｍの位置に配置される。ケーシングが海底面から離れていることにより、土等がケーシング内に入ることを抑制することができる。ケーシング１０を水平に設置する場合またはケーシングの底部が海底面から高さＹの位置に設置する場合、ケーシング１０の底部と海底面との間は埋め戻し部１２で構成され得る。 The casing 10 may be arranged so as to be in contact with the seabed surface that slopes from the shore side toward the offshore side, but is preferably installed horizontally as illustrated in FIG. It is installed at a height Y from . The height Y is preferably arranged at a position of 0 to 0.5 m, more preferably 0.1 to 0.4 m, and still more preferably 0.2 to 0.3 m. By separating the casing from the seabed surface, it is possible to prevent soil and the like from entering the casing. When the casing 10 is installed horizontally or when the bottom of the casing is installed at a height Y above the seabed, a backfill section 12 may be provided between the bottom of the casing 10 and the seabed.
ケーシング１０または仕切り板３０は、ケーシング１０の両端部を開閉するための開閉部を備えることができる。開閉部はケーシング１０内を水が流れることを防止して、仕切り板の岸側と沖側とで水位差を発生させるために使用される。干潮から満潮になるときに開閉部を閉めることにより、ケーシング１０の沖側（仕切り板３０の沖側）の水位を相対的に高めることができる。満潮から干潮になるときに開閉部を閉めることにより、ケーシング１０の岸側（仕切り板３０の岸側）の水位を相対的に高めることができる。ケーシング１０内を水が流れることを防止することができれば、ケーシング自体が開閉部を備えてもよく、仕切り板が開閉部を備えてもよい。構造の容易さの観点から、ケーシングが開閉部を備えることが好ましい。 The casing 10 or the partition plate 30 can include opening/closing parts for opening and closing both ends of the casing 10. The opening/closing part is used to prevent water from flowing inside the casing 10 and to generate a water level difference between the shore side and offshore side of the partition plate. By closing the opening/closing section when the tide changes from low tide to high tide, the water level on the offshore side of the casing 10 (on the offshore side of the partition plate 30) can be relatively raised. By closing the opening/closing section when the tide changes from high tide to low tide, the water level on the shore side of the casing 10 (the shore side of the partition plate 30) can be relatively raised. As long as water can be prevented from flowing inside the casing 10, the casing itself may be provided with an opening/closing part, or the partition plate may be provided with an opening/closing part. From the viewpoint of ease of construction, it is preferable that the casing includes an opening/closing part.
図４の岸側の水位がＡであり沖側の水位がＡ’の満潮時にケーシング１０の開閉部を閉め、潮が引き始めると、岸側の水位はＡのままで、沖側の水位がＢ’になる。Ｂ’を、沖側の第２の水位ともいう。このとき、岸側の水位Ａと沖側の水位Ｂ’との水位差がＸになる。岸側と沖側との水位差Ｘが生じたときに、ケーシングの開閉部を開けてケーシング内に水を流して発電機を動作させることにより、発電することができる。水位差Ｘは、好ましくは１ｍ以上である。１ｍ以上の水位差が生じたときの水を発電に用いることで、効率的に発電を行うことができる。 When the water level on the shore side in Figure 4 is A and the water level on the offshore side is A', the opening/closing part of the casing 10 is closed at high tide, and when the tide begins to go out, the water level on the shore side remains A and the water level on the offshore side increases. Becomes B'. B' is also called the second water level on the offshore side. At this time, the water level difference between the water level A on the shore side and the water level B' on the offshore side is X. When a water level difference X occurs between the shore side and the offshore side, electric power can be generated by opening the opening/closing part of the casing, allowing water to flow into the casing, and operating the generator. The water level difference X is preferably 1 m or more. By using water for power generation when a water level difference of 1 m or more occurs, power generation can be performed efficiently.
図５の状態から、発電を継続すると、図６に示すように、岸側の水位はＡ→Ｂ→Ｃに変化する。岸側の水位がＣになると、ケーシング１０に対する高さがＸとなるので、ここで発電を終了することができる。このとき、沖側の水位はＢ’→Ｃ’→Ｄ’に変化するが、沖側の水位の変化に対して岸側の水位の変化を同じか小さくすることが好ましい。岸側及び沖側の水位差Ｘ以上を維持することにより、効率的に発電を継続することができる。 If power generation continues from the state shown in FIG. 5, the water level on the shore side changes from A to B to C as shown in FIG. When the water level on the shore side reaches C, the height relative to the casing 10 becomes X, so power generation can be ended here. At this time, the water level on the offshore side changes from B' to C' to D', but it is preferable that the change in the water level on the shore side be the same or smaller than the change in the water level on the offshore side. By maintaining a water level difference of X or more between the shore side and the offshore side, power generation can be continued efficiently.
沖側の水位の変化に対して岸側の水位の変化を同じか小さくするために、複数のケーシングからの沖側への吐出量を抑えるように、ケーシングの直径、ケーシングの本数、及びケーシング内の発電機の数を決めてもよい。岸側の水位の変化が大きいときは、開閉部を開けるタイミングを遅らせて、水位差Ｘ以上を維持することが好ましい。別法では、岸側の仕切り板３０と沖側の仕切り板３０とが水位計を備え、水位計で測定した水位データに基づいて、水位差Ｘ以上を維持できるときは開閉部を開け、水位差Ｘ未満になるときに開閉部を閉めてもよい。水位計と開閉部との間の通信は、有線または無線で行うことができ、水位計と開閉部との間にサーバーを設けて、サーバーが水位計のデータを受信し、受信したデータに基づいてサーバーが開閉部の開閉を制御してもよい。 In order to keep the change in the water level on the shore side the same or smaller than the change in the water level on the offshore side, the diameter of the casing, the number of casings, and the inside of the casing are adjusted so as to suppress the discharge amount to the offshore side from multiple casings. The number of generators may be determined. When the change in the water level on the shore side is large, it is preferable to delay the timing of opening the opening/closing part to maintain a water level difference of X or more. In another method, the partition plate 30 on the shore side and the partition plate 30 on the offshore side are equipped with water level gauges, and based on the water level data measured by the water level gauges, when the water level difference X or more can be maintained, the opening/closing part is opened and the water level The opening/closing section may be closed when the difference becomes less than X. Communication between the water level gauge and the opening/closing part can be done by wire or wirelessly, and a server is provided between the water level gauge and the opening/closing part, and the server receives data from the water level gauge and based on the received data. The server may control the opening/closing of the opening/closing part.
図６の状態で発電を終了しても、沖側の水位はさらに下がり、Ｄ’→Ｅ’→Ｆ’に低下する。それにともない、岸側の水位も低下し水位はＥとなる図７の状態になる。この状態で、ケーシング１０の開閉部を閉める。 Even if power generation is terminated in the state shown in FIG. 6, the water level on the offshore side will further drop, decreasing from D'→E'→F'. Along with this, the water level on the shore side also decreases, and the water level becomes E, which is the state shown in FIG. In this state, the opening/closing part of the casing 10 is closed.
図７でケーシング１０の開閉部を閉めた状態から、沖側で潮が満ち始め沖側の水位がＣ’の位置まで上昇して図８の状態になる。沖側の水位とケーシング１０との水位差がＸとなるので、ケーシング１０の開閉部を開いて発電を開始することができる。 When the opening/closing part of the casing 10 is closed in FIG. 7, the tide begins to rise on the offshore side, and the water level on the offshore side rises to the position C', resulting in the state shown in FIG. 8. Since the water level difference between the water level on the offshore side and the casing 10 is X, the opening/closing part of the casing 10 can be opened to start power generation.
図８の状態から、発電を継続すると、図９に示すように、沖側の水位はＣ’→Ｂ’→Ａ’に変化し、それにともない、岸側の水位もＤ→Ｃ→Ｂに変化するが、沖側の水位の変化に対して岸側の水位の変化を同じか小さくすることが好ましい。岸側及び沖側の水位差Ｘ以上を維持することにより、効率的に発電を継続することができる。水位差Ｘ以上を維持する方法は、引き潮の場合と同様である。 If power generation continues from the state shown in Figure 8, the water level on the offshore side will change from C' to B' to A', as shown in Figure 9, and the water level on the shore will also change from D to C to B. However, it is preferable to keep the change in water level on the shore side the same or smaller than the change in water level on the offshore side. By maintaining a water level difference of X or more between the shore side and the offshore side, power generation can be continued efficiently. The method for maintaining the water level difference of X or more is the same as in the case of ebb tide.
開閉部を閉めて仕切り板の岸側と沖側との水位差を発生させた状態から開閉部を開けるタイミングは、潮が満ちつつあるときは、沖側から岸側にケーシング内を水が流れて沖側の水位がケーシング内の水位と同じにならないように、沖側の水位がケーシングよりも所定の高さ以上であるときが好ましい。 When the opening/closing section is closed to create a water level difference between the shore side and the offshore side of the partition plate, the opening/closing section should be opened when the tide is rising and water flows inside the casing from the offshore side to the shore side. It is preferable that the water level on the offshore side is at least a predetermined height higher than the casing so that the water level on the offshore side is not the same as the water level inside the casing.
岸側の水位がＢになり図１０の状態になると、岸側と沖側との水位差がＸとなるので、ここで発電を終了することができる。この状態から満潮までに岸側の水位がＡとなり、図４の状態に戻り上記プロセスを繰り返して発電を連続的に行うことができる。 When the water level on the shore side reaches B and becomes the state shown in FIG. 10, the water level difference between the shore side and the offshore side becomes X, so power generation can be ended here. From this state, the water level on the shore side becomes A by high tide, and the state returns to the state shown in FIG. 4, and the above process is repeated, allowing continuous power generation.
上記実施形態においては、岸側と沖側とで２枚の仕切り板３０を用いているので、仕切り板３０で囲まれた領域で作業員がケーシングや発電機を点検、交換等行うことができる。岸側と沖側とで２枚の仕切り板３０を用いる代わりに、１枚の仕切り板を用いてもよい。１枚の仕切り板を用いる場合、ケーシングの中央付近にケーシングが貫通する仕切り板を配置し、岸側と沖側とで水位差を発生させて発電することができる。 In the embodiment described above, since two partition plates 30 are used on the shore side and offshore side, workers can inspect, replace, etc. the casing and generator in the area surrounded by the partition plates 30. . Instead of using two partition plates 30 on the shore side and offshore side, one partition plate may be used. When using one partition plate, the partition plate through which the casing passes is placed near the center of the casing, and a water level difference can be generated between the shore side and the offshore side to generate power.
発電機は、例えば、小水力発電機（相反転方式落差型小水力発電装置、株式会社協和コンサルタンツ製）、軽水力発電機（Ｃａｐｐａ（登録商標）、株式会社茨木製作所）等であることができる。上記発電機は、例えば、１５０Ｌ／秒の水量で発電することができる。 The generator can be, for example, a small hydroelectric generator (phase inversion type head type small hydroelectric generator, manufactured by Kyowa Consultants Co., Ltd.), a light hydroelectric generator (Cappa (registered trademark), Ibaraki Seisakusho Co., Ltd.), etc. . The above-mentioned generator can generate electricity with a water flow rate of 150 L/sec, for example.
仕切り板３０の岸側に囲い込む水量は、好ましくは、６０～１００万ｍ３である。一例を示すと、１つのケーシング１０に含まれる発電機を動作させる水量は、１日あたり４時間発電させる場合、１５０Ｌ／秒×６０×６０×４時間＝２１６０トンであり、１００本のケーシングに含まれる発電機を動作させる水量は、２１６０００トンである。例えば、深さ３ｍで上部１ｍの水を発電に用いる場合、全体の必要水量は２１６０００×３＝６４８０００トン（約６５万ｍ３）と算出される。深さ３ｍで前記必要水量を囲い込むためには、およそ５００ｍ×５００ｍの領域が必要になる。 The amount of water enclosed on the shore side of the partition plate 30 is preferably 600,000 to 1,000,000 m 3 . To give an example, the amount of water included in one casing 10 to operate the generator is 150 L/sec x 60 x 60 x 4 hours = 2160 tons when generating power for 4 hours per day, and 100 casings The amount of water involved to operate the generator is 216,000 tons. For example, if water from the top 1 m of a 3 m depth is used for power generation, the total amount of water required is calculated to be 216,000 x 3 = 648,000 tons (approximately 650,000 m 3 ). In order to enclose the required amount of water at a depth of 3 m, an area of approximately 500 m x 500 m is required.
１００ 連続発電装置
２００ 連続発電システム
１０ ケーシング
１２ 埋め戻し部
２０ 発電機
２１ 回転軸
２２ ブレード（羽根）
３０ 仕切り板
４０ 水（海水）
５０ 岸
７０ 水（海水）
８０ 海底面
Ａ 岸側の満潮時水位（岸側の第１の水位）
Ｂ 岸側の第２の水位
Ｃ 岸側の第３の水位
Ｄ 岸側の第４の水位
Ｅ 岸側の第５の水位
Ｆ 岸側の第６の水位
Ａ’ 沖側の満潮時水位（沖側の第１の水位）
Ｂ’ 沖側の第２の水位
Ｃ’ 沖側の第３の水位
Ｄ’ 沖側の第４の水位
Ｅ’ 沖側の第５の水位
Ｆ’ 沖側の干潮時水位（沖側の第６の水位）
Ｘ 発電に必要な最小限の水位差
Ｙ ケーシング底部と海底面との間の距離
100 continuous power generation device 200 continuous power generation system 10 casing 12 backfilling section 20 generator 21 rotating shaft 22 blade (vane)
30 Partition plate 40 Water (seawater)
50 shore 70 water (seawater)
80 Seabed surface A Water level at high tide on the shore side (first water level on the shore side)
B Second water level on the shore side C Third water level on the shore side D Fourth water level on the shore side E Fifth water level on the shore side F Sixth water level on the shore side A' High tide water level on the offshore side (offshore water level) (1st water level on the side)
B' 2nd water level on the offshore side C' 3rd water level on the offshore side D' 4th water level on the offshore side E' 5th water level on the offshore side F' Low tide water level on the offshore side (6th water level on the offshore side water level)
X Minimum water level difference required for power generation Y Distance between the bottom of the casing and the seabed
Claims (4)
前記ケーシング内に直列に並んだ複数の発電機
を含み、
前記発電機は、前記ケーシング内を流れる水流の向きに応じて回転可能な回転軸を有して前記ケーシング内に配置され、
前記複数のケーシングは互いに平行に配置される、
連続発電装置。 a plurality of casings; and a plurality of generators arranged in series within the casings;
The generator is disposed within the casing and has a rotating shaft that is rotatable in accordance with the direction of the water flow flowing within the casing,
the plurality of casings are arranged parallel to each other;
Continuous power generation equipment.
前記ケーシング内に直列に並んだ複数の発電機、及び
前記ケーシングの両端部を挟む仕切り板
を含み、
前記発電機は、前記ケーシング内を流れる水流の向きに応じて回転可能な回転軸を有して前記ケーシングに配置され、
前記複数のケーシングは互いに平行に配置され、
前記ケーシングと前記仕切り板との間のなす角度が、０度超～９０度未満である、
連続発電システム。 multiple casings,
a plurality of generators arranged in series within the casing, and a partition plate sandwiching both ends of the casing,
The generator is disposed in the casing and has a rotating shaft that is rotatable according to the direction of the water flow flowing inside the casing,
the plurality of casings are arranged parallel to each other,
The angle formed between the casing and the partition plate is more than 0 degrees and less than 90 degrees,
Continuous power generation system.
The continuous power generation system according to claim 3, wherein the rotational direction of the blades of at least some of the plurality of generators is opposite to the rotational direction of the blades of the remaining generators.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
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