JP5358690B2 - 水力発電タービン支持システム - Google Patents

Description

本発明は、水力発電タービン支持システム、特に、海底でタービンを支持するベースと、タービンおよびベースを配備サイトに輸送するために使用されるベッセルとの組合せに関し、多数の水上サイトから、たとえば、比較的浅い埠頭または滑面から配備できるように設計される。

水力発電タービンはよく知られており、潮の力から経済的なレベルの電気を発生させるために、高潮流区域の海底に配備されるのが一般的である。現在、石炭およびガスなどの化石燃料の長期的な使用によりこの惑星が被ってきた環境被害に起因して、水力発電タービンの使用が非常に注目されている。したがって、再生エネルギー源、たとえば水力発電、特に、潮流ベースの水力発電の開発および配備に、莫大な資金が投入されている。

しかしながら、そのような実装形態では、新たな発電方法自体に課題がないわけではない。特に、潮流リソースから電気を発生することに注目すると、水力発電タービンを良好な作動状態に維持し、海底に配置することは共に、それに加えて、タービンを配備および回収することは共に、克服すべきかなりの障害を有する。良好な潮流リソースのロケーションと大規模な港などが配置されるロケーションとが一致することは稀であり、したがって、タービンを配備および回収することを困難にし、かなりの水上リソースの使用を必要となる。

したがって、本発明の目的は、より多数のロケーションを水力発電タービンの配備／回収に使用できるようにする、水力発電タービン支持システムを設計することである。

本発明の第１の態様によると、タービンを配備サイトに輸送するためのベッセルと、タービンをその上で支持できるベースとを備える水力発電タービン支持システムであって、ベースおよびベッセルは、ベースをベッセルの下方に保持できるように設計され、システムが部分的にまたは完全に水から出ているときに、ベースおよびベッセルが容易に、ベースの上方にベッセルを安定的に支持できるように適合された、水力発電タービン支持システムが提供される。

好ましくは、ベースおよびベッセルは、ベースが自立している間に、ベースがベッセルを支持できるように設計される。

好ましくは、ベッセルおよびベースが相補的結合部分を備える。

好ましくは、結合部分により、システムが部分的にまたは完全に水から出ているときに、ベースおよびベッセルの相対運動が実質的に防止される。

好ましくは、結合部分が、ベース上に設けられた、またはベースと一体に形成された少なくとも１つの凸部と、ベッセル上に設けられた、またはベッセルと一体に形成された相補的凹部とを備える。

好ましくは、凸部を凹部中に配置するのを補助するために、凸部および／または凹部がテーパ状である。

好ましくは、ベースが少なくとも１つの脚部を備え、その上端部が補間結合部分のうちの１つを規定する。

好ましくは、ベースが、少なくとも１つの脚部の下端部で自立している。

好ましくは、ベースが３本の脚部を備え、それぞれの脚部が１つの相補的結合部分を規定する。

好ましくは、ベッセルは、タービンをベースに装着し、ベースによって支持できるように適合され、ベースは、ベッセルの下方に装着され、ベッセルを支持する。

本発明の第２の態様によると、水力発電タービンシステムを支持する方法が提供され、本方法は、
システムのベッセルの下方に、システムのベースを固定するステップと、
システムを、水深が経時的に変化するロケーションの水塊内に置くステップと、
ベースが水塊の底に接触し、立つことができるようにし、したがって、水深が浅い期間中に少なくとも部分的に水から出ているベッセルを支持するステップと、を含む。

好ましくは、本方法は、
ベースをベッセルに固定する前に、システムのベースを水塊中に置くステップと、
ベッセルをベースの上方に配置するステップと、
ベースおよびベッセルを一緒に固定できるようにするために、ベッセルの下方のベースを引き上げるステップとを含む。

好ましくは、本方法は、
ベースをベッセルの下方に固定した後に、ベースにタービンに固定するステップを含む。

本発明の好ましい実施形態による水力発電タービンおよび支持システムの概略図であり、潮が高い際には第１のロケーションに配置される。 潮が低いときにおける、図１の支持システムを示す図である。 潮が高いときにおける、第２のロケーションにある水力発電タービン支持システムを示す図である。 潮が低いときにおける、図３の支持システムを示す図である。 潮が高いときにおける、第３のロケーションにある本発明の水力発電タービン支持システムを示す図である。 潮が低いときにおける、図５に示された支持システムの図である。 結合される、本発明のシステムを形成するベースおよびベッセルの概略図である。 図７に示されたロケーションの斜視図である。

次に、添付の図面を参照すると、全体的に（１０）で示される水力発電タービン支持システムが示され、システム（１０）は、多数の水上ロケーションから水力発電タービン（図示せず）を配備できるように適合され、また、そのような水上輸送配備システムには適さないこともある、潮が低い際に水深が浅くなる区域に、システム（１０）を格納できるようになる。

システム（１０）は、以下に詳述されるように、ベッセル（１２）と、ベッセル（１２）の下方に配置でき、保持できるベース（１４）とを備える。次いで、水力発電タービン（図示せず）をベース（１４）に装着し、ベッセル（１２）を使用して、ベース（１４）およびタービンを陸上配備サイトに輸送することができる。例示された好ましい実施形態では、ベッセル（１２）は、タグボートまたは他の好適な船舶によって配備サイトまで曳航される艀の形態であるが、ベッセル（１２）は自航してもよいことを理解されたい。

例示された実施形態では、ベース（１４）は３本の脚部（１６）を備え、この脚部（１６）は、三角形の配列に設置され、複数の水平に設置された管状の支柱（１８）によって１つに接続された、る。もちろん、本発明の以下の説明から、ベース（１４）は、任意の他の好適な構造のものとすることができ、たとえば、４本以上の脚部（１６）を備えてもよいことを理解されたい。

ベース（１４）およびベッセル（１２）は、図７および図８に示すように、相補的結合部分を規定するように設計され、ベースは、脚部（１６）のそれぞれの上端部に形成された凸部（２０）の形態をとる。ベッセル（１２）上で、相補的結合部分は、好ましくはベッセル（１２）の部分（２６）と一体に形成される凹部（２２）の形態をとる。凹部（２２）は、もちろん、ベッセル（１２）の任意の他の好適なロケーションまたは部分に、具体的には、その下側に設けてもよい。もちろん、ベース（１４）とベッセル（１４）の位置を合わせるときには、凹部（２２）は凸部（２０）と整合するように位置決めされなければならない。凸部（２０）と凹部（２２）とは相補的な形状であり、図示されたように、凸部（２０）を凹部（２２）内に簡単に配置できるようにテーパ状であるのが好ましい。システム（１０）の２つの部品が互いに定位置に動かすときに求められる精度レベルを下げるために、凸部（２０）と凹部（２２）の位置を互い合うように導く任意の他の好適な手段を利用してもよい。

次いで、支持システム（１０）の動作を参照すると、ベッセル（１２）およびベース（１４）は、互いに相補的に嵌合するように設計され、具体的には、ベース（１４）は、図４および図６に示すように、ベッセル（１２）の下方に固定することができ、それにより、ベッセル（１２）の下方の配備サイトまでベース（１４）を曳航することができる。このようにすることで、システム（１０）の重心が低くなり、したがって、安定性が増し、これは、システム（１０）を荒れた海で操縦するときに有利である。さらに、ベッセル（１２）およびベース（１４）は、タービン（図示せず）がベース（１４）上に装着され、ベース（１４）がベッセル（１２）の下方に装着されるように、好ましくは、タービンが次いで、ベッセル（１２）の上部デッキの上に配置され、上部デッキからアクセスできるように設計される。これにより、ベース（１４）がベッセル（１２）の下方に配置されているにもかかわらず、タービンにアクセスできるようになり、任意のメンテナンス、または配備前にタービンに対して実行されるべき最後の短い検査ができるようになる。

例示された好ましい実施形態では、ベッセル（１２）の下方にベース（１４）を配置するために、まず、図１〜図４に示すように、たとえば、岸壁（Ｑ）などから、海底（Ｂ）までベース（１４）を下げる。次いで、ベース（１４）の上方の定位置にベッセル（１２）を浮かべ、ベッセル（１２）の直下の定位置までベース（１４）を巻き上げ、ベッセル（１２）と接触させる。次いで、任意の好適な手段によって、ベッセル（１２）とベース（１４）とを互いに固定する。ただし、ベッセル（１２）およびベース（１４）は、陸岸にある間はこの構成で一緒に固定され、その後、結合されたユニットとして水中に配備され得ることを想定されたい。しかしながら、そのような手順には、より大きな輸送手段および昇降機器が必要となり、したがって、あまり望ましくない。

図１〜図４を具体的に参照すると、メンテナンス、試験、または何らかのその他の理由にかかわらず、システム（１０）を岸壁（Ｑ）に長期間係留しなければならなくなるであろう。システム（１０）が水中で岸壁（Ｑ）にドッキングされている間、潮の満ち引きがあり、したがって、岸壁（Ｑ）における水深が変動する結果となる。図１および図２は、岸壁（Ｑ）の第１のロケーションに停泊しているシステム（１０）を示し、ベッセル（１２）とベース（１４）とは互いに離れている。図１は、潮が高い際の岸壁（Ｑ）にあるシステム（１０）を示し、ベッセル（１２）とベース（１４）との間には適度な隙間がある。これが本質的に意味するものは、潮が低い際にシステム（１０）が「干上がって」いないことを意味し、システム（１０）は、ベースが海底（Ｂ）に接触させて、ベッセル（１２）を浮かべたまま、その下方でベース（１４）を支持できる、十分な水深に留まることを意味する。図２は、潮が低い際に同じロケーションにあるシステム（１０）を示す。ベッセル（１２）とベース（１４）との間には、やはり適度な隙間ある。したがって、そのようなロケーションでは、システム（１０）に対するダメージにつながり得る、潮が低い際にベース（１４）が海底（Ｂ）に衝突するリスクがない。

次に、図３および図４を参照すると、岸壁（Ｑ）の第２のロケーションにあるシステム（１０）が示されている。図３には、潮が高い際に岸壁（Ｑ）にあるシステム（１０）が示されており、ベッセル（１２）とベース（１４）との間には、やはり適度な隙間がある。一方、図４を参照すると、潮が低い際に岸壁（Ｑ）にあるシステム（１０）が示されている。このロケーションでは、ベッセル（１２）とベース（１４）とは互いに接触して示されており、ベッセル（１２）は、部分的に露出し、水から引き上げられている。これは、ベース（１４）を岸壁（Ｑ）では海底（Ｂ）に接触させずに、ベッセル（１２）を浮かべたまま、その下方にベース（１４）を固定するには、このロケーションにおける水深が十分でないことを示す。しかしながら、本発明のシステム（１０）は、たとえば、図４に示すように、水から部分的にまたは完全に出ているときに、ベース（１４）がその上にベッセル（１２）を支持できるように設計される。使用時には、潮が引くにつれて、システム（１０）の周囲の水面は、ベース（１４）の脚部（１８）が海底（Ｂ）と接触するまでゆっくりと低下する。これにより、水面が低下し続けるにもかかわらず、システム（１）のさらなる低下は抑えられることになる。水の低下によってベッセルが部分的にまたは完全に露出していくにつれて、今度は、ベッセル（１２）の重量がベース（１４）にかかり始めることになる。しかしながら、ベース（１４）の脚部（１８）、およびベース（１４）とベッセル（１２）との間の境界は、以下にさらに詳述されるように、安定的な様式でベッセル（１２）の荷重を負うように設計され、それにより、システム（１０）は、潮が低い際に、安全にそのようなロケーションのままでいられるようになる。

ベッセル（１２）およびベース（１４）に、ベース（１４）がベッセル（１２）を支えられるようにするために必要な増強された強度を与えることによって、システム（１０）を、潮が低い際に水深が十分でなくなり、したがって、システム（１０）の配備には適切でないロケーションのままにすることができる。これにより、潮が低い際のシステム（１０）へのダメージのリスクなしに、システム（１０）を配備することができるロケーションの数が大幅に増加する。システム（１０）がそのように設計されておらず、潮が低い際にそのようなロケーションに置かれる場合、ベース（１４）にベッセル（１２）の全荷重がかかる結果として、ベッセル（１２）とベース（１４）の両方に対して重大なダメージが生じることがある。

上述した支持機能を達成するためにベッセル（１２）およびベース（１４）に十分な構造的補強を提供するだけでなく、ベッセル（１２）およびベース（１４）は、ベッセル（１２）とベース（１４）との相互係止を可能にする凸部（２０）および凹部（２２）の形態の複数の結合部分として規定されるのが好ましい。次いで、これらの結合は、特に、水から出て立っているときのベッセル（１２）とベース（１４）との相対運動を防止する。これにより、ベッセル（１２）が、水平線に対してわずかな角度で位置している場合であっても水から出て引き上げられているときに、ベース（１４）から部分的に、または完全的に滑落しないことが保証される。また、システム（１０）が水から出て引き上げられているときに、ベッセル（１２）およびベース（１４）、あるいはベース（１４）に装着されたタービン（図示せず）上で作業が実行できるようになる。

次に図５および図６を参照すると、滑面（Ｓ）の上方の水中にあるシステム（１０）が示されている。滑面は、一般には、高潮領域の区域内でより広く使用されるが、大型システムの配備を比較的困難にし、たとえば、保管および／またはメンテナンスなどのために、そのようなシステムをドッキングするのに好適な環境を提供するものではない。しかしながら、本発明のシステム（１０）は、そのような滑面（Ｓ）から配備され、および／またはそのような滑面（Ｓ）にドッキングされ、そこでは、図６に示したように潮が低い際にシステム（１０）が露出するが、自立したままでいることができる。システム（１０）の実質的に水平な配向を維持するために、滑面（Ｓ）の勾配に応じて、脚部（１６）のうちの１つまたは複数の下にブロック（Ｂ）を置くことが必要になり得る。ブロック（Ｂ）は、潮が低くなる前に脚部（１８）の自由端部に予め設置してもよい。装着されている場合にはタービンを含む、システム（１０）は、次いで、滑面（Ｓ）上に置かれる際、および***間に修理することができる。また、この構成は、メンテナンス／検査などのためにアクセスできるベース（１４）およびベッセル（１２）の下側をそのままにする。

例示された好ましい実施形態におけるシステム（１０）は、図４および図６に示したように水から出て自立しているときには、ベッセル（１２）の重量の大部分を、脚部（１６）を介して直接伝達するように設計される。脚部（１６）、特にその下側は、システム全体が安定性を保ったまま、水から出て自立し、ベッセル（１２）の荷重の全てではないがほとんどを、ベース（１４）が立っている地面に伝達できるように設計される。このため、ベッセル（１２）およびベース（１４）は、好ましくは、ベッセル（１２）がそれぞれの脚部（１６）の上端部のみに接触するように設計され、ベース（１４）の支柱（１８）のいずれにも接触しないのが好ましい。脚部（１６）の上端部、特に凸部（２０）と、ベッセル（１２）の下側、特に凹部（２２）とは、水から出て自立しているときにそこに加えられる荷重を支えるのに適するように補強されるのが好ましい。

したがって、本発明は、配備のためにベッセル（１２）の下に通常は格納される位置からのベース（１４）の位置／配向のいかなる変更も必要とせずに、水力発電タービンシステムが水から出て自立できるようにする、簡潔で、しかも効果的な手段を提供する。次いで、これにより、システム（１０）を配備および／または修理することができる、変更可能なロケーションの数が増加する。

Claims (13)

1. タービンを配備サイトに輸送するためのベッセルと、前記タービンをその上で支持できるベースとを備える水力発電タービン支持システムであって、前記ベースおよび前記ベッセルは、前記ベースを前記ベッセルの下方に保持できるように設計され、前記システムが部分的にまたは完全に水から出ているときに、前記ベースおよび前記ベッセルが容易に、前記ベースの上方に前記ベッセルを安定的に支持できるように適合された、水力発電タービン支持システム。
2. 前記ベースおよび前記ベッセルが、前記ベースが自立している間に、前記ベースが前記ベッセルを支持できるように設計された、請求項１に記載の水力発電タービン支持システム。
3. 前記ベッセルおよび前記ベースが相補的結合部分を備える、請求項１に記載の水力発電タービン支持システム。
4. 前記結合部分により、前記システムが部分的にまたは完全に水から出ているときに、前記ベースおよび前記ベッセルの相対運動が実質的に防止される、請求項３に記載の水力発電タービン支持システム。
5. 前記結合部分が、前記ベース上に設けられた、または前記ベースと一体に形成された少なくとも１つの凸部と、前記ベッセル上に設けられた、または前記ベッセルと一体に形成された相補的凹部とを備える、請求項３または請求項４に記載の水力発電タービン支持システム。
6. 前記凸部を前記凹部中に配置するのを補助するために、前記凸部および／または前記凹部がテーパ状である、請求項５に記載の水力発電タービン支持システム。
7. 前記ベースが少なくとも１つの脚部を備え、その上端部が前記補間結合部分のうちの１つを規定する、請求項５または請求項６に記載の水力発電タービン支持システム。
8. 前記ベースが、前記少なくとも１つの脚部の下端部で自立している、請求項７に記載の水力発電タービン支持システム。
9. 前記ベースが３本の脚部を備え、それぞれの脚部が１つの相補的結合部分を規定する、請求項６から請求項８のいずれかに記載の水力発電タービン支持システム。
10. 前記ベッセルは、前記タービンを前記ベースに装着し、前記ベースによって支持できるように適合され、前記ベースは、前記ベッセルの下方に装着され、前記ベッセルを支持する、請求項１から請求項９のいずれかに記載の水力発電タービン支持システム。
11. 水力発電タービンシステムを支持する方法であって、前記方法が、
    前記システムのベッセルの下方に、前記システムのベースを固定するステップと、
    前記システムを、水深が経時的に変化するロケーションの水塊内に置くステップと、
    前記ベースが前記水塊の底に接触し、立つことができるようにし、したがって、水深が浅い期間中に少なくとも部分的に水から出ている前記ベッセルを支持するステップと、を含む方法。
12. 前記ベースを前記ベッセルに固定する前に、前記システムの前記ベースを水塊中に置くステップと、
    前記ベッセルを前記ベースの上方に配置するステップと、
    前記ベースおよび前記ベッセルを一緒に固定できるようにするために、前記ベッセルの下方の前記ベースを引き上げるステップとを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ベースを前記ベッセルの下方に固定した後に、前記ベースにタービンに固定するステップを含む、請求項１１または請求項１２に記載の方法。

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