WO2012060070A1 - 水流発電設備 - Google Patents

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WO2012060070A1 PCT/JP2011/005938 JP2011005938W WO2012060070A1 WO 2012060070 A1 WO2012060070 A1 WO 2012060070A1 JP 2011005938 W JP2011005938 W JP 2011005938W WO 2012060070 A1 WO2012060070 A1 WO 2012060070A1
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water
floating body
ballast
power generation
generation facility
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PCT/JP2011/005938
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清瀬　弘晃
川本　英樹
敬次 下山
博靖 大川
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川崎重工業株式会社
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to a power generation facility that is installed in water such as the ocean and generates power using a natural water flow.
  • a stationary method in which a generator is installed on the seabed for example, Japanese Patent Publication No. 2010-515851
  • a floating body system in which a generator is attached to the bottom surface of the floating body is known (for example, JP 2009-008098 A).
  • Deferred energy generators require large-scale civil engineering work when installed on the sea floor, so the initial cost is high, and it is necessary to use a work boat with a crane when inspecting the power generation equipment. There is a problem that the burden is large and the running cost is high.
  • the generator in the floating type floating plant, the generator can be installed in the water relatively easily. However, considering the waves during bad weather, it is necessary to secure the strength of anchoring devices such as anchors and chains, and buoyancy members. The initial cost will be high. In addition, it is extremely difficult to inspect a floating-type device by raising the power generation unit in the water, and it is necessary to bring the entire power generation facility back to land at the time of inspection. There is a problem that the cost becomes high.
  • An object of the present invention is to provide a water current power generation facility that can easily perform both initial installation work and subsequent inspection work in order to solve the above-described problems.
  • a water current power generation facility supports a power generator that is driven by a water current to generate power, a floating body that floats on water, and is attached to the floating body so as to be movable up and down.
  • a support structure that lifts and lowers the support structure to move the generator between the water and the floating body, and a mooring tool that anchors the floating body to a fixed object.
  • the generator since the generator is installed on the floating body moored by the mooring device, the installation work is easy and the installation cost is suppressed. Furthermore, since the generator is attached to the floating body via the support structure so that it can be pulled up on the floating body, inspection work can be performed on the floating body without lifting the generator with a crane ship or moving it to the land. Since it can be performed easily, the burden of maintenance work is reduced and the running cost is also suppressed. As described above, according to the water current power generation facility according to the present invention, it is possible to easily perform both the initial installation work and the subsequent inspection work.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the power generation equipment which concerns on one Embodiment of this invention. It is sectional drawing along the II-II line of FIG. It is a top view which shows the electric power generation installation of FIG. It is a front view which shows the power generation equipment of FIG. It is a systematic diagram which shows the pouring / draining system of the ballast tank used for the power generation equipment of FIG. It is a perspective view which shows the state which the electric power generation equipment of FIG. 1 settled in water. It is a perspective view which shows the state by which the generator of the power generation equipment of FIG. 1 was pulled up.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a power generation facility 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the power generation facility 1 according to the present embodiment is a facility that is installed in underwater W such as the ocean and generates power using a water flow (in this example, ocean tide) F.
  • a support structure 7, an elevating device 9, and a mooring tool 11 are provided as main components.
  • the generator 3 has a plurality of blades, and includes a water turbine 13 that is driven by a water flow and rotates, and a power generation unit 15 that receives the rotation of the water turbine 13 to generate electric power.
  • the generator 3 is attached to a floating body 5 that floats on the water surface S via a support structure 7 having a vertically long rectangular parallelepiped structure that supports the generator 3 and a lifting device 9 that lifts and lowers the support structure 7. ing.
  • a part of the power generation facility 1, that is, the floating body 5 is moored by a mooring tool 11 on a fixed object, for example, the seabed (not shown).
  • the floating body 5 is formed in a substantially square shape in plan view. And an elevating opening 15 penetrating in the vertical direction is provided for elevating the generator 3 attached to the lower end of the support structure 7.
  • a plurality of support columns 17 project from the peripheral edge of the lift opening 15 in the upper part 5 a of the floating body 5.
  • the elevating opening 15 is formed in a shape corresponding to the plan view shape of the support structure 7 and the generator 3 supported by the support structure 7 so that the support structure 7 and the generator 3 can pass in the up-down direction in the plan view. Is formed.
  • the elevating opening 15 has a shape that follows the outer shape of the support structure 7 in plan view, and the notch 15a for passing the generator 3 is formed in the horizontal direction in a part of the periphery of the opening for passing the support structure 7.
  • the shape is cut out outward.
  • One support column 17 is provided in the vicinity of the four apexes of the substantially rectangular shape of the lifting opening 15.
  • the structure of the support structure 7 is not limited to the shape of FIG. 1, For example, a cylindrical shape may be sufficient. In that case, a plurality of support columns 17 are provided along the outer periphery of the circular cross section of the support structure 17, preferably at equal intervals. .
  • a control box 21 that houses equipment for managing and controlling the power generation facility 1, the above-described lifting device 9, an antenna 23 for communication with the outside, and the like are installed. That is, the control box 21 and the lifting device 9 are supported at a position spaced apart from the floating body 5 by a certain distance by the upper support 19 provided at the upper end of the support column 17.
  • An insertion opening 24 through which the support structure 7 is inserted and moved up and down is provided at the center in the horizontal direction of the upper support base 19.
  • a winch is used as the lifting device 9.
  • the wire 25 connected to the support structure 7 is laid to the lifting device 9 via, for example, a pulley 26 (FIG. 6) attached to the upper support 19 and the column 17. It is wound around the drum 27 of the lifting device 9.
  • the generator 3 supported by the support structure 7 is moved up and down, that is, moved to the underwater operating position and the lifting position on the floating body 5.
  • FIG. 1 shows a state where the generator 3 is in an underwater W operating position.
  • a guide rail 29 extends along the longitudinal direction of the support column 17 on the surface facing the inside of each support column 17.
  • a plurality of guide wheels 31 are provided in a portion of the support structure 7 that faces the guide rail 29. Engaging the guide wheels 31 of the support structure 7 with the guide rail 29 guides the elevation of the support structure 7.
  • a marker column 32 is attached to the top of the support structure 7.
  • the anchoring device 11 is not particularly limited as long as it can stably anchor the floating body 5 in the water W.
  • the chain 33 and an anchor (not shown) attached to the tip of the chain 33 are used.
  • the catenary mooring tool 11 having
  • ballast tank unit 41 capable of storing water is installed inside the floating body 5.
  • the ballast tank unit 41 communicates with a water injection port 43 formed on the side surface 5 b of the floating body 5. Further, on the upper support 19 (FIG. 1), ballast water is poured into the ballast tank to float the floating body 5 in the water, and the ballast water stored in the ballast tank is drained to float the floating body 5 on the water surface.
  • a ballast controller 45 is provided to float up.
  • the ballast controller 45 controls the water injection and drainage of the ballast water to the ballast tank unit 41 to cause the floating body 5 to sink into the underwater W as shown in FIG. It can be raised to S.
  • the floating body 5 can be submerged in the water W to maintain the balance of the power generation equipment 1, thus preventing damage to the power generation equipment 1 due to bad weather or the like.
  • the power generation facility 1 can be prevented from overturning.
  • the ballast tank unit 41 is configured by arranging a plurality of ballast tanks at positions away from the center of gravity G in the horizontal plane of the power generation facility 1.
  • the ballast controller 45 is set to sequentially inject water from a ballast tank having a large distance from the center of gravity G.
  • first ballast tanks 41A and four second ballast tanks 41B are provided as the ballast tank 41 in the floating body 5.
  • the four first ballast tanks 41A are arranged on the lateral cross section of the floating body 5 outside the pair of opposing sides 47 and 47 and the extended lines 47A and 47A of the four sides forming the lifting opening 15 where the center of gravity G is located. These two parts are respectively divided into two equal parts in the direction along the side 47, that is, divided into two equal parts by a dividing line 49 orthogonal to the side 47.
  • the four second ballast tanks 41B are arranged inside the first ballast tanks 41A, that is, on the inner side of the extension lines 47A and 47A of the pair of sides 47 and 47 in the cross section of the floating body 5, respectively. ing. Therefore, when the average distance from the center of gravity G to the space in each tank 41 (average value of the distance from the center of gravity G to each point in the space in each tank 41) is compared, the average between the center of gravity G and the first ballast tank 41A is compared. The distance is set larger than the average distance between the center of gravity G and the second ballast tank 41B.
  • the water injection port 43 and each ballast tank 41 ⁇ / b> A, 41 ⁇ / b> B are communicated with each other through a water injection channel 51.
  • a water injection valve 53 located in the vicinity of the water injection port 43, and between the water injection valve 53 and each of the ballast tanks 41A and 41B, the water injection of each first ballast tank 41A is conducted.
  • a plurality of first intermediate valves 55A for performing and a plurality of second intermediate pulps 55B for performing pouring and draining of each second ballast tank 41A are provided.
  • a drainage port 57 for draining ballast water stored in the ballast tank unit 41 is provided on the side surface 5 b of the floating body 5, and each ballast tank is provided via a drainage channel 59 branched from the water injection channel 51. It communicates with 41A and 41B. In the middle of the drainage channel 59, a drainage valve 61 and a drainage pump 63 that are opened during drainage are provided. Ballast water stored in the ballast tank unit 41 is discharged to the outside through the drain port 57 by opening the drain valve 61 and driving the drain pump 63. Thereby, the floating body 5 once settled can be levitated.
  • ballast tank unit 41 (second ballast tank 41B) provided on one side of the floating body 5 and the ballast tank unit 41 (second ballast tank 41B) provided on the other side are spaced apart from each other in plan view.
  • the floating body 5 is provided with an intervening portion 71 which is interposed between the ballast tank unit 41 on one side and the ballast tank unit 41 on the other side and does not have a ballast tank.
  • the intervening portion 71 is divided into two parts by the lift opening 15 and is provided on both sides of the lift opening 15.
  • a storage space 65 for collecting and storing the water injection valve 53, the intermediate valves 55A and 55B, and the drainage pump 63 is formed in the intervening portion 71A on the one side.
  • the notch part 15a for the passage of the generator 3 is provided in the other intervening part 71B.
  • the ballast controller 45 When water is injected into the ballast tanks 41A and 41B, the ballast controller 45 first opens only the first intermediate valve 55A so as to inject water into the first ballast tank 41A having a large distance from the center of gravity G. 2 The intermediate valve 55B is opened to inject water into the second ballast tank 41B. Further, when draining, it is preferable to sequentially drain from the second ballast tank 41B having a small distance from the center of gravity G. In this way, the ballast tank unit 41 is disposed at a position away from the center of gravity G in the horizontal plane of the power generation facility 1, and a plurality of ballast tanks 41 ⁇ / b> A and 41 ⁇ / b> B are provided on the floating body 5. By sequentially injecting water from the ballast tank, it is possible to increase the inertial radius of the floating body to reduce shaking, and to maintain the balance of the power generation equipment 1 more stably even during high waves. Capsizing can be prevented.
  • the opening instruction of the water injection valve 53 may be performed manually by an operator based on generally available sea conditions and weather information, or may be set to be performed automatically.
  • an opening instruction may be given by remote operation from a remote place such as the land, or an opening instruction may be given from the floating body 5.
  • the water injection pulp 53 When the water injection pulp 53 is automatically opened, for example, the water injection pulp 53 may be set so as to be opened when a measured value by a wave height meter provided in the installation water area reaches a predetermined value, or only information from the outside. Instead, it may be set so as to be opened when a condition including a measurement value by autonomous measurement is satisfied.
  • the following conditions can be considered as conditions including autonomous measurement values. i) The average value of the swinging of the floating body 5 (for example, roll or pitch) for a predetermined time is equal to or greater than the predetermined value, and ii) the measured value of the wave height meter provided in the installation water area or the relative water level installed in the floating body The average value of the relative water level measured by the meter for a predetermined time must be equal to or greater than the predetermined value.
  • the ballast controller 45 opens the water injection valve 53 to allow the floating body 5 to sink, so that the floating body 5 does not need to be settled with higher accuracy. Therefore, it is possible to perform appropriate sedimentation control by avoiding sedimentation to a minimum.
  • the generally available sea state / weather information usually includes only the wave height information and does not include the wave period, so that a wave that can be ignored from the oscillation characteristics of the floating body 5 occurred. This is because it may be determined that sedimentation is necessary. For example, even if the wave height is large, in the case of a wave having a very long wave period or a very short wave, the fluctuation of the floating body 5 does not increase and it is not necessary to sink.
  • the floating body 5 is caused by factors other than the wave, for example, a sheet-like object is caught on the floating body 5 and affected by the wind blown on the floating body 5, not only the condition i) but also ii) It is preferable to determine whether or not sedimentation is necessary in consideration of the above.
  • the water injection valve 53 is closed when a necessary amount of ballast water is injected into the ballast tanks 41A and 41B and the floating body 5 sinks by the necessary amount. Therefore, it is preferable that the water injection valve 53 is set to be automatically closed.
  • the amount of sedimentation of the floating body 5 is, for example. Measurement is performed by a measuring device such as a potentiometer installed on the floating body 5.
  • the ballast controller 45 injects ballast water into the ballast tanks 41A and 41B, thereby causing the floating body 5 to sink so that the upper support 19 in FIG.
  • the ballast controller 45 controls the amount of sedimentation of the floating body 5 so that at least the bottom surface of the upper support 19 is positioned above the water surface S.
  • the sinking amount of the floating body 5 is determined based on the predicted maximum wave height (maximum expected value for 50 to 100 years) in the installation water area. That is, for example, the floating body 5 is allowed to sink until the distance CL (clearance during sedimentation) CL between the water surface S and the bottom surface of the upper support 19 above the floating body 5 is 1 ⁇ 2 of the predicted maximum wave height. In the design of the power generation facility 1, it is necessary to set the height of the support column 17 so that a clearance at the time of settling can be obtained with respect to the predicted maximum wave height of the installation water area.
  • the tension of the chain 33 of the mooring tool 11 is adjusted as necessary. That is, a tension meter that measures the tension of the chain 33 of the mooring tool 11 and a tension that winds the chain 33 up to a predetermined tension value when the tension of the chain 33 falls below a predetermined lower limit due to settling of the floating body 5.
  • the adjustment device is preferably installed on the floating body 5.
  • the generator 3 installed on the floating body 5 moored by the mooring tool 11, the work at the time of installation is easy and the installation cost is suppressed.
  • the support structure 7 is lowered by the lifting device 9 and the generator 3 is lowered to the water W.
  • the generator 3 is attached to the floating body 5 via the support structure 7 so that the generator 3 can be pulled up.
  • the inspection work can be easily performed in a state where the generator 3 is pulled up to the lifting position on the floating body 5 without being pulled up or moved to the land. Therefore, the burden of maintenance work is reduced and the running cost is also suppressed.
  • a hydroelectric power generation facility includes a ballast tank provided in the floating body for storing ballast water, water is poured into the ballast tank to submerge the floating body in water, and A ballast controller that drains the ballast water stored in the ballast tank and floats the floating body on the water surface. According to this configuration, even when the wave height increases due to weather deterioration, etc., the floating body can be submerged in water to prevent damage to the power generation equipment. Electric power can be generated by surfacing.
  • an upper support is attached to the upper part of the floating body via a support. According to this configuration, since the equipment for managing and controlling the power generation facility can be installed on the upper support stand away from the water surface, the power generation facility can be reliably managed and controlled. Thus, reliability is improved.
  • the ballast controller injects ballast water into the ballast tank and sinks the floating body so that the upper support is positioned near the water surface. According to this configuration, even when the wave height increases due to weather deterioration or the like, the floating body can be settled while maintaining the balance of the power generation equipment, so that the capsizing is effectively prevented.
  • a guide rail that guides the lifting and lowering of the support structure is provided on the support column. According to this structure, the raising / lowering operation
  • the ballast tank is disposed at a position away from the center of gravity in the horizontal plane of the power generation facility.
  • a plurality of ballast tanks are provided, and the ballast controller sequentially pours water from a ballast tank having a large distance from the center of gravity.

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Abstract

【課題】初期の設置作業とその後の点検作業のいずれをも容易に行うことができる水流発電設備を提供すること。【課題を解決するための手段】水流発電設備において、水流により駆動されて発電する発電機（３）と、水上に浮かぶ浮体（５）と、前記浮体（５）に昇降自在に取り付けられて、前記発電機（３）を支持する支持構造体（７）と、前記支持構造体（７）を昇降させて前記発電機（３）を水中と浮体上との間で移動させる昇降装置（９）と、前記浮体を固定物に係留する係留具（１１）とを設ける。

Description

水流発電設備
　本発明は、海洋のような水中に設置されて、自然の水流を利用して発電を行う発電設備に関する。
　近年、環境への配慮から、自然エネルギーを利用した種々の発電方式が開発されており、その一環として、比較的天候の影響を受けにくく、安定的に電力供給が可能な、水流を利用した発電装置の開発が進んでいる。特に近年では、海洋の潮流を利用した潮流発電システムが提案されている。
　潮流発電システムでは、発電機を水中に保持しておく必要があり、そのための方式として、例えば、海底に発電機を設置する据え置き方式（例えば、特表２０１０－５１５８５１号公報）や、水面に浮かぶ浮体の底面に発電機を取り付ける浮体方式が知られている（例えば、特開２００９－００８０９８号公報）。
　据え置き方式のエネルギー生成装置は、海底設置時に大規模な土木工事が必要となるため、イニシャルコストが高いうえ、発電設備の点検時にもクレーン付の作業船を使用する必要があるので、メンテナンス作業の負担が大きく、ランニングコストも高くなるという問題がある。一方、浮体方式の浮動性プラントは、比較的容易に発電機を水中に設置できるが、悪天候時の波浪等を考慮すると、アンカおよびチェーン等の係留装置や浮力部材の強度を確保する必要があり、イニシャルコストは高くなる。また、浮体方式の装置は、水中にある発電ユニットを水上に上げて点検することが極めて困難であり、点検時に発電設備全体を陸上へ持ち帰る必要があるので、やはりメンテナンス作業の負担が大きく、ランニングコストが高くなるという問題がある。
　本発明の目的は、上記の課題を解決するために、初期の設置作業とその後の点検作業のいずれをも容易に行うことができる水流発電設備を提供することにある。
　前記した目的を達成するために、本発明に係る水流発電設備は、水流により駆動されて発電する発電機と、水上に浮かぶ浮体と、前記浮体に昇降自在に取り付けられて、前記発電機を支持する支持構造体と、前記支持構造体を昇降させて前記発電機を水中と浮体上との間で移動させる昇降装置と、前記浮体を固定物に係留する係留具と、を備えている。
　この構成によれば、発電機が、係留具によって係留された浮体に設置されていることにより、設置時の作業が容易で設置コストが抑制される。さらには、前記発電機が支持構造体を介して浮体上に引上げ可能に浮体に取り付けられているので、発電機をクレーン船で引き上げたり陸上へ移動させたりすることなく、点検作業を浮体上で容易に行うことができるので、メンテナンス作業の負担が軽減され、ランニングコストも抑制される。以上のように、本発明に係る水流発電設備によれば、初期の設置作業とその後の点検作業のいずれをも容易に行うことが可能となる。
本発明の一実施形態に係る発電設備を示す斜視図である。 図１のII-II線に沿った断面図である。 図１の発電設備を示す平面図である。 図１の発電設備を示す正面図である。 図１の発電設備に用いられるバラストタンクの注排水系統を示す系統図である。 図１の発電設備が水中に沈降した状態を示す斜視図である。 図１の発電設備の発電機が引き上げられた状態を示す斜視図である。
　以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
　図１は、本発明の一実施形態に係る発電設備１の構造を示す斜視図である。本実施形態に係る発電設備１は、海洋のような水中Ｗに設置されて、水流（この例では海洋の潮流）Ｆを利用して発電するための設備であり、発電機３，浮体５，支持構造体７，昇降装置９および係留具１１を主要な構成要素として備えている。
　発電機３は、複数の翼を有し、水流により駆動されて回転する水車１３と、水車１３の回転を受けて電力を生成する発電部１５とで構成されている。発電機３は、発電機３を支持する縦長の直方体形状からなる骨組み構造の支持構造体７およびこの支持構造体７を昇降させる昇降装置９を介して、水面Ｓ上に浮かぶ浮体５に取り付けられている。発電設備１の一部つまり浮体５は、係留具１１によって固定物、例えば海底（図示せず）に係留されている。
　図１のII-II線に沿った断面図である図２に示すように、浮体５は平面視でほぼ正方形に形成されており、浮体５の水平方向の中央部には、支持構造体７を挿通させ、支持構造体７の下端部に取り付けられた発電機３を昇降させるための、上下方向に貫通する昇降開口１５が設けられている。浮体５の上部５ａにおける昇降開口１５の周縁部には、複数の支柱１７が突設されている。昇降開口１５は、支持構造体７およびこれに支持された発電機３の平面視形状に対応する形状に形成されており、平面視で支持構造体７および発電機３が上下方向に通過可能に形成されている。つまり、昇降開口１５は、平面視で支持構造体７の外形に沿った形状で支持構造体７の通過用の開口の周縁の一部に、発電機３の通過用の切欠部１５ａを水平方向外方に切り欠いた形状である。支柱１７は、昇降開口１５の略矩形形状の４つの頂点の近傍にそれぞれ１つずつ設けられている。もっとも、支持構造体７の構造は、図１の形状に限定されず、例えば、円柱状であってもよい。その場合、支柱１７は、支持構造体１７の円形の横断面の外周に沿って、好ましくは等間隔に、複数設けられる
　複数の支柱１７の上端部には、上部支持台１９が取り付けられている。上部支持台１９の上面には、発電設備１の管理や制御を行うための機器類を収納する制御ボックス２１および上述の昇降装置９，外部との通信用のアンテナ２３等が設置されている。すなわち、支柱１７の上端部に設けられた上部支持台１９により、浮体５から上方に一定の距離離間した位置に、制御ボックス２１および昇降装置９が支持されている。上部支持台１９の水平方向中央部には、支持構造体７を挿通して昇降させるための挿通開口２４が設けられている。
　本実施形態では、昇降装置９としてウインチを使用している。図３の平面図に示すように、支持構造体７に連結されたワイヤ２５が、例えば上部支持台１９や支柱１７に取り付けられた滑車２６（図６）を介してこの昇降装置９まで敷設され、昇降装置９のドラム２７に巻きつけられている。このドラム２７を駆動することにより、支持構造体７に支持された発電機３の昇降、つまり水中の作動位置と浮体５上の引上げ位置への移動が行われる。図１は、発電機３が水中Ｗの作動位置にある状態を示している。
　図４の正面図に示すように、各支柱１７の内側を向く面には、ガイドレール２９が支柱１７の長手方向に沿って延設されている。一方、支持構造体７の、ガイドレール２９に対向する部分には、複数のガイド輪３１が設けられている。ガイドレール２９に、支持構造体７のガイド輪３１を係合させることにより、支持構造体７の昇降がガイドされる。支持構造体７の頂部には、標識柱３２が取り付けられている。
　係留具１１は、浮体５を水中Ｗで安定的に係留できるものであれば特に限定されないが、図１の例では、チェーン３３と、チェーン３３の先端に取り付けられたアンカー（図示せず）とを有するカテナリ方式の係留具１１を用いている。
　図５に示すように、浮体５の内部には、水の貯留が可能なバラストタンクユニット４１が設置されている。バラストタンクユニット４１は、浮体５の側面５ｂに形成された注水口４３に連通している。さらに、上部支持台１９（図１）上には、バラストタンクにバラスト水を注水して浮体５を水中に沈降させ、かつ、バラストタンクに貯留されたバラスト水を排水して浮体５を水面上に浮上させるバラストコントローラ４５が設けられている。
　後に詳述するように、バラストコントローラ４５は、バラストタンクユニット４１へのバラスト水の注水および排水を制御することにより、図６に示すように、浮体５を水中Ｗへ沈降させ、その後、再度水面Ｓ上へ上昇させることができる。これにより、天候の悪化等により波高が大きくなった場合にも、浮体５を水中Ｗに沈降させて当該発電設備１のバランスを維持することができるので、悪天候などによる発電設備１の損傷を防ぐことができるとともに、発電設備１の転覆を防止することができる。
　図５に示すように、バラストタンクユニット４１は、複数のバラストタンクを、発電設備１の水平面内における重心Ｇから離れた位置に配置して構成されている。バラストコントローラ４５は、重心Ｇからの距離が大きいバラストタンクから順次注水するように設定されている。
　本実施形態においては、浮体５内に、バラストタンク４１として４つの第１バラストタンク４１Ａと４つの第２バラストタンク４１Ｂとが設けられている。４つの第１バラストタンク４１Ａは、浮体５の横断面において、重心Ｇが位置する昇降開口１５を形成する四辺のうちの対向する一組の辺４７，４７とその延長線４７Ａ，４７Ａよりも外側の両部分を、それぞれ辺４７に沿う方向に二等分、つまり、辺４７に直交する分割線４９によって二等分して配置されている。
　一方、４つの第２バラストタンク４１Ｂは、各第１バラストタンク４１Ａの内側、つまり浮体５の横断面における前記一組の辺４７，４７の延長線４７Ａ，４７Ａよりも内側の部分にそれぞれ配置されている。したがって、重心Ｇから各タンク４１内空間への平均距離（重心Ｇから各タンク４１内空間の各地点までの距離の平均値）を比較すると、重心Ｇと第１バラストタンク４１Ａとの間の平均距離の方が、重心Ｇと第２バラストタンク４１Ｂとの間の平均距離よりも大きく設定されている。
　注水口４３と各バラストタンク４１Ａ，４１Ｂとの間は、注水路５１によって連通されている。注水路５１の中途には、注水口４３の近傍に位置する注水バルブ５３と、この注水バルブ５３と各バラストタンク４１Ａ，４１Ｂとの間に位置して、各第１バラストタンク４１Ａの注排水を行うための複数の第１中間バルブ５５Ａおよび各第２バラストタンク４１Ａの注排水を行うための複数の第２中間パルプ５５Ｂとが設けられている。
　また、浮体５の側面５ｂには、バラストタンクユニット４１に貯留されたバラスト水を排水するための排水口５７が設けられており、注水路５１から分岐した排水路５９を介して、各バラストタンク４１Ａ，４１Ｂに連通している。排水路５９の中途には、排水時に開放される排水バルブ６１および排水ポンプ６３が設けられている。バラストタンクユニット４１内に貯留されたバラスト水は、排水バルブ６１を開放し、排水ポンプ６３を駆動することにより、排水口５７から外部へ排出される。これにより、いったん沈降した浮体５を浮上させることができる。
　なお、平面視で浮体５の一方側に設けたバラストタンクユニット４１（第２バラストタンク４１Ｂ）と他方側に設けたバラストタンクユニット４１（第２バラストタンク４１Ｂ）とは互いに距離をあけて配置されており、浮体５には一方側のバラストタンクユニット４１と他方側のバラストタンクユニット４１との間に介在してバラストタンクの存在しない介在部分７１が設けられている。介在部分７１は、昇降開口１５で二分されており、昇降開口１５を挟んだ両側に設けられている。その一側の介在部分７１Ａには、注水バルブ５３，各中間バルブ５５Ａ，５５Ｂ，排水ポンプ６３を集めて収納する収納空間６５が形成されている。また、他側の介在部分７１Ｂには、発電機３の通過用の切欠部１５ａが設けられている。
　バラストタンク４１Ａ，４１Ｂに注水する際、バラストコントローラ４５は、最初に重心Ｇからの距離が大きい第１バラストタンク４１Ａに注水するよう第１中間バルブ５５Ａのみを開放し、その後、必要に応じて第２中間バルブ５５Ｂを開放して第２バラストタンク４１Ｂにも注水を行う。また、排水時には、重心Ｇからの距離が小さい第２バラストタンク４１Ｂから順次排水することが好ましい。このように、バラストタンクユニット４１を、発電設備１の水平面内における重心Ｇから離れた位置に配置し、さらに、浮体５に複数のバラストタンク４１Ａ，４１Ｂを設けて、重心Ｇからの距離が大きいバラストタンクから順次注水することにより、浮体の慣動半径を大きくして揺れを少なくすることができ、高波時にも発電設備１のバランスをより安定的に保つことが可能になるので、一層確実に転覆を防止することができる。
　注水バルブ５３の開放指示は、作業者が、一般に入手可能な海象・気象情報に基づいて手動によって行ってもよく、自動的に行われるように設定してもよい。作業者が手動で注水バルブ５３を開放する場合、陸地のような遠隔地から遠隔操作によって開放指示を行ってもよく、浮体５上から開放指示を行ってもよい。
　注水パルプ５３を自動的に開放する場合は、例えば、設置水域に設けた波高計による計測値が所定の値に達した場合に開放するように設定してもよく、あるいは、外部からの情報のみならず、自律的な計測による計測値をも含む条件を満たした場合に開放するように設定してもよい。
　自律的な計測値を含む条件としては、例えば次のようなものが考えられる。
ｉ）浮体５の動揺（例えば横揺や縦揺）の所定時間の平均値が所定値以上となり、かつ、ｉｉ）設置水域に設けた波高計の計測値、または浮体５に設置された相対水位計によって計測した相対水位値の所定時間の平均値が所定値以上となること。
　条件ｉ）とｉｉ）の両方が満たされたことを条件として、バラストコントローラ４５によって注水バルブ５３を開放して浮体５を沈降させることによって、一層高精度に、つまり浮体５の沈降が不要な場合にまで沈降させることを回避して、適切な沈降制御を行うことが可能となる。これは、一般に入手可能な前記海象・気象情報には、通常、波高情報のみが含まれており、波周期が含まれていないので、浮体５の動揺特性からは無視してよい波が起こった場合にまで沈降が必要と判断する可能性があるからである。例えば、波高が大きくても、波周期が極めて長い波や極めて短い波の場合、浮体５の動揺は大きくならず、沈降させる必要はない。また、浮体５は、波以外の要因、例えば、浮体５上部にシート状の物が引っ掛かっており、これに吹き付けた風の影響によって動揺することも考えられるので、条件ｉ）のみならずｉｉ）までも考慮に入れて沈降の要否を判断するのが好ましい。
　注水バルブ５３は、バラストタンク４１Ａ，４１Ｂに必要量のバラスト水が注入され、浮体５が必要量だけ沈降した場合に閉塞される。したがって、注水バルブ５３の閉塞は自動的に行われるように設定されていることが好ましい。浮体５の沈降量は、例えば。浮体５に設置したポテンショメータのような計測装置によって計測する。
　また、バラストコントローラ４５は、バラストタンク４１Ａ，４１Ｂにバラスト水を注水することにより、図４の上部支持台１９が水面Ｓの近傍に位置するように浮体５を沈降させる。具体的には、バラストコントローラ４５は、少なくとも上部支持台１９の底面が水面Ｓよりも上方に位置するように浮体５の沈降量を制御する。より好ましくは、浮体５の沈降量は、設置水域の予想最大波高（５０～１００年間の最大期待値）に基づいて決定される。すなわち、例えば、水面Ｓと浮体５上部の上部支持台１９の底面との距離（沈降時クリアランス）ＣＬが、予想最大波高の１／２となるまで浮体５を沈降させる。発電設備１の設計においては、設置水域の予想最大波高に対して、沈降時クリアランスを取り得るように、支柱１７の高さを設定する必要がある。
　なお、浮体５を沈降させる際、必要に応じて係留具１１のチェーン３３のテンションが調整されることが好ましい。すなわち、係留具１１のチェーン３３のテンションを計測するテンションメータと、浮体５の沈降によりチェーン３３のテンションが所定の下限値を下回った場合に、チェーン３３を所定のテンション値となるまで巻き取るテンション調整装置とが、浮体５に設置されていることが好ましい。
　上記構成において、図１の発電設備１は、発電機３を、係留具１１によって係留された浮体５に設置しているので、設置時の作業が容易で設置コストが抑制される。
　図４に示すように、発電時には、昇降装置９により支持構造体７を下降させて、発電機３を水中Ｗに下降させる。一方、発電機３の点検などのために引き上げるときは、発電機３が、支持構造体７を介して浮体５上に引上げ可能に浮体５に取り付けられているので、発電機３をクレーン船で引き上げたり陸上へ移動させたりすることなく、図７に示すように、発電機３を浮体５上の引上げ位置に引き上げた状態で点検作業を容易に行うことができる。したがって、メンテナンス作業の負担が軽減され、ランニングコストも抑制される。
　本発明の一実施形態に係る水流発電設備は、前記浮体に設けられた、バラスト水を貯留するバラストタンクと、このバラストタンクにバラスト水を注水して前記浮体を水中に沈降させ、かつ、前記バラストタンクに貯留されたバラスト水を排水して前記浮体を水面上に浮上させるバラストコントローラとを備えている。この構成によれば、天候の悪化等により波高が大きくなった場合にも、浮体を水中に沈降させて発電設備の損傷を防止することができ、天候が回復した場合には、再び発電設備を浮上させることにより発電が可能となる。
　本発明の一実施形態に係る水流発電設備において、前記浮体の上部に、支柱を介して上部支持台が取り付けられている。この構成によれば、当該発電設備を管理、制御するための機器類を、水面から離れた前記上部支持台に設置することができるので、当該発電設備の管理・制御を確実に行うことが可能となり、信頼性が向上する。
　本発明の一実施形態に係る水流発電設備において、前記バラストコントローラは、前記バラストタンクにバラスト水を注水して、前記上部支持台が水面近傍に位置するように前記浮体を沈降させるものである。この構成によれば、天候の悪化等により波高が大きくなった場合にも、当該発電設備のバランスを維持しながら浮体を沈降させることができるので、効果的に転覆が防止される。
　本発明の一実施形態に係る水流発電設備において、前記支柱に前記支持構造体の昇降をガイドするガイドレールが設けられている。この構成によれば、支持構造体を介しての発電機の昇降作業を円滑に行うことができる。
　また、本発明の一実施形態に係る水流発電設備において、前記バラストタンクが、当該発電設備の水平面内における重心から離れた位置に配置されている。また、前記バラストタンクが複数設けられ、前記バラストコントローラが、前記重心からの距離が大きいバラストタンクから順次注水する。この構成によれば、浮体の慣動半径を大きくすることができ、高波時にも当該発電設備のバランスをより安定的に保つことが可能になるので、一層確実に転覆を防止することができる。
　なお、上記の実施形態では、水流として海洋の潮流を用いた例について説明したが、本発明は、これに限られず、水流を用いる他の環境にも適用することができる。
　以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

Claims (7)

  1. 　水流により駆動されて発電する発電機と、
    　水上に浮かぶ浮体と、
    　前記浮体に昇降自在に取り付けられて、前記発電機を支持する支持構造体と、
    　前記支持構造体を昇降させて前記発電機を水中と浮体上との間で移動させる昇降装置と、
    　前記浮体を固定物に係留する係留具と、
    　を備える水流発電設備。
  2. 　請求項１において、前記浮体に設けられた、バラスト水を貯留するバラストタンクと、このバラストタンクにバラスト水を注水して前記浮体を水中に沈降させ、かつ、前記バラストタンクに貯留されたバラスト水を排水して前記浮体を水面上に浮上させるバラストコントローラとをさらに備える水流発電設備。
  3. 　請求項２において、前記浮体の上部に、支柱を介して上部支持台が取り付けられている水流発電設備。
  4. 　請求項３において、前記バラストコントローラは、前記バラストタンクにバラスト水を注水して、前記上部支持台が水面近傍に位置するように前記浮体を沈降させる水流発電設備。
  5. 　請求項３または４において、前記支柱に前記支持構造体の昇降をガイドするガイドレールが設けられている水流発電設備。
  6. 　請求項２から５のいずれか一項において、前記バラストタンクが、当該発電設備の水平面内における重心から離れた位置に配置されている水流発電設備。
  7. 　請求項６において、前記バラストタンクが複数設けられ、前記バラストコントローラが、前記重心からの距離が大きいバラストタンクから順次注水する水流発電設備。
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