(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潮流に直交する直線に沿って海底に設けた複数の基礎上に複数の主柱構造体を立ち上げ、隣り合った主柱構造体の間に自動着脱装置により着脱自在となる多数の発電ユニットを装着する保持体を設け、前述発電ユニットと前述保持体とは信号や電力の授受を電磁誘導原理により非接触で行う電磁カップリングを介して行い、前述主柱構造体の上部は海上にあってデッキを支持し、前述デッキには前述発電ユニットを管制し、その電力を受け取って所要の電力変換を行って需要地に送電、或いは水素生産を行う等の施設を設置してなる集合型潮流発電施設。
【請求項２】
前述発電ユニットは潮流に向かって方形、正六角形等の断面を有する筐体の中に構成されており、中心軸に一組の水力タービンと発電機等を装備する発電ナセルを配置し、内部に前述中心軸に沿って水路に流速を早めるコンバージェンス・ダイバージェンスノズルを構成しており、前述保持体は前述自動着脱装置により前述発電ユニットを挿入して装着・固定せしめ、或いは前述自動着脱装置により前述発電ユニットの装着・固定を解放して外部に取り出すように構成してなる請求項１に記載された集合型潮流発電施設。
【請求項３】
前述筐体内に請求項２に記載された発電ユニットを小型化した複数のサブ発電ユニットを前述中心軸に沿って並列的に集合・構成した発電ユニットを装着してなる請求項１に記載された集合型潮流発電施設。
【請求項４】
前述自動着脱装置は前述保持体に設けた垂直ガイド機構に沿って垂直方向に移動して所定の位置に停止して前述発電ユニットを自己の収納構造から取り出して前述保持体に搬入して装着・固定し、或いは保持体より装着・固定を解放して搬出し、自己の収納構造に収納し、前述デッキ上には前述自動着脱装置の収納・水平移動装置があって海上まで上がってきた前述自動着脱装置を前述垂直ガイド機構から外して、水平ガイド機構に沿って次の作業に必要な位置まで水平方向に移動させるようにしてなる請求項１に記載された集合型潮流発電施設。
【請求項５】
上流側に本体を覆うフェアリングを設けて、作業対象となる発電ユニットが潮流に曝されないように隔離・保護して、着脱作業を容易にするようにしてなる前述自動着脱装置を有する請求項１に記載された集合型潮流発電施設。
【請求項６】
垂直方向に発電ユニットを２セット収納できる収納構造となし、前述保持体内の発電ユニットを別の発電ユニットと交換する作業工程では、前述デッキ上の保管庫から代わりとなる発電ユニットを取り出して、前述収納構造の第一の保持位置に納め、所定の位置まで移動して定置した後、交換すべき発電ユニットを前述保持体から装着・固定を解除・搬出して前述収納構造の第二の保持位置に収納し、垂直に移動して代わりとなる発電ユニットを第一の保持位置から取り出して前述保持体の所定位置まで搬入して装着・固定するようにしてなる前述自動着脱装置を有する請求項１に記載された集合型潮流発電施設。
【請求項７】
内部に駆動装置・信号処理装置・制御装置等のための電源を有し、自重と積載物の重量の大部分をバラストタンク等の内部の気体量を調整することによって生じた浮力とバランスさせ、管制システムからの指示に従って前述保持体に設けた垂直ガイド機構に沿って自律自走する前述自動着脱装置を有する請求項１に記載された集合型潮流発電施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、黒潮などの潮流の持つ流体の運動エネルギーを水力タービン等により回転エネルギーとなし、発電機により電気エネルギーへと変換する潮流発電施設に関する。
【背景技術】
【０００２】潮流発電と風力発電には、技術的に多くの共通点がある。風力発電は陸地や浅い海上での利用は、製品のライフサイクルに当てはめると既に成長後期の段階にあり、長大な円筒支柱の上に巨大な風車を持つ発電ナセルを旋回可能に搭載する方式が世界標準に収斂しつつある。【０００３】潮流発電は風力発電に次ぐ新エネルギーとして注目を集めているテーマである。製品のライフサイクルに当てはめると、導入前期の段階にあり、多くの思考実験的アイディアが提案され、一部は試作され、或いは実証試験に入っている。将来、どのような方式が世界標準になるかはまだ見えていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９８３３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】共同研究「海流発電の研究」報告書  海洋科学技術センター  東京電力株式会社  １９８１年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】導入前期にある潮流発電は、将来、成長期に入って建設工事やメンテナンスの大規模化が本格化する時点では、避けられなくなる課題に必ず直面する。将来、潮流発電が風力発電のように電力需要の相当部分を担うようになるとき、一つの潮流発電施設の総出力容量は数十万ｋＷから数百万ｋＷになることを要求されよう。それは黒潮などの潮流に向かって規格化された数百台から数万台の発電ユニットを例えば格子状に設置する大規模施設になるはずである。この発明は、潮流発電が成長期に達した時点では解決されてなくてはならない課題に対し、それを解決する新規な技術を提供する。【０００７】黒潮は平均的に海面から水深２００ｍ付近までで、幅１００ｋｍに及ぶ強流帯を有する。日本付近では陸側から見て、黒潮の太平洋側は偏西風に吹き寄せられて陸側に対して海面が約１ｍ高くなっており、この落差から流下する海水が地球の自転により生じるコリオリ力により時計方向に巡行する黒潮を作り出している。日本付近の海域には、年間を通じて黒潮の流路が安定しており、秒速２乃至３ｍで水深も比較的浅い潮流発電に適した海域が多数存在する。潮流発電は水深数百ｍの海域を開拓する技術である。予想される課題に対して、実現可能な技術的対策を準備すべきである。これらの課題の中から、特に重要と思われるものを三つ挙げてみよう。【０００８】第一に、地表から高い位置に発電機を置く風力発電では、単機容量を大きくすれば総合経済性が向上するため、メーカーは大容量化に向かって開発努力を集中している。海面から下へ向かって複数台の発電機を置く潮流発電では、必ずしも単機の大容量化が最適解ではない。風力発電と潮流発電では経済性追求のための技術的方向性が全く異なっている。潮力発電の最適単機容量を求めることが第一の課題である。【０００９】第二に、風は流れの方向や流速の変動が大きく、発電ナセルを絶えず変動する風上に向ける必要があるため、複数台の風力発電機を設置する場合は、それぞれの発電ユニットは互いに干渉しないように充分な距離をおいて孤立して設置し、また、絶えず変動する出力を平滑化して供給するための電力貯蔵装置等を要求される場合もある。潮流は年間及び日間を通して流れの方向が安定しており、流速の変動も少ない地理的条件に恵まれた場所が世界中に何箇所もある。この条件の違いから、潮流発電施設の最適な幾何学的構造を求めることが第二の課題である。【００１０】第三に、数百万ｋＷ級の発電所では、規格化された数百台から数万台の発電ユニットを運営・管理せねばならない。潮流発電では貝殻の付着や海草の絡み付きなど、発電ユニットの性能を劣化させる環境圧力が風力発電とは比較にならないほど厳しく、加えて、数十気圧に及ぶ水圧に耐えて発電ユニットのメンテナンスを行うことは、技術的にも非常な困難を伴う。これらの困難が第三の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】第一の課題を解決する手段について説明する。風力発電では単機の大容量化に経済性追求の方向性があったが、この発明になる潮力発電では、単機容量はある程度小さく設定し、台数を多く用いる集合型発電方式が、総合経済性を向上させる最善の方策であるとの設計思想に基づいている。その根拠を、数式を用いて説明しよう。
流体の運動から得られるエネルギーＰ（Ｗ）は（１）式による。
Ｐ＝（１／２）ρ・Ａ・Ｖ３・η・・・・・（１）
但し、ρは密度（ｋｇ／ｍ３）、Ａは作業断面積（ｍ２）、Ｖは流体の速度（ｍ／ｓ）、ηは総合効率である。この式は、流体の運動から取り出せる出力が、流体の作業断面積Ａに比例することを示している。海水の密度は空気の約千倍であるから、同じ面積に対して、風速１３ｍが海水の速度２乃至３ｍにほぼ匹敵する。黒潮はその条件を充分に満たしている。【００１２】さて、寸法をＬ、面積をＬ２乗、体積をＬ３乗と表現しよう。同一形状設計の場合、発電ユニットの出力はＬ２乗に比例し、所要資材量はＬ３乗に比例する。基本となる設計に対して、同一形状設計のまま、Ｌだけを１０倍した大型機を考えよう。１０倍された大型機の出力は面積に比例して１００倍になるが、所要資材量は体積に比例して１０００倍必要となる。ある潮流断面積に対して、基本となる設計では、発電ユニットが１００台配置できるとすると、その総所要資材量も１００台分である。大型機では発電ユニットは１台で基本設計の発電ユニット１００台分と同じ出力が得られるが、その所要資材は基本設計の発電ユニット１０００台分と等しくなる。所要資材量当たりの出力は、寸法を１０倍した大型機は、基本設計の発電ユニットの１０分の１となっている。大型の発電ユニットは小型の発電ユニットに対して、著しく経済性に劣ることになる。以上の説明から判るように、潮流発電を実用化する場合、単機容量を大きくすることは、経済性からは望ましくない。一辺Ｌが５０ｍの正方断面を持つの発電ユニット１台を設置するより、同一出力が得られる一辺Ｌが５ｍの正方断面を持つ発電ユニット１００台を設置する方が、発電ユニットに関する総費用は大略１０分の１で済む。【００１３】では、どこまでも小型化すれば経済性が向上するかというと、これらの発電ユニットを保持する構造体の費用は発電ユニット単体容量にほぼ中立と思われるし、小型化するほど、貝殻の付着や海草の絡みつき等の海中の環境からのネガティブな影響を強く受ける。製造面、管制運営面、保全活動面から総合判断して、それぞれの計画者が最適単機容量を決定することになる。設計パラメータは、何れ、実証試験等を通して、ある範囲に収斂してゆくであろう。以上述べたように、単機容量を小さめにして所要台数を多く設定するのが、第一の課題に対する本発明による解決の手段の中核部分である。【００１４】第二の課題を解決する手段について説明する。潮流も海域によっては黒潮の大蛇行など必ずしも常に潮流の経路が長期間にわたって一定している訳ではないが、長期間の観測データ等を検討して慎重に場所を選べば、潮流が充分に安定していると評価でき、海底までの水深も３００〜５００ｍと浅い海域が存在する。その様な海域では、潮流は常に同じ方向に向かって流れるため、発電ユニットをその方向に合わせて地理的に固定することができる。このことは風向きに合わせて絶えず発電ユニットの向く方向を調整せねばならぬ風力発電に比較して、極めて有利である。複数台設置する大規模風力発電施設では、全方位からの風に対応するために旋回する発電ユニット間の干渉を防ぐために、各発電ユニットの間隔を充分広く疎に設置せねばならなかった。だが、潮流発電では、発電ユニットは全て同一方向を向いて固定されるために��発電ユニット間に幾何学的干渉が存在しないために、密集して配置し、全ての発電ユニットを地理的に固定することができる。これが第二の課題に対する本発明による解決の手段である。【００１５】第三の課題を解決する手段について説明する。発電ユニットを内部に収容できるスペースを持つ保持体と呼ぶ構造物を設け、保持体は海底に設けた複数の基礎の上に立ち上げた複数の主柱構造体の隣り合う空間に在って、主柱構造体に強固に固定されている。主柱構造体は海面に突き出しており、その海上部分に複数の主柱構造体に支持された長大なデッキを設け、その上に受電・送電施設、発電ユニット管制施設等の施設群が設置される。【００１６】この潮流発電施設で最も費用を要し、作業として困難なのは、主柱構造体と保持体の建設である。極めて高価な構築物であり、一旦設置したからには、できるだけ長期間にわたって利用し続けて費用を回収しなければならない。発電ユニットの単機容量が数百ｋＷ級の場合は、現在の製造技術では、タービンは鋳造品を機械加工し、ユニットの筐体は厚板の板金加工になるであろう。単機容量が数十ｋＷ級や数ｋＷ級の場合は、タービンはアルミ等のダイキャスト品やプラスチックの射出成形品やＦＲＰプレス成型品、筐体はプレス加工品を採用できる可能性が考えられる。オーダーメイド的な加工による単機容量が大きな発電ユニットに対し、小さな単機容量を持つ後者は、前述２乗３乗則によるスケールメリットに加えて、量産技術が適用できるために圧倒的に経済性に優れている。【００１７】保持体をある発電ユニットに合わせて製作したが、後に更に単機容量を下げて代わりに台数を増やしても運営上の問題はないと判断される場合は、既に存在する保持体に適合する取付寸法を有する筐体を用い、その内部に４台、或いは９台等の小型化した発電サブユニットを潮流に対して直角な平面上に集合配置して全体として１台の発電ユニットとして機能する集合型発電ユニットを用いることができる。【００１８】また、台風による強烈な波浪も水深がある程度以下の領域には及ばないから、海面に近い領域には機械的強度に優れた単機容量が比較的大きな発電ユニットを配し、それより下には単機容量が小さな発電ユニットを用いるといった実用的な使い分けも可能である。以上は第一の課題に対する本発明による解決の手段の一つであり、本発明の「特許請求範囲」の「請求項３」を構成するが、説明上の都合でこの場所に置いた。【００１９】数百台から数万台に及ぶ多数の発電ユニットを対象に、自動管制システムは全機から送られてくる運転パラメータを常時監視し、運転中に発電能力が低下する等の異常が発生した発電ユニットを発見し、発電能力を回復させるためのメンテナンスを実行しなければならない。そのために、発電ユニットは容易に取り外すことができ、修復できたら前述保持体内の空いているスペースに容易に取り付けることができるように構成する。発電ユニットは保持体の前述収納スペース内で位置決めされた後に、保持体に自動的に強固に装着・固定する操作を受ける。この固定操作は発電ユニットが潮流からの静的推力を受け止め、この潮流発電施設の各部が潮流中に発生させるカルマン渦から受ける繰り返し応力にさらされて、長期��に疲労破壊等のダメージを受けないために必要である。この記述は本発明の「特許請求範囲」の「請求項２」の一部を構成する。【００２０】発電ユニットと保持体との間の信号授受と発電した電力の送電は、電磁誘導原理を用いる電磁カップリングにより非接触状態で行うことにより、発電ユニットの着脱作業で機械的な着脱のみを行えば、電気的な着脱も同時に行われているように構成されている。
電磁カップリングは既に電気自動車の非接触給電として実用の域にある技術である。この記述は本発明の「特許請求範囲」の「請求項１」の一部を構成する。【００２１】発電ユニットを着脱するには、前述発電ユニット管制施設からの指示に基づき、自動着脱装置が行う。発電ユニットを保持体の所定位置より搬出し、海上のデッキまで搬送する作業行程について説明しよう。前述保持体にはローラーコースターのガイドレールと類似の機能を担う垂直ガイド機構が設けてあり、前述自動着脱装置はこの垂直ガイド機構に沿って所定の位置まで垂直方向に移動して定位置に停止し、作業中は保持体に対して正しい位置関係を保つために、機械的手段や電磁的手段を用いて保持体に固定される。自動着脱装置は着脱機構を繰り出して前述した保持体と発電ユニット間の装着・固定を解除し、発電ユニットを取り上げて自己の内部の収容構造まで搬入する。この記述は、本発明の「特許請求範囲」の「請求項４」の一部を構成する。【００２２】自動着脱装置の先端部及び側面部の外被は船舶の舳先のような形状のフェアリングとなっており、保持体に向かって作業を行う後方部は開放されている。フェアリングで水流は左右に分かれて後方に流れるため、下流に当たる後方部では殆ど水流は静止状態となり、発電ユニットの着脱作業が行われている間は、作業空間では潮流による推力を避けて容易に安全に作業を行うことができるように構成されている。この記述は、本発明の「特許請求範囲」の「請求項５」を構成する。【００２３】新設、もしくは補修された発電ユニットを保持体の空いている収容スペースへ搬送し、保持体に取り付けるのは、前節の記述の逆作業であり、格段の説明を要しない。以上の説明で判るように、この自動着脱装置と保持体と発電ユニットの関係は、立体自動倉庫におけるスタッカークレーンと倉庫のラック棚とそこに出し入れ・保管される品物との関係に類似している。【００２４】補修を要する発電ユニットを正常な発電ユニットと交換する場合は、自動着脱装置は２台分の収容構造と２組の着脱機構を垂直方向に統合した構成とすることにより、作業効率を向上させることができる。すなわち、海上のデッキで第一の収容構造に正常な発電ユニットを載せ、海中の所定の位置まで搬送し、もう１台分の補修を要する発電ユニットを自動着脱装置が保持体から装着・固定を解除・搬出して第二の収容構造に収容する作業中は当該個所の上か下で待機しており、上記作業終了後に、空となった保持体の収容スペースに第一の収納構造内の着脱機構が移動してきて、その内部に収納していた正常な発電ユニットを保持体に搬入して装着・固定する。その後、自動着脱装置は補修を要する発電ユニットを上方に搬送して海上に引き揚げ、次の作業工程に移る。以上の記述は、本発明の「特許請求範囲」の「請求項６」に相当する。【００２５】以上、自動着脱装置の垂直方向の移動に関して説明した。水平方向の移動は、本発明では一旦自動着脱装置を海上のデッキまで引き揚げて、前述垂直ガイド機構から取り外し、水平ガイド機構に沿って水平移動して補修工場や発電ユニット保管庫まで移動するか、水平ガイド機構に沿って別の場所まで移動して、別の垂直ガイド機構にはめ込まれて海中の作業に向かうことになる。これは「特許請求範囲」の「請求項４」の一部に相当する。【００２６】以上の説明から、自動着脱装置の形態は、ビルの自動窓拭き装置と似通っていると思われたであろう。だが、潮流が強い海域でビルの自動窓拭き装置やエレベータと同じワイヤロープによる吊り下げ・位置決め機構を利用することは困難である。この厳しい作業環境に適合した新規な技術を開発すべきである。本発明では、「特許請求範囲」の「請求項７」によって、潜水艦のようにバラストタンク等の気体量を調整して、自重と搬送物の重量を浮力で相当程度中和させて、重力負荷を軽減した状態で使用できる、電動動力等を駆動する電源を装備した自走式の自動着脱装置を提供せんとする。
【発明の効果】
【００２７】本発明になる集合型潮流発電施設は、規格化された単機容量が比較的小さい発電ユニットを大量に幾何学的に密集させて構成するものであり、発電ユニットには量産技術の適用が容易であり、発電ユニットを所定位置に装着する保持体に対する多数の発電ユニットの装着と交換を自動着脱装置により行うことで、多数台数の発電ユニットの保守管理を容易にして、総合経済性と実用性に優れた潮流発電方式を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】保持体に発電ユニットが設置されている状態を示す図である。（実施例１）
【図２】上流側から見た本発明になる潮流発電施設の正面図である。（実施例２）
【図３】発電ユニットの中心軸を通る垂直部分断面図である。（実施例３）
【図４】発電ユニットの中心軸を通る４５度斜め平面部分断面図である。（実施例３）
【図５】自動着脱装置の側面図である。（実施例４）
【発明を実施するための形態】
【００２９】比較的単機容量が小さい発電ユニットを数百台から数万台集合する潮流発電施設であり、海底に基礎を持ち、海上に各種施設類を置くデッキを有し、海中に集合する発電ユニットを平面状に配置する海中支持型の形式を持つ。
【実施例１】
【００３０】図１に上流側から見た保持体１に設置された発電ユニット２の集合体の一部を示す。ここには２０台の発電ユニットを示したが、その内、２台には自動着脱装置３が覆っており、図１では自動着脱装置３の外装であるフェアリングを示した。発電ユニットの発電能力、潮流から受ける推力を数量的に理解するために、以下に試算例を示そう。「課題を解決するための手段」で示した（１）式を用いて、潮流の速度を２．５ｍ、総合効率６０％、潮流断面積１ｍ２に対し、タービンの水路断面積を０．５ｍ２とした場合の電気出力は約１９ｋＷとなった。このとき、水流の運動エネルギーを電気エネルギーとして取り出すことにより、発電ユニットは概算で潮流より１ｍ２あたり約１．２トン重の推力を受ける。主柱構造体や保持体等の構造物が潮流に対して抵抗するために潮流から受ける推力を１ｍ２換算で０．６トン重と仮定すれば、潮流から１９ｋＷのエネルギーを電力として取り出せば、主柱構造体はおよそ１．８トン重の推力を受け止めなければならない。
【実施例２】
【００３１】図２は上流側から見た集合型潮流発電施設の幅方向の一部を示した正面図である。海底６の基礎の上に主柱構造体７が立ち上がっており、隣り合う主柱構造体７の間に保持体１が固定して設けられており、保持体１の収容スペースに多数の発電ユニット２が固定して設置されている。図２では図１より更に縮尺されているため、保持体１と発電ユニット２の細部は省略して、１００台の発電ユニットと保持体の集合４は格子として表現されている。類似の空白の正方形が複数示されているが、これらは格子を省略した１００台の発電ユニットと保持体の集合４である。図２は水深が約３００ｍの場合をイメージして書かれている。この図の集合型潮流発電施設の海底からの高さは、新宿の高層ビル群とほぼ同等である。海面８の上に主柱構造体７の上部に設けられたデッキ９があり、その上に管制室、電力変換室、発電ユニット補修工場、発電ユニット倉庫、居住区等の各種施設群１０が設置されている。【００３２】集合型潮流発電施設を数量的に理解するために、以下に試算例を示そう。海面から深さ２００ｍ、幅１ｋｍの発電施設の発電出力は、１ｍ２当たり１９ｋＷの発電密度の場合、総出力は３８０万ｋＷとなり、大型原子力発電所の２基分を超える電力供給能力が得られる。また、主柱構造体が受け止めなければならない潮流からの推力は、前述試算例では１ｍ２当たり約１．８トン重であったから、総計約３６万トン重になる。１００ｍ間隔で主柱構造体を設置する場合、１組の主柱構造体は約３．６万トン重の推力を受け止める強度を求められる。設計上の安全係数を考慮すれば、主柱構造体は強大な機械的強度を有する構築物となるが、現代の建築技術の射程範囲内にある。
【実施例３】
【００３３】図３は発電ユニットの中心軸を通る部分断面図、図４は中心軸を通る４５度斜め平面に沿った部分断面図であり、両図とも筐体１４は断面図とし、発電ナセル１１とそれを支持する上下左右で計４個のパイロン１３とタービン１２とは外形図で示した。保持体１と発電ユニット２を含めた潮流に正対する全断面積が受け止める海水は発電ユニットの外形を構成する筐体１４の内部に形成されているコンバージェンス・ダイバージェンスノズル１５（以下、増速ノズルと略称する）と、発電ナセル１１の間の水路を通過してタービン１２を駆動するときには、図の寸法関係であれば約２倍に増速される。流体の運動エネルギーから電気エネルギーを取り出すときは、流速の３乗に比例した電気エネルギーを取り出すことができるから、潮流発電で図のように容易に増速ノズルを設置できることは注目に値する。風力発電でも事情は同一であるが、ますます巨大化する現行の風力発電機に増速ノズルの適用が可能か否かを検討すれば、台風などを含めて考慮した場合、非常に困難であると判断されるであろう。このため、集合型風力発電方式は実用性ある設計として取り上げられることがなかった。これに対して、集合型潮力発電方式は発電ユニットを固定的に同一方向に向けて密集して集合するため、増速ノズルの設置が容易な利点がある。【００３４】風力発電では、台風などの強風に対する対策が不可欠であった。潮力発電で台風に相当するのは、一つは台風等による激しい波浪への対策であり、二つには津波の巨大な水量の襲来であろう。台風による破壊力ある波浪は海面に近い領域だけの現象であり、海中の深い領域にはその影響が及ばないから、海面に近い領域だけは、機械的強度を大きく設計した台風仕様の特別な発電ユニットを配置し、水深が一定以上の領域では標準仕様の発電ユニットを配置する実用的な対応が可能である。【００３５】津波は潮流断面積全体にその影響を及ぼす。前述の試算例では、集合型潮流発電が受け止めるべき推力の内、約３分の２が推力から電力を取り出すためにタービンが受け止める推力であった。津波が襲来したら、一時的に電力回線を遮断して発電機を無負荷となし、タービンを空転させてこの推力を逃がすことができる。また、瞬間的なサージ水流に対しては、タービンと発電機間にトルクリミッターを設けて、機械的手段でタービンを空転させる手段を講じておくことも有効である。発電ユニットや保持体が流体力学的に受け止め、最終的に主柱構造体に集められる推力は、設計上の強度確保の工夫や安全係数の取り方で対応できる。
【実施例４】
【００３６】図５は自動着脱装置の側面図であり、主要な内部構造の大略を点線で示している。自動着脱装置３の外被はフェアリングであり、図５では内部構造を点線で示している。フェアリングは図の右側から左側へ向かう潮流を切り分けて左右に排除し、自動着脱装置３の後部に露出している内部構造物と、保持体側の対象作業エリアを潮流から隔離・保護する。【００３７】図５はデッキから新しい発電ユニットを第一の収納構造１７内の着脱機構の上に置き、所定の位置に降りてきて自動着脱装置３本体を保持体１に固定し、これから取り出す発電ユニット１６に向かって第二の収納構造１８に内蔵した着脱機構１９を繰り出しつつある状況を図示している。この着脱機構１９はこの後、保持体１に働きかけて発電ユニット１６の装着・固定を解除して取り外し、空である第二の収納構造１８内に発電ユニット１６を搬入して搬出作業工程を終える。続いて自動着脱装置３は１ユニット分降下して保持体１に固定し、第一の収納構造１７内に保管してきた新しい発電ユニットを第一の収納構造１７に属する着脱機構に載せて図の右側で空となった保持体１のスペースに新しい発電ユニットを搬入し、保持体１に装着・固定して、取り付け作業工程を終える。その後、自動着脱装置３は発電ユニット１６を載せて保持体のガイド機構２１に沿って上昇し、海上のデッキまで上がって、海中での新旧発電ユニットの交換作業工程を完了する。【００３８】浮体２０は自動着脱装置３の自重と搬送物の重量の大部分を中和して、保持体１のガイド機構２１に沿って自動着脱装置３の移動に必要な動力の負荷を低減するエレベータのカウンターウエイトに相当する役割を担っている。自動着脱装置３には多くの設計が可能だが、制御信号等は保持体１のガイド機構に設けた信号線と非接触で授受し、本体の移動動力等の電力は内蔵する電池から供給する自律自走方式が好適であろう。【００３９】自動着脱装置は発電ユニットの交換メンテナンスのために必要であるが、海中で必要とする他のメンテナンス作業にも応用可能である。例えば、カメラ映像による定期点検作業、保護網がある場合の海草等の絡み付きや異物の貼り付き等の除去作業、簡単な補修作業等である。これらのメンテナンス作業に必要な作業要素は実務経験の中で習得・蓄積されるものであり、それら作業に必要なアタッチメント等の追加や運営方式は施設の本格稼働後も永続的に行われるであろう。更に将来的には、自律自走機能を持つ自動メンテナンス装置へと独立・発展することも考えられる。【００４０】また、以上の説明では自動着脱装置は実用性の点から海中では垂直方向にのみ移動するとしたが、機構的にはやや複雑になるが垂直・水平移動併用とすることも不可能ではない。メンテナンス技術の発展段階で、そのような移動モードが採用される可能性もある。
【産業上の利用可能性】
【００４１】例えば深さ２００ｍ、幅１ｋｍの集合型発電施設の総出力は３８０万ｋＷとなり、大型原子力発電所の２基分を超す電力を生産することができる。建設費は大きいが、特に費用がかかる主柱構造体や保持体は構造的に複雑ではなく、長期間の使用に耐えると思われる。また、単機容量が小さい発電ユニットの製品価格は本質的に安価であり、保持体との機械的・電気的インターフェースを維持できるなら、より高性能の設計が提案された場合の乗り換えも容易であり、総合経済性で原子力発電に勝る可能性がある。特に日本は潮流発電に適した多くの海域に恵まれており、安定した信頼できるエネルギー源として、潮流発電の実用化は国家的プロジェクトになりうると思われる。【００４２】発生した電力は、海底ケーブルを用いて直流送電によって需要地に届けるのが第一の選択肢であるが、需要地が遠隔地の場合は、潮流発電施設の海上のデッキに電気分解による水素製造プラントを設置し、デッキに埠頭を設けてタンカーによる海上輸送により水素を需要地に届ける第二の選択肢もあり得る。その場合、主柱構造体等は水素タンクや酸素タンクとしても使用可能であることも考慮に入れて、予め計画したい。
【符号の説明】
【００４３】１    保持体
２    発電ユニット
３    自動着脱装置
４    １００台の発電ユニットと保持体の集合
６    海底
７    主柱構造体
８    海面
９    デッキ
１０  各種施設群
１１  発電ナセル
１２  タービン
１３  パイロン
１４  筐体
１５  コンバージョン・ダイバージョンノズル
１６  これから取り出す発電ユニット
１７  第一の収納構造
１８  第二の収納構造
１９  着脱機構
２０  浮体
２１  垂直ガイド機構
【要約】
【課題】潮流発電に関しては、最適単機容量の観点から導かれる最適設計の指針がまだ確立しておらず、また、多数台利用する場合のメンテナビリティの高い技術について提示されることが少なかった。
【解決手段】発電方式が水力タービン発電機の場合、出力は面積に比例し、所要資材量は体積に比例する２乗３乗則が存在するから、単機容量は海中で実用できる範囲で小さめに設定し、所要台数を多くし、多数のタービン発電機の交換メンテナンスを容易とする自動着脱装置を利用する。潮流の秒速を２．５ｍとした場合、深さ２００ｍ、幅１ｋｍの集合型発電施設は約３８０万ｋＷの出力を得られると試算され、巨大ではあるが現在技術の射程範囲内にある魅力あるエネルギー源となりえる。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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