(57)【要約】【課題】  波からエネルギーを取り出し発電を行う波力発電装置において、荒天時の波力発電装置の故障等を防止することのできる波力発電装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】  胴体３と、胴体３に沿って上下運動する発電ブイ２と、発電機構を有する波力発電装置１において、発電ブイ２が、ブイ本体２１と、ブイ本体２１に固定され内部に気体Ａを充填した膨張体２２を有しており、波力発電装置１が、荒天時に膨張体２２内の気体Ａを外部に放出し、発電ブイ２を海面下に沈降させる荒天制御を行う構成を有している。【選択図】図１
2014105603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体と、前記胴体に沿って上下運動する発電ブイと、発電機構を有する波力発電装置において、
前記発電ブイが、ブイ本体と、前記ブイ本体に固定され内部に気体を充填した膨張体を有しており、
前記波力発電装置が、荒天時に前記膨張体内の気体を外部に放出し、前記発電ブイを海面下に沈降させる荒天制御を行う構成を有していることを特徴とする波力発電装置。
【請求項２】
前記発電ブイが、波の上流となる波上側のブイ正面に対して、側方となるブイ側面にそれぞれ前記膨張体を有していることを特徴とする請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項３】
前記発電ブイが、前記膨張体を設置された境界面に凹部を有しており、
前記凹部が、気体を放出した前記膨張体を格納する構成を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の波力発電装置。
【請求項４】
前記胴体が、前記荒天制御により沈降した前記発電ブイの沈降を停止させるストッパーと、前記発電ブイを前記胴体に固定する固縛装置を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波力発電装置。
【請求項５】
胴体と、前記胴体に沿って上下運動する発電ブイと、発電機構を有する波力発電装置であり、
前記発電ブイが、ブイ本体と、前記ブイ本体に固定され内部に気体を充填した膨張体を有する波力発電装置の制御方法であって、
通常時に、気体を充填された前記膨張体を有する前記発電ブイが、波により上下運動し発電を行う発電制御を行い、
荒天時に、少なくとも前記膨張体内の気体を外部に放出する収縮ステップと、前記発電ブイが海水中に沈降する沈降ステップを行う荒天制御を行うことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海上に浮かべた発電ブイの運動により、波からエネルギーを取り出し発電を行う波力発電装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、波力発電装置として、海面又は海水中に発電ブイを浮かべたものがある（例えば特許文献１参照）。この波力発電装置は、発電ブイが波から受けた外力を、電気に変換して発電を行う発電機構を有している。具体的には、発電ブイの上下運動により、発電ブイ側及び本体側にそれぞれ設置された磁石とコイルを相対的に移動させ、誘導起電力を発生させる構成を有している。この構成により、波力発電装置は、波からエネルギーを取り出し、発電を行うことができる。
【０００３】
また、特許文献１に記載された波力発電装置は、本体側に形成されたバラストタンクを有している。この構成により、この波力発電装置は、台風や津波等の荒天時に、バラストタンクに海水を導入し、本体及び発電ブイを海水中に沈降することができる。この構成により、発電ブイは、波による外力が海面よりも小さくなる海水中に沈降し、波から受ける外力を小さくすることができる。そのため、荒天時の波により、発電ブイが破壊されるという事故を一定は防止することができる。
【０００４】
しかし、上記の波力発電装置は、いくつかの問題点を有している。第１に、海水中にあっても発電ブイによる浮力と、バラストタンクによる重力が発生するため、故障が発生しやすいという問題を有している。これは、海水中に沈降している波力発電装置は、発電ブイの浮力により上向きに生じる外力と、バラストタンクの重力により下向きに生じる外力が常に働いている状態となるからである。具体的には、発電ブイと本体の境界となる摺動部に、上下方向の多大な外力が発生し、この摺動部に故障等が発生してしまう。また、海水中に沈降して多大な外力が生じている波力発電装置は、漂流物等の衝突により容易に故障してしまう。
【０００５】
第２に、波の力が強い場合には、海水中に沈降させた波力発電装置であっても、故障等が発生してしまうという問題を有している。これは、波の影響の少ない海水中であっても、波の力が十分に強い場合には、波力発電装置に多大な外力が発生し、破壊される可能性があるためである。
【０００６】
第３に、比較的浅い場所に杭係留方式（着床方式）で設置された波力発電装置は、荒天時に波力発電装置の故障等を防止することができないという問題を有している。これは、本体が海底に固定されており、波力発電装置を海水中に沈降させることができないからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１３２３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、波からエネルギーを取り出し発電を行う波力発電装置において、荒天時の波力発電装置の故障等を防止することのできる波力発電装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明に係る波力発電装置は、胴体と、前記胴体に沿って上下運動する発電ブイと、発電機構を有する波力発電装置において、前記発電ブイが、ブイ本体と、前記ブイ本体に固定され内部に気体を充填した膨張体を有しており、前記波力発電装置が、荒天時に前記膨張体内の気体を外部に放出し、前記発電ブイを海面下に沈降させる荒天制御を行う構成を有していることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、荒天時の波力発電装置の故障等を防止することができる。これは、荒天時に発電ブイが海面下に位置し、波から受ける外力を低減できるからである。特に、海水中において、発電ブイに生じる浮力が大幅に減少するため、故障等を防止することができる。また、海水中において、発電ブイに発生する波の影響を抑制することができる。これは、膨張体の収縮により発電ブイの投影面積を縮小し、波から受ける外力を抑制することができるからである。更に、杭係留方式（着床方式）で設置された波力発電装置であっても、荒天時の故障等を防止することができる。これは、上記構成が、杭係留方式で設置された波力発電装置にも採用できるからである。
【００１１】
上記の波力発電装置において、前記発電ブイが、波の上流となる波上側のブイ正面に対して、側方となるブイ側面にそれぞれ前記膨張体を有していることを特徴とする。
【００１２】
この構成により、海水中において、発電ブイに発生する波の影響を更に抑制することができる。これは、発電ブイの特にブイ正面の投影面積を縮小し、波から受ける外力を抑制することができるからである。
【００１３】
上記の波力発電装置において、前記発電ブイが、前記膨張体を設置された境界面に凹部を有しており、前記凹部が、気体を放出した前記膨張体を格納する構成を有していることを特徴とする。
【００１４】
この構成により、海水中において、発電ブイに発生する波の影響を更に抑制することができる。これは、発電ブイの投影面積を更に縮小し、波から受ける外力を抑制することができるからである。
【００１５】
上記の波力発電装置において、前記胴体が、前記荒天制御により沈降した前記発電ブイの沈降を停止させるストッパーと、前記発電ブイを前記胴体に固定する固縛装置を有していることを特徴とする。
【００１６】
この構成により、荒天時の海水中において、発電ブイの故障等を防止することができる。これは、発電ブイが、波の影響により海水中で上下運動し、胴体等との間で衝突を起こさないからである。
【００１７】
上記の目的を達成するための本発明に係る波力発電装置の制御方法は、胴体と、前記胴体に沿って上下運動する発電ブイと、発電機構を有する波力発電装置であり、前記発電ブイが、ブイ本体と、前記ブイ本体に固定され内部に気体を充填した膨張体を有する波力発電装置の制御方法であって、通常時に、気体を充填された前記膨張体を有する前記発電ブイが、波により上下運動し発電を行う発電制御を行い、荒天時に、少なくとも前記膨張体内の気体を外部に放出する収縮ステップと、前記発電ブイが海水中に沈降する沈降ステップを行う荒天制御を行うことを特徴とする。この構成により、前述と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る波力発電装置によれば、荒天時の波力発電装置の故障等を防止することのできる波力発電装置及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る実施の形態の波力発電装置の発電制御時の三面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の波力発電装置の荒天制御時の三面図である。
【図３】本発明に係る異なる実施の形態の波力発電装置の発電制御時の発電ブイの断面図である。
【図４】本発明に係る異なる実施の形態の波力発電装置の荒天制御時の発電ブイの断面図である。
【図５】本発明に係る異なる実施の形態の波力発電装置の正面図である。
【図６】本発明に係る異なる実施の形態の波力発電装置の発電ブイの平面図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る実施の形態の波力発電装置について、図面を参照しながら説明する。図１に本発明の実施の形態の波力発電装置１の三面図を示す。なお、図１の波力発電装置１は、胴体３を海底Ｇにアンカー４で固定した杭係留方式（着床方式）を採用した例である。
【００２１】
波力発電装置１は、胴体３と、胴体３に沿って上下運動する発電ブイ２と、図示しない発電機構を有している。この発電ブイ２は、ブイ本体２１と、ブイ本体２１に固定され内部に気体を充填した膨張体２２を有している。また、この発電ブイ２は、波の上流となる波上側のブイ正面２Ｆに対して、側方となるブイ側面２Ｓにそれぞれ膨張体２２を有している。なお、白抜きの矢印Ｗは、波の進行方向を示している。
【００２２】
次に、発電ブイ２について詳しく説明する。発電ブイ２は、胴体３に対して上下運動が可能となるように配置されている。また、発電ブイ２のブイ本体２１は、例えば鉄等の硬度の高い材料で構成されることが望ましい。更に、ブイ本体２１の両側面に設置された膨張体２２は、内部に空洞を有し、且つ変形可能な例えばゴム等の材料で構成されている。この膨張体２２は、内部に例えば空気、又は窒素その他の気体を充填するための連通口２３を有している。
【００２３】
次に、胴体３内に配置され、図示しない発電機構について詳しく説明する。この発電機構は、発電ブイ２が有する運動エネルギーを、磁気を介して伝達するように構成されている。具体的には、例えば発電機構及び発電ブイ２にそれぞれ磁石を配置する。発電ブイ２が波により上下運動すると、発電機構に設置された磁石が追従して上下運動する。発電機構は、この磁石の上下運動からエネルギーを取り出し、発電を行う。
【００２４】
なお、発電機構が、発電ブイ２から機械的に運動エネルギーを伝達されるように構成してもよい。例えば、発電ブイ２に設置したフレームやワイヤー等で、発電機構の発電機を回転させるように構成してもよい。また、特許文献１に記載されたように、発電ブイ２側に磁石を設置し、発電機構側にコイルを設置し、誘導起電力を発生させるように構成してもよい。
【００２５】
次に、通常（発電制御）時の波力発電装置１の作動について説明する。通常時において、膨張体２２は、空気等の気体を充填された状態であり、浮力が大となる状態である。この膨張体２２を有する発電ブイ２は、波により上下運動する。発電機構は、発電ブイ２の運動エネルギーを変換し、発電を行う（発電ステップ）。
【００２６】
次に、荒天（荒天制御）時の波力発電装置１の作動について図２を参照しながら説明する。図２に、荒天（荒天制御）時の波力発電装置１の三面図を示す。まず、台風の接近等の情報を得た場合には、作業者がボート等で波力発電装置１に接近する。作業者は、連通口２３を開放し、膨張体２２内の気体を抜き、膨張体２２を収縮させる（収縮ステップ）。このとき発電ブイ２は、膨張体２２の収縮に伴って浮力を失い、胴体３に沿って海水中への沈降を開始する（沈降ステップ）。沈降した発電ブイ２は、胴体３に固定されたストッパー５に接触し、沈降を停止する。ストッパー５に接触した発電ブイ２は、固縛装置６により固定される（固定ステップ）。このストッパー５は、発電ブイ２が、荒天時に波が最も低くなる位置（波底ＷＬＯ）よりも低い位置まで沈降するように構成されている。
【００２７】
次に、天候が回復した際の復旧時の作業について説明する。復旧（復旧制御）時には、ダイバーが潜水し、固縛装置６を解除するとともに、連通口２３から膨張体２２に気体を充填する（復旧ステップ）。発電ブイ２は、浮力を得て海面上に浮上し、発電を再開する。以上で復旧作業を完了する。
【００２８】
上記の構成により、波力発電装置１は、以下の作用効果を得ることができる。第１に、荒天時の波力発電装置１の故障等を防止することができる。これは、荒天時に発電ブイ２が海面下に位置し、波Ｗから受ける外力を低減できるからである。特に、海水中において、発電ブイ２に生じる浮力が、自重で沈降可能な程度まで大幅に減少し、波力発電装置１に多大な外力が生じないため、故障等を防止することができる。
【００２９】
第２に、海水中において、発電ブイ２に発生する波Ｗの影響を抑制することができる。これは、膨張体２２の収縮により発電ブイ２の投影面積を縮小し、波Ｗから受ける外力を抑制することができるからである。
【００３０】
第３に、杭係留方式（着床方式）で設置された波力発電装置であっても、荒天時の故障等を防止することができる。これは、上記構成が、杭係留方式で設置された波力発電装置１にも採用できるからである。
【００３１】
第４に、荒天制御時に、発電ブイ２を固縛装置６で固定する構成により、発電ブイ２等の故障等を抑制することができる。これは、海水中において、発電ブイ２が波Ｗの力により上下運動し、故障等が発生する事故を防止できるからである。
【００３２】
なお、膨張体２２を配置する位置は、荒天時に発電ブイ２が海水中に沈降することができれば、前述の構成に限定されない。しかし、図１及び図２に示すようにブイ本体２１の両側となるブイ側面２Ｓに設置することが望ましい。これは、発電ブイ２において、ブイの長手方向を軸とするより大きな回転モーメントの発生を抑制するためである。この回転モーメントの発生の抑制により、発電ブイ２の上下運動に抵抗が生じ、発電効率が低下してしまうことを防止できる。また、波の上流側である波上側に膨張体２２が面しないように配置する構成により、漂流物の衝突による膨張体２２の破壊を防止することができる。これは、漂流物が、膨張体２２よりも硬度の高いブイ本体２１に衝突する可能性が高くなるからである。
【００３３】
また、荒天制御において、膨張体２２内の気体は、真空ポンプ等で吸引し、負圧とすることが望ましい。この構成により、海水中の発電ブイ２が、波から受ける外力を低減することができるからである。これは、膨張体２２が収縮し、発電ブイ２の波の進行方向に平行となる方向における投影面積を小さくすることができるからである。
【００３４】
更に、膨張体２２内の気体の放出（吸引）及び充填は、連通口２３の開閉制御装置やポンプ等を設置し、自動制御又は遠隔操作で行えるように構成してもよい。この構成により
、津波の発生等、検知から波の到来まで時間が短い場合であっても、発電ブイ２を迅速に海水中に沈降させ、波力発電装置の故障を防止することができる。また、復旧作業を容易且つ迅速に行うことができる。
【００３５】
図３に、本発明に係る異なる実施の形態の波力発電装置の発電制御時の発電ブイ２Ａの断面図を示す。この発電ブイ２Ａは、ブイ側面２Ｓにそれぞれ膨張体２２を有している。また、発電ブイ２Ａのブイ本体２１Ａは、膨張体２２を設置された境界面に凹部２４を有している。ここで、Ａは、膨張体２２に充填された空気等の気体を示している。
【００３６】
図４に、荒天制御により、発電ブイ２Ａから気体Ａを放出させた際の断面図を示す。気体Ａの放出により、膨張体２２は収縮し、凹部２４に収納されるように構成している。この構成により、発電ブイ２Ａは、海水中において波から受ける外力を更に低減することができる。これは、膨張体２２がブイ本体２１Ａに収納され、発電ブイ２Ａの投影面積を更に小さくすることができるからである。特に、膨張体２２内の気体を、真空ポンプ等で吸引し、負圧とすることで、膨張体２２の収納を容易且つ迅速に実現することができる。
【００３７】
図５に、本発明に係る異なる実施の形態の波力発電装置の正面図を示す。この波力発電装置１Ｂは、胴体３Ｂの下方に設置された浮力体３１と、浮力体３１の下方に延伸した延伸部材３２と、海底Ｇに固定されたアンカー４Ｂと延伸部材３２を連結するワイヤー３３を有している。また、浮力体３１は、発電ブイ２を固縛する固縛装置６を有している。この波力発電装置１Ｂは、図１及び２に示した杭係留方式（着床方式）と異なり、ワイヤー３３により係留する単索緊張係留方式を採用した例である。
【００３８】
ここで、浮力体３１の浮力は、波力発電装置が発電制御時に波により大きく揺れず、発電ブイ２が同調制御で運動した際の反発力でワイヤーが緩まず、且つ発電ブイが同調制御で運動した際も、発電ブイの姿勢を保つように決定することが望ましい。同調制御とは、波の上下運動に合わせて、発電ブイに動力を付加し、波から最も効率的にエネルギーを取り出す制御をいう。
【００３９】
上記の構成により、波力発電装置１Ｂは、以下の作用効果を得ることができる。第１に、単索緊張係留方式の採用により、深度の深い沖合い等でも波力発電装置を設置することができる。なお、深度の深い場所で、杭係留方式を採用するとコストが大幅に増加してしまう。
【００４０】
第２に、延伸部材３２の設置により、延伸部材３２の下部に固定のバラストウエイト３４を入れて、波力発電装置１Ｂの安定性を向上することができる。波力発電装置１Ｂは、低重心化により胴体３Ｂが垂直となるように安定するため、発電ブイ２の上下運動に抵抗を与える可能性が低下し、発電効率を向上することができる。また、発電ブイ２に故障等が発生する可能性を抑制することができる。ここで、延伸部材３２は、波力発電装置１Ｂの大きさにもよるが、例えば１０ｍ程度の長さとすることが望ましい。
【００４１】
なお、膨張体２２内の気体を放出させた後、浮力体３１又は延伸部材３２の一部に海水等を充填するように構成してもよい。この構成により、発電ブイ２を海水中に沈降させることができる。また、発電ブイ２が海水中に沈降している際に、ワイヤー３３に発生する張力を低減することができる。そのため、ワイヤー３３及びアンカー４Ｂのコストを低減することができる。
【００４２】
図６に、本発明に係る異なる実施の形態の波力発電装置の発電ブイの平面図及び側面図を示す。この発電ブイ２Ｃは、波Ｗの上流となる波上側に、保護部材２５を有している。この保護部材２５は、膨張体２２の前面を全て覆うように構成することが望ましい。
【００４３】
この構成により、漂流物が例えばゴム製の膨張体２２に衝突し、膨張体２２が破壊される事故を防止することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１、１Ｂ      波力発電装置
２、２Ａ、２Ｃ       発電ブイ
２Ｆ          ブイ正面
２Ｓ          ブイ側面
３、３Ｂ      胴体
４、４Ｂ      アンカー
５            ストッパー
６            固縛装置
２１、２１Ａ  ブイ本体
２２          膨張体
２３          連通口
２４          凹部
Ａ            気体（空気）
Ｗ            波
【図１】
2014105603.tif 000003
【図２】
2014105603.tif 000004
【図３】
2014105603.tif 000005
【図４】
2014105603.tif 000006
【図５】
2014105603.tif 000007
【図６】
2014105603.tif 000008