(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海の波の動きによって作動されて少なくとも一部が海水中に浸される浮力体（１）を用いて海の波からエネルギーを引き出すためのシステムであって、前記浮力体は、その長手方向の延在がその高さおよび幅の倍数に相当し、ケーブル（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）が前記浮力体から浮力体の下側に設けられる互いに離間される固定基準点（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）へと外側に広がって延び、前記ケーブルのうちの少なくとも１つが前記浮力体を軌道に案内するためのガイドケーブルとして設けられ、少なくとも１つのケーブルが波エネルギーを少なくとも１つのエネルギー変換器（８）へと伝えるための作用ケーブルとして設けられるシステムにおいて、前記ケーブル（Ｓ）の全てが前記浮力体（１）上の共通の中心取り付けデバイスに取り付けられ、前記中心取り付けデバイスは、少なくとも波方向に対する前記浮力体（１）の自由な調整を可能にすることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記ケーブル（Ｓ）は、１つまたは複数の取り付けデバイス（３）によって前記浮力体（１）に受動的に取り付けられ、前記浮力体からは、前記各ケーブル（Ｓ）が、場合により前記固定基準点（６）の領域に設けられる偏向手段（Ｕ）を介して、前記エネルギー変換器（８）へと延びるとともに、ケーブル牽引および／またはケーブル長を制御するために使用される前記デバイス（９）へと延びることを特徴とする請求項１に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項３】
少なくとも３本のケーブル（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）が前記浮力体（１）に取り付けられ、前記ケーブル（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）のそれぞれは、少なくとも３つの前記固定基準点（６）のそれぞれで前記ケーブルに割り当てられる偏向手段（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）を介して、前記エネルギー変換器（８）およびケーブル制御および／またはケーブル牽引のための前記デバイス（９）へと延びることを特徴とする請求項１または２に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項４】
前記ケーブル（Ｓ１〜Ｓ３）のそれぞれは、必要に応じて、前記浮力体（１）のためのガイドケーブルとして、および、波エネルギーを前記エネルギー変換器（８）へ伝えるための作用ケーブルとして使用され得ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項５】
前記浮力体（１）の動作経路を変えるために、波から遠い前記ガイドケーブル（Ｓ３）は、調整可能な長さで固定され得るおよび／または動作中に制御され得ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項６】
波に最も近い前記作用ケーブル（Ｓ２およびＳ３）のそれぞれのケーブル長さは、前記浮力体（１）の動作中に制御され得ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項７】
個々の前記ケーブル（Ｓ）の制御は、到来する波の山のそれぞれの進行方向に適合され得ることを特徴とする請求項５または６に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項８】
波の山へと乗り上げられる前記浮力体（１）の積極的な戻りを達成するために、制御可能な牽引力が波に最も近い前記作用ケーブル（Ｓ２、Ｓ３）のそれぞれに加えられ得ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項９】
前記エネルギー変換器（８）が発電機であり、作用ケーブルとして使用され得る前記ケーブル（Ｓ２、Ｓ３）のそれぞれが前記発電機を直接的に或いは間接的に駆動させるようになっていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項１０】
前記浮力体（１）は、極端な天候状態の猛威から保護するために水の動きが小さい水深へと下降され得ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項１１】
前記浮力体（１）が高い浮力を伴う低いそれ自体の重量を有し、前記浮力体（１）の制御された冠水によって浮力が変えられ得ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項１２】
前記エネルギー変換器（８）およびケーブル牽引制御および／またはケーブル牽引のための前記デバイス（９）は、海面よりも上側の固定構造体（７）上に海水から保護される態様で配置されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項１３】
洋上風力発電設備へシステムを導入し、海水から保護される前記エネルギー変換デバイス（８）、および、ケーブル牽引制御のための前記デバイスは、いずれの場合にも、塔（７）上に或いは塔（７）内に或いは風力発電設備のエンジン室内に配置されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項１４】
複数のシステムが、単独で或いは風力発電ファームと組み合わせて建てられ得るエネルギーファームのモジュールを形成するように接続され得ることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項１５】
前記浮力体（１）のための前記固定基準点（６）は、適した固定法により静止した位置に固定され得る或いは適した成形によって高レベルの慣性を有する水中建造物に設けられることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項１６】
前記浮力体（１）に締結される前記ケーブル（Ｓ）が海水／液圧ポンプへと延び、該ポンプから出ていく圧力ラインが前記エネルギー変換器へと延び、該エネルギー変換器で液圧が電気エネルギーへと変換されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の海の波からエネルギーを引き出すためのシステム。
【請求項１７】
請求項１〜１６に記載のシステムを使用する海の波からエネルギーを引き出すための方法であって、一連の以下のステップ、すなわち、
−前記浮力体の軌道の望ましい半径および傾きに応じて、波から遠い側にあるガイドケーブルの長さが調整されるステップと、
−望ましい浸水深さ或いは望ましい牽引力が達成されるまで、波の山が接触されるときに、波に最も近い浮力体の側にある作用ケーブルが停止されるステップと、
−その後、所定の力または速度での前記浮力体の動作が可能になり、それにより、前記浮力体が機械的なエネルギーを前記作用ケーブルを介して前記エネルギー変換器へ伝えるステップと、
−波の山に達した後に、前記浮力体がその開始位置へ戻る或いは引き戻されるステップと
によって特徴付けられる方法。
【請求項１８】
前記浮力体のその開始位置への動作は、１つまたは複数の作用ケーブルを介してもたらされるケーブル牽引力によって積極的に支援されることを特徴とする請求項１７に記載のエネルギーを引き出すための方法。
【請求項１９】
前記ガイドケーブルの長さは、最適な動作経路を得るために前記浮力体の動作前に或いは動作中に適合されることを特徴とする請求項１７に記載のエネルギーを引き出すための方法。
【請求項２０】
前記作用ケーブルを介してもたらされる力は、前記浮力体の波の谷への浸水深さを調整するために使用されることを特徴とする請求項１７に記載のエネルギーを引き出すための方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海の波の動きによって作動されて少なくとも一部が海水中に浸される浮力体を用いて海の波からエネルギーを引き出すためのシステムおよび方法であって、浮力体は、その長手方向の延在がその高さおよび幅の倍数に相当し、ケーブルが浮力体から該浮力体の下側に設けられる互いに離間される固定基準点へと外側に広がって延び、ケーブルのうちの少なくとも１つが浮力体を軌道に案内するためのガイドケーブルとして設けられ、少なくとも１つのケーブルが波エネルギーを少なくとも１つのエネルギー変換器へと伝えるための作用ケーブルとして設けられる、システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の文脈において、エネルギー変換器は、浮力体の機械的なエネルギーを機械的な手段を使用して電気エネルギーまたは液圧エネルギーへ変換するために設けられるシステムまたは機器を意味するべく理解される。
【０００３】
環境保護の目的を達成するべく、化石燃料に依存しないように、また、核エネルギーから撤退するために、再生可能エネルギー源の開発が世界中で進められている。大洋および海では、海の波の形態で多大なエネルギーを利用することができるが、その可能性は、現在、発電のために経済的に殆ど生かされてきていない。
【０００４】
ここ数十年の間、この分野では、世界中で研究が行なわれてきており、海の波エネルギーを使用するための多くの方策が生み出されてきた。したがって、様々なシステムが出現したが、これまでは、これらのシステムうちの僅かだけしか試作品段階の枠を超えなかった。プロトタイプをもたらしたこれらのプロジェクトの大部分は、結局のところ、極端な海の動作状態の激しさに起因して、試験中に失敗に終わった。また、周囲環境の腐敗した状態は、設備の耐久性および設備の機能の信頼性に関する重大な問題を引き起こした。他のモデルは、自然の海の動作状態では、それらの予測されたシステム性能の背後で依然として健全なままである。プロジェクトのうちのほんの僅かだけが、既存のエネルギー供給網へエネルギーを供給する商業的運用ができる状態に達した。
【０００５】
本発明は、専ら、垂直に、水平に、または、両方向に組み合わせて移動される複数の本体の相対的な動きが電気エネルギーまたは液圧エネルギーへ変換されるシステムに関する。移動体を伴うこれらのいわゆるシステムは、少なくとも理論的な観点から、それらが非常に高い効果度合いを達成できるようにするため、関連する文献において最も大きな注目を受けた。
【０００６】
波変換のためのシステムの本質的な評価基準は、技術的な効果度合い、すなわち、設備電力と波から利用できる電力との商である。所定の場所および所定の設備規模において、それは、エネルギー収量のレベルを明確に決定する。技術的な効果度合は別として、システムのコストは、経済的運用のための主要な決定的要因である。これらのコストは、設備を建築し、維持し、除去するためのコスト、および、必要な基本的施設のコストから成る。高いレベルの投資コストおよびメンテナンスコストを要する妥当なレベルの効果を伴う技術的に効率的な設備の単純で頑丈な構造は、経済的な観点全体から優れていると見なされる場合がある。したがって、海の波からのエネルギー変換のための新たなシステムの開発中においては、低い電力生成コストを達成するために、技術的な効果度合いとシステムのコストの両方の基準が考慮されなければならない。
【０００７】
専門文献（Ｄｒ．Ｉｎｇ．Ｋａｉ−Ｕｗｅ  Ｇｒａｗ，“Ｗｅｌｌｅｎｅｎｅｒｇｉｅ−ｅｉｎｅ  ｈｙｄｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｃｈｅ  Ａｎａｌｙｓｅ”，ＩＳＳＮ０１７９−９４４４，ＩＧＡＷ  ＢＵＧＨ  Ｗｕｐｐｅｒｔａｌ，ｓｅｃｔｉｏｎ８，ｐａｇｅ８−８）は、波により固定基準点に対して移動されてその際に発電機を駆動させる浮体の動作原理を開示する。この目的のため、浮力体は、ケーブルシステムを介して、ケーブルが約４５°で広げられるように波の方向で且つ波の方向と対向して海底で離間される２つの固定点に対して固定される。固定ケーブルのうちの１つは、作用ケーブルとして、浮力体に配置される２つの液圧シリンダに接続され、他の固定ケーブルは、浮力体のためのガイドケーブルとして、浮力体および海底の両方に固定される。波の動きの結果としての浮力体の上下動作中および前後動作中のいずれにおいても、第１の固定ケーブル（作用ケーブル）は、浮力体に呼応して動作を起こし、その場合に、２つの液圧シリンダが作動される。このように発生される液圧は、発電機に基づく発電のために浮力体に配置されるエネルギー変換器で使用される。
【０００８】
この最中に、他の固定ケーブル（ガイドケーブル）は、固定取り付け点の周囲の軌道（円弧部分）に基づき、ケーブルの張り縄で導く方向により固定される波に対する方向に、浮力体を案内する。
【０００９】
仏国特許出願公開第２８６９３６８号明細書は、海の波からのエネルギー回収のためのシステムであって、“Ｇｒａｗ”により記載されるシステムの場合と同様に水平方向および垂直方向の両方向での波動作を生かすことができるシステムについて記載する。この目的のため、ディスク状のプラットフォームの形態を成す浮力体が、海底にある３つの互いに離間される取り付け点に一端が固定されるケーブルと接続される。その場所から、ケーブルは、プラットフォームに配置される偏向ローラにより、プラットフォームの下側の中央に配置されてケーブルの端部に取り付けられる共通のバラスト体へと案内される。バラスト体は、それ自体の重量により、ケーブルを常に張った状態に維持する。プラットフォームが波の影響を受けて上下に移動したり行ったり来たりするにつれて、偏向ローラは、それを介して案内されるケーブルにより回転方向に交互に駆動されて、取り付けられた発電機またはそれとしてはタービン発電機ユニットを駆動させる高圧ポンプを駆動させることによりエネルギーを変換する。
【００１０】
いずれのシステムも不都合を有する。“Ｇｒａｗ”により記載されるシステムは、波方向がシステムの方向に対応するときにしか浮力体が移動できる効率的な軌道を得ることができないという不都合を有する。システムは波方向の変化に適合できず、そのため、性能の損失を考慮に入れる必要がある。
【００１１】
更なる不都合は、エネルギー変換デバイスおよびそれらの必要な制御器が浮力体に直接に配置され、その場所で、エネルギー変換デバイスおよび制御器が海気の腐食性雰囲気および海水に直接に晒されるという点において見られる。したがって、この記載のシステムにおいては動作の寸断や故障が予期されなければならず、いずれの場合にも、高レベルのメンテナンス努力がなされなければならない。また、エネルギー変換および制御のために使用されるデバイスの質量は、移動システムの全体の質量の増大をもたらし、それにより、移動特性が悪影響を受ける。
【００１２】
前述した不都合は、部分的には、仏国特許出願公開第２８６９３６８号明細書のシステムからも予期されるべきであり、この出願では、エネルギー変換デバイスも浮力体、このケースではプラットフォームに直接に配置される。このシステムでは、浮力体がそのディスク状の形状に起因して全方向で同じ動作態様を許容するため、波方向に対する浮力体の方向は重要ではないが、波の進行方向に対して垂直に向けられるとき更に大きい幅のエネルギー流により捕捉される長尺な浮力体の利点がそれにより犠牲にされる。既知のシステムでは、該システムが目標とされる案内を受けないため、浮力体の動作中に特定の軌道を描くことができない。
【００１３】
最後に、米国特許第５，０６６，８６７号明細書は、エネルギー変換デバイスが水面下に固定状態で配置されるシステムを開示し、そのため、その場合には、腐食により引き起こされる不都合および困難なメンテナンス作業も予期されるべきである。また、この構成では、システムが目標とする案内を受けないため、浮力体の動作中に軌道を描くこともできない。類似のシステムは，英国特許公開公報第２，０１５，６５７号および米国特許第５，８０８，３６８号明細書においても公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２８６９３６８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，０６６，８６７号明細書
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｄｒ．Ｉｎｇ．Ｋａｉ−Ｕｗｅ  Ｇｒａｗ，“Ｗｅｌｌｅｎｅｎｅｒｇｉｅ−ｅｉｎｅ  ｈｙｄｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｃｈｅ  Ａｎａｌｙｓｅ”，ＩＳＳＮ０１７９−９４４４，ＩＧＡＷ  ＢＵＧＨ  Ｗｕｐｐｅｒｔａｌ，ｓｅｃｔｉｏｎ８，ｐａｇｅ８−８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
Ｇｒａｗにより記載される従来技術に基づき、本発明の目的は、海の波からエネルギーを引き出すためのシステムであって、場所で変わる波方向の場合であっても高いエネルギー収量をもって波エネルギーの効率的な使用を可能にするとともに、低い投資コストと簡単な技術とにより低いメンテナンスで高い利用可能性を成すシステムを生み出すことである。また、システムは、洋上風力発電設備との組み合わせによる相乗効果を十分に引き出すのに適していなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
目的を達成するために、本発明によれば、ケーブルの全ては，浮力体の共通の中央取り付けデバイスに取り付けられることが提案され、中央取り付けデバイスは、浮力体を少なくとも波方向に対して自由に調整することを可能にする。これは、特に、浮力体を空間内で波方向に対して自由に方向付けることができる場合、例えば、全てのケーブルを浮力体に取り付けるために中央の垂直軸の領域で回転スピンドルが使用されるという点において行なうことができる。これは、浮力体の垂直軸周りで回転できるように装着されてケーブルが取り付けられる回転ディスクによって構成することができる。或いは、浮力体の前記調整機能を得るために、ケーブルの係合点の浮力体に対する動きを許容するレールシステムを使用することができる。これは無限に湾曲するレールから成り、該レール上でキャリッジが略水平な面上で循環し、該キャリッジにケーブルが取り付けられる。いずれのケースでも、浮力体が取り付け具に対して回転でき或いは調整できる。浮力体が波の山と平行に方向付けられた後、浮力体の並進動作が、波から遠い固定取り付け点または波から遠い複数の固定取り付け点を中心とする円弧経路に沿って行なわれる。
【００１８】
従来技術では、海底上の固定取り付け点により予め設定されて好ましくは最も予期される波方向に対応する好ましい位置でケーブルが浮力体を保持するが、本発明の浮力体は、波方向が変化している場所であっても最適なエネルギー収量が期待されるべき位置へ浮力体が回動できるように移動可能に装着される。本発明に係る浮力体は長尺な態様で形成され、浮力体の長手方向の延在がその高さおよび幅の倍数に相当するため、波の山が到来してくる場合には、波の山に最も近い浮力体の端部が最初に捕捉され、それにより、浮力体は、波の山と平行な位置へと回転され、したがって、波に対して最適に方向付けられる。この効果は、船舶で知られる船の「ブローチング」に類似する。また、浮力体には、目標とされる改良された態様で動作挙動に影響を与えるための先端形状を設けることができる。
【００２１】
本発明の有利な実施形態では、浮力体から出るケーブルを浮力体に対して受動的態様で締結するようになっており、この浮力体から、各ケーブルは、場合により固定基準点の領域に設けられる偏向手段を介して、エネルギー変換器へと延びるとともに、ケーブル牽引および／またはケーブル長を制御するために使用されるデバイスへと延びる。「受動的」とは、この文脈では、ケーブルが取り付けデバイスを介して浮力体に接続されて、発電のために使用される相対的な動きがケーブルと浮力体との間で行なわれないことを意味する。「制御」という用語は、ここでは、非制限的な態様で使用されるが、規制、例えばバックループを使用する制御を含むようにも意図される。
【００２３】
一方、広く行き渡る波の方向が一定である浅水域では、２本のケーブルのみを伴う前述した設備をもたらすことができるが、本発明の１つの特定の特徴によれば、少なくとも３本のケーブルが浮力体に取り付けられるのが好ましく、ケーブルのそれぞれは、ケーブルに割り当てられて少なくとも３つの固定基準点のそれぞれに取り付けられる偏向手段を介して、エネルギー変換器およびケーブル制御デバイスへと延びる。
【００２４】
本発明の１つの特定の特徴によれば、ケーブルのそれぞれは、必要に応じて、浮力体のためのガイドケーブルとして、および、機械的なエネルギーをエネルギー変換器へ伝えるための作用ケーブルとして使用され得るようになっている。
【００２５】
特に、自由に方向付けられ得る浮力体の場合には、前述した構成により、波の進行方向に対応する方向にシステムの動作経路を向けることができる。したがって、システムは、常に、様々な波方向と効果的に協働し、それにより、波方向が変化する場所であっても、高いエネルギー収量を得ることができる。
【００２６】
また、本発明は、浮力体の動作経路を変えるために、波から遠いガイドケーブルを調整可能な長さで固定できるおよび／または動作中に制御できるようになっている。このようにすると、それぞれの波状態に適合した浮力体のための経路を調整することができ、また、場合により、有効な利用に関して前記経路を波動作中に補正することもできる。波から遠い側にあるケーブルの長さは、ケーブル端に取り付けられる浮力体が必然的に移動する軌道の半径および傾きを決定するが、制御およびエネルギー伝達は、波に最も近いそれぞれの１または複数のケーブルを介して行なわれる。
【００２７】
有利な態様において、本発明の他の特徴によれば、波に最も近い作用ケーブルを浮力体の動作中に制御できる。ケーブルは、波の山に直面すると、望ましい浸水深さ或いはケーブルに作用する望ましい牽引力が達成されるまで停止される。その後の時間間隔では、浮力体の動作が所定の力または速度で可能になり、その場合、浮力体は、ケーブルおよびそれらの偏向を介して、機械的なエネルギーをエネルギー変換器へ伝える。
【００２８】
システムの動作特性（例えば、浮力体の円弧の半径、傾き、振幅、浸水深さ、速度、動作方向など）は、制御システム／調整システムを介してそれぞれのケーブル長さおよび浮力体に作用する力を調整することによって調整され得る。したがって、一般的には、３本のケーブルの動作の協働により、流体力学的に効率の良い動作を三次元空間内で行なうことができる。３本のケーブル全てを用いることで、エネルギーが引き出されるか、エネルギーが導入されるか、或いは、エネルギー変換が生じない。このようにすると、最適なエネルギー収量を達成するために、パラメータを、常に、現在の波の状態（例えば、波高、波長、周期、および、波の方向など）に適合させることができる。
【００２９】
本発明の１つの特定の特徴によれば、波の方向スペクトルのより良い使用を達成するため、個々の作用ケーブルの制御を到来する波の山のそれぞれの進行方向に適合させることができる。これは、例えば、２本の作用ケーブルを伴う構成の場合に、個々の波が到来している方向からより大きな動作振幅がケーブルにおいて可能になるという点において行なわれ得る。
【００３０】
浮力体は、波の山に達した後、その開始位置へと自動的に戻る。積極的な戻し構成に起因して、実際に浮力体がその開始位置へと急速に戻るのが分かった。実験では、これらの特徴を使用して、高周波数の短い波の領域でエネルギー収量をかなり増大することができた。また、牽引力および戻し力の制御により、波の谷の中への浮力体の浸漬を増大させることができる。これにより、解析的な観察で分かるように、エネルギー収量が更に増大する。したがって、本発明によれば、波の山へと乗り上げられる浮力体の積極的な戻りを達成するために、または、その浸水深さを制御するために、制御可能な牽引力が波に最も近い作用ケーブルのそれぞれに加えられ得ることが提案される。
【００３１】
好ましくは、エネルギー変換器が発電機であるようにし、また、波に最も近い作用ケーブルまたは波に最も近い複数の作用ケーブルが発電機を直接的に或いは間接的に駆動させるようになっている。発電機は、それ自体知られる態様で、ケーブルディスクにより駆動させることができ、該ケーブルディスクを用いて、エネルギー伝達のために設けられるケーブルが案内される。したがって、回転方向の変化を自由な回転により補償できる。或いは、例えば、１または複数のケーブルを介して直接的に或いは間接的に圧縮空気シリンダまたは液圧シリンダによって動作されるリニア発電機または他の既知のエネルギー変換器を使用できる。
【００３２】
極端な天候状態の猛威から保護するために、本発明の他の提案によれば、水の動きが小さい水深へと浮力体を下降させることができる。この目的のため、浮力体の一部を一時的に海水で冠水させることができる。浮力体は、それが上向きの力を作用ケーブルおよびガイドケーブルに及ぼすような度合までしか冠水されないことが好ましい。したがって、極端な天候状態が弱まった後、ケーブルを緩めることによって浮力体を水面へと案内できる。浮力体はポンプによって排水される。このポンプは、浮力体の表面に設置された太陽電池によって或いはバッテリーによって作動され得る。或いは、排水は、浮力体の下側領域にある永久的な浮力手段を用いて行なうことができる。
【００３３】
波の状態に対する適合性の向上を果たすために、また、万が一浮力体がその固定物から解き放たれた場合に周囲の構造または船舶を損傷させる危険を減らすために、浮力体自体が高い浮力を伴って重量が低く、浮力体の制御された冠水によって浮力が変えられ得ることが更に提案される。合成材料に基づく構造が有益である。大気圧を超える内圧によってその形状が支えられる圧力体として浮力体を形成することが実現可能である。したがって、柔軟な材料を使用することもできる。柔軟な外皮を有する圧力体として浮力体を形成する際には、収容される空気量が一時的に減少されるという点において、水の動きが小さい水深へと浮力体を下降させると、必要な力を減らすことができる。
エネルギー変換器およびケーブル制御デバイスが海水から保護されれば特に有益である。これは、例えば、本発明によれば、エネルギー変換器およびケーブル制御デバイスが海面よりも上側にある固定構造体に配置される場合に達成される。そのような位置は、例えば、海底に固定されて最も高い予期される波の山よりも十分上側に突出するマストまたは塔であってもよい。そのような配置は、システムの繊細な構成部品にとってより良好な保護を与え、それにより、システムの機能的安全性が明らかに高められるとともに、メンテナンス作業が減少される。
【００３４】
本発明の特に有利な提案は、洋上風力発電設備へシステムを接続し、海水から保護されるエネルギー変換デバイス、および、ケーブル牽引制御のためのデバイスが、いずれの場合にも、風力発電設備の塔上に或いは塔内に配置され或いは風力発電設備のエンジン室内に組み込まれるようにする。したがって、風力発電設備の物理的構造には圧縮力のみが作用して傾動モーメントが作用しないため、構造または静力学を大きく変更せずに、既存の設備または新たな建造物へのシステムの組み込みが可能である。
【００３５】
また、単独で或いは風力発電ファームと組み合わせて建てられ得るエネルギーファームのモジュールを形成するように多数のシステムを接続できることも有益である。システムは、それらの固定物が少なくとも部分的に複数のシステムにより同時に使用されるように配置され得る。複数のシステムが風力発電ファームに接続されるときには、それらのシステムが風力発電ファームを境界付けるように、したがって、それらのシステムが風力発電設備の領域で海の動きのエネルギーを減少させるようにシステムを配置できる。
【００３６】
深海の領域において、浮力体のための固定基準点はまた、適した固定法により静止した位置に固定され得る或いは適した成形によって大きな流体力学的質量を結合する、したがって高レベルの慣性を有する水中建造物にも設けられ得る。このようにすると、システム全体のその固定物周りでの自動的な方向付けにより、波方向に対する配向を行なうことができる。この場合、それぞれの浮力体においては２本のケーブルを伴う運動学的構成で十分であり、それらのケーブルのうち、波に最も近いケーブルだけが制御およびエネルギー変換のために使用される。
【００３７】
本発明に係る作動方法の場合に海の波からのエネルギー抽出に対してシステムを効果的に適用するため、最初は浮力体の軌道の望ましい半径および傾きに応じて、波から遠い側にあるガイドケーブルの長さが調整されることが提案される。その後、望ましい浸水深さ或いは望ましい牽引力が達成されるまで、波の山が接触されるときに、波に最も近い浮力体の側で作用ケーブルが停止される。その後、浮力体の動作が所定の力または速度で可能になり、それにより、浮力体は、作用ケーブルを介して、機械的なエネルギーをエネルギー変換器へ伝える。浮力体は、波の山に達した後、その開始位置へと戻る。この間、作用ケーブルは、制御システムによって張力を受けて引き込まれる。新たなサイクルが始まり得る。
【００３８】
本発明に係る方法のエネルギー収量の更なる増大を達成するために、浮力体のその開始位置への動作を作用ケーブルを介してもたらされる力によって支援することが積極的に提案される。積極的な戻しにより、浮力体がその開始位置へと更に急速に戻り、それにより、高周波数の短い波の領域でエネルギー収量をかなり増大させることができる。同時に、１または複数の作用ケーブルを介してもたらされる戻し力により、波の谷の中への浮力体の更に深い浸漬を行なうことができ、それにより、エネルギー収量を更に増大させることができる。
【００３９】
システムの動作特性（例えば、円弧の半径、傾き、振幅、浸水深さ、速度、および、動作方向など）を制御システムにより調整することができ、それにより、最適な動作経路を達成するべく、浮力体の動作の前に或いは動作中に１または複数のガイドケーブルの長さを本発明にしたがって適合させることができる。
【００４０】
有利な態様では、作用ケーブルを介してもたらされる力を使用して、波の谷への浮力体の浸水深さを調整することもできる。
【発明の効果】
【００４１】
前述したシステムは、既知の提案に優る以下の利点を有する。
【００４２】
前述した構成は、波の現在の進行方向に対応する浮力体および軌道の方向付けを可能にし、それにより、波の方向が変わる場所であっても高いエネルギー収量を得ることができる。システムは、全体として、比較的高いエネルギー収量および低コストによって特徴付けられる。比較的大きなエネルギー収量は、最適化された軌道の高レベルの効果によって、また、波の進行方向に対して垂直に向けられる長尺な形状に起因する大きな作用幅によって達成される。低い建造コストおよびメンテナンスコストは、少ない材料使用および少数の可動部品を要するケーブルの運動学的構成の使用によって、また、浮力体の外側にある海水から保護される場所に制御およびエネルギー変換のために使用される全ての繊細な構成部品を有利に位置させることによってもたらされる。
【００４３】
洋上風力発電設備に対する提案された結合により、システムは、以前の構造と比べて決定的な利点を有する。風力発電設備の物理的構造は、特に、エネルギー変換器、および、ケーブル牽引および／またはケーブル長さを制御するためのデバイスの構成に適している。構造には圧縮力のみが作用して傾動モーメントが作用しない。したがって、構造を大きく変更せずに、既存の設備に対するシステムのレトロフィット、または、新たな構造物へのシステムの組み込みが可能である。
【００４４】
以下、自由に方向付けられ得る浮力体が海水の外側にあるエネルギー変換器およびケーブル制御装置と組み合わされる例示的な実施形態を用いて、本発明に係るシステムについて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】洋上風力発電設備を伴う本発明に係るシステムを示す。
【図２】複数のシステムから成る波エネルギーファームの洋上風力発電設備に対する結合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１は、本発明に係るシステムを非常に簡略化された態様で示している。海水２中に浮かぶ半円筒状の浮力体が１により示されており、該浮力体の湾曲した下側の一部が海水２に浸される。閉じられた浮力体１は、中空であり、耐食性の金属材料または合成材料、或いは、同様の耐海水性材料から成る。図示のように、浮力体１は、その幅または高さよりも明らかに大きい長さを有し、上端が平らになっている。この形状は特に良好であることが分かったが、他の形状も実現可能である。
【００４７】
浮力体の下面には、異なるケーブルＳのための取り付けデバイス３が配置される。ケーブルＳは受動的に締結される。すなわち、これらのケーブルは、その場所で取り付けられるが、同時に、ケーブルの取り付け具３の周囲での浮力体１の空間的動作を許容する。最も簡単なケースでは、取り付けデバイス３が、浮力体１の垂直軸４周りで回転できるように浮力体１の下面に装着され、このことは、浮力体１を自由に調整できることを意味する。
【００４８】
図１に示されるように、３本のケーブルＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、取り付けデバイス３に締結され、それにより、いずれの場合にも、海水面下で偏向ローラＵ１、Ｕ２、Ｕ３に対してピラミッド形状に広げられている。偏向ローラＵ１〜Ｕ３は海底５の領域に固定され、その目的のため、例えば、重りの付いた土台または積層アンカーを使用することができ、また、偏向ローラは、浮力体１およびその取り付けデバイス３のための固定基準点６を形成する。本明細書中に記載される例では、偏向ローラのうちの１つのローラＵ３が、風力発電設備の塔７の最下部にある更なる偏向ローラを伴う偏向ローラブロック４に取り付けられる。取り付けデバイス３を発端として、図示のケーブルＳ１〜Ｓ３のそれぞれは、これらの偏向ローラＵ１〜Ｕ３のうちの１つにかけ回されて偏向され、偏向ローラブロック４へと延ばされ、その場所から、全てのケーブルＳ１〜Ｓ３が、風力発電設備の塔７に沿って、海面よりも上側の波が及ぶ範囲外に配置されるエネルギー変換器８へと上方に延ばされ、ケーブル牽引および／またはケーブル長を制御するためのデバイス９へと至る。ケーブルＳ１、Ｓ２、Ｓ３のそれぞれは、他のケーブルとは無関係に偏向ローラＵ１、Ｕ２、Ｕ３の周囲で延びるととともに、偏向ローラブロック４の偏向ローラの周囲で延び、別々に制御されて所定の長さで固定され得る。
【００４９】
ここでは詳しく説明されないエネルギー変換器８は機械的に駆動される発電機から本質的に成り、この発電機には、浮力体の動作による機械的なエネルギーがケーブルＳ１、Ｓ２、Ｓ３を介して供給され、この機械的なエネルギーは、適切な装置で、発電機を駆動させるための回転動作へと変換される。発電機で発生される電力は、図示しないケーブルを介して電力網へと供給される。その一方で、発電機をモータとして使用することもできる。
【００５０】
システムは以下のように動作する。
【００５１】
方向１０で近づいてくる波１１は、浮力体１の幅広い側に、最初はそれに最も近い側で到達して、（固定基準点６で保持される）浮力体１のその垂直軸４周りの回転をもたらし、垂直軸４は、同時に、ケーブルＳ１〜Ｓ３の取り付けデバイス３の回転軸でもある。結果として、浮力体１は、近づいてくる波１１の方向１０に対して垂直に向けられて、波１１のための最適な攻撃面（ａｔｔａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ）を成す。偏向ローラＵにきつくかけ回されるケーブルＳのうち、波から遠い側のケーブルＳ３は、浮力体１を案内する役目を果たし、その長さも、浮力体１の動作中に最適な動作経路を得るように適合され得る。このケーブルＳ３は、以下、ガイドケーブルと称される。ケーブルはその機能によりガイドケーブルとなるにすぎないため、ケーブルＳ１〜Ｓ３のそれぞれは、それが波から遠い浮力体１の側に位置されると直ぐにガイドケーブルとなり得る。
【００５２】
波に最も近い浮力体１の側にあるケーブルＳ１、Ｓ２は、浮力体１の望ましい浸水深さ或いは望ましい牽引力が浮力体１に作用する波によって達成されるまで、最初はケーブル牽引および／またはケーブル長の制御のためのデバイス９により、波の山との接触時に停止される。その直後に、所定の力または速度での浮力体１の動作が可能になり、それにより、機械的なエネルギーが、以下で作用ケーブルと称される波に最も近いケーブルＳ２、Ｓ３を介して発電機へ伝えられる。
【００５３】
浮力体１の動作中、作用ケーブルＳ２、Ｓ３は、双方向矢印で示されるように、波１１の作用によって引き出されて、波の山を通った後に制御により加えられる力の助けにより引き込まれる。この間に、波１１から遠い浮力体１の側にあるガイドケーブルＳ１がその動作経路を規定する。
【００５４】
波の山に達した後、浮力体１は、その開始位置へと自動的に戻り、或いは、作用ケーブルＳ２、Ｓ３を介してもたらされる力により積極的に戻される。積極的な戻しにより、浮力体１はその開始位置へとより急速に戻る。戻し力はまた、波の谷の中への浮力体１の浸漬の増大をもたらし、その結果、性能が更に高まる。
【００５５】
ケーブル牽引および／またはケーブル長を制御するためのデバイス９を用いた、それぞれのケーブル長および浮力体１に作用する力の調整により、システムの全体としての動作特性（例えば、円弧の半径、傾き、振幅、浸水深さ、速度、動作方向など）を調整することができ、それにより、全てのパラメータを、例えば波高、波長、周期、および、波の進行方向などの現在の波の状態に適合させることができる。
【００５６】
方向スペクトルの使用を改善するため、各ケーブルＳ１、Ｓ２、Ｓ３の個々の制御により、到来する波の山のそれぞれの進行方向に動作経路を適合させることができる。これは、例えば、作用ケーブルＳ２またはＳ３においては、個々の波１１が到達する方向から、より大きな動作振幅が可能になるという点において、２本の作用ケーブルＳ２、Ｓ３を用いる構成の場合に行なわれる。使用される作用ケーブルおよびガイドケーブルの数は、この例で選択される数に限定されず、要件および状態にしたがって選択され得る。ケーブルＳのそれぞれは、波の近づいてくる方向に応じて、作用ケーブルまたはガイドケーブルとして使用され得る。
【００５７】
図２は、風力発電設備が海の波からエネルギーを引き出すためのシステムと組み合わされたエネルギーファームにおける本発明に係るシステムの好ましい用途を概略的に示している。図１により描かれる複数の浮力体１が、図１に描かれるケーブルシステムを介して、風力発電設備の塔７（複数の塔を設けることもできる）に対して運動学的に組み合わされて作用的に接続されている。同じ部分が図１の場合と同じ参照符号により示されている。
【００５８】
いずれの例においても、風力発電設備の塔７内でケーブルを延ばすことも実現可能であり、同様に、エネルギー変換器８、および／または、ケーブル牽引および／またはケーブル長を制御するためのデバイス９を塔内に保護態様で収容できる。風力発電プラントの物理的構造には圧縮力のみが作用して傾動モーメントが作用しないため、構造を大きく変更せずに、既存の設備に対するシステムのレトロフィット、または、新たな構造物へのシステムの組み込みが可能である。
【図１】
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【図２】
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