(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機手段を駆動するように交互変位経路に沿って動力翼型によって動かされる地表ユニットに少なくとも１つのケーブルを介してつながれた少なくとも１つの前記動力翼型の飛行を通じて風力エネルギーを電気または機械エネルギーに変換するための方法において、前記交互変位経路が、風の方向に実質的に直交する方向に前記交互変位経路自体を設定するように配向可能であり、および、前記湾曲した変位経路が、前記湾曲した変位経路の回転中心を通過する垂直軸の周りで角度的に可変の円周の弧であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記動力翼型の飛行段階中に、エネルギーの生成状態で、前記少なくとも１つのケーブルの長さが一定に保たれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つのケーブルの前記一定の長さの値が、前記風の強度、および地表に対する前記動力翼型の高さに関連する勾配の測定に基づいて決定されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのケーブルの前記一定の長さの値が、前記発電機手段によって送達される電力の関数として決定されることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記交互変位経路が前記地表上に位置し、前記地表に対する前記交互変位経路の向きが、転がり接触を用いて得られることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記地表ユニットが、非摺動接触で前記交互変位経路に沿って案内されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記接触が、前記地表ユニットに適用されて前記発電機手段に動作可能に接続された転がり部材を介して設けられることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記転がり部材の操向は制御されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記交互変位経路が、前記地表ユニットとともに直線のモータ／発電機を構成することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
発電機手段を駆動するように交互変位経路に沿って動力翼型によって動かされる地表ユニットに少なくとも１つのケーブルを介してつながれた少なくとも１つの前記動力翼型の飛行を通じて風力エネルギーを電気または機械エネルギーに変換するシステムであって、風の方向に実質的に直交する方向に前記交互変位経路を配向する手段を含み、前記交互変位経路が案内レールによって画定され、前記レールおよび前記地表ユニットが、エネルギーを生成することが可能なリニア発電機／モータを構成することを特徴とすることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
風の強度、および地表に対する前記動力翼型の高さに関連する勾配を測定する手段と、前記動力翼型の飛行段階中に、エネルギーの生成状態で、測定された前記強度および前記勾配に応じて選択された一定の長さで前記少なくとも１つのケーブルを維持する手段とをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記発電機手段によって送達される電力を測定する手段と、前記動力翼型の動作飛行段階中に、測定された前記電力の関数として選択された一定の長さで前記少なくとも１つのケーブルを維持する手段とを含むことを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記交互変位経路が案内レールによって画定され、前記地表ユニットが、前記案内レールに係合する転がり部材を備えることを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記地表ユニットの前記転がり部材が、前記発電機手段に動作可能に接続されることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記案内レールが直線であることを特徴とする、請求項１３または請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記直線の案内レールが、前記直線の案内レールの中心を通過する垂直軸の周りで配向させることができることを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記案内レールが、前記地表上を転がる部材を備えることを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記地表ユニットが、前記交互変位経路を画定するように操向できる前記地表上を転がる部材を備えることを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記地表ユニットの前記転がり部材が、前記発電機手段に動作可能に接続されることを特徴とする、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記案内レールが円形であり、前記交互変位経路が、前記円形の案内レールの角度的に可変の扇形によって構成されることを特徴とする、請求項１３または請求項１４に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ユニットが、液体表面上に浮動する物体からなることを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記浮動する物体の前記発電機手段が、前記交互変位方向を決定するように駆動できる浸漬されたタービンを含むことを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地表上に設置されて動力翼型によって引っ張られるユニットの所与の経路に沿った交互運動を利用する、風力エネルギーを電気エネルギーに変換するシステムに関する。前記翼型は、少なくとも１つのケーブルによって地表ユニットにつながれ、意図的に設けられた制御システムによって自動的に制御される。地表ユニットを翼型に接続する１つまたは複数のケーブルは、システムの正常動作中に固定の長さを有する。変換システムは、地表ユニットの経路を適当に変化させることによって、エネルギーの生産を最適化するように風の方向の変動に自動的に適応することができる。地表ユニットの経路は、２つの可能な形状、すなわち直線の区間または円周の弧で提案されているが、通常は様々な形状のものとすることができる。
【０００２】
本発明はさらに、地上からの高度に応じた風の強度に基づいて、風力エネルギーを電気または機械エネルギーに変換する前記システム向けのケーブルの長さを最適に調整する方策に関する。
【０００３】
本発明はさらに、特に沖合の風を利用するために、海洋の状況で前述の変換システムおよび従前の革新を適用するシステムに関する。
本発明は同様に、エネルギーの生産を最大にしながら、同時にシステムの完全性にとって潜在的に有害または危険な動作状態を防止するために風の状態を考慮することができる、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する前記システム向けの動力翼型の飛行を自動で制御する方策に関する。
【０００４】
最後に、本発明は、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する前記システムの運動の反転段階中、すなわち地表生成ユニットが事前設定された経路の端部に到達し、同じ経路に沿って反対方向に動き始めたときに、エネルギーを回復および管理するシステムに関する。
【背景技術】
【０００５】
当技術分野では、本質的に学術的な雑誌と一般レベルの雑誌の両方で見られるいくつかの論文、およびいくつかの先行特許から、風力源によって生成された機械エネルギーを何らかの他の形のエネルギー、通常は電気エネルギーに変換することができるデバイスを用いて、風力エネルギーを変換する工程が知られている。これらのデバイスは、ケーブルを用いてデバイスに接続された動力翼型（通常は「凧」と呼ばれる）を使用して、風からのエネルギーを取り去る。たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、および特許文献８には、１つまたは複数のケーブルを介して地表に接続された動力翼型の飛行の制御を介して風の流れの運動エネルギーを電気エネルギーに変換するシステムが記載されている。多くのそのようなシステムでは、少なくとも１つの翼型が、地表に固定された操縦およびエネルギー生成ユニットへケーブルによって接続されており、風に押されて上昇し、ケーブルをほどくことで、電気エネルギーを生成するように設計された地表ユニットの発電機を回転させる牽引段階と、ケーブルを巻き直すことで型が回復され、次いで別の牽引段階を開始するように操縦される回復段階とを周期的に案内される。前記解決策には、コストが抑制され、比較的簡単に構築できる地表構造を有するという利点がある。しかし、ケーブルを巻いたりほどいたりする連続運動を、場合によっては高速で、大きな牽引力を使って行うという大きな欠点がある。したがって、ケーブルが摩耗し、その結果、ケーブルの頻繁な交換に対するコストが高く
なり、また前記交換動作中に発電機が無活動状態になるという大きな問題が生じる可能性がある。
【０００６】
さらに、たとえば特許文献９に記載されている内容などの解決策が知られている。この解決策では、地表ユニットは円形のカルーセルによって構成され、一連の動力翼型によって回転し、カルーセルの回転運動によってエネルギーが生成される。前記解決策はまた、たとえば（非特許文献１）の論文に記載されているように、円形のレールに沿って連係して動く一連の地表ユニットを介して得ることができる。前記カルーセルの解決策は、可変の長さのケーブルと固定の長さのケーブルの両方で動作することができる。ケーブルの長さが可変のカルーセルの解決策では、カルーセルの回転運動から得られるエネルギーに加えて、ケーブルをほどく運動からもエネルギーを得ることができるが、地表に固定された構成に関して前述したように、ケーブルが摩耗し、コストがより高くなり、構造がさらに複雑になるという欠点がある。ケーブルの長さが固定のカルーセルの解決策には、ケーブルの摩耗を制限するという利点があるが、約７０°の回転角度で風に対して反対の方向に翼型を引っ張るために必要ないわゆる「受動段階」のために、制限された量のエネルギーしか生成することができない。
【０００７】
上記で要約した考察は、当該議事録で出版された（非特許文献２）の論文に示された理論研究および数値解析によって支持されている。同文献では、地表に設置された生成ユニットを有する動力翼型の飛行に基づく生成システムの上記で引用したすべての解決策の欠点および利点が明らかにされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第３，９８７，９８７号明細書
【特許文献２】米国特許第４，０７６，１９０号明細書
【特許文献３】米国特許第４，２５１，０４０号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２５４，０３４（Ｂ１）号明細書
【特許文献５】米国特許第６，９１４，３４５号明細書
【特許文献６】米国特許第６，５２３，７８１（Ｂ２）号明細書
【特許文献７】米国特許第７，６５６，０５３号明細書
【特許文献８】国際公開第２００９／０３５４９２号
【特許文献９】欧州特許第１６７２２１４（Ｂ１）号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】エム  カナレ（Ｍ．Ｃａｎａｌｅ），  エル  ファジャーノ（Ｌ．Ｆａｇｉａｎｏ），  エム  ミラニーズ（Ｍ．Ｍｉｌａｎｅｓｅ），  “Ｈｉｇｈ  Ａｌｔｉｔｕｄｅ  Ｗｉｎｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｋｉｔｅｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｎｏ．  １８，  ｐｐ．  ２７９  −  ２９３，  ２０１０
【非特許文献２】エム  ミラニーズ（Ｍ．Ｍｉｌａｎｅｓｅ），  エル  ファジャーノ（Ｌ．Ｆａｇｉａｎｏ），  ディー  ピガ（Ｄ．Ｐｉｇａ），  “Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｓ  ａ  ｋｅｙ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ａ  ｒａｄｉｃａｌ  ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｗｉｎｄ  ｅｎｅｒｇｙ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ”，  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ２０１０，  Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ，  ＭＤ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、地表につながれた動力翼型の飛行を通じて風力エネルギーを電気エネ
ルギーに変換するシステムを提供することによって、現在の構成に存在する上記で引用したすべての問題を解決することである。このシステムでは、所与の経路に沿った地表ユニットの交互運動によってエネルギーが生成される。前記システムは、固定の長さのケーブルで動作することによってエネルギーを生成し、したがってケーブルの摩耗の問題を防止する。さらに、保守の理由または無風のために翼型を離陸および着陸させる過渡現象は別にして、地表ユニットの経路を適当に選択できるため、このシステムは受動段階を伴わず、したがって、動力翼型の特性が同じである場合、現在の解決策に比べてより高いエネルギー生産を可能にする。従来技術では、ジョー  ハドジッキ（Ｊｏｅ  Ｈａｄｚｉｃｋｉ）による雑誌Ｄｒａｃｈｅｎ  Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ，  Ｎｏ．  １６，  Ａｕｔｕｍｎ  ２００４に見られる「バギー（Ｂｕｇｇｙ）」という名のシステムが知られている。「バギー」システムは、一定の長さのケーブルで動作を可能にし、受動段階を伴わないが、風の方向の十分な所定の値でしか最適の状態で動作できず、前記状態が変動すると、生産されるエネルギーがより低くなる限り、このシステムは制限されている。本発明では、風の方向の変動に適応することができる限り、これらの制限を克服することができる。最後に、本発明では、沖合の状況への適用の可能性が想定されており、現在の沖合の技術と比較した本発明の大きな利点は、高い高度の風力を捕獲できることに加えて、海底への基礎または投錨を必要としないことである。これらはすべて、従来の風力塔に基づく現在の解決策に比べて、沖合での風力エネルギーの生成にかかるコストの大幅な削減、および設置箇所数の大幅な増大を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記その他の目的および利点は、説明の続きから明らかになるように、一般に固定の長さのケーブルでつながれた翼型の飛行に基づき、風の方向に適応する、請求項１およびその従属請求項に記載の風力エネルギーを電気エネルギーに変換する方法、ならびに請求項１５およびその従属請求項に記載のシステムによって実現される。
【００１２】
本発明について、添付の図面を参照しながら、非限定的な例として提供する本発明のいくつかの好ましい実施形態を通じて、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】雑誌Ｄｒａｃｈｅｎ  Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ，  Ｎｏ．  １６に提示されている「バギー」システム、および風の方向が変動すると生成される対応する平均電力の概略図。
【図２】本発明によって提案されるシステムの第１の実施形態の概略図。
【図３】本発明によって提案されるシステムの第２の実施形態の概略図。
【図４】本発明によって提案されるシステムの第３の実施形態の概略図。
【図５】本発明によって提案されるシステムに対する沖合の実施形態の概略図。
【図６】運動の反転段階におけるエネルギーの回復および再利用を伴う、本発明によって提案されるシステムに対する制御方策の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
最初に図１を参照すると、「バギー」型のシステムでは、地表ユニット１が、ケーブル３を介して動力翼型４によって引っ張られて、直線の区間のような形状の経路２に沿って交互に動くことが分かる。地表ユニット１は、従来技術の一部を形成する解決策を介して、たとえば特許出願第ＴＯ２０１０Ａ０００２５８号によって、または場合によっては他の将来の発明的な概念および構造上の解決策によって、動力翼型４を操縦することができる。エネルギーは、地表ユニットの平行移動運動を適当な発電機６の回転運動に変換するチェーンまたはベルト型の機械伝達システム５を介して生成される。ディー  ピガ（Ｄ．Ｐｉｇａ），  “Ａｎａｌｉｓｉ  ｄｅｌｌｅ  ｐｒｅｓｔａｚｉｏｎｉ  ｄｅｌ  ｓｉｓｔｅｍａ  ｋｉｔｅｇｅｎ：  ｅｏｌｉｃｏ  ｄｉ  ａｌｔａ  ｑｕｏｔａ”  （“Ａ
ｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｋｉｔｅｇｅｎ  ｓｙｓｔｅｍ：  ｈｉｇｈ−ａｌｔｉｔｕｄｅ−ｗｉｎｄ  ｐｏｗｅｒ”），  Ｔｕｒｉｎ  Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，  ２００８という卒業論文、およびエル  ファジャーノ（Ｌ．Ｆａｇｉａｎｏ），  “Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｔｅｔｈｅｒｅｄ  Ａｉｒｆｏｉｌｓ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ａｌｔｉｔｕｄｅ  Ｗｉｎｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ”，  Ｔｕｒｉｎ  Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，  ２００９という博士論文などの様々な刊行物に示されている分析から明らかなように、翼型の特性および風の強度が固定される場合、バギー・システムによって生成される平均電力は、風Ｗの方向７と、地表ユニットの経路の方向８との間の角度Θとともに変動する。図１では例として、方向７を２つの可能な状態、すなわちΘ＝０°およびΘ＝９０°で示す。図１のグラフでは、前記変動の図は、翼型および風の状態の指定の特性に対して実現可能な最大値に対する百分率値で表される。最大のエネルギー生産は、風の方向が地表ユニットの方向に対して垂直であるときに得られることに留意されたい。本発明で紹介されるシステムは、風の方向に対して最適の傾斜を常に維持するように、地表ユニットの経路を修正することができる。
【００１５】
次に図２を参照すると、本発明によって提案されるシステムの第１の実施形態は、地表ユニット９によって構成されており、地表ユニット９は、１つまたは複数のケーブル１１を介して地表ユニット９に接続された動力翼型１０を制御および操縦できることが分かる。地表ユニットは、直線のレール・システム１２に沿って動くように制約されており、翼型１０によってケーブル１１に加えられる牽引力によって引っ張られて、前記レールの長さを交互の方向に連続してたどる。エネルギーは、図１に示す従来の技法で、または地表ユニット９に適用される１つもしくは複数のシステム１３で生成され、システム１３はそれぞれ、伝達システムを介して発電機に接続された車輪によって構成される。さらに、エネルギーはまた、リニア発電機／モータを形成するように地表ユニットおよびレール・システムを適当に構築することによって生成することもできる。生成された電気は適当に管理され、ケーブル１４を介して固定の構造へ伝達される。この構造は、電気を送電網内へ導入し、場合によっては慣性または水素システムなどの当技術分野では知られている意図的に設けられたデバイスで電気を蓄積するように設計される。地表ユニット９、レール・システム１２、およびシステム１３からなる構造は、あらゆる摺動および摩擦による結果的な効率の損失を防止するために、すべての風の状態および地表ユニット９の運動状態において、システム１３の車輪の転がりを保証するような構造である。さらに、レール・システム１２は、運動方向の力を除いて、ケーブル１１によって地表ユニット９に加えられる力を均衡にすることができ、運動方向の力は、生成システム１３によって加えられる反対方向の力によって均衡になる。この力は、電気エネルギーの生成に有用な力である。システム１３は、運動中に生成される平均電力を最大にするのに最適な方法で地表ユニットの速度を調整するように、自動的に適当に制御され、地表ユニット９によって実行される翼型１０を制御するシステムと連係する。さらに、システム１３は、前記段階に必要な時間を可能な限り抑制するために、地表ユニットの運動の反転段階でモータとして作用することもできる。具体的には、地表ユニット９の制動中にエネルギーを回復し、回復したエネルギーを後に使用してユニット９を後の経路内で反対方向に加速する方策が実施される。前記方策については、図６を参照して後により詳細に説明する。エネルギー回復方策は、地表ユニットおよびレール・システムがリニア発電機／モータを構成する前述の場合にも得ることができる。レール・システム１２は、２つ以上の懸架および運動システム１５をさらに備え、懸架および運動システム１５は、レール・システム１２を支持および制約し、地表ユニット９によってその運動中に加えられる力に逆らい、結果的な振動をさらに制限することが可能な適当な機械構造によって構成される。また懸架および運動システム１５は、適当なモータに接続された車輪１６を備え、これらのモータは、図２に示すように、地表ユニット９の運動の方向１７が常に風Ｗの方向１８に対して垂直になるように、すなわち角度Θが９０°に等しくなるように、レール・システム１２を配向し、したがって図１に見ら��る定性的な図による最大の平均エネルギー生産を常に得るように、自動的
に制御されて連係する。風Ｗの方向１８は、レベル０（地表）から、翼型のすべての運動状態を含むのに十分な高度、たとえば地表から１０００ｍの範囲内の様々な高度において、リアルタイムで測定される。前記測定は、たとえば、風の方向および強度の測定を可能にするライダまたはソーダ型のシステムで行われる。この風の方向および強度の測定は、たとえばエム  カナレ（Ｍ．Ｃａｎａｌｅ），  エル  ファジャーノ（Ｌ．Ｆａｇｉａｎｏ），  エム  ミラニーズ（Ｍ．Ｍｉｌａｎｅｓｅ），  “Ｈｉｇｈ  Ａｌｔｉｔｕｄｅ
Ｗｉｎｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ
Ｐｏｗｅｒ  Ｋｉｔｅｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｎｏ．  １８，  ｐｐ．  ２７９  −  ２９３，  ２０１０の記事による学術文献ですでに開示されている内容によれば、翼型１０の制御にとっても必要な情報である。レール・システム１２の回転は、レールの方向に対して垂直なシステム１２の対称面と、レールの方向に対して平行なシステム１２の対称面との交点によって特定される垂直軸１９の周りで行われ、このようにして、生成システムによって占有される可能性のある区間の領域を画定する。この領域は、Ｌに等しい直径を有する完全に円形の形状として有し、ここでＬはレール・システム１２の長さである。前記長さは、占有される可能性のある単位表面ごとに生成される電力を最大にするように、また場合によってはいわゆる「ウィンド・ファーム」を構成する他の類似の隣接する生成システムの有無を考慮しながら、生成システムを設置するための事前に選択された箇所の風の特性および地形の形態に基づいて寸法設定される。図２を参照して説明した本発明によって提案されるシステムによって生成される電力は、方向１８が変動するとレール・システム１２の向きを自動で適応させるため、風Ｗの方向１８には左右されないが、ケーブル１１の長さに関連する風の強度の特性が変動すると変動する。具体的には、ケーブルの直径ならびに翼型の慣性、幾何学的特性、および空気力学的特性に関するシステムの所与の構成に対して、また地表からの高度に伴う風速の増大の所与の特性に対して、生成される最大の電力は、ケーブルの長さに応じて、凹状の図に従って変動し、最大値は、ケーブルの最適の長さに対応する。前記現象は、より長いケーブルによってより強い風が遮られるためにより大きい力がケーブルにかかり、結果的に発電がより大きくなるという影響と、ケーブルの長さが増大するにつれてケーブルの空気力学的抵抗がより大きくなり、結果的に効率の損失を招き、したがって発電がより小さくなるという逆の影響との間を均衡にすることによって生じる。風の方向に対する自動適応だけでなく、風の強度の特性および地表からの高度の変動に伴う強度変動の特性に対する自動適応の目的で、本発明によって提案されるシステムは、２つの可能な方策によって動作するケーブルの長さの自動調整システムを備える。この自動調整システムは、特許出願第ＴＯ２０１０Ａ０００２５８号に記載されている内容などの従来技術に示されている解決策によって得られる。第１の方策では、たとえばライダまたはソーダ型のシステムを介して前述のように得られる様々な高度における風の速度のリアルタイム測定が、地表からの高度の変動に伴う風の増大モデルを計算するように適当に調整および使用される。次いで前記モデルは、たとえばエル  ファジャーノ（Ｌ．Ｆａｇｉａｎｏ），  “Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｔｅｔｈｅｒｅｄ  Ａｉｒｆｏｉｌｓ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ａｌｔｉｔｕｄｅ  Ｗｉｎｄ  Ｅｎｅｒｇｙ
Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ”，  Ｔｕｒｉｎ  Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，  ２００９という博士論文に記載されているような簡略化された等式によって、ケーブルの長さの変動に伴う対応する電力曲線を計算するために使用され、ケーブルの最適の長さは、前記曲線の最大値を得るように設定および調整される。第２の方策によれば、ケーブルの長さは、ケーブルの長さに応じた電力特性のくぼみを利用して、すなわち測定された平均電力が最大値に到達するまでケーブルの長さを変動させて、たとえば１時間という規則的な時間間隔で適応するように調整される。
【００１６】
図３は、本発明によって提案される生成システムの第２の可能な実施形態を示す。動作原理は、図２を参照して前述した解決策の内容に類似しているが、この第２の実施形態では、地表ユニット２０は、機械フレームと、発電機に接続された一連の車輪とによって構
成されたシステム２１を備えている。システム２１は、ケーブルによって地表ユニットに加えられる横方向の力と垂直方向の力を均衡にすることができ、方向２２を風Ｗの方向２３に対して垂直に維持するように、車輪の自動操向システムを介して、地表ユニットの運動を誘導することができ、したがって生成される電力を最大にすることができる。地表ユニットがたどる経路２４の長さＬは、システムによる地表上の最大の領域占有を画定し、またこの場合、この領域は直径Ｌの円周に等しく、円周の中心は経路２４の中心点に対応する。システムは、前述した方策のように、ケーブルの長さを最適に調整する方策を備える。前述の解決策と同様に、生成されるエネルギーは、ケーブル２５を介して固定の構造へ伝達され、この構造は、エネルギーを送電網内へ導入し、または蓄積するように設計される。この第２の解決策の利点は、構造をより簡単に構築できることであるが、動力翼型２７と地表ユニット２０を接続するケーブル２６によって加えられる横方向の力に逆らうことができなければならないため、地表ユニットがより複雑になるという犠牲を伴う。
【００１７】
次に図４を参照すると、本発明によって提案されるシステムの第３の可能な実施形態は、半径Ｒの円形の経路を有する固定のレール・システム２８を設けることからなり、この経路に沿って、地表ユニット３１は、翼型２９によってケーブル３０を介して引っ張られて動くことができる。地表ユニット３１は、図２に示す第１の解決策の地表ユニット９と同様に作られており、円形の経路に沿って起こりうる運動を可能にする十分な修正を伴う。図２を参照して前述した第１の解決策と同様に、レール・システム２８は、地表ユニットを制約し、レール自体に対して接線方向の方向を除いて、すべての方向に作用する力を均衡にすることができる。エネルギーの生成は、地表ユニットに円周の弧のような形状の経路３２を交互の方向に連続して描かせることによって得られる。またこの解決策では、図２の解決策と同様に、エネルギーは場合によっては、リニア発電機／モータを形成するように地表ユニットおよびレール・システムを適当に構築することによって生成することもできる。生産された電気は適当に管理され、たとえばケーブル３３を介して固定の構造へ伝達される。この構造は、前述のように、電気を送電網内へ導入し、場合によっては当技術分野では知られている意図的に設けられたデバイスで蓄積するように設計される。経路３２は、２ΔΘに等しい角度振幅を有し、図４に示すように、風Ｗの方向３５に対して常に対称になるように、垂直軸３４の周りで回転を介して自動的に修正される。図４に示すように、角度ΔΘが増大すると、生成される平均電力は変動する。したがって、経路の半径Ｒおよび振幅２ΔΘは、半径２Ｒの円周によって画定される区間の占有と、２ΔΘＲに等しい地表ユニットの経路の直線の長さと、生成される平均電力との間の最良の折衷を実現するように選択される。またこの第３の解決策は、前述のように、ケーブルの長さを風の強度の状態に自動的に適応させることができる。この第３の解決策の利点は、レール・システム２８が地表に固定されている場合、図２に示す第１の解決策に比べて構造をより簡単に構築でき、またケーブルによって地表ユニット３１に加えられる横方向の力を均衡にするレール２８の存在のため、図３に示す第２の解決策に比べて地表ユニットをより簡単に構築できることである。これらの利点は、生成される平均電力がより低くなり、また湾曲した形状の経路中で生成される電力の変動性がある程度高くなるという犠牲を伴う。
【００１８】
図５を参照すると、本発明によって提案されるシステムの沖合の状況における適用分野は、ケーブル３８を介して翼型３７によって引っ張られる船舶３６によって構成されており、図３に示す第２の解決策の地表ユニット２０に類似の機能を有する。エネルギーは、船舶３６の船体の下に設置された、船舶自体の運動に逆らう適当なタービン３９を介して生成される。タービン３９の自動制御が意図的に提供され、また従来技術で知られている解決策によって場合によっては流体力学的で能動的な安定化要素４０が存在することで、横揺れおよび風圧偏位を制限し、経路４１に沿った交互運動における船舶の指向性を保証する。経路４１の方向４２は、風Ｗの方向４３に対して常に垂直になるように自動的に調整され、したがって発電を最大にする。電気エネルギーは適当に管理され、水中ケーブル
４４を介して固定の構造へ伝達される。この構造は、電気エネルギーを送電網内へ導入し、場合によっては慣性または水素システムなどの当技術分野では知られている意図的に設けられたデバイスで電気エネルギーを蓄積するように設計される。経路４１の長さＬは、占有される海の単位表面ごとの平均電力を最大にするように選択される。空間の占有は、経路４１の中心点を中心とする半径Ｌの円周によって与えられる。また、沖合の状況におけるこの適用分野は、前述のケーブルの長さの自動調整システムを備える。
【００１９】
図６は、本発明によって提案されるすべての解決策に適した制御方策の概略図である。具体的には、図６では、風の方向に対して垂直な平面において、経路に沿って位置４７、４８、および４９と呼ばれる異なる位置にある地表ユニット４５および翼型４６の投影図が示されている。前記位置は、地表ユニット４５の運動中にその経路に沿って両方向に生じる限り、鏡面のように２回再現される。制御方策は、図６で適当な区間Ｌ１およびＬ２によって特定される３つのステップによって構成されており、区間Ｌ１およびＬ２を合計すると、風の方向に対して垂直な平面内に地表ユニット４５の経路の投影図が形成される。いかなる一般性の損失も示唆することなく、図６では前記投影図の長さをＬと呼ぶ。図２および図３にそれぞれ示す本発明によって提案される第１および第２の解決策の場合、前記長さは地表ユニット４５の経路の長さに一致するが、図４に示す第３の解決策の場合、地表ユニット４５の経路の実効長は、Ｌより大きく、正確にはＬΔΘ／ｓｉｎ（ΔΘ）に等しい。図６から明らかなように、長さＬは、Ｌ＝Ｌ１＋２Ｌ２のように分割することができ、長さＬ１は通常、長さＬ２よりはるかに大きい。制御方策の第１のステップは、「加速ステップ」と呼ばれ、地表ユニット４５が経路Ｌの２つの端部のうちの一方（図６で４７と呼ぶ位置）で静止状態から開始して他方の端部の方向に加速する瞬間と、地表ユニット４５が「定常速度」と呼ばれる特定の速度値ｖ（図６で４８と呼ぶ位置）に到達した瞬間との間に構成される。加速ステップの始めに、翼型４６は、地表ユニット４５の速度が遅い状態で大きな牽引力を供給するために加速の方向に大きく傾斜するように操縦される。加速ステップ中、翼型４６の前記傾斜は徐々に低減するが、地表ユニット４５はそれ自体の速度を増大させ、動力翼型４６に当たる風の速い実効速度を維持する。地表ユニット４５上に設置されたモータ／発電機は、図６に示すように経路の長さＬ２を進んだ後に速度ｖに到達するように自動的に制御される。また、後述する「制動ステップ」で回復されるエネルギーを再利用した後も同様である。加速ステップ後、「定常ステップ」が開始し、定常ステップ中、地表ユニット４５は、動力翼型４６によって一定の速度ｖで引っ張られる。速度ｖは、地表ユニット４５上に適用された発電機の意図的に提供された自動制御を介して調整される。定常ステップ中、翼型は、実効速度、したがって生成される電力を最大にするように上下に急速な変位を描くように制御される。長さＬ１を進んだ後、制動ステップは最終的に開始し、地表ユニット４５は図６で４９と呼ぶ位置に設置されている。この位置で、地表ユニット上に適用された発電機を制動システムとともに使用して、空間Ｌ２内で地表ユニットの運動を停止させ、可能な限り多くのエネルギーを回復する。同時に、翼型４６は、後の加速ステップに有用な位置に翼型４６自体を設置するように制御され、すなわち、制動ステップ中の地表ユニットの運動とは反対方向に経路に沿って大きな傾斜をなす。制御システムは、地表からの最小の高さＨと最大の高さＨ＋ΔＨとの間で翼型の運動を抑制し、ケーブルに作用する牽引力がシステムの完全性に対する臨界値を超過しないよ��に翼型の運動を制御するようにさらに設計される。Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｈ、およびΔＨの値は、生成される平均電力を最大にしながら、同時に空域の占有を制限するように設定される。記載した機能はすべて、エム  カナレ（Ｍ．Ｃａｎａｌｅ），  エル  ファジャーノ（Ｌ．Ｆａｇｉａｎｏ），  エム  ミラニーズ（Ｍ．Ｍｉｌａｎｅｓｅ），  “Ｈｉｇｈ  Ａｌｔｉｔｕｄｅ  Ｗｉｎｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
Ｕｓｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｋｉｔｅｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｎｏ．  １８，  ｐｐ．  ２７９  −  ２９３，  ２０１０という論文において、本発明によって提案される内容とは異なる変換システムに関して記載されている内容に全体的
に類似の方法で、たとえば非線形の予測型の制御アルゴリズムを介して、制約および費用関数を適当に選択することで得ることができる。
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図４】
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