(57)【要約】本発明のブロック型波力発電装置は、波の運動エネルギーを吸収し、ワイヤによって海上に係留される浮遊ユニットと、前記浮遊ユニットから延びた前記ワイヤが通過され、 前記浮遊ユニットを海上の所定の区域内に位置させるベースユニットと、 前記ベースユニットを通過した前記ワイヤから前記浮遊ユニットの運動エネルギーが伝達され、前記運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電ユニットと、を含む。【選択図】図２
2019505727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波の運動エネルギーを吸収し、ワイヤにより海上に係留される浮遊ユニットと、
前記浮遊ユニットから延びた前記ワイヤが通過され、前記浮遊ユニットを海上の所定の区域内に位置させるベースユニットと、
前記ベースユニットを通過した前記ワイヤから前記浮遊ユニットの運動エネルギーが伝達され、前記運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電ユニットと、を含み、
前記発電ユニットは、陸上または防波堤に複数配列される、ブロック型波力発電装置。
【請求項２】
前記ベースユニットは、個別モジュールを複数配列することにより海底に設置され、
重量によって沈み込んで海底面の所定の位置に固定される、請求項１に記載のブロック型波力発電装置。
【請求項３】
前記浮遊ユニットに前記ワイヤが固定される浮遊体固定点は、少なくとも３つ以上設けられ、
少なくとも３つ以上の前記複数の浮遊体固定点は、同一直線上に位置しないように互いに離間されており、
前記複数の浮遊体固定点から延びた複数の前記ワイヤは、前記ベースユニットに設けられた複数の固定滑車部のうちの少なくとも一部に連結され、
前記それぞれのワイヤの方向が転換される前記固定滑車部を頂点とした場合、前記それぞれのワイヤの、前記浮遊ユニットおよび前記発電ユニットの方向への広がり角度が、前記ワイヤごとに異なることを特徴とする、請求項１に記載のブロック型波力発電装置。
【請求項４】
前記ベースユニットに位置した複数の固定滑車部を連結する仮想の閉曲線を「ｋ」とし、前記浮遊ユニットに位置した複数の浮遊体固定点を連結する仮想の閉曲線を「ｇ」とした場合、前記複数のワイヤのうちのいずれか１つのワイヤに張力が与えられると他のワイヤの張力が解消されるように、前記両方の閉曲線の大きさが異なることを特徴とする、請求項１に記載のブロック型波力発電装置。
【請求項５】
前記発電ユニットは、前記浮遊ユニットの配列方向に平行となる方向に複数配列され、
前記複数の浮遊ユニットが配列される長さの増加に伴い、前記複数の発電ユニットが配列される長さが比例して増加することを特徴とする、請求項１に記載のブロック型波力発電装置。
【請求項６】
前記陸上または防波堤にアンカーボルトが備えられた支持ブロックが多数設けられ、
複数の設けられた前記アンカーボルトのうちから選ばれた一部の前記アンカーボルトに前記発電ユニットが締結され、
前記アンカーボルトの選択は、前記発電ユニットと前記浮遊ユニットとの相互位置関係を考慮して決定され、
前記発電ユニットは、前記支持ブロックに対して着脱可能であることを特徴とする、請求項１に記載のブロック型波力発電装置。
【請求項７】
前記発電ユニットから出力される電気エネルギーをケーブルにより受け入れ、前記各発電ユニット別に出力されるエネルギーを併合する電力統合ユニットをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のブロック型波力発電装置。
【請求項８】
前記ベースユニットは、骨格を形成するフレーム部と、前記ワイヤが遊動可能に通される固定滑車部と、を含み、
前記フレーム部および前記固定滑車部は、複数設けられ、互いに組み立てられることにより前記ベースユニットが完成することを特徴とする、請求項１に記載のブロック型波力発電装置。
【請求項９】
前記ベースユニットは、固定滑車部が固定されるメインフレームと、捨石、砂、砂利のうち少なくともいずれか１つを含む重量体を充填または載置する補助フレームと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のブロック型波力発電装置。
【請求項１０】
前記ベースユニットは、複数の個々のベースユニットが相互に着脱自在に組み立てられる構造であることを特徴とする、請求項１に記載のブロック型波力発電装置。
【請求項１１】
前記ベースユニットは、前記ベースユニットの外部に延在する浸透部材を含み、
前記浸透部材は、アンカー、ジャケット、パイルのうち少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載のブロック型波力発電装置。
【請求項１２】
前記ベースユニットは、前記ベースユニットの外部に延在する浸透部材と、前記浸透部材の外部に突出された係止部材と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のブロック型波力発電装置。
【請求項１３】
前記ベースユニットは、海底面に対して３点支持されるテトラポッドを含み、前記テトラポッドに固定滑車部が固定されることを特徴とする、請求項１に記載のブロック型波力発電装置。
【請求項１４】
前記ベースユニットは、分割された部品を組み立てると完成する構造を有し、
前記ベースユニットを構成する前記部品を陸上から船舶により運搬するかまたは水面に浮かべて運搬した後、前記ベースユニットが設置される位置の海上から海底面に沈めて、前記ベースユニットが前記海底面の特定の位置に固定されることを特徴とする、請求項１に記載のブロック型波力発電装置。
【請求項１５】
波の運動エネルギーを吸収するようにワイヤにより係留される浮遊ユニットと、前記浮遊ユニットを海上の所定の区域内に位置させるベースユニットと、前記浮遊ユニットの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電ユニットと、を含むブロック型波力発電装置の設置方法において、
前記ベースユニットを陸上または船上で組み立てる組立段階と、
前記ベースユニットを設置区域まで船舶で運搬するかまたは水に浮かべて引っ張って運搬する運搬段階と、
前記ベースユニットを前記設置区域に沈める潜水段階と、
前記ベースユニットを重量体により前記設置区域の海底面に固定する固定段階と、
前記ベースユニットに前記浮遊ユニットおよび前記ワイヤを連結する連結段階と、を含むことを特徴とする、ブロック型波力発電装置の設置方法。
【請求項１６】
前記発電ユニットは、前記浮遊ユニットの設置長さに比例して陸上または防波堤に複数配列されることを特徴とする、請求項１５に記載のブロック型波力発電装置の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波の運動エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換するブロック型波力発電装置及びその設置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー消費が急激に増加し、地球温暖化などの環境問題の高まりとともに、その環境問題への対応手段として環境汚染のない再生可能エネルギーへの関心が高まっている。
【０００３】
波濤は、新再生可能エネルギー源の中でも高密度エネルギー源であり、１日２４時間体制で発電できるため、注目を集めているエネルギー源である。
【０００４】
韓国登録特許第１０−１２６００３７号公報には、波力発電構造の技術が開示されているが、この技術は、波のエネルギー収穫効率が制限的であり、設置可能な海岸地形および水深の制限がある可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−１２６００３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、浮遊ユニットにワイヤにより連結される発電ユニットと、海底面にワイヤを支持するベースユニットとを簡単に設置するためのもので、発電ユニットおよびベースユニットのモジュール化を図り、同じタイプのブロックを多数連結してなるブロック型波力発電装置を提供する。
【０００７】
本発明は、ベースユニットを海底面に設置する際にも、海底面の土木工事を最小限に抑え、運搬やメンテナンスを容易にするためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係るブロック型波力発電装置は、波の運動エネルギーを吸収し、ワイヤにより海上に係留される浮遊ユニットと、前記浮遊ユニットから延在した前記ワイヤが通過され、前記浮遊ユニットを海上の所定の区域内に位置させるベースユニットと、前記ベースユニットを通過した前記ワイヤから前記浮遊ユニットの運動エネルギーが伝達され、前記運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電ユニットと、を含む。前記発電ユニットは、陸上または防波堤に複数配列され得る。
【０００９】
本発明の一実施形態に係るブロック型波力発電装置の設置方法は、前記ベースユニットを陸上または船上で組み立てる組立段階と、前記ベースユニットを船舶で設置区域まで運搬するかまたは水に浮かべて引っ張って運搬する運搬段階と、前記ベースユニットを設置区域に沈める潜水段階と、前記ベースユニットを重量体により海底面に固定する固定段階と、前記ベースユニットに前記浮遊ユニット及び前記ワイヤを連結する連結段階と、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のブロック型波力発電装置によれば、主要核心構成要素をモジュール化することにより、初期設置、設備規模の拡大および縮小を容易に行うことができる。
【００１１】
同じタイプのブロックを多数連結してなるブロック型波力発電装置を実現することができるので、装置の仕様・スペックを標準化することができ、容量増減に容易に対応することができる。
【００１２】
発電ユニットを防波堤に一列に並べることができ、波力を受け入れる浮遊ユニットも波の進行方向に対して垂直な方向に配列することができので、波力の受け入れ効率を高めることができる。発電ユニットのそれぞれは、電源ケーブルにより連結されるため、出力されるエネルギーを併合する効率を高めることができる。
【００１３】
ベースユニットを海底面に設置する際にも、海底面の土木工事を最小限に抑え、運搬やメンテナンスを簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のブロック型波力発電装置を示す斜視図である。
【図２】本発明のブロック型波力発電装置を示す側面図である。
【図３】本発明の発電ユニットを示すブロック図である。
【図４】本発明のエネルギー伝達過程を示すブロック図である。
【図５】本発明の発電ユニットの設置方法を示す斜視図である。
【図６】本発明のベースユニットの設置方法を示す斜視図である。
【図７】本発明のベースユニットの組立方法を示す平面図である。
【図８】本発明のベースユニットの他の実施形態を示すブロック図である。
【図９】本発明のベースユニットの他の実施形態の設置方法を示す側面図である。
【図１０】本発明のベースユニットの他の実施形態の設置方法を示す斜視図である。
【図１１】本発明のベースユニットにおける固定滑車部の位置を示す図である。
【図１２】本発明の浮遊ユニットにおける浮遊体固定点の位置を示す図である。
【図１３】固定滑車部および浮遊体固定点の位置の相関関係を示す図である。
【図１４】固定滑車部および浮遊体固定点の位置の相関関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１から図１４を参照して、本発明のブロック型波力発電装置の構成および機能を詳細に説明する。
【００１６】
本発明のブロック型波力発電装置は、波の運動エネルギーを吸収し、ワイヤ２１０によって海上に係留される浮遊ユニット２００と、浮遊ユニット２００を海上の所定の区域内に位置させるベースユニット３００と、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電ユニット１００と、を含むことができる。
【００１７】
浮遊ユニット２００は、海面１１に位置し、波により誘発される海面１１の変化に応じて並進または回転運動を行うことができる。浮遊ユニット２００の並進または回転運動エネルギーは、浮遊ユニット２００に連結されたワイヤ２１０を介して陸上の発電ユニット１００に伝達され得る。
【００１８】
図４に示すように、本発明のブロック型波力発電装置は、第一義的に波力を浮遊ユニット２００の運動エネルギーとして吸収し、運動エネルギーを、ワイヤ２１０を介して発電ユニット１００に伝達し、発電ユニット１００において運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、発電ユニット１００から出力されるエネルギーが機械エネルギーではなく電気エネルギーであるため、電源ケーブル１９０を用いて各発電ユニット１００別に出力されるエネルギーを併合することができ、電源ケーブル１９０が連結される電力統合ユニット４００において電気エネルギーを集めることができる。
【００１９】
浮遊ユニット２００は、ワイヤ２１０により海上の所定の範囲の領域に係留され得る。浮遊ユニット２００は、ワイヤ２１０により係留されていて、海上の一か所から所定の範囲外に離脱することが防止される。本発明のブロック型波力発電装置は、浮遊ユニット２００をワイヤ２１０により係留することにより、浮遊ユニット２００をファイル式、自重式、ジャケット式で固定する他の海洋設備に比べて、初期の設備および施工コストを低減することができる。
【００２０】
波力エネルギーを第一義的に機械エネルギーとして吸収する浮遊ユニット２００は、ワイヤ２１０により海上に係留されて浮遊するので、波の動きに合わせて上下左右または回転運動を行うことができる。
【００２１】
ワイヤ２１０の一方の端部は浮遊ユニット２００に連結され、浮遊ユニット２００から延びたワイヤ２１０は、海底のベースユニット３００を通過して、陸上または防波堤２１などの海上構造物に設置された発電ユニット１００に連結できる。例えば、ベースユニット３００においてワイヤ２１０により連結される部分を固定滑車にすることができ、ベースユニット３００は、海底面１３に固定されてワイヤ２１０の方向を転換する。
【００２２】
浮遊ユニット２００には、少なくとも３つ以上のワイヤ２１０が連結されてもよい。少なくとも３つ以上のワイヤ２１０が連結されることにより、浮遊ユニット２００の多自由度運動エネルギーを、それぞれのワイヤ２１０を介して全て吸収することができる。本発明のブロック型波力発電装置は、３次元空間で互いに直交する３軸に対する並進運動エネルギーおよび各３軸を中心に回転する回転運動エネルギーを吸収することができる。
【００２３】
以下、浮遊ユニット２００の回転運動の仮想の中心軸を浮遊ユニット２００の回転軸と呼ぶ。浮遊ユニット２００の回転軸は、波の状況に応じて変わるものであり、固定されていない軸である。例えば、浮遊ユニット２００の並進運動に加えて各３軸を中心に回転する運動であるロール（ｒｏｌｌ）、ピッチ（ｐｉｔｃｈ）、ヨー（ｙａｗ）運動を浮遊ユニット２００の回転運動と定義するか、ロール、ピッチ、ヨー運動の少なくとも２つ以上の合力を浮遊ユニット２００の回転運動と定義する。このとき、特定の瞬間に浮遊ユニット２００の回転運動の中心軸が存在可能であり、説明の便宜上、これを浮遊ユニット２００の回転軸と定義する。浮遊ユニット２００の回転軸は、仮想の軸である。
【００２４】
図１２に示すように、多自由度運動エネルギーを効果的に吸収するために、浮遊ユニット２００にワイヤ２１０が固定される浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆを互いに離間させてもよい。浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆを互いに離間させることにより、浮遊ユニット２００は、ｘ軸／ｙ軸／ｚ軸方向の並進運動またはｘ軸／ｙ軸／ｚ軸を中心とした回転運動の全てに対する並進または回転運動エネルギーを吸収することができる。好ましくは、同一直線上にない３点以上の浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆがあれば、多自由度の運動を吸収することができる。
【００２５】
本発明の説明のための、本発明ではない仮想の比較実施形態として、もし複数の浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆが同一点に位置する場合、ｘ軸／ｙ軸／ｚ軸方向のｘ軸／ｙ軸／ｚ軸を中心とした並進または回転運動の全てを吸収することができない。というのは、浮遊ユニット２００が回転しても浮遊体固定点が回転軸に含まれれば、各ワイヤ２１０の張力の変化がないため、エネルギーを吸収することができないからである。
【００２６】
かかる問題を解消するために、本発明は、複数の浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆを所定の距離だけ離間させる。一実施形態によれば、浮遊ユニット２００の回転運動の仮想の中心軸が少なくとも１つの浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆを通過しても、他の浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆが回転運動の中心軸から外れている。このため、回転運動の中心軸から外れている浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆに固定されたワイヤ２１０は、張力の変動が可能であり、エネルギー伝達が可能である。
【００２７】
一方、波の波長は一定ではなく経時的に変化する。本発明においては、波の波長の長さに関係なく、ｘ軸／ｙ軸／ｚ軸方向の並進運動またはｘ軸／ｙ軸／ｚ軸を中心とした回転運動の全てをエネルギーとして吸収することができる構造が案出される。
【００２８】
波の波長が浮遊ユニット２００の直径よりも長ければ、浮遊ユニット２００の回転運動よりも浮遊ユニット２００の並進運動をエネルギーとして吸収することが好ましい。一方、波長が浮遊ユニット２００の直径よりも短ければ、浮遊ユニット２００の並進運動よりも浮遊ユニット２００の回転運動をエネルギーとして吸収することが好ましい。このように波長の長さに応じて、ある場合は回転運動を吸収することが効率的であり、他の場合には並進運動を吸収することが効率的である。発電量の恒常性（ｈｏｍｅｏｓｔａｓｉｓ）を高めるために、本発明の複数のワイヤ２１０が１つの浮遊ユニット２００に連結されるという特徴と、各浮遊ユニット２００においてワイヤ２１０の固定点が互いに離間されるという特徴とを有し、これらの特徴により、浮遊ユニット２００の大きさに関係なく回転運動および並進運動の全てに対する多自由度エネルギー吸収性を有する。
【００２９】
例えば、波長が浮遊ユニット２００の直径の２倍になるときは、浮遊ユニット２００が 波の頂点に向かって上昇し、波が通り過ぎると下降しながら垂直方向の運動をより高い割合で吸収することができる。波長が浮遊ユニット２００の直径よりも短ければ、浮遊ユニット２００の傾きの変化や回転運動をより高い割合で吸収することができる。
【００３０】
本発明の複数のワイヤ２１０および所定の間隔で配置された構造は、高効率発電、多自由度発電、発電量の恒常性、環境適応性、波変動の対応性を画期的に高める。
【００３１】
一方、発電ユニット１００は、浮遊ユニット２００からワイヤ２１０の張力により伝達された運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。発電ユニット１００は、ワイヤ２１０を介して浮遊ユニット２００と連結可能である。本発明の発電ユニット１００は、同じ構造のブロック状であるため、拡張性が容易で、１つの発電ユニット１００に複数の浮遊ユニット２００が連結されてもよく、逆に複数の発電ユニット１００に１つの浮遊ユニット２００が連結されてもよい。
【００３２】
また、複数の浮遊ユニット２００の一部のワイヤ２１０が１つの発電ユニット１００に連結され、他の一部のワイヤ２１０が他の発電ユニット１００に連結されてもよい。
【００３３】
つまり、浮遊ユニット２００に連結された複数のワイヤ２１０を、それぞれ第１のワイヤ２１１、第２のワイヤ２１３及び第３のワイヤ２１５としたとき、各浮遊ユニット２００の第１のワイヤ２１１が１つの発電ユニット１００に連結され、第２のワイヤ２１３は他の発電ユニット１００、第３のワイヤ２１５はまた他の発電ユニット１００に連結されてもよい。のみならず、１つの浮遊ユニット２００に連結された第１のワイヤ２１１、第２のワイヤ２１３及び第３のワイヤ２１５が１つの発電ユニット１００に連結されてもよよく、複数の浮遊ユニット２００に連結されたｎ個のワイヤ２１０が１つの発電ユニット１００に連結されてもよい。
【００３４】
浮遊ユニット２００と発電ユニット１００とのワイヤ２１０による連結関係において、浮遊ユニット２００と発電ユニット１００との間の物理的距離、各ワイヤ２１０に加わる平均張力および張力の周期などが考慮され得る。設備の規模および構造を最適化して設置コストを最小限に抑えることができ、発電効率を最大化することができる。
【００３５】
発電ユニット１００として、複数のモジュール化された装置を設けてもよい。波力発電としてウェーブファーム（Ｗａｖｅ  Ｆａｒｍ）を形成して複数のハーベスティング構造物を広い地域の海上に備えてもおい。これは、波に接する面積（波の幅）が吸収エネルギーの量と比例するからである。具体的には、波力は、波幅１ｍ当たり波高の二乗に比例し、波の周期に比例しており、ｋＷ／ｍの単位で表示する。すなわち、波の幅が広いほうから波の運動エネルギーを吸収すると、幅に比例してより多くのエネルギーを得ることができる。本発明のブロック型波力発電装置は、浮遊ユニット２００としてハーベスティング構造物を使用し、浮遊ユニット２００が波の進行方向に対して垂直な方向に配列されてもよい。浮遊ユニット２００が波の進行方向に対して垂直な方向に配列されることにより、波の幅が広いほうと接させることによりエネルギー収量を増大させることができる。
【００３６】
また、浮遊ユニット２００の大きさは、波の波長の長さを考慮して決められるものであり、波の波長に応じて適正な大きさが決められる。このため、限りなく大きくなれば発電効率が低下する恐れがある。したがって、波力を高効率に吸収するために、適正な大きさを有する複数の浮遊ユニット２００が波の進行方向に対して垂直な方向に配列されたほうが好ましいと言える。
【００３７】
複数の浮遊ユニット２００が大きな間隔を隔てて配列されるときは、１つの発電ユニット１００に全ての浮遊ユニット２００を連結することは非効率的であり得る。このため、発電ユニット１００は、複数設けられ、浮遊ユニット２００の配列方向に平行となる方向に複数配列されてもよい。
【００３８】
波の進行方向および進行幅は季節や天候等によりリアルタイムで変化するが、これに対応して、本発明のブロック型波力発電装置では、発電ユニット１００および浮遊ユニット２００がモジュール化されているので、設備の追加および撤去が容易に行える。また、波の状態とは別に、波力発電の電気に対する需要量の変化に応じて設備を簡単に追加および撤去することができる。
【００３９】
図１に示すように、複数の浮遊ユニット２００が配列される長さ「ｌ」の増加に伴い、複数の発電ユニット１００が配列される長さ「ｍ」が比例して増加する比例関係を有することができる。
【００４０】
一実施形態において、図５に示すように、発電ユニット１００は、支持ブロック２１ａに備えられるアンカーボルト２３に結合固定されてもよい。アンカーボルト２３は、支持ブロック２１ａに複数突設されてもよい。発電ユニット１００は、支持ブロック２１ａに簡単に着脱できる。複数のアンカーボルト２３または複数の支持ブロック２１ａは、 防波堤２１に規則的な配列で複数設けられてもよい。発電ユニット１００は、複数の設けられたアンカーボルト２３のうちから選ばれた一部に締結されることにより防波堤２１に固定され得、この場合、アンカーボルト２３の選択は、発電ユニット１００と浮遊ユニット２００との相互位置関係を考慮して決定されてもよい。
【００４１】
発電ユニット１００は、ワイヤ２１０の張力を回転運動に変換する動力変換部１１０と、ワイヤ２１０張力の一部を位置エネルギーまたは弾性エネルギーとして保存する平滑部１４０と、動力変換部１１０からのエネルギーを電気エネルギーに変換する発電部１２０と、発電部１２０の電気をＡＣまたはＤＣ電気に変換するコンバータ部１３０と、を含むことができる。
【００４２】
動力変換部１１０は、ワイヤ２１０が巻き取られるワイヤドラム（図示せず）を含み、ワイヤドラム（図示せず）は、浮遊ユニット２００の運動により発生するワイヤ２１０の張力の変化に応じてワイヤが巻き取られたり繰り出されたりする。ワイヤドラム（図示せず）は、ワンウェイクラッチを備えて常に同じ方向にのみ回転することができる。
【００４３】
動力変換部１１０は、ワイヤドラム（図示せず）を介してワイヤ２１０の張力を回転運動に変換し、変換された回転運動を発電部１２０に伝達することができる。ワイヤ２１０が浮遊ユニット２００により引っ張られるときにワイヤ２１０に張力が発生する。浮遊ユニット２００から動力変換部１１０に運動エネルギーが入力されると、浮遊ユニット２００によりワイヤ２１０が引っ張られ、ワイヤドラム（図示せず）は、ワイヤ２１０が繰り出される方向に回転することになる。ワイヤ２１０の張力が解消されると、ワイヤ２１０をワイヤドラム（図示せず）に巻き戻す復元手段により、ワイヤドラム（図示せず）は、ワイヤ２１０が巻き取られる方向に回転することになる。
【００４４】
以下、ワイヤ２１０に張力が加えられてワイヤドラム（図示せず）がワイヤ２１０の繰り出し方向に回転するときを第１の回転方向といい、ワイヤ２１０の張力が解消されてワイヤドラム（図示せず）がワイヤ２１０の巻き取り方向に回転するとき（第１の回転の反対方向）を第２の回転方向という。
【００４５】
平滑部１４０は、ワイヤ２１０の張力の一部を、バネまたは重量体を用いて位置エネルギーまたは弾性エネルギーとして蓄えることができる。位置エネルギーの場合、重量体の昇降に伴う高さの違いによる位置エネルギーとして蓄えられ、一方、弾性エネルギーの場合、バネの長さの違いによる弾性エネルギーとして蓄えられる。
【００４６】
平滑部１４０は、ワイヤ２１０の張力が解消される区間から発電部１２０に回転力を伝達して発電エネルギーを平滑化することができる。浮遊ユニット２００の運動により、ワイヤ２１０に張力が付与または解消される状態が周期的に繰り返される。ワイヤ２１０に張力が付与される場合は、動力変換部１１０が発電部１２０に回転力を提供し、ワイヤ２１０の張力が解消される場合は、平滑部１４０が発電部１２０に回転力を提供することができる。
【００４７】
浮遊ユニット２００の運動に応じてワイヤ２１０の張力が解消される際には、発電ユニット１００のワイヤドラム（図示せず）を第２の回転方向に回転させてワイヤ２１０を再び巻き取る必要がある。このとき、平滑部１４０に蓄えられた位置エネルギーを利用して、ワイヤドラム（図示せず）を第２の回転方向に回転させることができる。
【００４８】
発電部１２０は、動力変換部１１０または平滑部１４０から入力された回転力を電気エネルギーに変換することができる。発電部１２０としては、固定子および回転子を有する発電機を設けてもよい。
【００４９】
コンバータ部１３０は、発電部１２０からの電気をＡＣまたはＤＣ電源に変換することができる。本発明のブロック型波力発電装置は、複数の発電ユニット１００において発電された電気を電力統合ユニット４００に送電して統合管理することができる。電力統合ユニット４００は、複数の発電ユニット１００と通電可能なケーブル１９０により連結されて発電した電力を集めて管理することができる。したがって、各発電ユニット１００において発電された電気を集めて送電するので、コンバータ部１３０は、発電された電気を送電に有利なＡＣ電源に変換することができる。それに加えて、コンバータ部１３０は、発電部１２０において生産されたＡＣ電源をＤＣ電源に変換し、それぞれの発電ユニット１００は、ＤＣ電源を出力して電力統合ユニット４００に伝達することができる。
【００５０】
発電ユニット１００に備えられる動力変換部１１０のギア構造、平滑部１４０のバネおよび重量体の弾性力および重量、発電部１２０およびコンバータ部１３０の電気的仕様を、ワイヤ２１０に加えられる張力の強度と周期に応じて異ならせることができる。つまり、発電ユニット１００の詳細仕様を、ワイヤ２１０の張力状態に応じて異ならせることができる。したがって、本発明の波力発電ユニット１００においては、様々なワイヤ２１０の張力状態に対応できる発電ユニット１００を複数設けることができ、ワイヤ２１０の張力状態が類似したワイヤ２１０をグループ化して、ワイヤ２１０の張力状態に適した仕様の発電ユニット１００にワイヤ２１０を連結することができる。１つの浮遊ユニット２００に連結されたワイヤ２１０であっても、それぞれ異なる特性の張力を伝達することができ、これらを個別に最適化された発電ユニット１００に連結することで、発電効率を極大化させることができる。
【００５１】
ベースユニット３００は、複数の固定滑車部３３０を備え、これによりベースユニット３００を海底方向に一回で沈下させることにより、複数の固定滑車部３３を海底に一括して設置することが可能である。つまり、陸上や船上においてベースユニット３００を組み立てるに際して、複数の固定滑車部３３０が１つの組立体としてベースユニット３００に固定されるので、固定滑車部３３０ごとに一々海底固定工事をする必要がなくなる。ベースユニット３００の海底設置方法においても、海底設置工事をすることでベースユニット３００を固定させるのではなく、重量を用いてベースユニット３００を海底面に沈めることにより、固定滑車部３３０が取り付けられたベースユニット３００を海底面の所定の位置に固定させることができるという利点がある。
【００５２】
ベースユニット３００は、海底の一箇所に固定されて浮遊ユニット２００の所定の区域からの離脱を防止して係留できるようにする。海底に沈み込んで固定されるベースユニット３００は、比重が海水よりも大きい可能性がある。
【００５３】
ベースユニット３００は、個別モジュールを複数配列することにより海底に設置され、重量によって沈み込んで海底面１３の所定の位置に固定され得る。
【００５４】
ベースユニット３００は、骨格を形成するフレーム部３０５と、フレーム部３０５に固定されてワイヤ２１０を遊動可能に支持する固定滑車部３３０と、を含むことができる。
【００５５】
ベースユニット３００は、海底に沈降し、ベースユニット３００のフレーム部の上側に比重の大きい捨石などの物体を配置して荷重によって固定され得る。
【００５６】
図１１乃至図１４を参照して、浮遊ユニット２００の浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆおよびベースユニット３００の固定滑車部３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃの好適な位置について説明する。
【００５７】
ベースユニット３００に位置した複数の固定滑車部３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃを連結する仮想の閉曲線を「ｋ」とし、浮遊ユニット２００に位置した複数の浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆを連結する仮想の閉曲線を「ｇ」とした場合、複数のワイヤのうちのいずれか１つのワイヤ２１０に張力が与えられると他のワイヤ２１０の張力が解消されるように、両方の閉曲線ｋおよびｇの大きさが異なってもよい。
【００５８】
例えば、図１１および１２に示すように、ベースユニット３００に複数の固定滑車部３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃが位置する円弧を有する仮想円を「ｋ」とし、浮遊ユニット２００に複数の浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆが位置する円弧を有する仮想円を「ｇ」とする。円ｋの直径を「ｕ」とし、円ｇの直径を「ｖ」とする。
【００５９】
このとき、直径ｕの長さおよび直径ｖの長さのどちらか一方が長いか又は短ければ（同じでなければ）、複数のワイヤのうちのいずれか１つのワイヤ２１０に張力が与えられるときに他のワイヤ２１０の張力が解消され、その結果、張力が交互に発生して、１回の運動サイクルにおいて互いに異なるワイヤ２１０がエネルギーを吸収することができる。
【００６０】
しかしながら、直径ｕの長さおよび直径ｖの長さが同じであれば、浮遊ユニット２００の並進運動に対して同時に張力が解消されるか加えらえるため、エネルギー吸収時点を様々に分散させる別の構成が必要となる。このため、多自由度エネルギー吸収またはエネルギー吸収効率の向上を考慮した上、直径ｕの長さと直径ｖの長さとは異ならせたほうがよい。直径ｕの長さと直径ｖの長さとの違いは、波の波長及び波高、海底面１３の深さに応じて変わることがある。
【００６１】
それぞれの浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆとそれぞれの固定滑車部３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃとを連結したワイヤ２１０は、海面１１または海底面１３と鈍角または鋭角を成すことができる。つまり、互いに離間した３つの浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆに第１のワイヤ２１１、第２のワイヤ２１３及び第３のワイヤ２１５がそれぞれ連結されると、多自由度の運動エネルギーを吸収することができる。また、浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆと固定滑車部３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃとをそれぞれ連結する第１のワイヤ２１１、第２のワイヤ２１３及び第３のワイヤ２１５の角度が異なる場合は、複数のワイヤのうちのいずれか１つのワイヤ２１０の引張力が解消されたときに他のワイヤ２１０に引張力が与えられるので、エネルギー吸収時点を様々に分散させることができ、多自由度のエネルギー吸収またはエネルギー吸収効率の向上を達成することができる。
【００６２】
第１のワイヤ２１１に張力が与えられるときに第２のワイヤ２１３の張力が解消され、浮遊体固定点への連結角度が異なる第１のワイヤ２１１及び第２のワイヤ２１３には、張力が交互に発生することができる。固定滑車部３３０を頂点にして浮遊ユニット２００と発電ユニット１００へ延びる第１のワイヤ２１１及び第２のワイヤ２１３の延長角度を異ならせると、エネルギーを継続的に吸収することができる。
【００６３】
一実施形態において、浮遊ユニット２００にワイヤ２１０が固定される浮遊体固定点は、少なくとも３つ以上設けられ、少なくとも３つ以上の浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆは、同一直線上に位置しないように互いに離間されており、複数の浮遊体固定点ｄ、ｅ、ｆから延びた複数のワイヤ２１０は、ベースユニット３００に設けられた複数の固定滑車部３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃのうちの少なくとも一部に連結できる。それぞれのワイヤ２１０の方向が転換される固定滑車部３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃを頂点とした場合、それぞれのワイヤ２１０の、浮遊ユニット２００および発電ユニット１００の方向への広がり角度が、それぞれのワイヤ２１０ごとに異なることが好ましい。
【００６４】
図６に示すように、ベースユニット３００のフレーム部３０５は、固定滑車部３３０が固定されるメインフレーム３１０と、捨石などの物体が配設される補助フレーム３２０と、を含むことができる。固定滑車部３３０は、複数備えられており、浮遊ユニット２００の運動状態を考慮した上、複数の固定滑車部３３０のうちの最適の固定滑車部３３０を選択してワイヤ２１０を通してもよい。固定滑車部３３０は、ワイヤ２１０が巻かれて方向が転換されるプーリ状を呈してもよい。
【００６５】
図７に示すように、ベースユニット３００は、組み立て構造を有してもよい。ベースユニット３００は、複数のメインフレーム３１０、補助フレーム３２０、固定滑車部３３０の組み合わせで完成できる。メインフレーム３１０、補助フレーム３２０および固定滑車部３３０を容易に着脱可能とすることで、ベースユニット３００の拡張および縮小を容易に行え、さらに輸送を容易に行える。
【００６６】
図８に示すように、ベースユニット３００は、複数の個別ベースユニット３００が相互に着脱自在に組み立てられる構造であってもよい。複数のベースユニット３００を結束させると、全体の荷重が増加して海底面１３に対する固定性をさらに強化することができる。
【００６７】
図９に示すように、ベースユニット３００は、外部に延びる浸透部材３４０を備えてもよい。
【００６８】
一実施形態において、ベースユニット３００の側面または下部を含むベースユニット３００の外部へ延びる浸透部材３４０としては、係止部材３４３のような突出部分がなくそのものだけで干潟に挿入および支持されるアンカーまたはジャケットが挙げられる。浸透部材３４０としては、アンカー、パイル、ジャケットのうちのいずれか１つが挙げられ、ジャケットは土木工事に使用される全ての種類を通称する。
【００６９】
一実施形態において、浸透部材３４０は、中心軸としての浸透ロッド３４１と、浸透ロッド３４１の側面に突出された係止部材３４３と、を備え、係止部材３４３のような突出部分がアンカー、パイルまたはジャケットの外周に突出された形であってもよい。この場合、干潟上にさらに強固に固定することができ、設置後に干潟に沈降するが故に生じる設置位置変化を低減することができる。
【００７０】
一実施形態において、係止部材３４３の一方の側は浸透ロッド３４１に固定され、係止部材３４３の他方の側は、浸透ロッド３４１の海底地形への浸透方向と逆方向へ延在している。係止部材３４３それぞれは、浸透ロッド３４１に対して相互に離間して配置されている。ベースユニット３００が干潟などの軟弱地盤に設置される場合、浸透部材３４０は、干潟に簡単に挿入されるが、浸透部材３４０に備えられた係止部材３４３によって浸透部材３４０が干潟に過度に沈降することを抑制できるので、干潟に設置されるベースユニット３００の固定位置を安定的に保持することができる。
【００７１】
一方、図１０に示すように、ベースユニット３００としてテトラポッドを使用することができる。テトラポッドは、海底面１３に対して３点支持（テトラポッドの突出された脚の端部と海底面１３の点接触）されるものなので、不規則な海底地形に面取り工事などの追加工事が不要で、いかなる地形でも簡単に固定できる。また、テトラポッドは、魚類の生息地を提供する複数の空間を有するので、人工漁礁として機能することもできる。
【００７２】
ベースユニット３００は、分割部品で構成される。各部品を組み立てるとベースユニット３００が完成できる。ベースユニット３００は、複数の部品が組み立てられて完成する構造であり、陸上で作製された各部品をバージで運搬するかまたは水面に浮かべて運搬した後、設置海上で組み立てて海底面１３に沈めることができる。海底の状況に適した規格で部品を組み合わせてベースユニット３００を構成し得る。
【００７３】
ベースユニット３００は、骨格を形成するフレーム部３０５と、ワイヤ２１０が遊動可能に通される固定滑車部３３０と、を含むことができる。
【００７４】
フレーム部３０５は、固定滑車部３３０が固定されるメインフレーム３１０と、捨石、砂、砂利などの重量体３０１を充填または載置する補助フレーム３２０を含むことができる。補助フレーム３２０またはメインフレーム３１０には、海底地形に対して重量を支持する支持部が設けられてもよい。メインフレーム３１０、補助フレーム３２０、固定滑車部３３０はそれぞれ複数で設けられ、同じ形状及び構造を有する個別モジュールを組み立ててベースユニット３００を形成することができる。
【００７５】
メインフレーム３１０は、ベースユニット３００の主骨格を形成するものである。メインフレーム３１０は、ロッド、直方体、ディスク形などで海底の状況に合わせて作製することができる。
【００７６】
補助フレーム３２０は、メインフレーム３１０と結合して、ベースユニット３００の全体に荷重を付与する捨石、砂、砂利などの重量体３０１を載置することができる。補助フレーム３２０は、ベースユニット３００が海水面１１に対して垂直な方向の面積を最大限に確保可能である。
【００７７】
捨石、コンクリートなどの重量体３０１をベースユニット３００に載置するか充填することにより、ベースユニット３００を海底地形に固定することができる。このとき、補助フレーム３２０を用いて重量体３０１が載置される空間または面積を確保できる。
【００７８】
支持部は、メインフレーム３１０または補助フレーム３２０に一方の端部が固定され、他方の端部は海水面１１に対して垂直な方向に海底地形側へ延在できる。支持部は、海底地形に応じて長さが決定され、その結果、ベースユニット３００は、不規則な地形に別の工事なしで支持部によって海底地形に支持され得る。
【００７９】
以下、ベースユニット３００の設置方法について詳細に説明する。
【００８０】
本発明のブロック型波力装置の設置方法は、ベースユニット３００を陸上または船上で組み立てる組立段階と、ベースユニット３００を設置区域まで船舶で運搬するかまたは水に浮かべて引っ張って運搬する運搬段階と、ベースユニット３００を設置区域に沈める潜水段階と、ベースユニット３００を重量体３０１により海底面に固定する固定段階と、を含む。一方、ベースユニット３００に浮遊ユニット２００およびワイヤ２１０を連結する連結段階と、を含むことができる。
【００８１】
ベースユニット３００を陸上または船上で組み立てる組立段階において、ベースユニット３００を事前に調査された海底地形を考慮して作製可能である。海底地形を考慮した上、メインフレーム３１０または補助フレーム３２０を設置面積に合わせて組み立て、海底地形の深さに応じて各支持部の長さを決定して組み立てることができる。
【００８２】
一実施形態において、潜水段階、固定段階および連結段階のうち少なくともいずれか１つの過程で、浮遊ユニット２００とワイヤ２１０をベースユニット３００に結合してもよい。これに限定されず、海底への潜水作業を最小化するために、浮遊ユニット２００およびワイヤ２１０を陸上または船上でベースユニット３００に結合することができる。一実施形態において、組立段階において、ベースユニット３００に浮遊ユニット２００およびワイヤ２１０を結合することができる。
【００８３】
ワイヤ２１０は、浮遊ユニット２００に一方の端部が固定され、ベースユニット３００の固定滑車部３３０に通された状態で結合されてもよい。浮遊ユニット２００を、ベースユニット３００に直接結合してもよく、ワイヤ２１０を介して間接的に結合してもよい。直接的な結合は、ベースユニット３００の潜水段階において解除可能である。
【００８４】
ベースユニット３００を設置区域に運搬する運搬段階においては、ベースユニット３００を船舶により運搬してもよい。一方、ベースユニット３００を、海上に浮遊ユニット２００または別の浮遊体を用いて浮遊させ、船舶のロープ等で連結して設置区域まで水に浮かべて運搬してもよい。 
【００８５】
ベースユニット３００を設置区域に沈める潜水段階においては、ベースユニット３００に結合された浮遊ユニット２００または他の浮遊体の直接連結を解除して沈めることができる。ベースユニット３００を沈めるに際して、ワイヤ２１０を介して位置を細かく調整することができる。 
【００８６】
ベースユニット３００を重量体３０１に固定する固定段階においては、ベースユニット３００の上側に重量体３０１を載置してもよく、ベースユニット３００の内部空間に重量体３０１を充填してもよい。載置される重量体３０１としては、捨て石などをネットで包んだ蛇籠などが挙げられる。充填される重量体３０１としては、砂、砂利などが挙げられ、水よりも比重の大きい物質に限定されてもよい。
【００８７】
他の実施形態による、複数のベースユニット３００構造の設置方法は、次の通りである。個別ベースユニット３００を運搬する段階と、複数のベースユニット３００を組み合わせてグループ化する段階と、ベースユニット３００グループを沈める段階と、を含むことができる。
【００８８】
ベースユニット３００を組み合わせてグループ化する段階において、ベースユニット３００間の結合は、鎖のようなケーブルにより行われてもよく、フレーム部３０５に事前に形成したリングにより行われてもよい。ベースユニット３００をグループ化して沈めることで、外部振動による影響を最小限に抑えて設置することができる。また、設置後にもベースユニット３００を海底にさらに強固に固定することが可能である。
【００８９】
また他の実施形態による、テトラポッドを使用したベースユニット３００の設置方法は、次の通りである。テトラポッドを沈める段階と、ワイヤ２１０の一方の端部を浮遊ユニット２００に連結し、他方の端部を発電ユニット１００に連結する段階と、を含むことができる。
【００９０】
テトラポッドを沈める段階において、ワイヤ２１０の一方の端部と他方の端部は、船舶に固定して各端部の潜水を防止することができる。ワイヤ２１０の一方の端部と他方の端部との間に連結されたテトラポッドだけを沈めることにより、ワイヤ２１０の中間部分は、ベースユニット３００の固定滑車部３３０を通過しながら水中に沈められ、各端部の連結作業は、水中作業なしに海上で容易に行える。
【００９１】
以上、本発明に係る実施形態について説明したがが、これらは例示的なものに過ぎず、当該分野において通常の知識を有する者であれば、これらより様々な変形および均等な範囲の他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、次の特許請求の範囲により定められるべきである。
【図１】
2019505727.tif 000003
【図２】
2019505727.tif 000004
【図３】
2019505727.tif 000005
【図４】
2019505727.tif 000006
【図５】
2019505727.tif 000007
【図６】
2019505727.tif 000008
【図７】
2019505727.tif 000009
【図８】
2019505727.tif 000010
【図９】
2019505727.tif 000011
【図１０】
2019505727.tif 000012
【図１１】
2019505727.tif 000013
【図１２】
2019505727.tif 000014
【図１３】
2019505727.tif 000015
【図１４】
2019505727.tif 000016
【国際調査報告】
2019505727.tif 000017
2019505727.tif 000018
2019505727.tif 000019
2019505727.tif 000020