(57)【要約】  オフショアプラットフォームは、沖合の水塊においてワークステーションを支持する支持構造体を含む。支持構造体は取付構造を有する。少なくとも１つのダクトが取付構造に取り付けられる。ダクトは、水塊から振動水柱を受け入れるように構成され、振動水柱の振動は、エネルギー抽出モジュールを駆動する流体の流れを生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オフショアプラットフォームであって、
沖合の水塊においてワークステーションを支持し、取付構造を有する支持構造体と、
前記取付構造に取り付けられる少なくとも１つのダクトと、を含み、
前記ダクトは、前記水塊から振動水柱を受け入れるように構成されており、
前記振動水柱の振動は、エネルギー抽出モジュールを駆動する流体の流れを生成する、オフショアプラットフォーム。
【請求項２】
２つ以上のダクトが前記取付構造に取り付けられる、請求項１に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項３】
１つのダクトまたは各ダクトは、ダクトの入口が前記水塊の中に位置し、ダクトの出口が前記水塊よりも上方に位置するように前記取付構造に取り付けられる、請求項１または２に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項４】
各ダクトの前記入口は、予想される最低の波の谷部よりも下方に配置され、前記出口は、予想される最高の波の山部よりも上方にある、請求項３に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項５】
前記ダクトの前記入口が前記水塊の底よりも上方の所定の決められた高さに保持されるように各ダクトが取り付けられる、請求項４に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項６】
各ダクトは海底よりも上方の同じ高さに保持される、請求項１から５のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項７】
少なくとも２つのダクトは、海底よりも上方の異なる高さにおいて保持される、請求項１から５のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項８】
各ダクトは海底よりも上方の異なる高さにおいて保持される、請求項７に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項９】
各ダクトが海底よりも上方において保持される高さは、実質的に固定される、先行する請求項のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項１０】
前記取付構造がおおよそ前記水塊の平均海水面レベルに配列されるように、前記支持構造体が前記水塊に配置される、先行する請求項のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。 
【請求項１１】
前記支持構造体は少なくとも１つの剛性柱またはパイロンを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項１２】
前記支持構造体は、２つ以上の剛性柱を含み、
前記２つ以上の剛性柱は、互いに連結され、互いに決められた間隔をあけて保持される、請求項１１に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項１３】
固定されたオフショアプラットフォームである、先行する請求項のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項１４】
前記剛性柱は、動かないように前記海底に固定される、先行する請求項のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項１５】
前記支持構造体の前記剛性柱は、係留システムによって前記海底に固定される、先行する請求項のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。 
【請求項１６】
前記支持構造体を安定させるために、バラストエレメントまたはシステムが前記剛性柱に取り付けられる、先行する請求項のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項１７】
２つ以上の前記ダクトは、前記支持構造体に関して対称的なフォーメーションで配列される、先行する請求項のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項１８】
前記支持構造体に取り付けられる前記ダクトによって前記支持構造体に使用時に加えられる静的および動的な力を支持するために、前記支持構造体の定格荷重を増加させる補強手段が前記支持構造体に固定される、先行する請求項のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項１９】
前記補強手段は、前記支持構造体の前記取付構造に接する状態で固定されるか、または前記取付構造の近傍に固定される、請求項１８に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項２０】
前記取付構造は凹部であり、前記ダクトは前記凹部に取り付けられる、先行する請求項のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。 
【請求項２１】
前記取付構造は、各ダクトを取り付ける個別の凹部を含む、先行する請求項のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項２２】
前記取付構造は、前記支持構造体の外面から外側へ突出する凸部である、請求項１から１９のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項２３】
前記エネルギー抽出モジュールは、前記ダクトとの間で流体が通じるタービンを含み、前記タービンは、前記振動水柱によって生成された流体の流れにより駆動され得る、先行する請求項のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項２４】
各ダクトからの前記流体の流れは、双方向性であり、単一のタービンを駆動するために利用される、先行する請求項のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項２５】
独立したタービンが、各ダクトに関連づけられ、関連づけられた前記振動水柱によって生成される流体の流れにより駆動される、請求項２３に記載のオフショアプラットフォーム。 
【請求項２６】
前記エネルギー抽出モジュールは、電気エネルギーを生成するために１つのタービンまたは各タービンに結合された電気生成手段を含む、先行する請求項のいずれか一項に記載のオフショアプラットフォーム。
【請求項２７】
水塊に配置されるオフショアプラットフォームの支持構造体であって、
柱と、
前記柱に関連づけられた取付構造と、
波エネルギー抽出システムのための少なくとも１つの振動水柱ダクトと、を含み、
前記振動水柱ダクトは、前記水塊の平均海水面レベルに対して所定の決められた高さに保持されるように、前記取付構造に取り付けられる、支持構造体。 
【請求項２８】
前記ダクトを前記柱に取り付ける取付手段を含み、
前記取付手段は、前記柱を補強するように構成されることにより前記柱の定格荷重を増加させる、請求項２７に記載の支持構造体。
【請求項２９】
前記柱に取り付けられる前記少なくとも１つの振動水柱ダクトによって前記柱に加えられる静的および動的な力を支持するために、独立した補強手段が前記柱に固定されて前記柱の定格荷重を増加させる、請求項２７または２８に記載の支持構造体。
【請求項３０】
前記柱は、前記ダクトの中で振動している振動水柱によって生成される流体の流れのための流路を画定し、
前記流体の流れは、エネルギー抽出モジュールを駆動するために利用され得る、請求項２７から２９のいずれか一項に記載の支持構造体。
【請求項３１】
前記流路は、前記柱の内部での流れを可能にする内部中空通路である、請求項３０に記載の支持構造体。
【請求項３２】
前記流路は、前記柱の外面に形成された溝に配置される導管によって画定される、請求項３０に記載の支持構造体。 
【請求項３３】
波エネルギー抽出システムであって、
水塊に配置されるオフショア剛性支持構造体と、
前記オフショア剛性支持構造体に固定された状態で取り付けられる少なくとも１つのエネルギー抽出モジュールと、を含み、
１つのエネルギー抽出モジュールまたは各エネルギー抽出モジュールは、前記水塊から振動水柱を受け入れるためのダクトと、前記振動水柱によって生成される流体の流れにより駆動されるように前記ダクトとの間で流体が通じるタービンと、を有し、
１つのエネルギー抽出モジュールの前記ダクトまたは各エネルギー抽出モジュールの前記ダクトは、前記水塊の海底よりも上方の所定の高さに保持される、波エネルギー抽出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して持続可能なエネルギー生成に関する。更に具体的には、本発明は、海洋波エネルギー抽出システムおよびその方法における改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術に関する以下の考察は、適切な技術的背景において本発明を位置づけ、本発明の利点をより確実に理解させるために提供される。しかしながら、本明細書全体における先行技術の考察が、そのような先行技術が広く公知であること若しくは当分野における共通の一般的な知識の一部を形成することを表すもの、または暗黙に承認するものと考えてはならない。
【０００３】
環境に対する関心や、従来の可燃性炭化水素燃料源が限りある資源であるという認識によって、波、風、潮の干満、地熱および太陽熱のような持続可能な非汚染エネルギー源の研究が導かれてきた。
【０００４】
多くの異なるタイプの波力発電システムが提案されている。多くのシステムは、波の運動に特有の鉛直運動を利用してタービンの回転運動を起こし、発電機を直接または間接に駆動して電気を生成するという原理に基づく。そのようなシステムの内在的欠点は、システムの性能が、到来する海洋波に対するシステムの向きに強く依存するという事実から生じる。支配的な海洋波の方向変化に伴う問題を克服するために、幾つかの試みがなされた。しかしながら、そのようなシステムは極めて高価で、商業的に実現不可能である。再生可能エネルギー源の利用には、そのようなシステムを商業的に実現可能にして投資家に投資に対する利潤を提供するために、コスト出費を低減することが必然的に要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
支配的な海洋波に対して特定の方向へカスタマイズされるように個々のエネルギー抽出ユニットを構成することによって、必然的に設計および構築の複雑度が増し、したがってこれに伴い、これらのユニットおよびシステム全体としてのコストが増加する。
【０００６】
多くの公知の波力発電システムの他の欠点は、そのようなシステムが通常、単一の電力変換手段、例えばタービンに接続された複数のダクトを含むことにある。これは必然的に別々の振動水柱（ＯＷＣ）からの様々な流体の流れを混合する複雑なシステムを必要とする。そのような流れの混合は、この場合も同様に必然的に、これらの波力発電システムの設計および製造コストを増加させる。
【０００７】
上記の問題に対処する試みに伴う追加コストは高価な場合が多く、これらのコストがシステムを商業的に実現不可能にし得る。さらに、今日までに提案されたそれらのシステムを構築するために必要とされるかなりの資本出費は、商業的投資への障壁として作用する場合が多い。特に、資本出費の大きさは、投資家による投資を抑制させる力として作用する場合が多い。というのは、投資の利益は、システムの資本出費とシステムの運用効率との関係によってある程度制限されるからである。
【０００８】
海洋波エネルギー抽出装置の効率は、波がシステムを通過する際に、海底に対してシステムが上下に浮動することによっても負の影響を受ける。これらの所望されない揺動を弱めるように設計された係留システムは、一般に複雑であり極めて高価である。さらに、そのような係留システムは、一般に、システムの上下動に抵抗するのに不十分である。
【０００９】
本発明の目的は、先行技術の１つ若しくは複数の欠点を克服若しくは改良し、または少なくとも有用な代替を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様により提供されるオフショアプラットフォームは、
沖合の水塊においてワークステーションを支持し、取付構造を有する支持構造体と、
前記取付構造に取り付けられる少なくとも１つのダクトと、を含み、
前記ダクトは、前記水塊から振動水柱を受け入れるように構成されており、
前記振動水柱の振動は、エネルギー抽出モジュールを駆動する流体の流れを生成する。
【００１１】
好ましくは、２つ以上のダクトが取付構造に取り付けられる。１つのダクトまたは各ダクトは、好ましくは、ダクトの入口が前記水塊の中に位置し、ダクトの出口が前記水塊よりも上方に位置するように、取付構造に取り付けられる。好ましくは、各ダクトの入口は、予想される最低の波の谷部よりも下方に配置され、出口は、予想される最高の波の山部よりも上方にある。好ましくは、ダクトの入口が水塊の底（例えば海底）よりも上方の所定の決められた高さに保持されるように各ダクトが取り付けられる。
【００１２】
各ダクトは、好ましくは、海底よりも上方の同じ高さに保持される。他の実施形態では、少なくとも２つのダクトが海底よりも上方の異なる高さにおいて保持される。ある実施形態では、各ダクトは海底よりも上方の異なる高さにおいて保持される。好ましくは、各ダクトが海底よりも上方において保持される高さは、使用時には実質的に固定される。
【００１３】
好ましくは、取付構造が使用時におおよそ水塊の平均海水面レベルに配列されるように、支持構造体が水塊に配置される。
【００１４】
支持構造体は、好ましくは剛性柱またはパイロンの形態である。ある実施形態では、支持構造体は２つ以上の剛性柱を含み、２つ以上の剛性柱は互いに連結され、互いに決められた間隔をあけて保持される。剛性柱は、好ましくは略鉛直方向に向いた状態で水塊の中に配置される。ある好ましい実施形態では、支持構造体は４つの剛性柱を含む。好ましくは、４つの剛性柱は、上方から見たときに、正方形または長方形を形作るように配列される。ある実施形態では、剛性パイロンはスチールおよび／またはコンクリートによって形成される。
【００１５】
好ましくは、オフショアプラットフォームは固定されている。好ましくは、剛性柱は、動かないように海底に固定される。他の実施形態では、支持構造体の剛性柱は係留システムによって海底に固定される。ある実施形態では、支持構造体を安定させるために、バラストエレメントまたはシステムが剛性柱に取り付けられる。
【００１６】
２つ以上のダクトは、好ましくは、支持構造体に関して対称的なフォーメーションで配列される。ある実施形態では、支持構造体の各柱の周りにおいて、同じ対称的なフォーメーションで配列される。好ましくは、複数のダクトは、オフショア構造体の脚部の周りに周方向に沿って配列される。複数のダクトは、好ましくは円状のフォーメーションで配列される。他の好ましい実施形態では、複数のダクトは、支持構造体の１つまたは複数の柱に関して非対称なフォーメーションで配列される。更なる他の形態では、対称的なフォーメーションと非対称なフォーメーションの両方の組み合わせが採用され、これらのフォーメーションが支持構造体の別々の柱に設けられる。
【００１７】
ある実施形態では、取付手段は、支持構造体を補強し、これにより支持構造体の定格荷重を増加させるように構成される。他の実施形態では、支持構造体に取り付けられるダクトによって支持構造体に使用時に加えられる静的および動的な力を支持するために、支持構造体の定格荷重を増加させる独立した補強手段が支持構造体に固定される。補強手段は、好ましくは支持構造体の取付構造に接する状態で固定されるか、または取付構造の近傍に固定される。
【００１８】
ある好ましい実施形態では、取付構造は凹部の形態であり、ダクトは凹部に取り付けられる。ある好ましい形態では、取付構造は、各ダクトを取り付ける個別の凹部を含む。他の形態では、凹部は、支持構造体の周囲に連続的に延びており、この場合、取付構造は、支持構造体の断面積が低減された領域である。ある実施形態では、凹部は、ダクトが凹部の中に受け入れられてダクトの外面が支持構造体の外面と略同一平面上に位置するように構成される。別の実施形態では、凹部は、ダクトの一部分が凹部の中に受け入れられてダクトの残りの部分が支持構造体の外面から突出するように構成され得る。
【００１９】
他の好ましい実施形態では、取付構造は、支持構造体の外面から外側へ突出する凸部の形態である。取付構造は複数の凸部を含み、各凸部は別個のダクトが取り付けられるように構成されていてもよい。別の実施形態では、ダクトは、凸部の対または群に取り付けられる。他の形態では、凸部は、支持構造体を取り巻く連続する帯状部または輪状部の形態であり、２つ以上のダクトが連続する帯状部または輪状部に取り付けられ得る。
【００２０】
好ましくは、エネルギー抽出モジュールは、ダクトとの間で流体が通じるタービンを含み、タービンは振動水柱によって生成される流体の流れにより駆動され得る。振動水柱によって生成される流体の流れは、好ましくは気流であり、より好ましくは双方向性の気流である。
【００２１】
ある実施形態では、各ダクトからの双方向性の気流は、単一のタービンを駆動するために利用される。他の実施形態では、独立したタービンが各ダクトに関連づけられ、関連づけられた振動水柱によって生成される気流により駆動される。
【００２２】
エネルギー抽出モジュールは、好ましくは、電気エネルギーを生成するために１つのタービンまたは各タービンに結合された電気生成手段を含む。好ましくは、電気生成手段は発電機である。ある実施形態では、各エネルギー抽出モジュールは、電気エネルギーを生成するために、関連づけられたタービンによって回転するように構成された発電機を有する。他の実施形態では、単一の発電機が複数のエネルギー抽出モジュールの各タービンに結合され、各タービンによって回転する。
【００２３】
ある実施形態では、１つまたは複数の発電機によって生成された電気エネルギーは、電気グリッドに供給される。他の形態では、電気エネルギーは、後で使用するために例えばバッテリのようなエネルギー貯蔵手段に供給される。ある好ましい実施形態では、貯蔵されたエネルギーはワークステーションに電力を供給するために使用される。
【００２４】
オフショアプラットフォームは、好ましくはオイルリグまたはガスリグである。好ましくは、ワークステーションは、オイルリグまたはガスリグのデッキである。ワークステーションは、好ましくは、支持構造体によって水塊よりも上方に保持される。
【００２５】
ある実施形態では、各エネルギー抽出モジュールは、関連づけられたダクトの出口に直接接続される。他の形態では、例えば導管の形態をした独立した流路がダクトの出口から延びて、エネルギー抽出モジュールのタービンに接続される。導管は、支持構造体の外面に沿ってまたは外面に隣接して延びるように取り付けられ得る。他の実施形態では、支持構造体は、タービンを駆動するために利用される双方向性の気流の流路を画定する内部通路を有していてもよい。
【００２６】
導管および内部流路によって、有利には、エネルギー抽出モジュールをダクトに対して種々の異なる位置に配置可能となることを、当業者は理解するであろう。ある実施形態では、エネルギー抽出モジュールは、関連づけられたダクトに近い支持構造体に取り付けられる。他の実施形態では、支持構造体は、エネルギー変換モジュールを支持するためにワークステーションの下に配置される。更なる実施形態では、エネルギー抽出モジュールは、ワークステーションまたはデッキの作業上面に配列される。
【００２７】
ある好ましい実施形態では、ダクトは直線状である。他の好ましい実施形態では、ダクトはＬ字形、Ｕ字形、Ｊ字形の１つであるか、または水がダクトを通って流れるにつれてダクト内の振動水柱が進行方向を変化させるように構成される。
【００２８】
ある好ましい実施形態では、各ダクトは、おおよそＪ字形であり、ダクトの一部分が他の部分よりも長い。入口部分は、好ましくは第２の出口部分よりも短い。入口開口および出口開口は、好ましくは、それぞれの機能を発揮できるように、ダクトの第１の部分の上面部および第２の部分の上面部にそれぞれ設けられる。
【００２９】
好ましくは、各エネルギー抽出モジュールのダクトは、少なくとも第１の部分および第２の部分を有し、第１の部分および第２の部分は略平行であり、水柱が第１の部分から第２の部分に流れるときまたは第２の部分から第１の部分に流れるときに、振動水柱は進行方向を約１８０度変化させる。他の実施形態では、各エネルギー抽出モジュールのダクトは、少なくとも第１の部分および第２の部分を有し、第１の部分および第２の部分は略垂直であり、水柱が第１の部分から第２の部分に流れるときまたは第２の部分から第１の部分に流れるときに、振動水柱は進行方向を約９０度変化させる。ある実施形態では、ダクトは３つ以上の部分を有し、水柱がある部分から次の部分に流れるときに、振動水柱は進行方向を変化させる。ダクトは、好ましくは、振動水柱が蛇行流路を有するように構成される。
【００３０】
好ましくは、各ダクトおよび各エネルギー抽出モジュールは、略同一の構成を有する。他の形態では、ダクトおよびモジュールは、支配的な海洋波に対して特定のモジュールを意図する方向に向けるため、および／またはメンテナンス作業を助けるために、異なる構成を有する。
【００３１】
好ましくは、各モジュールのダクトは、取付手段によってオフショア構造体に取り付けられる。取付手段は、好ましくは取付ブラケットであり、更に好ましくは剛性取付ブラケットである。好ましくは、各ダクトは略鉛直方向に取り付けられる。各ダクト（または、好ましくはダクトの各部分）の長手方向の軸は、好ましくはダクトが固定された状態で取り付けられたパイロンの長手方向の軸と略平行である。
【００３２】
各ダクトは、好ましくは、使用時にエアチャンバーが振動水柱と出口開口との間に形成されるように配置される。
【００３３】
本発明の第２の態様によれば、水塊に配置されるオフショアプラットフォームの支持構造体が提供される。
【００３４】
この支持構造体は、
柱と、
柱に関連づけられた取付構造と、
波エネルギー抽出システムのための少なくとも１つの振動水柱ダクトと、を含み、
振動水柱ダクトは、水塊の平均海水面レベルに対して所定の決められた高さに保持されるように、取付構造に取り付けられる。
【００３５】
好ましくは、取付手段は、柱を補強し、これにより柱の定格荷重を増加させるように構成される。他の実施形態では、独立した補強手段が柱に固定され、柱に固定された少なくとも１つの振動水柱ダクトによって柱に加えられる静的および動的な力を支持するために、柱の定格荷重を増加させる。補強手段は、好ましくは柱の取付構造に接する状態で固定されるか、または取付構造の近傍に固定される。
【００３６】
ある実施形態では、柱は、ダクトの中で振動している振動水柱によって生成される流体の流れの流路を画定する。流体の流れはエネルギー抽出モジュールを駆動するために利用される。流路は、柱の内部での流れを可能にする内部中空通路であってもよい。あるいは、流路は、柱の外面に形成された溝に配置される導管によって画定されていてもよい。
【００３７】
本発明の第３の態様により提供される波エネルギー抽出システムは、
支持構造体と、
支持構造体に接続される２つ以上のエネルギー抽出モジュールと、を含み、
各エネルギー抽出モジュールは、振動水柱を受け入れるダクトと、ダクトとの間で流体が通じて、振動水柱によって生成された流体の流れにより駆動されるタービンと、電気エネルギーを生成するために動作可能なようにタービンに結合される発電機と、を有する。
【００３８】
２つ以上のエネルギー抽出モジュールは、略同一の構成を有し、２つ以上のエネルギー抽出モジュールによって生成される合計されたトータルの電気エネルギーが支配的な波の方向にかかわらず略一定となるように対称のフォーメーションで配置される。
【００３９】
好ましくは、支持構造体は、互いに決められた間隔をあけて配置される複数のエネルギー抽出モジュールのダクトを保持する支持フレームである。支持構造体は、好ましくは中心軸を画定する。好ましくは、２つ以上のエネルギー抽出モジュールは、中心軸の周りに配列されることによって対称的なフォーメーションをとり、より好ましくは、中心軸の周りで中心を共有するように配列されることによって対称的なフォーメーションをとる。
【００４０】
２つ以上のエネルギー抽出モジュールは、好ましくは、例えば海洋のような水塊に配置され、各水柱は、関連づけられたダクトを通過する波の上昇および下降に応じて独立的に振動する。
【００４１】
好ましくは、２つ以上のエネルギー抽出モジュールは海洋に配置され、互いに異なる方向を向いており、したがって支配的な海洋波に対しても異なる方向に向いている。ある実施形態では、エネルギー抽出モジュールは、エネルギー抽出モジュールの２つ以上の群を含み、モジュールの第１の群は、モジュールの第２の群と比較して異なる方向に向いている。
【００４２】
ある好ましい実施形態では、２つ以上のエネルギー抽出モジュールは、中心軸の周りで円状のフォーメーションで配列される。ある好ましい実施形態では、円状のフォーメーションは、中心軸の周りで中心を共有するように配列された６つのエネルギー抽出モジュールを含む。ここで、あるエネルギー抽出モジュールは到来する波へ向かって直接対面し、あるモジュールは到来する波に対して＋６０度の角度をなす方向に向き、あるモジュールは到来する波に対して−６０度の角度をなす方向に向き、あるモジュールは到来する波に対して＋１２０度の角度をなす方向に向き、あるモジュールは到来する波に対して−１２０度の角度をなす方向に向き、あるモジュールは到来する波に対して＋１８０度の角度をなす方向に向く。
【００４３】
エネルギー抽出モジュールの対称的なフォーメーションは、円状のフォーメーション、または上述したように６つのモジュールを有するフォーメーションに限定されず、任意の適切な対称的なフォーメーションであってもよく、所望の設計および／または要求性能に適合した任意の適切または所望の数のモジュールを含んでもよいことが理解されるであろう。特に、対称的なフォーメーションは、任意の適切な対称的な多角形のフォーメーションであってもよい。
【００４４】
ある実施形態では、複数のエネルギー抽出モジュールは、互いに隣り合う位置にあるように構成される。様々な実施形態において、互いに隣り合う複数のモジュールは、共通の側壁を共有する。共通の側壁は波エネルギー抽出システムの設計および構成を単純化し、これに伴う構築コストを有効に低減することが理解されるであろう。
【００４５】
各エネルギー抽出モジュールが、他のエネルギー抽出モジュールと略同一の構成を有し、他のエネルギー抽出モジュールに対して異なる方向を向いているので、各モジュールに関連づけられた振動水柱は、好ましくはそのエネルギー抽出モジュールが支配的な海洋波に対してなす方向に依存して、異なる大きさの山部と谷部の間で振動することも理解されるであろう。
【００４６】
好ましくは、支持フレームおよびエネルギー抽出モジュールは、係留システムによって水塊において所望の位置および向きに保持される。係留システムは、好ましくは水塊の底よりも上方において所定の高さにダクトを保持する。好ましくは、係留システムは、引張り係留システムである。ある実施形態では、支持フレームおよびエネルギー抽出モジュールの浮動を容易にする浮力エレメントまたは機構が、係留システムと組み合わせて利用可能であり、水塊の底よりも上の所定の高さにダクトを維持することに役立つ。
【００４７】
他の好ましい実施形態では、係留システムは、定置係留システム、浮動係留システム、および緩み係留システムを含む群から選択される。
【００４８】
ある好ましい実施形態では、波エネルギー抽出システム全体について単一の係留が必要とされる。単一の係留システムの使用は、構造物全体の複雑度を顕著に低減し、したがって構築、作動、およびメンテナンス手順に伴うコスト全体を低減できることも、当業者によって理解されるであろう。
【００４９】
支配的な海洋波に対してエネルギー抽出モジュールが固定された関係で保持されるこれらの実施形態において、各モジュールの性能は、到来する波に対するその特定のモジュールの向きに依存することが理解されるであろう。例えば、到来する波に直接対面するエネルギー抽出モジュールは、好ましくは１００％に近い運転能力で動作するが、到来する波の方向に対して角度「α」だけずれた方向に向くモジュールは、方向の角度に依存して最大能力以下で動作する。ある実施形態では、モジュールの運転能力は、モジュールの向きが波の方向からずれる角度が増加するにつれて減少する。
【００５０】
例えば、到来する波に対して６０度の角度をなす方向に向いたエネルギー抽出モジュールは８５％の能力で動作し、到来する波に対して１２０度の角度をなす方向に向いたモジュールは約７５％の能力で動作し、到来する波から離れた方向に向く（すなわち、１８０度の角度をなす方向に向く）モジュールは約６０％の能力で動作する。上記で列挙された数値は、例示を目的とするだけであり、エネルギー抽出モジュールの実際の性能は、モジュールの構成および支配的な波の作用に依存することが理解されるであろう。
【００５１】
好ましくは、もし波の方向が変化するならば、各エネルギー抽出モジュールは、到来する波の方向に対してモジュールが向く角度に依存して異なる運転能力で動作する。具体的には、波の方向が変化するにつれて、ユニットの少なくとも幾つかは、到来する波に対してより小さい角度をなす方向に向き、または到来する波に向かってより直接に対面し、より高い能力で動作し始める。同様に、幾つかのエネルギー抽出モジュールは、到来する波に対してより大きい角度をなす方向に向き、または到来する波から更にずれた方向に向き、したがって、より低い運転能力で動作する。しかしながら、システムのトータル電力出力は、全ての波の方向について本質的に同じままであるのが好ましい。
【００５２】
各振動水柱によって生成された流体の流れは、好ましくは双方向性である。好ましくは、各流体の流れに関連づけられた流体は、気体および液体のうちの１つである。ある実施形態では、流体の流れは気流である。これらの実施形態において、タービンは、例えば空気駆動タービンである。空気駆動タービンは、好ましくは水塊の平均海水面レベルよりも上方に配置されるが、このことは必須ではない。他の実施形態では、流体の流れは水流である。これらの実施形態において、タービンは、例えば水力タービンであってもよい。水力タービンは、好ましくは水塊の平均海水面レベルよりも下方に配置されるが、このことは必須ではない。したがって、タービンは、振動水柱に関連づけられた流体の流れによって直接または間接に駆動されることが理解されるであろう。
【００５３】
好ましくは、ダクトは、例えば海洋のような水塊に沈められる入口部分、および入口部分が沈められたとき水塊よりも上方へ延びるように構成された出口部分を有する。入口部分は振動水柱を受け入れる入口開口を画定し、よって振動水柱はダクトを通過する水の上昇および下降に応じて振動する。
【００５４】
各入口開口は、好ましくは中心軸から離れる方向に向いている。他の実施形態では、各入口開口は中心軸に向くように構成される。更なる他の形態では、幾つかのダクトは、ダクトの入口開口が中心軸から離れる方向に向くように配列され、幾つかの入口開口は中心軸に向いている。
【００５５】
好ましくは、出口部分は振動水柱よりも上方においてエアチャンバーを画定し、よって波の山部からの上方への圧力は、振動水柱の上昇を引き起こし、ダクトの出口開口を通過する気流の形態の流体の流れを作り出す。波の谷部がダクトを通過するにつれて、下方への圧力が振動水柱の上に加えられ、空気が振動水柱へ向かって出口室の中へ流れる。気流は、いずれの方向でも、関連づけられたタービンに作用し、タービンの回転子の機械的回転を誘発する。
【００５６】
好ましくは、タービンは双方向性流体の流れに応答して単方向に動作する。各タービンは、空気駆動タービンであるか水駆動タービン（すなわち、空気圧式か水圧式）である。ある実施形態では、タービンは、その回転軸がダクトの長手方向の軸に直交するように配置される。他の実施形態では、タービンは、その回転軸がダクトの長手方向の軸と略平行であるように配置される。ある実施形態では、タービンの回転軸はダクトと同軸である。
【００５７】
好ましくは、ダクトは一定の内部断面領域を有する。内部断面領域は、好ましくは、正方形、長方形、および円形のうちの１つである。ダクトの内部断面領域は、不規則形状を含む任意の適切な形状であってもよく、ダクトの長さに沿ってサイズおよび形状を変動させてもよいことが理解されるであろう。
【００５８】
ある実施形態では、各ダクトはテーパ状の側壁を有し、好ましくは、最も広い場所は、関連づけられたダクトの入口開口のところにあるか、開口の近くにある。テーパ状のダクトの利用は、円形または多角形のフォーメーションの構築、特に共通の側壁を共有するモジュールを有するフォーメーションの構築を容易にすることが理解されるであろう。
【００５９】
海洋波エネルギー抽出システムは、所望の場所でダクトを係留する係留システムを含む。係留システムは、好ましくは、定置係留システム、浮動係留システム、引張り係留システム、および緩み係留システムのうちの１つである。
【００６０】
海洋波エネルギー抽出システムは、エネルギー抽出モジュールの浮動を容易にする浮力エレメントを含む。ある実施形態では、浮力エレメントは、ダクトおよび／または支持フレームに取り付けられる。
【００６１】
好ましくは、各エネルギー抽出モジュールは、関連づけられたモジュールのダクトの共振振動数を動的に変動させる動的共振コントロール部を有する。動的共振コントロール部は、好ましくは、ダクトの共振振動数を支配的な海洋波の振動数にマッチさせるために使用される。ある実施形態では、動的共振コントロール部は、関連づけられたダクトの壁に設けられたチューニングアパチャー部と、完全に開口する位置と閉鎖位置との間でチューニングアパチャー部のサイズを選択的に調整する選択的移動可能カバーまたはゲートと、を含む。カバーは、好ましくは、支配的な海洋波の振動数にダクトの可変長さを細かくチューニングするために、完全な開口位置と閉鎖位置との間の複数の中間位置に移動可能である。 好ましくは、カバーは、チューニングアパチャー部を覆ってスライド移動可能に取り付けられる。
【００６２】
他の好ましい形態では、動的共振コントロール部は、ダクトの長さを選択的に調整し、これによって支配的な海洋波の周期と略一致するようにダクトの共振振動数を調整し、支配的な波の周期の経時的変化への対応を可能にする手段を含む。種々の実施形態において、ダクトは、ダクトの長さを変動させるための伸縮自在な構成を有する。ダクトの伸縮自在な構成は、例えば複数の管のような複数の別個の部分を含む。複数の管は、管の相対的なスライド移動を容易にしてダクトの長さを変動させるように配列される。伸縮自在な部分の各ペアは、好ましくは関連づけられたロッキング手段を有し、ロッキング手段は、管同士をロックして所望のダクト長さにセットする。
【００６３】
好ましくは、動的共振コントロール部は、ダクト内の振動水柱の振動の大きさを検知する検知手段を含む。検知手段は、支配的な海洋波の周期を示す。カバーは、好ましくはセンサからの信号がカバーを移動するために利用されるように検知手段とコミュニケーションがとられた関係にある。これは、そのときの波のコンディションにおける振動数に対応するようにダクトの共振振動数をチューニングするためである。
【００６４】
好ましくは、ダクトは、検知手段がＯＷＣの鉛直振動を測定するように構成されており、チューニングアパチャー部およびゲートは、ゲートがセンサ信号に応答して略水平方向に移動してチューニングアパチャー部を開放または閉鎖するようにダクトの入口部分の上部壁に配列される。
【００６５】
本発明の第４の態様により提供される波エネルギー抽出システムは、
互いに固定された関係に連結された２つ以上のエネルギー抽出モジュールを含み、各エネルギー抽出モジュールは、振動水柱を受け入れるダクトと、ダクトとの間で流体が通じて、振動水柱によって生成される流体の流れにより駆動されるタービンと、電気エネルギーを生成するためにタービンに機能的に結合される発電機とを有する。
【００６６】
２つ以上のエネルギー抽出モジュールは、略同一の構成を有し、２つ以上のエネルギー抽出モジュールによって生成される合計されたトータル電気エネルギーが支配的な波の方向にかかわらず略一定となるように対称のフォーメーションで配置される。
【００６７】
本発明の第５の態様により提供される波エネルギー抽出システムは、
水塊に配置されるオフショア剛性支持構造体と、
前記オフショア剛性支持構造体に固定された状態で取り付けられる少なくとも１つのエネルギー抽出モジュールと、を含み、
１つのエネルギー抽出モジュールまたは各エネルギー抽出モジュールは、水塊から振動水柱を受け入れるためのダクトと、振動水柱によって生成される流体の流れによる駆動されるようにダクトとの間で流体が通じるタービンと、を有し、
１つのエネルギー抽出モジュールのダクトまたは各エネルギー抽出モジュールのダクトは、水塊の海底よりも上方の所定の高さに保持される。
【００６８】
好ましくは、オフショア剛性支持構造体は固定されている。オフショア剛性支持構造体は、好ましくは、動かないように海底に固定される。支持構造体は、好ましくは剛性パイロンまたは柱の形態である。ある実施形態では、剛性パイロンはスチールおよび／またはコンクリートによって形成される。好ましくは、剛性パイロンはオフショアプラットフォームの脚部である。オフショアプラットフォームは、好ましくはオイルリグまたはガスリグである。
【００６９】
好ましくは、波エネルギー抽出システムは２つ以上のエネルギー抽出モジュールを含む。各モジュールのダクトは、好ましくは海底よりも上方の同じ高さに保持される。他の実施形態では、ダクトの少なくとも２つが海底よりも上方の異なる高さに保持される。ある実施形態では、各ダクトは海底よりも上方の異なる高さに保持される。好ましくは、各ダクトが海底よりも上方に保持される高さは、使用時には実質的に固定される。
【００７０】
波エネルギー抽出システムは、好ましくは、電気エネルギーを生成するために一つのタービンまたは各タービンに結合された電気生成手段を含む。好ましくは、電気生成手段は発電機である。ある実施形態では、各エネルギー抽出モジュールは、電気エネルギーを生成するために、関連づけられたタービンによって回転するように構成された発電機を有する。他の実施形態では、波エネルギー抽出システムは単一の発電機を含み、単一の発電機は、エネルギー抽出モジュールの各タービンに結合され、各タービンによって回転する。
【００７１】
ある実施形態では、１つまたは複数の発電機によって生成された電気エネルギーは、電気グリッドに供給される。他の形態では、電気エネルギーは、後で使用するために例えばバッテリのようなエネルギー貯蔵手段に供給される。ある好ましい実施形態では、貯蔵されたエネルギーはオフショアプラットフォームに電力を供給するために使用される。
【００７２】
好ましくは、各エネルギー抽出モジュールは略同一の構成を有する。他の形態では、モジュールは、支配的な海洋波に対して特定のモジュールを意図する方向に向けるため、異なる構成を有する。
【００７３】
２つ以上のエネルギー抽出モジュールは、好ましくは、オフショアプラットフォームの脚部に関して対称的なフォーメーションで配列される。ある実施形態では、同じ対称的なフォーメーションがオフショアプラットフォームの各脚部の周りに設けられる。他の好ましい実施形態では、複数のエネルギー抽出モジュールは、オフショアプラットフォームの１つまたは複数の脚部に関して非対称なフォーメーションで配列される。 更なる他の形態では、対称的なフォーメーションと非対称なフォーメーションの両方の組み合わせが採用され、これらのフォーメーションがオフショアプラットフォームの別々の脚部に設けられる。
【００７４】
好ましくは、各モジュールのダクトは、取付手段によってオフショア構造体に取り付けられる。取付手段は、好ましくは、搭載ブラケットであり、更に好ましくは、剛性搭載ブラケットである。
【００７５】
好ましくは、複数のダクトは、オフショア構造体の脚部の周りに周方向にに沿って配列される。複数のダクトは、好ましくは円状のフォーメーションで配列される。ある実施形態では、各ダクトは、ダクトがオフショア構造体に接するようにオフショア構造体に取り付けられる。他の形態では、各ダクトは、それが取り付けられたパイロンの脚部から間隔をあけて取り付けられる。
【００７６】
好ましくは、各エネルギー抽出モジュールのダクトは、少なくとも第１の部分および第２の部分を有し、第１および第２の部分は略平行であり、水柱が第１の部分から第２の部分に流れるとき、または第２の部分から第１の部分に流れるときに、振動水柱は進行方向を変化させる。好ましくは、少なくとも第１の部分および第２の部分を有する各ダクトは略Ｕ字形である。ある実施形態では、ダクトは３つ以上の部分を有し、水柱がある部分から次の部分へ流れるときに、振動水柱は進行方向を変化させる。ダクトは、好ましくは、振動水柱が蛇行流路を有するように構成される。
【００７７】
好ましくは、各ダクトは略鉛直方向に取り付けられる。各ダクト（または、好ましくはダクトの各部分）の長手方向の軸は、好ましくはダクトが固定された状態取り付けられたパイロンの長手方向の軸と略平行である。各ダクトは、好ましくは、使用時には水塊の中に沈められる入口開口と、水塊よりも上方に配置される出口開口とを有し、エアチャンバーが振動水柱と出口開口との間に形成される。 入口開口は、好ましくは、使用時に、ダクトの第１の部分と第２の部分の間における屈曲部または接続部に設けられる。好ましくは、入口開口は、予想される最低の波の谷部よりも下方に配置されるように水の中に沈められる。
【００７８】
本発明の第６の態様により提供される波エネルギー抽出システムは、
少なくとも１つのエネルギー抽出モジュールを含み、各エネルギー抽出モジュールは、振動水柱を受け入れるダクトと、ダクトとの間で流体が通じて、振動水柱によって生成された流体の流れによって駆動されるタービンと、を有する。
【００７９】
ダクトは少なくとも第１の部分および第２の部分を有し、第１および第２の部分は略平行であり、水柱が第１の部分から第２の部分に流れるとき、または第２の部分から第１の部分に流れるときに、振動水柱は進行方向を変化させる。
【００８０】
好ましくは、各ダクトの第１の部分および第２の部分は、ダクトが略Ｕ字形になるように構成される。ある実施形態では、ダクトは３つ以上の部分を有し、水柱がある部分から次の部分へ流れるときに、振動水柱は進行方向を変化させる。ダクトは、好ましくは、振動水柱が蛇行流路を有するように構成される。
【００８１】
好ましくは、各ダクトは、使用時には略鉛直方向に取り付けられる。各ダクト（または、好ましくはダクトの各部分）の長手方向の軸は、好ましくはダクトが固定された状態で取り付けられるパイロンの長手方向の軸と略平行である。各ダクトは、好ましくは、水塊の中に沈められる入口開口と、水塊よりも上方に配置される出口開口とを有し、使用時にはエアチャンバーが振動水柱と出口開口との間に形成される。入口開口は、好ましくは、使用時に、ダクトの第１の部分と第２の部分との間における屈曲部または接続部に設けられる。好ましくは、入口開口は、予想される最低の波の谷部よりも下方に配置されるように水の中に沈められる。
【００８２】
ここで、本発明の好ましい実施形態について添付の図面を参照しつつ単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】エネルギー抽出モジュールがオフショアプラットフォームに取り付けられる種々の位置を示すオフショアプラットフォームの概略側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかるオフショアプラットフォームの概略を示す部分側面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかるオフショアプラットフォームの概略を示す部分側面図である。
【図４】オフショアプラットフォームの柱の周りにおいて円状のフォーメーションで配列された複数のダクトの一実施形態を示す概略斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による波エネルギー抽出装置の概略を示す平面図である。
【図６】図５の波エネルギー抽出装置の側面図である。
【図７】図５および図６の波エネルギー抽出装置のエネルギー抽出モジュールの斜視図である。
【図８】オフショアプラットフォームに取り付けられた本発明の他の実施形態による波エネルギー抽出装置の概略を示す側面図である。
【図９】オフショアプラットフォームのパイロンに取り付けられた波エネルギー抽出装置のエネルギー抽出モジュールの一配列例を示す平断面図である。
【図１０】オフショアプラットフォームのパイロンに取り付けられた波エネルギー抽出装置のエネルギー抽出モジュールの他の配列例を示す平面図である。
【図１１】（Ａ）?（Ｅ）は、オフショアプラットフォームのパイロンに取り付けられたエネルギー抽出モジュールの様々な代替配列例を示す。
【図１２】振動水柱の進行方向を変化させる第１の部分および第２の部分を有するダクトを備えるエネルギー抽出モジュールの概略を示す側面図である。
【図１３】振動水柱の進行方向を変更させる４つの部分を有するダクトを備えるエネルギー抽出モジュールの概略を示す側面図である。
【図１４】図１２のダクトを組み込んだ本発明の一実施形態による波エネルギー抽出システムの側面図である。
【図１５】図１２のダクトのうちの４つまたは２つを組み込んだ２つの代替配列例を示す平面図である。
【図１６】オフショアプラットフォームに取り付けられて、図１２のダクトを組み込んだ本発明の他の実施形態による波エネルギー抽出装置の概略を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００８４】
図面を参照しつつ、本発明によって提供されるオフショアプラットフォーム１について説明する。 プラットフォーム１は、互いに連結された４つの剛性柱２の形態をした支持構造体を含む。剛性柱２は、沖合の場所において、例えば海洋４のような水塊においてデッキ３の形態をしたワークステーションを支持する。複数の剛性柱２は、動かないように海底に固定される。
【００８５】
図２で示される実施形態を参照すると、各支持柱２は、凹部５の形態をした取付構造を有する。取付用凹部５は、柱２の周囲に連続的に延びるように設けられており、断面積が低減された領域を画定する。柱２は、各凹部がおおよそ海洋の平均海水面レベル（ＭＳＬ）に配列されるように、水塊の中に配置される。
【００８６】
複数のダクト６は、柱２に関して対称的なフォーメーションとなるように取付用凹部５に取り付けられる。各ダクト６は、海洋から振動水柱を受け入れるように構成される。振動水柱は、ダクト６を通過する海洋波の上昇および下降に応じて振動する。
【００８７】
ここで図３に示される代替例の実施形態では、取付構造は凸部の形態を有する。凸部は、例えば外面から外側へ突き出て柱２を取り巻く輪状部７の形態をしている。図３で示されるように、幾つかのダクト６が輪状部７に取り付けられる。
【００８８】
各ダクト６は取付用凹部５または輪状部７に取り付けられ、ダクト６の入口８は、海洋４において予想される最低の波の谷部よりも下方の深度まで沈められ、ダクト６の出口９は、予想される最高の波の山部よりも上方にある。各ダクトは柱２に固定された状態で取り付けられ、ダクト６の入口８は海底よりも上方の所定の決められた高さに保持される。
【００８９】
補強手段１０は、取付構造に隣接して柱２に固定される。補強手段１０は、支持構造体に取り付けられたダクトによって支持構造体に加えられる静的および動的な力を支持するために、柱２の定格荷重を増加させる。
【００９０】
振動水柱の振動は、双方向性の気流の形態をした流体の流れを生成する。双方向性気流は、ダクト６に関連づけられたエネルギー抽出モジュール１１を駆動するために利用される。別個のエネルギー抽出モジュール１１が、好ましくは各ダクト６に関連づけられる。
【００９１】
各エネルギー抽出モジュール１１は、ダクト６との間で流体が通じるタービン１２を含み、タービン１２は、振動水柱によって生成される双方向性気流により駆動され得る。
【００９２】
エネルギー抽出モジュール１１は、電気エネルギーを生成するために、一つのタービンまたは各タービンに結合された発電機１３の形態をした電気生成手段を含む。
【００９３】
図１を参照すると、エネルギー抽出モジュール１１は、ダクト６に対して多様な異なる位置に取り付けることができる。導管１４または柱２内を通る内部通路１５は、タービン１２への方向性のある気流に対して流路を提供するために使用される。図１で示すように、エネルギー抽出モジュール１１は、関連づけられたダクト６の近傍の柱２に取り付けることもできる。別の形態として、エネルギー抽出モジュール１１を支持するためにデッキ３の下に支持プラットフォーム１６が配置されてもよい。更に別の形態として、エネルギー抽出モジュール１１は、デッキ３の作業上面１７に配置される。
【００９４】
図４に示す実施形態では、ダクト６の群が、円状のフォーメーションで柱２の取付構造に取り付けられる。各ダクト６は、出口部分１９よりも短い入口部分１８を有する略Ｊ字形である。入口開口および出口開口（２０、２１）は、それぞれの機能を発揮できるように、ダクト６の第１の部分の上面部および第２の部分の上面部にそれぞれ設けられる。
【００９５】
他の好ましい実施形態において、ダクト６およびエネルギー抽出モジュール１１は、支配的な海洋波に対して特定のモジュールの意図する方向に向けるため、および／またはメンテナンス作業を助けるために、異なる構成を有していてもよいことが、当業者によって理解されるであろう。例えば、より小さいダクト６は、波の到達が他の部位に比べて困難な柱２の内側に取り付けられていてもよい。
【００９６】
図５には波エネルギー抽出システム１００の一実施形態が示されている。システム１００は、例えば海洋２００のような水塊に配置される。
【００９７】
波エネルギー抽出システム１００は、支持フレーム（図示せず）の形態をした支持構造体を含み、複数のエネルギー抽出モジュール３００は、互いに固定された関係で支持フレームに接続される。図５の実施形態では、支持フレームは中心軸を画定し、この中心軸の周りに６つのエネルギー抽出モジュール３００が対称的な６角形のフォーメーションで中心を共有するように配列される。
【００９８】
エネルギー抽出モジュールの対称的なフォーメーションは、６角形のフォーメーションに限定されず、円形、正方形、または他の多角形のフォーメーションを含む任意の適切な対称的なフォーメーションであってもよいことが理解されるであろう。
【００９９】
各エネルギー抽出モジュール３００は、海洋２００から振動水柱を受け入れるダクト４００を有する。ダクト４００は、振動水柱を受け入れるために海洋２００の平均海水面レベル（ＭＳＬ）よりも下方に沈められる入口開口５００と、ＭＳＬよりも上方に設けられる出口開口６００とを有し、振動水柱と出口開口６００との間にエアチャンバーが形成される。下記で一層詳細に説明するように、振動水柱は、ダクト４００を通過する海洋波の上昇および下降に応じて振動する。 これらの振動はエアチャンバーにおいて圧力差を作り出し、その結果、双方向性気流の形態をした流体の流れが生じる。
【０１００】
タービン７００は、ダクト４００との間で流体が通じるように各ダクト４００の出口開口６００に接続される。タービン７００は、振動水柱によって生成される双方向性の気流によって駆動される回転子（図示せず）を有する。発電機８００は、電気エネルギーを生成するために動作可能なように、回転子によって回転する各タービン７００に結合される。
【０１０１】
図５の実施形態では、各エネルギー抽出モジュール３００は、ダクト４００、タービン７００、および発電機８００を含む。複数のエネルギー抽出モジュール３００は、全て略同一の構成を有するように構築されるのが好ましい。すなわち、各エネルギー抽出モジュール３００のダクト４００、タービン７００、および発電機８００は、同じ構成部品を使用して形成され、同じサイズおよび形状になるように構成され、したがって等しい最大動作能力を有する。
【０１０２】
略同一構成のエネルギー抽出モジュール３００の使用によって複数のエネルギー抽出モジュール３００を対称的なフォーメーションで配列することができ、この対称的なフォーメーションは、支配的な波の方向にかかわらずシステム１００によって生成されるトータルの電気エネルギーを略一定にするということが、当業者によって理解されるであろう。設計および構築コストが低減されるという利点は、同一に構成されたエネルギー抽出モジュール３００の使用によって得られる。これは、転じて、システム１００全体としての電力対コスト比の改善および一層の商業的実現可能性につながる。
【０１０３】
複数のエネルギー抽出モジュール３は、海洋２００において互いに異なる方向に向くように配置されており、したがって支配的な海洋波の移動の方向に対して異なる方向で対面する。図６において最も明瞭に示されるように、支持フレームおよび複数のエネルギー抽出モジュール３００は、係留システム９００によって海洋の中で所望の決められた位置および方向に保持される。係留システム９００は、海底よりも上方の所定の高さにおいてダクト３００を保持する。
【０１０４】
図５および図６に示す実施形態は、波エネルギー抽出システム１００全体に対して単一の係留のみを必要とする点で優れている。単一の係留システムの使用は有利であることが理解されるであろう。というのは、これは全体構造の複雑度を顕著に低減し、したがって構築、作動、およびメンテナンス手順に伴うコスト全体を低減するからである。
【０１０５】
図５の実施形態では、６角形のフォーメーションは、中心軸の周りで中心を共有するように配列された６つのエネルギー抽出モジュール３を含む。あるエネルギー抽出モジュールは到来する波へ向かって直接対面し、あるモジュールは到来する波に対して＋６０度をなす方向に向き、あるモジュールは到来する波に対して−６０度をなす方向に向き、あるモジュールは到来する波に対して＋１２０度をなす方向に向き、あるモジュールは到来する波に対して−１２０度をなす方向に向き、あるモジュールは到来する波に対して＋１８０度をなす方向に向く。
【０１０６】
各エネルギー抽出モジュール３００が、他のエネルギー抽出モジュール３００と略同一の構成を有し、他のエネルギー抽出モジュールに対して異なる方向を向いているので、各モジュールに関連づけられた独立した振動水柱は、そのエネルギー抽出モジュールが支配的な海洋波に対してなす方向に依存して、異なる大きさの山部と谷部の間で振動することを、当業者は理解するであろう。
【０１０７】
エネルギー抽出モジュール３００は、支配的な海洋波に対して固定された関係で保持されるので、各モジュール３００の性能は、到来する波に対するその特定のモジュール３００の向きに依存する。例えば、到来する波に直接対面するエネルギー抽出モジュール３００は、１００％に近い運転能力で動作する。対照的に、到来する波に対して角度「α」だけずれた方向に向くモジュール３００は、その向きの角度に依存して最大能力以下で動作する。具体的には、モジュールの向きが波の方向からずれる角度が増加するにつれて、モジュールの運転能力は減少する。
【０１０８】
例えば図５を参照すると、到来する波に対して±６０度の角度をなす方向に向くエネルギー抽出モジュールは約８５％の能力で動作し、到来する波に対して±１２０度の角度をなす方向に向くモジュールは約７５％の能力で動作し、到来する波から離れた方向に向く（すなわち、１８０度の角度をなす方向に向く）モジュールは約６０％の能力で動作する。
【０１０９】
もし波の方向が変化するならば、各エネルギー抽出モジュールは、到来する波の方向に対するそのときのなす角度に依存して、異なる運転能力で動作する。具体的には、波の方向が変化するにつれて、ユニットの少なくとも幾つかは、到来する波に対してより小さい角度をなす方向に向き、到来する波に向かってより直接に対面し、より高い能力で動作し始める。同様に、幾つかのエネルギー抽出モジュールは、到来する波に対してより大きい角度をなす方向に向き、または到来する波から更にずれた方向に向き、したがって、より低い運転能力で動作する。しかしながら、システムのトータル電力出力は、全ての波の方向について本質的に同じままである。
【０１１０】
図７において最も明瞭に示すように、各ダクトはテーパ状の側壁を有し、最も広い場所は、関連づけられたダクトの入口開口のところにあるか、入口開口の近くにある。テーパ状ダクトの使用は、円形または多角形のフォーメーション、特に、共有される共通の側壁または互いに接する側壁を有するモジュールを備えるフォーメーションの構築を容易にすることが理解されるであろう。
【０１１１】
図７を再び参照すると、各エネルギー抽出モジュール３００は、関連づけられたモジュール３００のダクト４００の共振振動数を動的に変動させる動的共振コントロール部を有する。動的共振コントロール部は、システム１００のダクト４００の共振振動数を支配的な海洋波の振動数へマッチさせるために使用される。動的共振コントロール部は、関連づけられたダクト４の壁１１１に設けられたチューニングアパチャー部１１０と、完全な開口位置と閉鎖位置との間でチューニングアパチャー部のサイズを選択的に調整する選択的スライド移動可能カバーまたはゲート１２０と、を含む。カバー１２０は、開口１１０の細かいチューニングを可能にしてダクト４００の共振振動数を支配的な海洋波の振動数にマッチさせるために、完全な開口位置と閉鎖位置との間の複数の中間位置にスライド移動可能である。
【０１１２】
動的共振コントロール部は、ダクト４００内の振動水柱の振動の大きさを検知するマグニチュードセンサ１３０の形態をした検知手段を含む。検知手段は、支配的な海洋波の周期を示す。スライド移動可能カバーは、マグニチュードセンサ１３０とコミュニケーションがとられた関係にあり、センサからの信号がカバーの移動を開始するために利用される。これは、そのときの波のコンディションにおける振動数に対応するようにダクトの共振振動数をチューニングするためである。
【０１１３】
図７において最も明瞭に示すように、ダクトは、マグニチュードセンサ１３０がダクト４００の出口部分でＯＷＣの鉛直方向の振動を測定し、チューニングアパチャー部１０１およびゲート１２０がダクトの入口部分の上部壁１１１に配置され、ゲートがセンサ信号に応じて略水平方向に移動し、チューニングアパチャー部を開放または閉鎖するように構成され得る。
【０１１４】
図８〜図１１には、波エネルギー抽出システム１００の他の実施形態が示されている。図８において最も明瞭に示すように、固定されたオイルプラットフォームまたはリグ１４０の形態をしたオフショア剛性支持構造体は、例えば海洋２００のような水塊に配置される。オイルリグ１４０は、動かないように海底に固定されるパイロン１５０の形態をした４つの脚部を有する。各パイロン１５０は、好ましくはスチールおよび／またはコンクリートによって形成される。
【０１１５】
複数のエネルギー抽出モジュール３００は、取付ブラケット（図示せず）などの形態をした取付手段を介してオイルリグのパイロンに固定した状態で取り付けられる。
【０１１６】
各エネルギー抽出モジュール３００は、海洋２００から振動水柱を受け入れるダクト４００を有する。エネルギー抽出モジュール３００のダクト４は、海底よりも上方の所定の決められた高さに保持される。
【０１１７】
図例の実施形態では、各モジュール３００のダクト４００は、海底よりも上方の同じ高さに保持される。他の好ましい実施形態において、複数のダクトは海底よりも上方の互いに異なる高さに保持されてもよいことが、当然理解されるであろう。
【０１１８】
この実施形態では、複数のエネルギー抽出モジュール３００は略同一の構成を有する。しかしながら、他の好ましい形態において、複数のモジュールは、支配的な海洋波に対する特定のモジュールを意図された方向に向けるために、異なる構成を有するように構成され得る。
【０１１９】
図９を参照すると、複数のエネルギー抽出モジュール３００は、オフショアプラットフォーム１４０の４つのパイロン１５０の周りにおいて対称的なフォーメーションでそれぞれ配列される。オフショアオイルリグの各脚部の周りにおいて形成されるフォーメーションは、同じ対称的なフォーメーションである。
【０１２０】
図１０には、モジュール３００の代替の配列例が示される。この配列例において、複数のエネルギー抽出モジュールは、オイルリグの脚部に取り付けられており、支配的な海洋波に対して異なる方向に向いている。図１１Ａ〜図１１Ｅには、オイルリグのパイロンに取り付けるモジュール３００の対称的および非対称なフォーメーションの更なる配列例が示される。
【０１２１】
図１２には、オイルリグ１４０のパイロン１５０に取り付けられるエネルギー抽出モジュール３において使用されるのに特に適したダクト４００の一実施形態が示される。この実施形態において、各エネルギー抽出モジュール３００のダクト４００は、入口開口１７０を画定する第１の部分１６と、出口開口１９０を画定する第２の部分１８０とを有する。ダクト４００は略Ｕ字形になるように構成され、第１および第２の部分（１６０、１８０）は相互に略平行であり、水柱が第１の部分１６０から第２の部分１８０に流れるか、または第２の部分１８０から第１の部分１６０に流れるときに、振動水柱は進行方向を変化させる。図１２の実施形態では、任意に選択可能な取り入れパイプ２２０が設けられている。他の形態では、この取り入れパイプ２２０は使用されず、この場合、入口開口１９０は、第１の部分１６０の端部によって画定され、海洋２００の海水面へ向かって直接上方に向いている。
【０１２２】
図１３には、４つの部分を有するダクトの更なる実施形態を示す。このダクトでは、水柱がダクトを通過して流れるとき、水柱がある部分から次の部分へ流れるときに、振動水柱は進行方向を４回変化させる。
【０１２３】
図１４および図１６を参照すると、図１２および図１３のダクトは、オイルリグ１４０のパイロン１５０に略鉛直方向に取り付けられる。すなわち、各ダクト（またはダクトの各部分）の長手方向の軸は、ダクトが固定された状態で取り付けられたパイロン１５０の長手方向の軸と略平行である。入口開口１７０は、海洋面よりも内部に沈められ、使用時に予想される最低の波の谷部よりも下方に配置されるようにダクトの第１の部分と第２の部分との間における屈曲部または接続部よりも上方にあるように設けられる。
【０１２４】
出口開口１９０は、使用時にエアチャンバー２１０が振動水柱と出口開口１９０との間に形成されるように海洋の海水面よりも上方に設けられる。
【０１２５】
タービン７００は、各ダクト４００との間で流体が通じて、振動水柱によって生成された気流により駆動される。
【０１２６】
波エネルギー抽出システムは、好ましくは、電気エネルギーを生成するために、タービンに結合された発電機の形態をした電気生成手段を含む。
【０１２７】
１つの発電機または複数の発電機によって生成された電気エネルギーは、電気グリッド供給され得る。他の形態では、電気エネルギーは、後で使用するために例えばバッテリのようなエネルギー貯蔵手段に供給され得る。貯蔵されたエネルギーは、オフショアプラットフォームに電力を供給するために使用され得る。したがって有利には、貯蔵されたエネルギーは、オフショアオイルリグまたは遠隔地域に電力を供給するために通常使用されるディーゼル発電機の代わりに、またはディーゼル発電機の使用範囲を少なくとも低減するために使用され得る。
【０１２８】
したがって、本発明は、少なくともその好ましい実施形態において、剛性の実質的に固定された支持構造体を使用して、有利に一層効果的に動作する波エネルギー抽出システムを提供する。本発明の好ましい形態は、性能の向上とコストの顕著な低減の組み合わせによってコスト対電力比が改善され、これよって波エネルギー抽出システムを商業的に最も実現可能にできる。ある好ましい形態におけるシステムは、波エネルギー変換効率を５０パーセントまで改善できる。
【０１２９】
システムの好ましい実施形態は、システムのトータル電力出力が、支配的な波の方向に顕著に依存することを避けることができる。好ましい形態におけるシステムでは、剛性の実質的に固定されたシステムを使用することによって、より効率的に有利に動作する。好ましい形態におけるシステムでは、更に小型システムを提供する。この小型システムは、構築およびメンテナンスが簡単であるばかりでなく、有利には海洋表面の近くで動作し、したがって、これらの浅い深度での一層高いエネルギー利用を可能にする。これらおよび他の点において、本発明は、その好ましい実施形態において、先行技術に対して実用的および商業的に顕著な改善を示す。
【０１３０】
本発明について特定の例を参照して説明したが、多くの他の形態で具体化されてもよいことを当業者は理解するであろう。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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