(57)【要約】支持構造（４）を含むエネルギー変換アレイと、支持構造（４）に搭載された複数の潮汐エネルギー変換モジュール（６）とを備え、各モジュール（６）は、少なくとも１つのエネルギー変換装置を含み、複数の潮汐エネルギー変換モジュール（６）が、千鳥配置で支持構造（４）に搭載されるような配置であり、各モジュール（６）は、隣接するモジュール（６）から水平および垂直の両方に分離されており、各モジュール（６）にはそれぞれ妨げられていない実質的に垂直なリフトコリドーがあり、各モジュール（６）にはそれぞれ妨げられていない実質的に水平なフローコリドーがあるような配置である、装置。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造を含むエネルギー変換アレイと、前記支持構造に搭載された複数の潮汐エネルギー変換モジュールとを備え、各モジュールは、少なくとも１つのエネルギー変換装置を含み、前記複数の潮汐エネルギー変換モジュールが、千鳥配置で前記支持構造に搭載されるような配置であり、各モジュールは、隣接するモジュールから水平および垂直の両方に分離されており、各モジュールにはそれぞれ妨げられていない実質的に垂直なリフトコリドーがあり、各モジュールにはそれぞれ妨げられていない実質的に水平なフローコリドーがあるような配置である、装置。
【請求項２】
各モジュールは、複数のエネルギー変換装置を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記エネルギー変換装置は、タービンである、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記モジュールは、前記エネルギー変換装置が搭載されたクロスビーム構造を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記クロスビーム構造は、翼状のクロスビーム構造である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記支持構造は三脚の形態であってもよく、さらに前記エネルギー変換装置への水の流れを増大させるようにフェアリングを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
好ましくは、各モジュールは、船に取り付けられたツインダビットシステムによって、水中に下降される、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記ツインダビットシステムは、前記クロスビーム構造と実質的に同じ幅の搬送ビームを含む、請求項４または５に付加された請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記クロスビーム構造は、前記搬送ビームに解放可能に搭載される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記クロスビーム構造は、突き刺しガイドを含む、請求項４から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記突き刺しガイドは、切頭円錐形のチャネルであり、前記支持構造の搭載された複数の支柱の端部領域の対応する嵌合要素の受け入れの公差を増加させる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
エネルギー変換アレイの設置方法であって、海底に支持構造を設置することと、各モジュールが少なくとも１つのエネルギー変換装置を含む複数の潮汐エネルギー変換モジュールを順次下降させることと、前記複数の潮汐エネルギー変換モジュールを前記支持構造に千鳥配置で搭載することとを備え、各モジュールは、隣接するモジュールから水平および垂直の両方に分離されており、各モジュールにはそれぞれ妨げられていない実質的に垂直なリフトコリドーがあり、各モジュールにはそれぞれ妨げられていない実質的に水平なフローコリドーがあるような配置である、方法。
【請求項１３】
各モジュールは、海底に前もって固定された前記支持構造上に水上船から下降される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ケーブルを安定させることにより、下降中に前記モジュールを安定させることをさらに備えた、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
各モジュールは、突き刺し配置によって前記支持構造４に突き刺される、請求項１２〜１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー変換アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
潮汐エネルギーからの力を利用することは、海洋環境からエネルギーを抽出する十分に実証された方法である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ただし、潮汐エネルギーの正当な商業的開発を可能にするための均等化発電コスト（ＬＣＯＥ）の達成には大きな課題がある。主な課題は次のとおりである。
【０００４】
・潮力タービンの高コストと複雑さ
【０００５】
・海底基礎の高いコストと複雑さ
【０００６】
・海底基礎の高レベルの疲労による短寿命化、ならびに複雑さ／コストの増加
【０００７】
・大きな荷物を吊り上げることができる建設船が必要であることに起因する高い設置コスト
【０００８】
・特定の地理的領域での適切な設置船の利用可能性の低さ
【０００９】
・重いタービンの輸送および取り扱い、ならびに関連するプラント機器のバランスに関連する複雑で高い物流コスト
【００１０】
・重量物建設船を動員する必要があることに起因する、非常に高い運行および保守コスト
【００１１】
・沖合海洋スプレッドの動員／動員解除のコストへの多額の支出
【００１２】
・建設活動のための現場への非常に限られた利用可能時間
【００１３】
世界で最高の潮汐サイトの多くは、オフショア建設船（ＯＣＶ’ｓ）を利用できないため、このような船を長距離にわたって動員するのに非常に高いコストがかかる。
【００１４】
フローティングプラットフォームは、潜在的な解決策として広く認識されている。しかしこれは、コストおよびリスクを増加させ得るものであり、このコストおよびリスクの増加は、高い係留負荷、係留疲労、係留弾性／ヨーイング（フィッシュテーリング）、フローティングプラントの高コストおよび法的要件、海底とフローティング装置との間の高価なアンカーソリューションおよび複雑な動的ケーブルのフックアップ、ケーブルの疲労、悪天候／生存可能性の問題、船舶／破片との衝突などに起因する。さらに、そのようなフローティングソリューションを使用できる場所は限られており、船舶の航行に大きな危険をもたらす。また、係留設備および関連機器は、多くの海底空間を占有するため、パッキング密度が比較的低く、特定のエリアからのエネルギー回収が低い。
【００１５】
潮力タービンの海中設置技術は、最近、非常に効率的であり十分に実証されており、海底に搭載されたタービンの使用から逸脱する理由はない。
【００１６】
加えて、海中コネクタおよびフックアップ方法論を使用した実績は十分に理解されており、ウェットメイトコネクタ（ｗｅｔ  ｍａｔｅ  ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ）を使用してうまく実行されている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の局面に従うと、支持構造を含むエネルギー変換アレイと、支持構造に搭載された複数の潮汐エネルギー変換モジュールとを備え、各モジュールは、少なくとも１つのエネルギー変換装置を含み、複数の潮汐エネルギー変換モジュールが、千鳥配置で支持構造に搭載されるような配置であり、各モジュールは、隣接するモジュールから水平および垂直の両方に分離されており、各モジュールにはそれぞれ妨げられていない実質的に垂直なリフトコリドーがあり、各モジュールにはそれぞれ妨げられていない実質的に水平なフローコリドーがあるような配置である、装置が提供される。
【００１８】
本発明の第２の局面に従うと、エネルギー変換アレイの設置方法であって、海底に支持構造を設置することと、各モジュールが少なくとも１つのエネルギー変換装置を含む複数の潮汐エネルギー変換モジュールを順次下降させることと、複数の潮汐エネルギー変換モジュールを前記支持構造に千鳥配置で搭載することとを備え、各モジュールは、隣接するモジュールから水平および垂直の両方に分離されており、各モジュールにはそれぞれ妨げられていない実質的に垂直なリフトコリドーがあり、各モジュールにはそれぞれ妨げられていない実質的に水平なフローコリドーがあるような配置である、方法が提供される。
【００１９】
これらの局面により、個々の水中エネルギー変換モジュールに簡単にアクセスして回復できる基礎構造を提供することができ、基礎／支持構造を本来の場所に留めることができる。
【００２０】
好ましくは、エネルギー変換装置はタービンであり、それらのブレードは変動する潮の動きによって軸周りを回転する。
【００２１】
近年利用可能な比較的小さい潮力タービンのコストの低さおよび重量の軽さを利用し、複数のこれらのタービンをクロスビーム構造上の単一のエネルギー変換モジュールに統合／密集させ、さらにモジュールのフックアップおよび電力管理システムを統合することにより、資本支出をより少なくし重量を大幅に削減して、同じ量のエネルギーを抽出することができる。たとえば、５０〜２００ｋＷの容量で約１〜１０トンの重量の小さなタービンは、２０トンという低いタービン重量で、合計５〜２０個のタービンで１ＭＷの発電容量を達成できることを意味する。これらの積荷は、標準的な低コストの作業船、供給船、およびバージによって容易に処理される。この容量を持つ従来のより大きなタービン（＞１ＭＷ）は、通常１３０〜２００トンの範囲である。これは、設置、物流、運行、および保守の面で大きな利点があり、大型の重量物設置および回収船から、小型の作業船、補給船、およびバージに、洋上建設船を必要とせずに移行することを可能にする。このアプローチには、沖合型の建設船がほとんどない地域で、地元で調達された作業船やバージを適応できるという大きな利点がある。
【００２２】
さらに、比較的小さいタービンは、かなり高い発電：重量比だけでなく、かなり高い発電：製造コスト比も提供することが実証されている。
【００２３】
さらなる利点は、支持構造の疲労（基礎疲労）、ウェイク損失である。設置、操作、メンテナンスのコストがすべて大幅に削減される。さらに、スライドと転倒を軽減するために必要な支持構造のバラストの要件は、関連するコスト削減とともに大幅に削減される。
【００２４】
マルチタービンアプローチの欠点は、複数のユニットを共通のグリッドに統合し、基礎構造に統合することにより、プラントコストのバランスが増加することである。
【００２５】
本発明の目的は、次のことを通じてこれらの問題に対処することである。
【００２６】
・低コストでのマルチタービン基礎構造の開発
【００２７】
・複数のタービンを単一のユニットとして統合することによる、コストのバランスの低減
【００２８】
・タービンサポート構造の疲労寿命を延ばすための、よりバランスのとれた方法での疲労荷重のベース構造への分散
【００２９】
・世界中でローカルに調達できる作業船サイズの船、バージ、または補給船を使用した、堅牢な運行および保守戦略の開発
【００３０】
・実証済みの海中運行フックアップの使用
【００３１】
・世界中に簡単に輸送でき、クレーン船を必要とせずにフラットデッキ作業船、補給船、またはバージ上で簡単に統合できるデュアルスキッド配置での専用の着揚水システム（ＬＡＲＳ）の使用
【００３２】
・軽量／低コストの取り扱いおよび輸送機器の使用
【００３３】
本発明を明確かつ完全に開示することができるようにするために、ここで、一例にすぎない方法で、添付の図面を次のように参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】エネルギー変換アレイの斜視図である。
【図２】図１のアレイの側面図である。
【図３】図１のアレイの背面図である。
【図４】エネルギー変換アレイの設置の段階の斜視図を示す。
【図５】エネルギー変換アレイの設置の段階の斜視図を示す。
【図６】エネルギー変換アレイの設置の段階の斜視図を示す。
【図７】エネルギー変換アレイの設置の段階の斜視図を示す。
【図８】エネルギー変換アレイの設置の段階の斜視図を示す。
【図９】エネルギー変換アレイの設置の段階の斜視図を示す。
【図１０】分離した構成の図１のアレイの部分をより詳細に示す斜視図である。
【図１１】搭載された構成のアレイの部品を持つ、図４と同様の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１〜３を参照すると、エネルギー変換アレイ２は、支持構造または基礎４と、支持構造４に搭載された複数の潮力エネルギー変換モジュール６とを備え、各モジュール６は、クロスビーム構造１０に搭載された複数のタービン８の形状の複数のエネルギー変換装置を含み、示されている例ではこれは翼状のクロスビーム構造である。
【００３６】
図４〜図９を参照して、設置中、各モジュール６は、水上船またはバージ１４から、前もって海底ＳＢの位置に固定されている支持構造４上に下降される。複数のモジュール６は、隣接するまたは近接するモジュール６を水平および垂直の両方に分離するために、千鳥配置のパターン（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ  ｐａｔｔｅｒｎ）で支持構造４に搭載されるように配置されており、これによって、設置と回収のためのアクセスを妨げないようにすることができ、様々なレベルのタービンを通る水の流れを妨げないようにすることができ、それによって、アレイ２が占める空間を通る水の体積流量からのエネルギー抽出を最適化する。図２を再び参照すると、矢印７は、設置および回復のためのアクセスを妨げないことを可能にするための、各モジュール６の妨げられていない実質的に垂直なリフトコリドーを示し、矢印７’は、異なるレベルのタービンを通る水の流れを妨げないことを可能にするための、各モジュール６の妨げられていない実質的に水平なフローコリドーを示し、それにより、水の体積流量からのエネルギー抽出を最適化する。
【００３７】
特に図４および図５を参照して、各モジュール６は、好ましくは、船またはバージ１４の前端または後端の領域に搭載され運搬ビーム１６を組み込んだツインダビットシステム１２によって、クロスビーム構造１０と実質的に同じ幅で水中に下降される。クロスビーム構造１０は、運搬ビーム１６に解放可能に取り付けられている。モジュール６に取り付けられた運搬ビーム１６は、着揚水システムフレーム（ＬＡＲＳフレーム）を介してリフトワイヤ１８に取り付けられる。ツインダビットシステム１２は、着揚水システムと、モジュール６の安全な海上輸送のための固縛配置とを備え、船１４に取り付け可能なように設計されており、したがって、クレーンやその他の大規模なリフト装置の必要性がなくなる。リフトワイヤ１８は、第１のウインチドラム２０から生じる。さらに、２つの安定化ケーブル２２は、有利には、船１４の中央部から運搬ビーム１６の端部領域に取り付けられ、すべての段階でリフトを完全に制御可能とする。安定化ケーブルは、第２ウインチドラム２４から生じる。安定化ケーブル２２は、最適ではない悪天候状態でモジュール６を起動できるようにし、これは、強い風力によって引き起こされる振り子効果は、（クレーンと比較して）作業高さを低くすることと２つの安定化ケーブル２２による２点の取り付けとによって低減できるためである。その結果、負荷（モジュール６）がたどる経路は、スプラッシュゾーンを介して、水柱を介して、モジュール６を支持構造４に配置する間、より一層制御される。良好な天候条件ではケーブル２２は必要ないだろう。
【００３８】
図６は、運搬ビーム１６に取り付けられ、水柱を部分的に通って支持構造４と嵌合するモジュール６を示す。図７は、支持構造４の所望の嵌合位置へのモジュール６の到着を示す。モジュール６は、以下でより詳細に論じられる突き刺し配置によって、支持構造４上に配置または突き刺される。図８は、設置または設置タスクの完了のためにさらなるモジュール６に解放可能に接続するための運搬ビーム１６であって、支持構造４に接続されたモジュール６から解放され、ツインダビットシステム１２によって、水柱を介して船１４に揚げ戻される運搬ビーム１６を示している。運搬ビーム１６は、リフトケーブルをパッドアイ配置で固定するピンを解放する油圧ラムによってモジュール６から解放される。安定化ケーブル２２は、運行中ずっとモジュール６に取り付けられたままである。
【００３９】
図９は、アレイの設置が完了し、すべての電気接続が完了するとすぐに使用できる状態を示す。
【００４０】
図１０および１１を参照して、各モジュール６は、クロスビーム１０上の突き刺しガイド２４の配置を介して、支持構造４上に配置または突き刺され、支持構造４の取り付け支柱の端部領域上の対応する嵌合要素２６の受け入れの公差（図示のバージョンでは、この公差は切頭円錐形状のチャネルによって与えられる）を増加させる。海中カメラ、音響測位システム、ソナーベースのリファレンスシステムなどの、リフト配置に取り付けられたインテリジェントな配置により、高価な作業型の遠隔操作型の無人潜水機（ＲＯＶｓ）が不要になる。モジュール６は、ＬＡＲＳフレームから作用する遠隔ロックピン配置を介して、支持構造４に搭載されてもよい。さらに、モジュール６の電気接続用のウェットメイトコネクタ配置もまた、ＬＡＲＳフレームから作用する。
【００４１】
１つまたは複数のモジュール６のメンテナンスおよび／または修理が必要な場合、船１４はその場所に戻ることができ、そのＬＡＲＳフレームを持つツインダビットシステム１２によって運搬ビーム１６を下降させて、支持構造４上の所望のモジュール６と係合させることができる。支持構造４上のモジュール６の千鳥配置により、水柱を介して船１４に戻るモジュール６の除去を妨げるアレイ２の部分はない。必要なメンテナンスおよび／または修理が行われた後のモジュールの再接続にも同じことが当てはまる。
【００４２】
モジュール６は、翼状のクロスビーム１０のフェアリングの性質により、タービン８の周りの流れを同時に増大させながら、支持構造４にいくらかのダウンフォースを生成するように設計されてもよい。支持構造４は、三脚、二脚、または四脚の構造の形状であってもよく、海底に掘削することによって海底に固定されてもよいし、重力ベース／モジュラー重力ベースによって海底の上に置かれてもよい。支持構造４の補強材は、タービン８への水の流れを増大させるようにフェアリングをさらに含んでもよい。タービン自体は、（図示のように）クロスビーム１０から吊り下げられてもよいし、クロスビームの上に固定されてもよいし、またはクロスビームに統合されてもよい。
【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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【国際調査報告】
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