(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面または水中に浮かせる船体と、
上辺が下辺より狭い台形状に形成されると共に、各々が前記船体の右舷と左舷に互いに対面するように立設され、各々が前方から見てハ字形に傾斜して取り付けられ、水面上の風を受けて前記船体を航行させるプレートと、
水車と発電機からなり前記船体の航行によって水を作動媒体として発電する発電装置と、を含んで構成されることを特徴とする洋上発電システム。
【請求項２】
前記プレートは、水平断面が流線型であることを特徴とする請求項１に記載の洋上発電システム。
【請求項３】
前記水車は、前記船体を推進させる推進器として兼用されることを特徴とする請求項１に記載の洋上発電システム。
【請求項４】
前記船体は、所定の推進方向を持つ右舷側船体部と、前記右舷側船体部と平行に配置されて所定の推進方向を持つ左舷側船体部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の洋上発電システム。
【請求項５】
前記水車は、船体側に折りたためることを特徴とする請求項１に記載の洋上発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洋上の自然風力を利用した発電システムに係り、より詳細には、風力によって船体を推進させ、船体が航行することによって水中の水車を回転させ電気エネルギーを取り出すようにした洋上発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー消費における経年変化と需給予測によれば、図１４に示すように、今日のエネルギー消費が続けば、２０６０年には燃料としての化石炭素が地上から失われると予測されている。これは、エネルギー源としてのウランはもちろん、天然ガス、石炭等が消耗しつくされることを意味している。この事態を回避するには、持続して使用可能な自然エネルギーの利用が有効であり、環境負荷のない水素エネルギーへの転換が重要な鍵となる。【０００３】
自然エネルギーを利用した水素エネルギーへの変換に関し、風力発電による水素変換方式が検討されている。しかし、陸上に設置された風車での風力発電のみで消費エネルギーを賄うとすれば、わが国の場合、国土の４分の１に風力発電システムを設置することになり現実的ではない。これに対し、洋上に風力発電システムを構築してエネルギー資源とすれば、広大な海洋上の自然エネルギーを利用できる。【０００４】
洋上風力発電システムには、固定式（ＦＩＸＥＤ  ＦＬＯＡＴ  ＴＹＰＥ）（以下「ＦＦＴ」と略記する）や、セーリング式（ＳＡＩＬＩＮＧ  ＭＥＧＡ  ＦＬＯＡＴ  ＴＹＰＥ）（以下「ＳＭＦＴ」と略記する）が知られる。ＦＦＴは、図１５に示すように、風力発電装置を搭載した浮体を洋上に係留するものである。設置海域は、洋上の風の環境より場所が限られるが、技術的な障害が少ないので実現性が高い。図１５において、４０は固定フレーム、４２は風車である。ＦＦＴは、風が年間を通じて一定していない場所では効率的な発電ができない。【０００５】
ＳＭＦＴは、図１６に示すように、例えば、５０００ｋＷ級の複数の風車を搭載した浮体構造（メガフロート）を無係留で公海上に浮かせ、風力発電を行ない、発電出力を水素エネルギーに変換する操業システムである。洋上の位置を保持し移動するための推進装置が設けられる。しかし、風力発電装置を搭載する浮体は、設備の経済性からして全長２ｋｍとなり巨大である。操業は図１７に示すように、風、波を浮体横より受けた状態となり、風に対し垂直方向に移動するという運動を行って、浮体が風に流されるのを防止する。必要なエネルギーを獲得するには数百隻のＳＭＦＴが用意される。図１６において、４４は船体、４６は風車である。【０００６】
ＳＭＦＴの帆走性能は、風力発電のプロペラをフェザリングし、さらにポッド式推進装置（スラスタと呼ぶ）を全力で作動させても、図１８に示すように、１０ｋｎｔ程度の走行速力が限度である。台風ではプロペラ等が破損するおそれもあるため、航行速度の遅さを考慮して早めに回避行動を起こす必要がある。【０００７】
ＳＭＦＴは、ＥＮＥＲＧＹ  ＰＲＯＦＩＴ  ＲＡＴＩＯ（ＥＰＲ）およびＬＩＦＥ  ＣＯＳＴ  ＡＮＡＬＹＳＩＳ（ＬＣＡ）から１００年程度の長期間の耐久性能が要求される。そのため、浮体の構成部材には、経済性、防食性、耐食性が求められる。また、海水腐食や生物付着を防ぐための浮体のメンテナンスが不可欠である。ＳＭＦＴのメンテナンス基地を見つけ出す困難さもある。全長２ｋｍにも及ぶ浮体を収容する浮きドックや船台は実在しないから、実用化にはインフラ整備も必要である。【０００８】
先行技術として特許文献１には、帆船の走行により、船体に搭載された発電機を回転させて得られる電気エネルギーを直接または間接的に貯蔵する水面航行発電装置が開示されている。特許文献２には、船舶に風車発電機と水車発電機とを搭載し、電気エネルギーを直接または間接的に貯蔵する発電装置が開示されている。特許文献３には、浮体構造物の甲板上に風力発電装置を設置するとともに、船内に自然流水発電水車を設置した複合発電が開示されている。【０００９】
帆船を用いた水面航行による発電（特許文献１）では、風を受けて帆船を推進させ水車を回転させることにより発電が可能であるが、推進力を発生させる帆の形状が従来の帆船に過ぎず、帆形が風によって変化する。そのため強風下では、船体の推進方向が定まらず、高効率な発電が不可能である。また、風車と水車とを併用する発電（特許文献２、特許文献３）では、走行する船体の走行方向と風または水流との間の相反する関係を無視することができず、高効率の発電が得られないおそれがある。
【特許文献１】特開平５−２３６６９８号公報
【特許文献２】特開平７−１８９８８４号公報
【特許文献３】特開平８−２６１１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の目的は、強い風の下でも船体の姿勢を変えずに安定した航行が可能で、効率のよい発電を行なうことができる洋上発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明による請求項１の洋上発電システムは、水面または水中に浮かせる船体と、上辺が下辺より狭い台形状に形成されると共に、各々が前記船体の右舷と左舷に互いに対面するように立設され、各々が前方から見てハ字形に傾斜して取り付けられ、水面上の風を受けて前記船体を航行させるプレートと、水車と発電機からなり前記船体の航行によって水を作動媒体として発電する発電装置と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１５】
本発明による請求項２は、前記プレートは、水平断面が流線型であることを特徴とする。
【００１７】
本発明による請求項３は、前記水車は、前記船体を推進させる推進器として兼用されることを特徴とする。
【００１８】
本発明による請求項４は、前記船体は、所定の推進方向を持つ右舷側船体部と、前記右舷側船体部と平行に配置されて所定の推進方向を持つ左舷側船体部とを含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明による請求項５は、前記水車は、船体側に折りたためることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の請求項１の洋上発電システムによれば、船体に風を受けるプレートを装備したので、台風など強い風の下でも船体の姿勢を変えずに安定して航行でき、効率のよい発電ができる。プレートであるから強い風の下でも帆のようにばたばたすることがなく不安定さがない。風を受けて航行できるので、最適風域を追随できる機動性を有する。【００２３】
加えて、船体の右舷と左舷に、上幅が下幅より狭い台形状のプレートを互いに対面させ、前方から見てハ字形に傾斜して取り付けたので、船体は強い風を受けても船体が傾くことがなく、船体を安定して走行させることができる。
【００２６】
本発明の請求項２によれば、プレートを流線型としたので、矩形体のプレートに比較してプレートの受ける抵抗を小さくできる。
【００２８】
本発明の請求項３によれば、水車が船体を推進させる推進器として兼用されるので、船体の機動性が高まり、風がなくても目的とする地域に向けて航行することができる。
【００２９】
本発明の請求項４によれば、船体の構造を右舷側船体部と左舷側船体部からなる双胴船としたので、船体の抵抗を大幅に減らすことができる。
【００３０】
本発明の請求項５によれば、水車が、前記船体側に折りたためるので、水深の浅い港でも入港して係留できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による洋上発電システムの斜視図である。（実施例１）
【図２】図１の正面図である。（実施例１）
【図３】図１の平面図である。（実施例１）
【図４】図１の側面図である。（実施例１）
【図５】水車の構成例を示す図である。（実施例１）
【図６】本発明による発電装置の構成図である。（実施例１）
【図７】本発明による洋上発電システムの斜視図である。（実施例２）
【図８】図７の正面図である。（実施例２）
【図９】図７の側面図である。（実施例２）
【図１０】図７の平面図である。（実施例２）
【図１１】図７のプレートを、前方が丸く、後方が細い流線型とした構成図である。（実施例２）
【図１２】図７のプレートを板形状とした構成図である。（実施例２）
【図１３】図７のプレートに２つの節を設けて折り曲げ可能とした側面図である。（実施例２）
【図１４】本発明による洋上発電システムにおける、同一発電容量の場合の前進速度と抵抗の変化を示す図である。
【図１５】本発明による洋上発電システムにおける、船速とプレート面積の変化を示す図である。
【図１６】一般的な高速風車のＣＤとＣＰの例を示す図である。
【図１７】エネルギー消費における経年変化と需給予測を示す図である。
【図１８】固定式洋上風力発電システム（ＦＦＴ）の斜視図である。
【図１９】無係留の洋上風力発電システム（ＳＭＦＴ）の斜視図である。
【図２０】図１６のタッキングを示す図である。
【図２１】図１６のセーリングポーラーダイアグラムを示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
２    洋上発電システム
３    発電装置
４    船体
４Ｒ    右舷側船体部
４Ｌ    左舷側船体部
６    プレート
１０Ｒ、１０Ｌ    水車
１４Ｒ、１４Ｌ    発電機
３０Ｒ    右舷側プレート群
３０Ｌ    左舷側プレート群
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照して本発明による洋上発電システムについて説明する。
【実施例１】
【００３６】
本発明の第１の実施の形態を図１〜図６に示す。図１は、洋上発電システムの斜視図、図２はその正面図、図３はその平面図、図４はその側面図、図５は水車の構成例を示す。図６は、発電装置の構成図である。各図において、同一部分には同一符号を付してある。【００３７】
図１〜図４に示すように、洋上発電システム２は、水面または水中に浮かせた船体４を備えるとともに、水面上の風を受けて船体４を航行させる風受けのプレート６を備えている。船体４は、例えば、双胴船を構成しており、右舷側船体部４Ｒ、左舷側船体部４Ｌを備え、これら右舷側船体部４Ｒおよび左舷側船体部４Ｌに跨がって甲板部８を備えている。右舷側船体部４Ｒおよび左舷側船体部４Ｌの船体長Ｍに対し、船体幅Ｎが小さく設定されているため、甲板部８は長方形状であるが、正方形であってもよい。【００３８】
プレート６は水平断面が流線型とした。また、プレート６は、合成樹脂や金属板等で構成された剛体で製造することができる。流線型の骨組みに強化繊維の布を張るような構造でもよい。プレート６は右舷側のプレート部６Ｒ、左舷側のプレート部６Ｌからなる。プレート部６Ｒ、６Ｌは、船体長Ｍを下底辺とする台形状とした。プレート部６Ｒ、６Ｌの台形面が風受け面を構成している。プレート部６Ｒ、６Ｌの上部は連結しているが、連結しない構造としてもよい。プレート部６Ｒ、６Ｌは、前方から見てハ字形に傾斜させている。そのため船体４が傾くこと（ｈｅｅｌ）がない。【００３９】
船体４には、船体４の航行を水面下で回転に変換する変換手段として水車１０Ｒ、１０Ｌが設置されており、水車１０Ｒは右舷側船体部４Ｒの内側に設置され、水車１０Ｌは左舷側船体部４Ｌの内側に設置され、船体長Ｍの中央より前方の位置にある。水車１０Ｒ、１０Ｌの回転は、各動力伝達部１２Ｒ、１２Ｌにより、船体４に搭載された発電機１４Ｒ、１４Ｌに伝達される。発電機１４Ｒ、１４Ｌは、個別に回転を受けて発電し、その回転を電気エネルギーに変換する。【００４０】
図５に示すように、水車１０Ｒ、１０Ｌは、複数枚の回転羽根１６を備える水中プロペラ１８で構成されている。水車１０Ｒ、１０Ｌは、水流を受けて回転する水流を回転運動に変換する変換器である。また、水車１０Ｒ、１０Ｌを、船体４に用意された駆動装置により水流にかかわりなく回転駆動すれば推進器となる。すなわち、風がない場合にでも船体４を航行させることができる。水車１０Ｒ、１０Ｌは、船体４の底部から下に突出させているが、船体４側に折りたためる機構を設けてもよい。水車１０Ｒ、１０Ｌは数十ｍにも達する大きな形状なので、折りたたむことで浅い港にも入港可能となる。【００４１】
図６に示すように、洋上発電システム２は、発電装置３を備える。発電装置３は、水車１０Ｒ、１０Ｌと、発電機１４Ｒ、１４Ｌを含む。水車１０Ｒ、１０Ｌで得られた回転が発電機１４Ｒ、１４Ｌに伝達され、発電機１４Ｒ、１４Ｌで作り出した交流の電気エネルギーを交直変換部２０Ｒ、２０Ｌで直流に変換した後、蓄電池２２に蓄積する。発電した電気エネルギーを用いて化学処理により水素を生成させ、この水素を蓄積する構成としてもよい。【００４２】
蓄電池２２に蓄積された電気エネルギーは、制御部２４Ｒ、２４Ｌの制御により発電機１４Ｒ、１４Ｌを電動機として使用するエネルギーに供することができる。蓄電池２２の電力で駆動部２６Ｒ、２６Ｌが発電機１４Ｒ、１４Ｌを電動機として回転させる。これにより、水車１０Ｒ、１０Ｌが回転して推進力が得られる。【００４３】
実施例１では、プレート６を左右両舷に設置し、前方から見てハ字形に傾斜させたので、船体４を風に向かって走行させる時、例えばクローズドホールド（風上航：つめびらき）の時にも、船体４に傾きを生じることなく安定した走行ができる。また、プレート６の傾斜角度は、風に対する投影面積が大きく取れるので、所望の揚力（および／または推進力）を得ることができる。また、双胴船（カタマラン）は、船体４の横安定性が高められ、風による横転の危険性を最小にするとの利点がある。
【実施例２】
【００４４】
本発明の第２の実施の形態について、図７〜図１０を参照して説明する。図７は、洋上発電システムの斜視図、図８はその正面図、図９はその側面図、図１０はその平面図である。図１〜図６と同一部分には同一の符号を付した。【００４５】
図７〜図１０に示すように、洋上発電システム２は、水面または水中に浮かせる船体４を備え、水面上の風を受けて船体４を航行させるプレート６を備えている。船体４の構成は、実施例１と同様なので、説明は省略する。プレート６も実施例１と同様に構成することができる。実施例２では、プレート６が、右舷側のプレート群３０Ｒと、左舷側のプレート群３０Ｌからなる。右舷側のプレート群３０Ｒは、４組のプレート３１Ｒ〜３４Ｒで構成し、左舷側のプレート群３０Ｌは、４組のプレート３１Ｌ〜３４Ｌで構成した。【００４６】
プレート３１Ｒ〜３４Ｒは、船体長の４分の１程度の長さおよび幅を持し、輪郭は矩形である。ここでは例として正方形とした。プレート６の水平断面は流線型とした。流線型は流体から受ける抵抗を小さくできる。右舷側船体部４Ｒの中心部または内縁部に、前後方向に等間隔で設置している。プレート３１Ｒ〜３４Ｒの間隔は、プレート３１Ｒ〜３４Ｒを回転し風受け面の角度を変更可能とすることから、各々が衝突しない程度に間隔をあけている。プレート３１Ｒ〜３４Ｒの回転は駆動機構（図示せず）によって行なう。【００４７】
垂直プレート３１Ｒ〜３４Ｒと、垂直プレート３１Ｌ〜３４Ｌとは、同一の向きで平行に配置され、垂直プレート３１Ｌ〜３４Ｌの形状も同様である。この実施の形態では、各垂直プレート３１Ｒ〜３４Ｒ、３１Ｌ〜３４Ｌを同形状に設定しているが、それぞれを異なる形状としてもよい。また、プレート３１Ｒ〜３４Ｒ、３１Ｌ〜３４Ｌは平行であって、図１０に示すように、船体４の中心線に対して角度θが設定されているが、角度θは駆動機構（図示せず）によって任意に調整し設定できる。なお、プレート３１Ｒ〜３４Ｒ、３１Ｌ〜３４Ｌは、所定の厚さＴを有する。さらに、プレート３１Ｒ〜３４Ｒ、３１Ｌ〜３４Ｌは、実施例１のプレーン６のように、駆動機構（図示せず）によって傾斜できるようにしてもよい。一例として、プレーン６を帆柱に取り付け、帆柱を垂直あるいは傾けることで実現できる。【００４８】
図１１は、プレートの水平断面の形状を前方が丸く、後方が細い流線型とした構成図である。図１１のプレートの流線型は図１０の流線型の変形版である。図１２は、プレートを板形状とした構成図である。プレート６の水平断面が矩形でも船体４を十分に航行させることができる。図１３は、プレートに２つの節を設けて折り曲げ可能とした側面図である。これは、図１２の板形状のプレート６に適用してもよい。図１２に示すようにプレート６を前側と後側を折り曲げると、より強い揚力を発生させることができ、推進力をさらに増すことができる。推進力が増せば、船体４をより速く航行させることができる。【００４９】
実施例２では、プレート６が複数のプレート３１Ｒ〜３４Ｒ、３１Ｌ〜３４Ｌの列形態を取っているので、推進力の増加が期待できる。実施例２の洋上発電システム２について、既述のＳＭＦＴと対比し特長点を列挙する。【００５０】
まず、（１）装備を小型化できる。洋上発電システム２は、高性能の航行装置を装備し、水面下に水車１０Ｒ、１０Ｌを備えて発電する構成である。風車によるＳＭＦＴに比較すると、水中における流体の密度が空気の８００倍も大きな海水を利用するので、装置全体のスケールを小さくしても、十分なエネルギーを回収することが可能である。【００５１】
次に、（２）高い航行性能が得られる。（ａ）洋上発電システム２では、高性能なプレート６の帆走艤装を装備するので、台風や低気圧などの最適風域を追跡できる自由度が高められる。従って、高効率で風力エネルギーを発電に利用できる。（ｂ）タッキング（ｔａｃｋ）やジャイビング（ｊｉｖｅ）のような航行操作も容易であり、限定海域に留まることができ、発電効率が向上する。ＳＭＦＴでは前後に切り返す長時間のタッキングしかできない。（ｃ）船団を組んでの発電操業では、船団の個々の船体の操縦性能が高いので、衝突回避性能が向上し、船団の海域における占有面積が小さい。（ｄ）風力のみでも高速航行できるので、台風や低気圧への接近や脱出も容易である。一方、ＳＭＦＴは、台風の進路を避けられず、危険海域にとり残されるおそれがある。（ｅ）水車のタービンをフェザリング（水流に平行に向けること）することで、水中部の抵抗を大幅に減少させ、前進速度の値を大きくできる。フェザリングにより、水中抵抗はおよそ６０％以上減少し、前進速力は５０％以上増加する。（ｆ）操船の自由度が高く、水素エネルギーの積み替えも、シャトルタンカーを用いず自力で出入港が可能である。（ｇ）発電機１４Ｒ、１４Ｌに電力を投入すれば、そのまま電動機になるので、エネルギー吸収装置としての水車を推進装置として使用できる。【００５２】
さらに、（３）システムが小型化できる。水を作動媒体としたのでシステムが小型化できる。（ａ）全長が２ｋｍのＳＭＦＴと同規模の発電が、約３００ｍの船体で実現できる。そのため、既存の大型船建造ドックと既存の造船技術を利用でき、完成までの時間が短い。（ｂ）部材数が少なく、建造費が安価である。ランニングコストも低減できる。【００５３】
実施の形態の洋上発電システム２について、物理的考察を以下に述べる。【００５４】
風が持つエネルギーＷＩＮＤ  ＥＮＥＲＧＹ  は、次の通りである。【００５５】
【数１】
0005311304.tif 000002
【００５６】
式（１）において、ρＡは空気の密度、ＡＡは風受けプレート６の風に対する面積、ＶＡは空気（風）の速度である。ここで、流体の密度を空気から海水へ変化させると、【００５７】
【数２】
0005311304.tif 000003
となる。ここで、式（２）において、ρＷは水の密度であり、水の密度ρＷは、空気の密度ρＡのおよそ８００倍の値である。そこで、同一エネルギー吸収を、媒体を空気から海水へ変えて考えれば、【００５８】
【数３】
0005311304.tif 000004
となる。式（３）において、ＡＷは水に対する水中プロペラの面積、ＶＷは水の速度である。ここで、空気（風）の速度ＶＡは、ＶＡ＝１５ｍ／ｓであり、海水（自走時）の速度ＶＷは、ＶＷ＝７．５ｍ／ｓで考えると、このとき、流速は２分の１としてあるので、ＡＡとＡＷとの比ＡＲを、【００５９】
【数４】
0005311304.tif 000005
としても、同じエネルギーの吸収が可能となる。【００６０】
今、風車の台数を１１基から１基に変更するとすれば、【００６１】
【数５】
0005311304.tif 000006
として、ほぼエネルギー吸収量は同じとなる。【００６２】
これより、水中のロータ部（水車）は１基のみでよく、空中のロータ（風車）と比べて小さくでき、そのスケールが３分の１でよいこととなる。この点について、ＳＭＦＴでは、空中のロータ（風車）を例えば、直径１２０ｍを１１基とすると、水中では直径４０ｍのロータ部の１基で出力をまかなえる。【００６３】
次に、風力推進（航行性能）で考える。船体の最大船速を出し易く、かつ船体がヒール（ｈｅｅｌ）し難い条件での稼働を考えると、横風で走行しているときを想定すればよい。【００６４】
このときの推進力は風受けのプレート６に発生する揚力Ｌに等しく、【００６５】
【数６】
0005311304.tif 000007
となる。式（６）において、ＳＳはセール面積を表す。最大効率の揚力係数が使えるとすれば、ＣＬ＝１となる。ここで、ＳＭＦＴの風受け部材（＝風受けのプレート６）の揚力係数の値を使うなら、ＣＬ＝２となる。【００６６】
また、全抵抗（水面下のもの）Ｒを、【００６７】
【数７】
0005311304.tif 000008
とする。式（７）において、ＣＰは水中プロペラの抵抗係数、ＣＤは船体４の抵抗係数である。Ｌ＝Ｒであるから、【００６８】
【数８】
0005311304.tif 000009
となる。ここで、ＣＬ＝２、ＣＰ＝ＣＤ＝０．３と仮定し、さらに、船体４の推進方向の投影面積ＳＨ、水中プロペラの投影面積ＳＰを、【００６９】
【数９】
0005311304.tif 000010
とすれば、これら式（９）、（１０）より、ＳＡ＝４８，０００ｍ２のセール面積があればよいことになる。【００７０】
これはセールについて、１枚であれば、全長３００ｍ、高さ１６０ｍの大きさでよいことになる。しかし、このＡＳＰＥＣＴ  ＲＡＴＩＯでは、効率が悪いし扱い難い。そこで船体４を双胴船（カタマラン）とし、長さ３００ｍ、高さ１５０ｍのパラソル型のものにすれば、この条件には十分である。なお、これは、想定したＳＭＦＴの発電量を変えずに、船体および発電機能を置き替えた場合であり、各パラメータは最適化されたものではない。【００７１】
次に、数値計算結果について述べる。２種類の帆走艤装例として、図１〜図６（実施例１）および図７〜図１０（実施例２）に関し、水車１０Ｒ、１０Ｌは２基で構成したが、この水車は１基でも可能である。数値計算例は、２基として稼働中のロバストネスを高めた例であり、作動流体の面積（水車の面積）は１基のときと同じとしてある。排水量は１０万トンとしてあり、これはＳＭＦＴの計画排水量の２分の１となる設計例である。これを排水量２０万トンにするのは容易である。船体の幅を倍に増やしても、抵抗増加の割合はプロペラの駆動の割合が多いので、全体への寄与は少なく、発電性能の低下は緩やかであることから明らかである。【００７２】
計算から示すように、船体長は７分の１（正確には３００／２０００）とし、１基の発電機と巨大なセールによる発電システムでも同等の発電能力を持つ機構の可能性を示している。これらの帆走艤装や発電機の大きさ等の組み合わせ、船体等のＰＲＯＦＩＬＥの最適化により、より高効率で安価であり、さらにはＥＰＲも高い洋上発電システムを構築できる。【００７３】
なお、単なる帆走走行だけであれば、カイト（凧）による帆走も可能である。カイトは、高空域の高速気流を利用でき、小さな面積のカイトでも十分な推進力を得ることができる。しかし、カイトは運動制御が難しく実用的でない。【００７４】
図１１は、同一発電容量の場合の前進速度と抵抗の変化を示す図である。数値計算では、風速１４ｍ／ｓとし、前進速度を変化させ、同一の発電容量となるように水車のタービンサイズを変更すると、その抵抗は、図１１に示すように変化する。水車１０Ｒ、１０Ｌは、ＣＤ＝０．６を使用し、風速１４ｍ／ｓとし、走行速度は６ｍ／ｓ〜１３ｍ／ｓまで変化するような水車サイズで、横風状態での走行を検討した。船体前進抵抗にもよるが、風速に対しその５０％、すなわち７ｍ／ｓを超える付近で抵抗が最小となり、前進速度に最適値があることが判る。そこで、水車のサイズはこの抵抗が最小となる箇所でのサイズとした。なお、小投影面積の水車発電を行う方が、効率がよい。これは、高い走行性能を約束するから、危機回避能力がより高まることになり、安全性の向上に繋がる。【００７５】
図１２は、船速とプレート面積の変化を示す図である。要求されるプレートの面積について計算してみると図１２のようになる。ある前進速度でプレート面積が最小となる速度の最適値があることが判る。プレートの面積が最小となる速度は、約１０ｍ／ｓの箇所にあるが、プレートの面積は、約１０ｍ／ｓでの面積とはせず、図１１で得られた約７ｍ／ｓの面積とする。つまり、プレートの面積は、最小の面積よりは少し大きな面積とするのがよい。【００７６】
次に、船体の性能解析結果を表１、表２に示す。表１には、風速、前進比、前進速度、フルード数、空気の密度ρＡ、海水の密度ρＷ、風車の半径、面積および１１基分の全投影面積、流体密度比、水車の投影面積および半径、自然エネルギー（風、水流）、エネルギー増加量、等価水車面積、面積比を示す。【００７７】
表２は、等価半径、半径比、船体投影面積、船体抵抗、水中抵抗（船体、水車、合計）、帆面積を示し、また、船体摩擦抵抗推定として、船体摩擦抵抗、抵抗係数を示す。【００７８】
【表１】
0005311304.tif 000011
【００７９】
【表２】
0005311304.tif 000012
【００８０】
ここで、水車の性能把握について、検討すると、直径＝１ｍ；２−ＢＬＡＤＥＳ；ＳＯＬＩＤＩＴＹ＝０．１６のデータで推定すれば、ＣＤ＝０．３の時、Λ＝ＵＲ／Ｖｗ＝２〜２．５、Ｒ＝１４ｍの水車であるから、Ｖｗ＝７ｍ／ｓ、ＵＲ＝２πＲ×０．７５×Ｎとなり、よって、Ｎ＝０．２１〜０．２６ｒｐｓとなり、１４ｒｐｍから１６ｒｐｍで回転することになる。この時、ＣＰ＝０．３、ＣＴ＝８となる。これは作動時のＲＮ数が大きく異なるので、その修正が必要であろう。なお、ＵＲは回転翼の０．７５半径における回転速度の代表例である。【００８１】
（１）船速について
船体長Ｍ＝３００ｍ、ＵＳ＝７ｍ／ｓとすれば、ＦＮ＝０．１２９となり、船体が大きいので相対的には超低速船である。このとき、摩擦抵抗成分のみ考えておけば十分であり、造波抵抗は小さい。また、前進速度が１０ｍ／ｓに達しても造波抵抗が大きくなる、ＨＵＭＰとなる船速域には達していない。また、ここで考えている船型は、Ｂ／Ｌ＜１／１０の最長船型を考えている。これは、もともと造波抵抗成分は小さく、その値は摩擦抵抗の１０分の１から１０分の２程度とすればよい。なお、ＦＮはフルード数で、船の造波抵抗に関係するする無次元数である。また、Ｂは船体の幅、Ｌは船体の長さである。【００８２】
（２）水車のＣＤ、風力発電プロペラのＣＰについて、発電に用いられている高速型３翼空中風力発電プロペラのデータを図１３に示す。これはＣＤ値が大きく、最大０．８にまで達する例である。また、２翼データの例ではＣＤ＝０．６程度となる例が示されているので、上記実施の形態では２翼の水中発電の水車１０Ｒ、１０Ｌを設置した。この値を用いて図１１と図１２の計算を行った。【００８３】
（３）簡単な水車投影面積の計算例について、表３に示す。表３には、空気（風）の速度、海水の前進速度、空気の密度、海水の密度、風車の半径、面積および１１基の風車面積、風速の２分の１の前進速度で計算した比率、水車面積および水車半径を示す。【００８４】
【表３】
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【００８５】
他の実施の形態を次に示す。船体については、船体４に双胴船を例示したが、船体４の形状は双胴船以外の形態であってもよい。プレートは、剛性の高いプレートを例示したが、合成樹脂シート等の軟弱性シートを一定の張力を以て張設したものでもよい。プレートの制御について、プレート６の角度や高さは任意に調節できる形態としてもよい。水車について、実施例では、左右のそれぞれに１つずつの水車１０Ｒ、１０Ｌを設置しているが、水車は、左右のそれぞれに２個以上設置する、中心部に水車を設置する、水深長を調節可能とすることなどを実施してもよい。【００８６】
実施例での主たる帆走は、横風を受けて走行する。この時、船体４に前進力が最大に働き、船体４を傾ける力が最小になる。そのためヨットのキールのような横流れ防止装置を設置してもよい。横流れ防止装置を設置していなければ、プレート６はおよそ４５度だけ風に向くことになるが、不都合はない。風に対し切り上がり、帆走することを考えた場合には、船型を少し工夫する。これは、通常の大型帆船のように、船底にバーキールと呼ばれる、張出しを設ける位で十分と考える。この場合、キールを取り付けてもよく、ヨットの引込み式のキールを取り付け、必要に応じて出し入れすればよい。水中のタービン（水車１０Ｒ、１０Ｌ）の動力伝達部１２を翼形状とし、キールの働きを持たせてもよい。実施例での水車１０Ｒ、１０Ｌは、かかる位置に配置されている。【００８７】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、様々な変形や変更が可能である。これらも本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、洋上の風力を利用した洋上発電システムに好適である。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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