(57)【要約】【課題】浮体構造物の免振を行うことができる波力発電装置を提供する。【解決手段】波力により動揺する浮体構造物に対してバネ４を介して取り付けられ、該浮体構造物の変動に応じて振動するウェイト３と、浮体構造物に設けられ、ウェイト３の振動により駆動されて発電する発電機８とを備えた波力発電装置１において、発電機８により発電する発電モードに加えて、発電機８を電動機として用いて浮体構造物の動揺を低減するようにウェイト３の振動を制御する免振モードを有する制御部を備えている。【選択図】図２
2013164013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波力により動揺する浮体構造物に対してバネを介して取り付けられ、該浮体構造物の変動に応じて振動する振動体と、
前記浮体構造物に設けられ、前記振動体の振動により駆動されて発電する発電機と、
を備えた波力発電装置において、
前記発電機により発電する発電モードに加えて、前記発電機を電動機として用いて前記浮体構造物の動揺を低減するように前記振動体の振動を制御する免振モードを有する制御部を備えていることを特徴とする波力発電装置。
【請求項２】
前記発電モード時に蓄電するとともに、前記免振モード時に放電する２次電池を備えていることを特徴とする請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項３】
前記振動体の振動を回転運動に変換する変換機構と、
該変換機構を介して取り出された回転力により回転するとともに、前記発電機を駆動する回転軸体と、
該回転軸体に取り付けられ、該回転軸体とともに回転する付加質量体と、
該付加質量体の回転慣性力を調整する付加質量調整機構と、
を備え、
前記浮体構造物の振動振幅の大きさにより、
前記発電モードまたは前記免振モードのいずれかにより免振を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の波力発電装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載された波力発電装置を複数備え、
各前記振動体が異なる方向に振動するように前記波力発電装置がそれぞれ設置されていることを特徴とする浮体構造物。
【請求項５】
波力により動揺する浮体構造物に対してバネを介して取り付けられ、該浮体構造物の変動に応じて振動する振動体と、
前記浮体構造物に設けられ、前記振動体の振動により駆動されて発電する発電機と、
を備えた波力発電装置の制御方法において、
前記発電機により発電する発電モードに加えて、前記発電機を電動機として用いて前記浮体構造物の動揺を低減するように前記振動体の振動を制御する免振モードを行うことを特徴とする波力発電装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波力発電装置およびこれを備えた浮体構造物ならびに波力発電装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、洋上等に設置される浮体構造物は、風に起因する波の周期（３〜１０秒）に共振しないように設計されている。しかし、各海域の波長に対して比較的小さい浮体構造物は波に同調して振動してしまう。そこで、この振動に対して免振するために、特許文献１に記載されたような空気バネを用いた免振装置が種々提案されている。
【０００３】
一方、波力発電装置としては、二つの物体を上下方向に互いに相対運動させて発電機を駆動するものが知られている。例えば、特許文献２には、海上に浮かぶ密閉されたブイ内に、バネを介して振動子を上下方向に変位自在に支持した波力発電装置が開示されている。この波力発電装置は、波によって振動するブイとブイ内で振動する振動子との相対運動エネルギーから電気エネルギーを取り出すようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１４６１１号公報
【特許文献２】特開２００７−２９７９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、空気バネによって免振することは可能であるが、空気室の容量が大きくなってしまうため、構造が大型になってしまうという問題がある。また、浮体構造物に対して空気室を別途製作する場合には、さらに構造が複雑となり、また沖への設置が必要な場合にはコストが大きく嵩んでしまう。
また、従来の波力発電装置は、特許文献２に示したように発電効率の向上を図る技術について提案されているにすぎない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、浮体構造物の免振を行うことができる波力発電装置およびこれを備えた浮体構造物ならびに波力発電装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の波力発電装置およびこれを備えた浮体構造物ならびに波力発電装置の制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる波力発電装置は、波力により動揺する浮体構造物に対してバネを介して取り付けられ、該浮体構造物の変動に応じて振動する振動体と、前記浮体構造物に設けられ、前記振動体の振動により駆動されて発電する発電機とを備えた波力発電装置において、前記発電機により発電する発電モードに加えて、前記発電機を電動機として用いて前記浮体構造物の動揺を低減するように前記振動体の振動を制御する免振モードを有する制御部を備えていることを特徴とする。
【０００８】
波力発電装置の発電機を電動機として用いて振動体の振動を制御することにより、浮体構造物の動揺を低減するようにした。これにより、発電だけでなく、必要な場合には浮体構造物の動揺を低減させることができる。免振させる際には、浮体構造物の動揺に対して逆位相となるように振動体をさせることが好ましい。
浮体構造物としては、典型的には洋上に設置される浮体や洋上風車が挙げられる。洋上風車の場合には、風車タワー下部に設けられた浮体に対して本発明の波力発電装置を設けても良いが、大きく動揺する風車ナセルに対して本発明の波力発電装置を設けても良い。これにより、洋上風車の大きな動揺を用いて発電することができ、また必要な場合には動揺を効果的に低減することができる。
【０００９】
さらに、本発明の波力発電装置は、前記発電モード時に蓄電するとともに、前記免振モード時に放電する２次電池を備えていることを特徴とする。
【００１０】
発電モード時に発電した電力を２次電池に蓄え、２次電池に蓄えた電力を用いて免振モード時に発電機を電動機として動作させる。これにより、免振モードを行う際の電源を小さくでき、ひいては不要とすることもできる。
【００１１】
さらに、本発明の波力発電装置は、前記振動体の振動を回転運動に変換する変換機構と、該変換機構を介して取り出された回転力により回転するとともに、前記発電機を駆動する回転軸体と、該回転軸体に取り付けられ、該回転軸体とともに回転する付加質量体と、該付加質量体の回転慣性力を調整する付加質量調整機構とを備え、前記制御部は、前記浮体構造物の振動周期に対応するように前記付加質量調整機構を制御して、発電可能な振幅で振れる場合に前記発電モードを行い、振幅が小さい場合に電動機として動作する前記発電機を制御して前記免振モードを行うことを特徴とする。
【００１２】
振動体の振動によって回転する回転軸体に付加質量体を取り付け、この付加質量体の回転慣性力を調整する付加質量調整機構を備えることとした。これにより、波力発電装置の固有周期を調整することができる。
そして、浮体構造物の振動周期に発電装置を共振させ、装置が発電可能な振幅で振動する場合、発電モードを行い、振幅が小さく発電が困難な場合、電動機として動作する発電機を制御して免振モードを行うこととした。
また、波力発電装置を複数設けた場合には、発電モードの波力発電装置と免振モードの波力発電装置とを振り分けることにより、発電と免振とを両立させることができる。
【００１３】
また、本発明の浮体構造物は、上述のいずれかに記載された波力発電装置を複数備え、各前記振動体が異なる方向に振動するように前記波力発電装置がそれぞれ設置されていることを特徴とする。
【００１４】
振動体が異なる方向に振動するように波力発電装置を設置することとしたので、複数方向の振動により発電できるとともに、複数方向の振動を免振させることができる。好ましくは、浮体構造物のロール、ピッチ及びヒーブを用いた発電および免振ができるように、それぞれの波力発電装置の振動体の振動方向が３次元をなすように配置することが好ましい。
また、複数の波力発電装置が設けられているので、振動方向の振幅に合わせて、発電モードの波力発電装置と、免振モードの波力発電装置とを振り分けることにより、発電と免振とを両立させることができる。
【００１５】
また、本発明の波力発電装置の制御方法は、波力により動揺する浮体構造物に対してバネを介して取り付けられ、該浮体構造物の変動に応じて振動する振動体と、前記浮体構造物に設けられ、前記振動体の振動により駆動されて発電する発電機と、を備えた波力発電装置の制御方法において、前記発電機により発電する発電モードに加えて、前記発電機を電動機として用いて前記浮体構造物の動揺を低減するように前記振動体の振動を制御する免振モードを行うことを特徴とする。
【００１６】
波力発電装置の発電機を電動機として用いて振動体の振動を制御することにより、浮体構造物の動揺を低減するようにした。これにより、発電だけでなく、必要な場合には浮体構造物の動揺を低減させることができる。免振させる際には、浮体構造物の動揺に対して逆位相となるように振動体をさせることが好ましい。
浮体構造物としては、典型的には洋上に設置される浮体や洋上風車が挙げられる。洋上風車の場合には、風車タワー下部に設けられた浮体に対して本発明の波力発電装置を設けても良いが、大きく動揺する風車ナセルに対して本発明の波力発電装置を設けても良い。これにより、洋上風車の大きな動揺を用いて発電することができ、また必要な場合には動揺を効果的に低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
波力発電装置の発電機を電動機として用いて振動体の振動を制御することにより、浮体構造物の動揺を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる浮体構造物を示した斜視図である。
【図２】図１の浮体構造物の内部に設けられた波力発電装置を示した斜視図である。
【図３】図２の回転体の回転慣性付加質量を調整する付加質量調整機構を示した平面図である。
【図４】図１の浮体構造物に設定された座標系を示した図である。
【図５】波力発電装置の設置例を示した図である。
【図６】２次電池を介して接続された波力発電装置を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本発明の波力発電装置が設置される浮体構造物１０が示されている。
浮体構造物１０は、海洋の水面７上に上部が露出して浮かぶ箱形とされており、係留手段１１によって係留されている。この浮体構造物１０の内部に、複数の波力発電装置１が設置される。
【００２０】
図２には、浮体構造物１０内に設置された波力発電装置１が示されている。
波力発電装置１の筐体２内には、バネ４を介して筐体２内に取り付けられたウェイト（振動体）３と、ウェイト３に対して回転するボールネジ軸（回転軸体，変換機構）５と、ボールネジ軸５に固定された回転体（付加質量体）６と、ボールネジ軸５によって駆動されて発電する発電機８とを備えている。
【００２１】
ウェイト３は、波力による水面７の上下動によって生じる浮体構造物１０（図１参照）の振動を得て、所定の固有周波数にて一方向に往復直線運動するようになっている。往復直線運動する際に、ウェイト３は、ガイド（図示せず）によって、回転せずに上下動するようになっている。ウェイト３は、バネ４によって、ベースプレート９を介して筐体２に対して相対運動可能なように支持されている。
【００２２】
ボールネジ軸５は、ウェイト３の往復直線運動によって、その軸線回りに回転するようになっている。ボールネジ軸５の下端には、回転体６がボールネジ軸５とともに回転するように固定されている。
【００２３】
発電機８は、ボールネジ軸５の上端に設けられ、ボールネジ軸５の回転によって一方向またはその反対方向に回転させられることにより電力を発生するものである。発電機８は、図示しない制御部からの指令によって、供給された電力によって電動機としても動作するようになっている。
【００２４】
回転体６は、ベースプレート９の下方に設けられている。回転体６は、実海域における種々の波周期に対応できるように、制御部からの指令によって回転慣性力を変化させることができるようになっている。
【００２５】
図３には、回転体６による回転慣性付加質量を調整する付加質量調整機構２４が示されている。
同図に示されているように、付加質量調整機構２４は、ボールネジ軸５と同一回転中心を有するリング体２６と、図３のように平面視した場合に上下左右方向に延在する４本の移動錘用ボールネジ軸２８と、各移動錘用ボールネジ軸２８に設けられた移動錘３０と、移動錘用ボールネジ軸２８をその軸線回りに回転駆動する移動用モータ３２とを備えている。
移動錘用ボールネジ軸２８は、その一端がボールネジ軸５に対して固定されるとともに、半径方向に延在してリング体２６を挿通して他端が移動用モータ３２に接続されている。
移動錘３０は、移動錘用ボールネジ軸２８の回転に応じて半径方向に変位させられるようになっている。
移動用モータ３２は、図示しない制御部からの指令に基づいて駆動されるようになっており、リング体２６に対して固定されている。
【００２６】
回転体６は、移動用モータ３２によって移動錘３０の半径位置が決定された状態で、リング体２６，移動錘用ボールネジ軸２８、移動錘３０および移動用モータ３２が一体でボールネジ軸５とともに回転するようになっている。したがって、回転体６の回転時の慣性モーメントによる回転慣性付加質量は、移動錘３０の半径方向位置に応じて変化させることができるようになっており、具体的には、移動錘３０を半径方向外側（リング体２６側）に位置させれば重心が半径方向外側に移ることによって慣性モーメントが大きくなり回転慣性付加質量を増大させることができ、反対に、移動錘３０を半径方向内側（ボールネジ軸２４側）に位置させれば重心が半径方向内側に移ることによって慣性モーメントが小さくなり回転慣性付加質量を減少させることができる。
なお、付加質量調整機構２４としては、図３に示された形式に限らず、回転体６の回転慣性モーメントを可変に調整することができる機構であれば良い。
【００２７】
次に、図４及び図５を用いて、浮体構造物１０（図１参照）内における複数の波力発電装置１の配置について説明する。
図４には、図１に示した浮体構造物１０内に定義した座標系が示されており、ｚ軸方向が上下方向を示し、ｘ軸およびｙ軸が水平方向を示す。このように定義された座標系におけるｘ−ｙ面、ｙ−ｚ面およびｚ−ｘ面のそれぞれに対して、図５に示すように複数の波力発電装置１を設置する。
図５において、各波力発電装置１に付された黒矢印がウェイト３（図２参照）の振動方向である。なお、図５に示された実施形態では、１つの面に対して波力発電装置が８つ設置されているが、波力発電装置１の設置数はこれに限定されるものではなく、浮体構造物１０の振動形態や配置スペース等によって適宜決定される。
例えば、図５がｚ−ｘ面に配置された場合とすると、波力発電装置１ａがｚ軸方向に配置され、波力発電装置１ｂがｘ軸方向に配置されることになる。このような配置をｘ−ｙ面、ｙ−ｚ面およびｚ−ｘ面のそれぞれに対して行うと、図５において白抜き矢印で示したように、ロール、ピッチ、ヒーブ等の各方向の振動に対して対応させることができる。
【００２８】
制御部は、各波力発電装置１に設けられた個別制御部と、全ての個別制御部を統合して制御する統合制御部とを備えている。
【００２９】
統合制御部は、発電モードを行う波力発電装置からなる発電モードグループと、免振モードを行う波力発電装置からなる免振モードグループとを決定する。そして、各個別制御部に対して、発電モードまたは免振モードを指令する。
【００３０】
それぞれのモードグループの台数は、例えば、振動方向の振幅に応じて決定され、発電と免振とが両立して成り立つように各位置の波力発電装置に対していずれかのモードを指令する。
【００３１】
発電モード指令を受けた波力発電装置１では、個別制御部により、発電機８を発電機として動作するように電気回路を切り換えた上で、固有振動数を浮体構造物の振動周期に一致するように回転体６の回転慣性質量を調整する。
免振モード指令を受けた波力発電装置１では、個別制御部により、発電機８を電動機として動作するように電気回路を切り換えた上で、ウェイト３の振動周期を浮体構造物の振動周期とし、その振動周期が浮体構造物の振動の位相と逆位相となるように、電動機として動作する発電機８を制御してウェイト３を駆動する。電動機として動作する発電機８に対する供給電源としては、浮体構造物１０に設置された電源を用いても良いし、後述するように２次電池を用いても良い。
【００３２】
なお、制御部を個別制御部と統合制御部とに分けることなく、個別制御部のみで制御することとしてもよい。この場合には、例えば、各個別制御部間で相互通信可能としておき、いずれかの個別制御部をマスタとし、他の個別制御部をスレーブとして動作させる。
【００３３】
以上の通り、本実施形態にかかる波力発電装置１を備えた浮体構造物１０によれば、以下の作用効果を奏する。
波力発電装置１の発電機８を電動機として用いてウェイト３の振動を制御することにより、浮体構造物１０の動揺を低減するようにした。これにより、発電だけでなく、必要な場合には浮体構造物１０の動揺を低減させることができる。
【００３４】
図４及び図５にて説明したように、異なる方向にウェイト３が振動するように波力発電装置１ａ，１ｂを設置することとしたので、複数方向の振動により発電できるとともに、複数方向の振動を免振させることができる。これにより、浮体構造物１０のロール、ピッチ及びヒーブといったあらゆる方向の振動を用いた発電および免振が可能となる。
また、発電モードの波力発電装置と、免振モードの波力発電装置とを振り分けることにより、発電と免振とを両立させることができる。
【００３５】
ウェイト３の振動によって回転するボールネジ軸５に回転体６を取り付け、この回転体６の回転慣性力を調整する付加質量調整機構２４を備えることとした。これにより、波力発電装置１の固有周期を調整することができる。これにより、波浪条件の変化によって浮体構造物の振動周期が変動する場合も発電及び免振を効率的に行う事が出来る。
【００３６】
なお、上述した実施形態では、複数の波力発電装置１を用いることを一例として説明したが、１つの波力発電装置１であっても良い。例えば、波高が所定値よりも小さい時間帯には発電による効果が小さいので免振モードとして動作させておき、波高が所定値よりも大きい時間帯には発電モードとして動作させる制御とする。
【００３７】
また、浮体構造物１０として図１に示したような箱形の単独の浮体を一例として説明したが、浮体式の洋上風車に適用することもできる。洋上風車の場合には、風車タワー下部に設けられた浮体に対して本発明の波力発電装置を設けても良いが、大きく動揺する風車ナセルに対して本発明の波力発電装置を設けても良い。これにより、洋上風車の大きな動揺を用いて発電することができ、また必要な場合には動揺を効果的に低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態の変形例として、図６に示すように、２次電池４０を設けた構成としても良い。２次電池としては、例えばリチウムイオン２次電池が好適に用いることができる。
同図に示されているように、発電モードとして動作する波力発電装置１ｃから２次電池に給電して充電を行う一方で、２次電池４０を放電させて免振モードとして動作する波力発電装置１ｄに対して給電する。これにより、免振モードを行う際に必要な給電のための電源を小さくできる。また、波力発電装置１による発電量によって免振モードの必要電力が賄える場合には、電源を不要とすることもできる。
【符号の説明】
【００３９】
１  波力発電装置
２  筐体
３  ウェイト（振動体）
４  バネ
５  ボールネジ軸（回転軸体，変換機構）
６  回転体（付加質量体）
８  発電機
９  ベースプレート
１０  浮体構造物
２４  付加質量調整機構
４０  ２次電池
【図１】
2013164013.tif 000003
【図２】
2013164013.tif 000004
【図３】
2013164013.tif 000005
【図４】
2013164013.tif 000006
【図５】
2013164013.tif 000007
【図６】
2013164013.tif 000008