(57)【要約】      （修正有）【課題】水流の向きが周期的に変化する水域に水流発電システムを設置した場合において、水流発電装置を良好に旋回可能にするとともに、効率のよい発電を可能にする。【解決手段】水流発電システムは、周期的に水流の向きが変化する水域の水底に設置され、上下方向を軸方向とする支持構造体と、複数のブレードを有しかつ軸周りに軸支された水流発電装置と、前記水流発電装置を旋回させる旋回装置と、前記旋回装置の駆動を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、水流の流速が所定値未満まで低下したタイミングで前記旋回装置を駆動させる目標時刻を記憶する記憶部と、現時刻が前記目標時刻を超えたか否かを判定する判定部と、前記判定部で、現時刻が前記目標時刻を超えたと判定された判定結果を用いて、前記水流発電装置の前記複数のブレードの向きを目標の水流の向きに正対させるように前記制御装置を駆動する旋回制御部と、をさらに有する。【選択図】図７
2016089808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的に水流の向きが変化する水域の水底に設置され、上下方向を軸方向とする軸部を有する支持構造体と、複数のブレードを有しかつ前記軸部の軸周りに軸支された水流発電装置と、前記軸部の軸周りに前記水流発電装置を旋回させる旋回装置と、前記旋回装置の駆動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、水流の流速が所定値未満まで低下したタイミングで前記旋回装置を駆動させる目標時刻を記憶する記憶部と、現時刻が前記目標時刻を超えたか否かを判定する判定部と、前記判定部で、現時刻が前記目標時刻を超えたと判定された判定結果を用いて、前記水流発電装置の前記複数のブレードの向きを目標の水流の向きに正対させるように前記制御装置を駆動する旋回制御を行う旋回制御部と、をさらに有する、水流発電システム。
【請求項２】
前記記憶部は、前記目標時刻として、水流の向きが変化する前に水流が停止する水流停止時刻を記憶し、
前記旋回制御部は、前記判定部で前記判定結果が得られた場合に前記旋回制御を行う、請求項１に記載の水流発電システム。
【請求項３】
前記判定部は第１判定部であり、前記判定結果は第１の判定結果であって、
前記水流発電システムは、水流の流速を計測する流速計を有し、
前記目標時刻は、前記水流停止時刻から一定時間前の水流停止前時刻であって、
前記制御装置は、前記流速計の計測値が閾値未満であるか否かを判定する第２判定部をさらに有し、
前記第１判定部で第１判定結果が得られた場合で、かつ前記第２判定部で前記流速計の計測値が閾値未満であると判定された第２の判定結果が得られた場合に、前記旋回制御部が前記旋回制御を実行する、請求項１に記載の水流発電システム。
【請求項４】
前記制御装置は、現時刻が前記水流停止時刻から一定時間後の旋回動作限界時刻を超えたか否かを判定する第３判定部をさらに有し、
前記第１判定部で第１の判定結果が得られた場合で、かつ前記第２判定部で第２の判定結果が得られる前において、前記第３判定部が、現時刻が前記旋回動作限界時刻を超えたと判定した場合に、前記旋回制御部が前記旋回制御を実行する、請求項３に記載の水流発電システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記旋回制御部が前記旋回制御を実行した制御実行時刻に基づいて前記水流停止前時刻を補正する補正部をさらに有する、請求項３または４に記載の水流発電システム。
【請求項６】
前記記憶部は、複数の時間間隔のそれぞれに対応する前記水流停止前時刻を前記目標時刻として記憶し、
前記第１判定部は、前記記憶部に記憶されたいずれかの前記水流停止前時刻に基づいて、現時刻が現在の時間間隔に対応する前記目標時刻か否かを判定し、
前記補正部は、前記現在の時間間隔に対応する前記水流停止前時刻を補正する、請求項５に記載の水流発電システム。
【請求項７】
周期的に水流の向きが変化する水域の水底に設置され、上下方向を軸方向とする軸部を有する支持構造体と、複数のブレードを有しかつ前記軸部の軸周りに軸支された水流発電装置と、前記軸部の軸周りに前記水流発電装置を旋回させる旋回装置と、前記旋回装置の駆動を制御する制御装置と、を備える水流発電システムの制御方法であって、
前記記憶部に、水流の流速が所定値未満まで低下したタイミングで前記旋回装置を駆動させる目標時刻を前記情報として記憶させておき、
現時刻が前記目標時刻を超えたか否かを判定する第１判定ステップと、
前記第１判定ステップで、現時刻が前記目標時刻を超えたと前記制御装置が判定した第１の判定結果を用いて、前記制御装置が前記旋回装置を駆動させて前記水流発電装置の前記複数のブレードの向きを目標の水流の向きに正対させるように旋回制御する制御ステップと、を実行する、水流発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水流発電システムとその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されるように、水流発電システムは、水底に設置される支持構造体と、支持構造体に設けられた軸部に対し、軸周りに旋回可能に支持された水流発電装置とを備える。水流発電装置は、水流に正対するように配置された複数のブレードと、複数のブレードの回転により発電する発電機を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４８０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水流の流れ方向が変わる水域に水流発電システムを設置し、高い発電効率を得るためには、水流発電装置のブレードの向きをできるだけ水流の向きに正対させ、水流を発電に有効活用することが重要である。しかしながら、水流発電装置の旋回には一定時間を要するほか、旋回時に水流から抵抗を受けうる点等を考慮する必要がある。
【０００５】
そこで本発明は、水流の向きが周期的に変化する水域に水流発電システムを設置した場合において、水流発電装置を良好に旋回可能にするとともに、効率のよい発電を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る水流発電システムは、周期的に水流の向きが変化する水域の水底に設置され、上下方向を軸方向とする軸部を有する支持構造体と、複数のブレードを有しかつ前記軸部の軸周りに軸支された水流発電装置と、前記軸部の軸周りに前記水流発電装置を旋回させる旋回装置と、前記旋回装置の駆動を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、水流の流速が所定値未満まで低下したタイミングで前記旋回装置を駆動させる目標時刻を記憶する記憶部と、現時刻が前記目標時刻を超えたか否かを判定する判定部と、前記判定部で、現時刻が前記目標時刻を超えたと判定された判定結果を用いて、前記水流発電装置の前記複数のブレードの向きを目標の水流の向きに正対させるように前記制御装置を駆動する旋回制御を行う旋回制御部と、をさらに有する。
【０００７】
上記構成によれば、現時刻が前記目標時刻を超えたと判定部が判定した判定結果を用いることで、例えば、水流の流速が所定値未満まで低下したタイミングで旋回装置を駆動させ、旋回制御部により、水流発電装置の複数のブレードを目標の水流の向きに正対させるように旋回制御できる。このため、水流の向きが変化した後に水流発電装置を旋回させる場合に比べ、向きが変化した後の水流を発電に有効活用できる。また、水流発電装置の旋回中に水流から受ける抵抗を最小限に抑制でき、効率よく水流発電装置を旋回できる。
【０００８】
前記記憶部は、目標時刻として、水流の向きが変化する前に水流が停止する水流停止時刻を記憶し、前記旋回制御部は、前記判定部で前記判定結果が得られた場合に前記旋回制御を行ってもよい。
【０００９】
これにより、水流停止時刻に合わせて水流発電装置を旋回し、水流発電装置の複数のブレードの向きが常に潮流の向きに正対されるように制御されるので、潮流発電装置が潮流から受ける抵抗を最小限に抑え、かつ効率よく旋回動作を行える。
【００１０】
前記判定部は第１判定部であり、前記判定結果は第１の判定結果であって、前記水流発電システムは、水流の流速を計測する流速計を有し、前記目標時刻は、前記水流停止時刻から一定時間前の水流停止前時刻であって、前記制御装置は、前記流速計の計測値が閾値未満であるか否かを判定する第２判定部をさらに有し、前記第１判定部で第１判定結果が得られた場合で、かつ前記第２判定部で前記流速計の計測値が閾値未満であると判定された第２の判定結果が得られた場合に、前記旋回制御部が前記旋回制御を実行してもよい。
【００１１】
このように、第１判定部と第２判定部との各判定結果を水流発電装置の旋回動作開始時の判定に用いることで、水流の向きの変化に柔軟に対応して、水流から受ける抵抗が最小となるタイミングで精度良く水流発電装置を旋回できる。また、旋回時に水流から受ける抵抗を小さくできるので、旋回装置の構造を簡素化及び小型化できる。
【００１２】
前記制御装置は、現時刻が前記水流停止時刻から一定時間後の旋回動作限界時刻を超えたか否かを判定する第３判定部をさらに有し、前記第１判定部で第１の判定結果が得られた場合で、かつ前記第２判定部で第２の判定結果が得られる前において、前記第３判定部が、現時刻が前記旋回動作限界時刻を超えたと判定した場合に、前記旋回制御部が前記旋回制御を実行する構成としてもよい。
【００１３】
これにより、第１の判定結果が得られた場合において、第２の判定結果が得られない場合であっても、第３判定部の判定結果により、所定の時間内に水流発電装置を旋回できる。よって、潮流発電システムの動作信頼性を向上させることが可能となる。
【００１４】
前記制御装置は、前記旋回制御部が前記旋回制御を実行した制御実行時刻に基づいて前記水流停止前時刻を補正する補正部をさらに有してもよい。
【００１５】
このような補正部を用いることで、より精度の高い旋回タイミングでの旋回動作を行うことができる。
【００１６】
前記記憶部は、複数の時間間隔のそれぞれに対応する前記水流停止前時刻を前記目標時刻として記憶し、前記第１判定部は、前記記憶部に記憶されたいずれかの前記水流停止前時刻に基づいて、現時刻が現在の時間間隔に対応する前記目標時刻か否かを判定し、前記補正部は、前記現在の時間間隔に対応する前記水流停止前時刻を補正してもよい。
【００１７】
上記構成により、水流が停止するタイミング周期が複数存在する場合であっても、各々のタイミング周期において、水流停止前時刻毎に水流発電装置を旋回させ、良好な発電効率で発電できる。また、補正部を用いることで、水流の流速変化または水流停止時刻が変化した場合であっても、潮流の流速の細やかな変化に対応して、高精度な旋回タイミングで水流発電装置を旋回できる。
【００１８】
本発明の別の態様に係る水流発電システムの制御方法は、周期的に水流の向きが変化する水域の水底に設置され、上下方向を軸方向とする軸部を有する支持構造体と、複数のブレードを有しかつ前記軸部の軸周りに軸支された水流発電装置と、前記軸部の軸周りに前記水流発電装置を旋回させる旋回装置と、前記旋回装置の駆動を制御する制御装置と、を備える水流発電システムの制御方法であって、前記記憶部に、水流の流速が所定値未満まで低下したタイミングで前記旋回装置を駆動させる目標時刻を前記情報として記憶させておき、現時刻が前記目標時刻を超えたか否かを判定する第１判定ステップと、前記第１判定ステップで、現時刻が前記目標時刻を超えたと前記制御装置が判定した第１の判定結果を用いて、前記制御装置が前記旋回装置を駆動させて前記水流発電装置の前記複数のブレードの向きを目標の水流の向きに正対させるように制御する制御ステップと、を実行する。
【００１９】
上記制御方法によれば、現時刻が前記目標時刻を超えたと前記制御装置が判定した第１の判定結果を用いることで、水流の向きが変化する前に旋回装置を駆動させて水流発電装置の複数のブレードを水流に正対させるように制御できるので、向きが変化した後の水流を発電に有効活用できる。また、水流発電装置の旋回中に水流から受ける抵抗を最小限に抑制し、効率よく水流発電装置を旋回できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、水流の向きが周期的に変化する水域に水流発電システムを設置した場合において、水流発電装置を良好に旋回可能にするとともに、効率のよい発電を可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る潮流発電システムの全体図である。
【図２】第１実施形態に係る制御部の機能ブロック図である。
【図３】周期的に変化する潮流の流速及び流れ方向を示すグラフである。
【図４】基準方向に対して角度θ１で正対する潮流発電システムの様子を示す上面図である。
【図５】基準方向に対して角度θ２で正対する潮流発電システムの様子を示す上面図である。
【図６】潮止まり時刻と、潮流停止前時刻と、旋回動作限界時刻との関係を示す図である。
【図７】第１実施形態に係る潮流発電システムの制御フローである。
【図８】第２実施形態に係る制御部の機能ブロック図である。
【図９】第２実施形態に係る潮流発電システムの制御フローである。
【図１０】第２実施形態の変形例に係る制御部の機能ブロック図である。
【図１１】第２実施形態の変形例に係る潮流発電システムの制御フローである。
【図１２】第３実施形態に係る制御部の機能ブロック図である。
【図１３】第３実施形態に係る潮流発電システムの制御フローである。
【図１４】第４実施形態に係る潮流発電システムの制御フローである。
【図１５】異なる複数の時間間隔で周期的に変化する潮流の流速及び流れ方向を示すグラフである。
【図１６】第１〜第３カウント時間の各々を潮流停止時刻と関連づけて記憶した記憶部内のテーブルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の各実施形態について、各図を参照して説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
［潮流発電システム］
図１は、第１実施形態に係る潮流発電システム１の全体図である。図２は、第１実施形態に係る制御部の機能ブロック図である。潮流発電システム１は、水底Ｇに設置され、かつ上下方向を軸方向とする軸部２ａを有する支持構造体２と、軸部２ａの軸周りに旋回可能に軸支された潮流発電装置３と、潮流発電装置３を旋回させる旋回装置４と、旋回装置４の駆動を制御する制御装置５とを備える。潮流発電システム１は、周期的に潮流の向きが変化する海域の海底に設置され、発電電力を外部に送電するための不図示のケーブルに接続されている。潮流発電システム１は、水流発電システムの一例である。
【００２４】
支持構造体２は柱状に形成されて上下方向に延びている。軸部２ａは支持構造体２の上方側の先端に設けられている。旋回装置４は、不図示の電動モータと、電動モータの駆動力を潮流発電装置３に伝えることにより潮流発電装置３を支持構造体２に対して相対的に旋回させる不図示の動力伝達機構とを有する。旋回装置４と制御装置５とは、支持構造体２の内部に設けられている。支持構造体２の内部には、不図示の蓄電装置が設けられる。この蓄電装置は、潮流発電装置３の発電電力の一部を蓄電すると共に、無発電時には、陸上の系統電線から送電線を介して受電し、その電力を蓄電する。前記蓄電装置の電力によって、旋回装置４及び制御装置５がそれぞれ駆動される。なお、前記蓄電装置は必須ではなく、省略することもできる。
【００２５】
潮流発電装置３は、水平に延びかつ軸部２ａに軸支されたナセル６と、ナセル６の長手一端に回転可能に軸支された複数のブレード７とを有する。ナセル６の内部には不図示の発電機が設けられ、複数のブレード７は前記発電機の回転軸に連結されている。潮流発電装置３は、発電時にはブレード７の各々が潮流と正対するように配置される。ナセル６には流速計８が設けられる。流速計８は制御装置５に接続され、潮流の流速の計測値が制御装置５に送られる。
【００２６】
制御装置５は、ＣＰＵが搭載された制御部５ａと、不揮発性メモリが搭載された記憶部５ｂと、時計部（ＲＴＣ）５ｃと、カウンタ部５ｄとを有する。記憶部５ｂには、旋回装置４の駆動に関する情報が記憶される。具体的には、記憶部５ｂには、制御部５ａに読み込まれる制御プログラムと、前記制御プログラムで使用する目標時刻とが記憶される。制御プログラムは、制御部５ａが旋回装置４を所定のタイミングで旋回動作させるために用いられる。目標時刻は、潮流の流速が所定値未満まで低下したタイミングで旋回装置４を駆動させる時刻である。第１実施形態における「所定値」とは、実質的に０［ｍ／ｓ］と同程度まで低下した流速値であり、「目標時刻」とは、潮流発電システム１を設置した海域において、潮流の流れ方向が一度変化してから次に変化するまでに潮流が停止する潮流停止時刻（潮止まり時刻）である。
【００２７】
図２に示すように、制御部５ａは、機能的には、判定部５０と旋回制御部５１とを有し、記憶部５ｂに接続されている。判定部５０は、制御プログラムに基づき、現時刻が目標時刻を超えたか否かを判定する。旋回制御部５１は、制御プログラムに基づき、現時刻が目標時刻を超えたと判定部５０が判定した判定結果を用いて、旋回装置４を駆動させて潮流発電装置３の複数のブレード７の向きを目標の潮流の向きに正対させるように旋回制御する。
【００２８】
［制御方法］
図３は、周期的に変化する潮流の流速及び流れ方向を示すグラフである。図４は、基準方向に対して角度θ１で正対する潮流発電システム１の様子を示す上面図である。図５は、基準方向に対して角度θ２で正対する潮流発電システム１の様子を示す上面図である。図６は、潮止まり時刻Ｔｘ１と、停止前時刻Ｔｙ１と、旋回動作限界時刻Ｔｚ１との関係を示す図である。図７は、第１実施形態に係る潮流発電システム１の制御フローである。
【００２９】
第１実施形態において、潮流発電システム１を設置した海域の潮流の流れ方向は、１日に合計４回にわたり、周期Ｔ０（６時間）をおいて流向（Ａ）と流向（Ｂ）とに繰り返し変化する。一例として、流向（Ａ）は潮流の満ち（満潮）方向、流向（Ｂ）は潮流の引き（干潮）方向であるが、これに限定されない。流向（Ａ）と流向（Ｂ）とは、基準方向（一例として北向）に対して順に角度θ１と角度θ２とをなす方向である（図４及び５参照）。流向（Ａ）と流向（Ｂ）における各潮流の流速の時間変化は、ほぼ同様である。図３に示すように、潮流の流速と時間との関係を示すグラフは略正弦波状に変化する。流向（Ａ）と流向（Ｂ）のそれぞれの潮流は、時間経過に伴って緩やかに増速しながら最大になり、その後は緩やかに減速して、満潮時及び干潮時に停止する。
【００３０】
潮流発電システム１の制御方法を説明する。まず、潮流発電システム１の起動に先立って、潮流の向きの変化に応じて旋回装置４を駆動させる目標時刻（潮流停止時刻）を制御装置５の記憶部５ｂに記憶させる。第１実施形態では、潮流停止時刻は、４つの時刻Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、Ｔｘ４である（図３参照）。
【００３１】
また、直前の旋回動作完了時刻からカウンタ部５ｄのカウントアップを開始した場合において、前記旋回動作完了時刻から潮流停止時刻Ｔｘ１〜Ｔｘ４のうちの直近のいずれかの時刻までのカウンタ部５ｄのカウント時間を第１カウント時間Ｔｓとする。図６では、潮流停止時刻Ｔｘ１〜Ｔｘ４の一例として潮流停止時刻Ｔｘ１のみを示している。第１カウント時間Ｔｓは、潮流の周期Ｔ０と同じ時間であり、一例として６時間である。
【００３２】
図６に示すように、潮流発電システム１の駆動開始がなされると、制御部５ａはカウンタ部５ｄのカウントを初期設定して初期設定し（Ｓ１）、次に、旋回装置４による潮流発電装置３の旋回動作（ヨー動作）を停止させる（Ｓ２）。続いて制御部５ａは、カウンタ部５ｄのカウントアップを開始する（Ｓ３）。このカウントアップは、一例として前回の潮流発電装置３の旋回動作完了時刻から開始できる。制御部５ａは、現在の潮流発電装置３の潮流に対する向き情報を示す現在向きＩＤを、流向（Ａ）の潮流と角度θ１で正対する「第１モード」、または、流向（Ｂ）の潮流と角度θ２で正対する「第２モード」のいずれかに設定し、記憶部５ｂに記憶する。潮流発電装置３の旋回角度は、「第１モード」であれば基準方向に対して角度θ１に設定され、「第２モード」であれば基準方向に対して角度θ２に設定される。これにより、潮流発電装置３の複数のブレード７は、流向（Ａ）または流向（Ｂ）潮流に対して正対するように設定される（図４及び５参照）。なお、基準方向は例えば北方向に設定できるが、これに限定されず、例えば潮流発電装置３の設置時の方向とすることができる。旋回動作の停止状態は、カウンタ部５ｄのカウント時間が第１カウント時間Ｔｓになるまで継続する（Ｓ２〜Ｓ４）。
【００３３】
次に、制御部５ａの判定部５０は、判定ステップ（Ｓ４）において、カウンタ部５ｄのカウント時間が第１カウント時間Ｔｓを超えたか否かを判定する。これにより、現時刻がいずれかの目標時刻を超えたか否かが間接的に判定される。従って、カウンタ部５ｄのカウント時間が第１カウント時間Ｔｓを超えたと判定部５０が判定した場合（Ｓ４）、制御部５ａはこの判定結果を以て、現時刻がいずれかの直近の目標時刻（潮流停止時刻Ｔｘ１〜Ｔｘ４のいずれか）を超えたと判定する。この場合、制御部５ａは、現在向きＩＤが「第２モード」か否かを判定する（Ｓ５）。向きＩＤが「第２モード」であると制御部５ａが判定した場合、次に旋回制御部５１は、潮流発電装置３の旋回角度が角度θ１になるまで旋回装置４を作動させる（Ｓ６、Ｓ７）。旋回動作時間は適宜調整可能であるが、例えば数分以内に設定できる。その後、制御部５ａはカウンタ部５ｄのカウントを初期設定し（Ｓ８）、現在向きＩＤを「第２モード」から「第１モード」に設定して（Ｓ９）、制御フローをＳ２に戻す。一方、Ｓ５で向きＩＤが「第１モード」であると制御部５ａが判定した場合、次に旋回制御部５１は、潮流発電装置３の旋回角度が、角度θ２になるまで旋回装置４を作動させる（Ｓ１０、Ｓ１１）。その後、制御部５ａは、カウンタ部５ｄのカウントを初期設定し（Ｓ１２）、現在向きＩＤを「第２モード」に設定して（Ｓ１３）、制御フローをＳ２に戻す。このようにＳ６とＳ７、またはＳ１０とＳ１１は、それぞれ旋回制御部５１が潮流発電装置３を旋回させて、複数のブレード７の向きを目標の潮流の向きに正対させるように旋回制御する制御ステップとして実行される。
【００３４】
以上の制御フローを実行することで、潮流停止時刻Ｔｘ１〜Ｔｘ４のいずれかの時刻毎に潮流発電装置３が旋回され、潮流発電装置３の複数のブレード７の向きが常に潮流の向きに正対するように制御される。潮流の向きが変化した後に潮流発電装置３を旋回させた場合には、潮流から受ける抵抗により旋回動作の効率が低下する場合があるが、第１実施形態では、潮止まり中に潮流発電装置３を旋回させることで、潮流発電装置３が潮流から受ける抵抗を最小限に抑え、効率よく旋回動作を行える。また、潮流の向きが変化した後に潮流発電装置３を旋回させた場合には、旋回中に十分な発電を行うことは困難であるが、第１実施形態では、潮流の向きの変化前に潮流の向きと正対するように潮流発電装置３の複数のブレード７の向きを調整しているので、潮流が発生すると直ちに発電を開始でき、高い発電効率を期待できる。このように、第１実施形態における潮流発電システム１の制御方法は、流れが決まった方向に周期的に変化する潮流等の水流の特性を有効活用して実現されたものである。
【００３５】
以下、本発明の別の実施形態について、第１実施形態との差異を中心に説明する。
【００３６】
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係る制御部１５ａの機能ブロック図である。制御部１５ａが制御部５ａと異なるのは、第１実施形態における判定部５０を第１判定部５０とし、Ｓ４を第１判定ステップとし、Ｓ４における判定部５０の前記判定結果を第１の判定結果とするとともに、制御部１５ａが流速計８の計測値が所定の閾値未満であるか否かを判定する第２判定部５２を有している点である。図９は、第２実施形態に係る潮流発電システム１の制御フローである。図９の制御フローが図７の制御フローと異なるのは、Ｓ４とＳ５との間で、第２判定部５２が流速計８の流速値を用いた判定を行う（Ｓ１４）ようにした点である。
【００３７】
第２実施形態では、潮流発電システム１の起動に先立って、潮流停止時刻Ｔｘ１〜Ｔｘ４から一定時間前で、潮流の流速が所定値未満に低下する潮流停止前時刻Ｔｙ１〜Ｔｙ４（図６を参照）を各目標時刻とし、制御装置５の記憶部５ｂにそれぞれ記憶させる。Ｓ３で、制御部１５ａは、カウンタ部５ｄのカウントアップを開始する。Ｓ４で、現時刻が潮流停止前時刻Ｔｙ１〜Ｔｙ４のいずれかを超えたと制御部１５ａが判定した第１の判定結果が得られた場合において、さらに流速計８の計測値が所定の閾値未満であると制御部１５ａの第２判定部５２が判定した第２の判定結果が得られた場合、制御部１５ａは旋回装置４に潮流発電装置３を旋回させる。
【００３８】
図６及び９を参照しながら潮流発電システム１の制御方法を具体的に説明する。まず、図６に示すように、直前の旋回動作完了時刻からカウンタ部５ｄのカウントアップを開始した場合において、前記旋回動作完了時刻から潮流停止前時刻Ｔｙ１〜Ｔｙ４のうちの直近のいずれかの時間までのカウンタ部５ｄのカウント時間を第２カウント時間Ｔｆとする。潮流停止前時刻Ｔｙ１〜Ｔｙ４は任意に設定できるが、例えば、潮流の流速の絶対値が、以下に示す閾値α［ｍ／ｓ］よりも若干高い値まで低下する時刻とする。また、第２カウント時間Ｔｆも任意に設定できるが、一例として、第１カウント時間Ｔｓを６時間、第２カウント時間Ｔｆを第１カウント時間Ｔｓよりも３０分早い５．５時間とする。図６では潮流停止前時刻Ｔｙ１〜Ｔｙ４の一例として、潮流停止前時刻Ｔｙ１のみを示している。
【００３９】
潮流発電システム１の駆動開始がなされると、Ｓ１及びＳ２を実行した後、制御部１５ａはカウンタ部５ｄのカウントアップを開始する（Ｓ３）。Ｓ４で、カウンタ部５ｄのカウント時間が第２カウント時間Ｔｆを超えたと第１判定部５０が判定した第１の判定結果が得られた場合、次に、第２判定部５２が第２判定ステップとして、流速計８の計測値に基づいて、潮流の流速の絶対値が閾値α［ｍ／ｓ］未満か否かを判定する（Ｓ１４）。ここで、閾値α［ｍ／ｓ］は、潮流発電装置３の旋回動作時に潮流から受ける抵抗が十分に小さくなる流速に設定されている。Ｓ１４で、潮流の流速の絶対値が閾値α［ｍ／ｓ］未満ではないと第２判定部５２が判定した場合は、制御部１５ａは制御フローをＳ２に戻す。一方、Ｓ１４で、潮流の流速の絶対値が閾値α［ｍ／ｓ］未満であると第２判定部５２が判定した第２の判定結果が得られると（Ｓ１４）、制御部１５ａはＳ５を実行し、その後に旋回制御部５１がＳ６〜Ｓ９もしくはＳ１０〜Ｓ１３を実行する。以上の制御フローを実行することで、現時刻が潮流の潮流停止前時刻Ｔｙを経過した後で、かつ、潮流の流速の絶対値が閾値α［ｍ／ｓ］未満になった場合に、潮流発電装置３の複数のブレード７の向きが潮流の向きと正対されるように旋回制御される。
【００４０】
例えば、時計部５ｃが計測誤差を生じている場合や、季節や天候等の理由、或いは潮流発電システム１を設置する水底Ｇの地形等によって潮汐時間が変化した場合等には、カウンタ部５ｄのカウント時間に若干のずれが生じ、時間経過に伴ってずれが累積されるおそれがある。これに対して第２実施形態では、カウンタ部５ｄのカウンタ時間と、流速計８による計測値とを潮流発電装置３の旋回動作開始時の判定に用いることで、潮流の向きの変化に柔軟に対応して、潮流から受ける抵抗が最小となるタイミングで潮流発電装置３を旋回でき、良好な発電効率を期待できる。また、潮流発電装置３が旋回時に潮流から受ける抵抗を抑制することで、前記動力伝達機構の構造を簡素化及び小型化することも可能である。また、第１の判定結果と第２の判定結果とを併用することで、潮流の流速の絶対値が閾値α［ｍ／ｓ］未満となった場合のみに旋回動作させた場合に比べ、旋回動作の信頼性を向上させることもできる。
【００４１】
（第２実施形態の変形例）
図１０は、第２実施形態の変形例に係る制御部２５ａの機能ブロック図である。制御部２５ａが制御部１５ａと異なる点は、現時刻が水流停止時刻から一定時間後の旋回動作限界時刻を超えたか否かを判定する第３判定部５３を有する点である。図１１は、第２実施形態の変形例に係る潮流発電システム１の制御フローである。この変形例の制御フローでは、第１判定ステップ（Ｓ４）と制御ステップ（Ｓ６及びＳ７、Ｓ１０及びＳ１１）との間に、現時刻が潮流停止時刻から一定時間後の旋回動作限界時刻を超えたか否かを第３判定部５３が判定する第３判定ステップ（Ｓ１５）をさらに実行する。
【００４２】
図６及び１１を参照しながら潮流発電システム１の制御方法を説明する。まず図６に示すように、潮流停止時刻Ｔｘ１〜Ｔｘ４から一定時間後の時刻を潮流発電装置３が旋回動作可能な旋回動作限界時刻Ｔｚ１〜Ｔｚ４とし、直前の旋回動作完了時刻からカウンタ部５ｄのカウントアップを開始した場合において、前記旋回動作完了時刻から旋回動作限界時刻Ｔｚ１〜Ｔｚ４のうちの直近のいずれかの時間までのカウンタ部５ｄのカウント時間を第３カウント時間Ｔｒとする。図６では旋回動作限界時刻Ｔｚ１〜Ｔｚ４の一例として、旋回動作限界時刻Ｔｚ１のみを示している。第３カウント時間Ｔｒは任意に設定可能であるが、例えば、第１カウント時間Ｔｓよりも多少遅い時間（第１カウント時間Ｔｓが６時間の場合、一例として第１カウント時間Ｔｓよりも３０分遅い６．５時間）に設定できる。
【００４３】
図１１では、第２判定部５２がＳ１４で潮流の流速の絶対値が閾値α［ｍ／ｓ］未満ではないと判定した場合において、第３判定部５３が、カウンタ部５ｄのカウント時間が第３カウント時間Ｔｒを超えたと判定した場合（Ｓ１５）、旋回制御部５１が、潮流発電装置を角度θ１または角度θ２に旋回させる。これにより、Ｓ４で第１の判定結果が得られた場合で、かつＳ１４で第２の判定結果が得られる前の段階であっても、Ｓ１５で、カウンタ部５ｄのカウント時間が第３カウント時間Ｔｒを超えたと第３判定部５３が判定する第３の判定結果が得られることにより、現時刻が旋回動作限界時刻を超えたことが間接的に判定され、旋回制御部５１によって制御ステップ（Ｓ６及びＳ７、Ｓ１０及びＳ１１）が実行される。
【００４４】
Ｓ１５を実行することで、第１の判定結果が得られた場合において、何らかの原因で第２の判定結果が得られない場合であっても、第３の判定結果により所定の時間内に潮流発電装置３を旋回できる。これにより、潮流発電システム１の動作信頼性を向上できる。
【００４５】
なお、第２実施形態では、第２カウント時間Ｔｆをある程度長めに設定しておくことによって、一層精度よく潮流発電装置３を旋回できる。
【００４６】
（第３実施形態）
図１２は、第３実施形態に係る制御部３５ａの機能ブロック図である。制御部２５ａと異なるのは、旋回制御部５１が旋回制御を実行した制御実行時刻に基づいて水流停止前時刻を補正する補正部５４を有する点である。図１３は、第３実施形態に係る潮流発電システム１の制御フローである。第３実施形態は、第２実施形態の変形例に変更を加えたものである。図１３の制御フローが図１１の制御フローと異なるのは、制御部３５ａがＳ９及びＳ１３を実行した後、Ｓ６及びＳ１０における潮流発電装置３の旋回動作開始時刻に基づいて、補正部５４が第２カウント時間Ｔｆ及び第３カウント時間Ｔｒを補正する補正ステップ（Ｓ１６）を実行する点である。Ｓ１６において、補正部５４は、第２カウント時間Ｔｆを旋回動作開始時刻よりも一定時間前（例えば３０分前）に補正し、第３カウント時間Ｔｒを旋回動作開始時刻よりも一定時間後（例えば３０分後）に補正し、記憶部５ｂに記憶する。補正された第２カウント時間Ｔｆ及び第３カウント時間Ｔｒは記憶部５ｂに記憶され、次回の制御フロー実行時に反映される。
【００４７】
Ｓ１６を実行することで、潮流の流速や潮流停止時刻が変化した場合であっても、潮流発電装置３を旋回動作させた際の過去の旋回動作開始時刻のデータを用いて第２カウント時間Ｔｆ及び第３カウント時間Ｔｒを補正し、潮流の流速の細やかな変化に対応して高精度なタイミングで潮流発電装置３を旋回できる。しかも、過去の旋回動作開始時刻のデータとしては、過去一回分の潮流発電装置３の旋回動作に係るデータがあればよい。
【００４８】
なお、Ｓ１６では、旋回動作開始時刻を用いる代りに、Ｓ６及びＳ１０での旋回動作開始時点におけるカウンタ部５ｄのカウント数で第２カウント時間Ｔｆ及び第３カウント時間Ｔｒを補正することもできる。
【００４９】
また上記例では、直近の１つの旋回動作開始時刻に基づいて次回の制御フローの実行に用いる第２カウント時間Ｔｆ及び第３カウント時間Ｔｒを補正したが（Ｓ１６）、これに限定されず、例えば直近の複数の日における各旋回動作開始時刻の平均値等の統計データに基づいて第２カウント時間Ｔｆ及び第３カウント時間Ｔｒを補正してもよい。
【００５０】
（第４実施形態）
図１４は、第４実施形態に係る潮流発電システム１の制御フローである。図１５は、異なる複数の時間間隔で周期的に変化する潮流の流速及び流れ方向を示すグラフである。図１６は、第１〜第３カウント時間の各々を潮流停止時刻と関連づけて記憶した記憶部５ｂ内のテーブル１０を示す図である。
【００５１】
第４実施形態は、第３実施形態に変更を加えたものである。第１〜第３実施形態では、潮流発電システム１を設置した水域において、単一の周期Ｔ０で潮流の向きが周期的に変化する場合を想定した。第４実施形態では、複数の時間間隔である周期Ｔ１〜Ｔ４で、潮流の向きが周期的に変化する場合を想定している。一例として、潮流の流れは午前に周期Ｔ１及びＴ２を含む第１パターン、午後に周期Ｔ３及びＴ４を含む第２パターンで変化し、潮流の流れ方向は、１日を通してみると、潮流停止時刻Ｔｘ１〜Ｔｘ４のそれぞれを挟んで周期的に変化する。図１５に示すように、第１パターンと第２パターンとは、潮流の流速の変化の仕方と、潮流が流れる合計時間とが異なっている。なお、周期Ｔ２、Ｔ４は同一時間（６時間）であるが、互いに異なる時間であってもよい。図１６に示すように、記憶部５ｂにはテーブル１０が格納されている。テーブル１０では、第１カウント時間Ｔｓ１、第２カウント時間Ｔｆ１及び第３カウント時間Ｔｒ１が、第１パターンに対応する潮流停止時刻Ｔｘ１及びＴｘ２に関連付けられて格納されている。また、第１カウント時間Ｔｓ２、第２カウント時間Ｔｆ２及び第３カウント時間Ｔｒ２が、第２パターンに対応する潮流停止時刻Ｔｘ３及びＴｘ４に関連付けられて格納されている。
【００５２】
第４実施形態では、Ｓ４で、制御部３５ａが現時刻を参照し、カウンタ部３ｄのカウント時間が、カウント時間Ｔｆ１、Ｔｆ２のうち現時刻に対応するいずれかを超えたか否かを判定する。第１判定部５０が超えたと判定した場合、第２判定部５２は、潮流の流速の絶対値が閾値α［ｍ／ｓ］未満であるか否かを判定する（Ｓ１４）。第２判定部５２が、潮流の流速の絶対値が閾値α［ｍ／ｓ］未満であると判定した場合（Ｓ１４）、制御部３５ａは現在向きＩＤが「第２モード」であるか否かを判定する（Ｓ５）。その後、旋回制御部５１は、Ｓ５の判定結果に基づいて、潮流発電装置３の旋回動作を開始する（Ｓ６及びＳ７、またはＳ１９及びＳ１１）。
【００５３】
一方、Ｓ１４で、潮流の流速の絶対値が閾値α［ｍ／ｓ］未満ではないと第２判定部５２が判定した場合であって、かつカウンタ部３ｄのカウント時間が第３カウント時間Ｔｒ１、Ｔｒ２のうち現時刻に対応するいずれかを超えたと第３判定部５３が判定した場合には（Ｓ１５）、制御部３５ａは制御フローをＳ５に移行させる。そして、旋回制御部５１は、潮流発電装置３の旋回動作を強制的に実行する（Ｓ６及びＳ７、またはＳ１９及びＳ１１）。
【００５４】
Ｓ６及びＳ７で旋回角度を角度θ１に変更した場合には、制御部３５ａはカウンタ部３ｄの初期設定を行った後（Ｓ８）、現在向きＩＤを「第１モード」に変更する（Ｓ９）。そして、補正部５４は、直前の旋回動作開始時刻に基づいて、Ｓ４で用いた第２カウント時間Ｔｆ１、Ｔｆ２のいずれかと、Ｓ１５の判定で用いた第３カウント時間Ｔｒ１、Ｔｒ２のいずれかとを補正する（Ｓ１７）。第４実施形態では、旋回制御部５１がＳ６及びＳ７で旋回角度をθ１に変更した場合、次回の旋回動作時には、潮流のパターンは変化しない。Ｓ１７で補正された第２カウント時間Ｔｆ１、Ｔｆ２のいずれかと第３カウント時間Ｔｒ１、Ｔｒ２のいずれかとは、次回の制御フロー実行時に用いられる。
【００５５】
一方、旋回制御部５１がＳ１０及びＳ１１で旋回角度をθ２に変更した場合には、制御部３５ａはカウンタ部３ｄの初期設定を行った後（Ｓ１２）、現在向きＩＤを「第２モード」に変更する（Ｓ１３）。そして、補正部５４は、直前の旋回動作開始時刻に基づいて、Ｓ４の判定で用いた第２カウント時間Ｔｆ１、Ｔｆ２のいずれかと、Ｓ１５の判定で用いた第３カウント時間Ｔｒ１、Ｔｒ２のいずれかとを補正する（Ｓ１７）。第４実施形態では、旋回制御部５１がＳ１０及びＳ１１で旋回角度をθ２に変更した場合、次回の旋回動作時には、潮流のパターンは変化している。補正部５４がＳ１７で補正した第２カウント時間Ｔｆ１、Ｔｆ２のいずれかと、第３カウント時間Ｔｒ１、Ｔｒ２のいずれかとは、現在の潮流のパターンと同じ次回の潮流のパターンでの制御フローの実行時に用いられる。
【００５６】
次に制御部３５ａは、現在の潮流のパターンが第１パターンか否かを時計部５ｃ等の情報を参照することで判定する（Ｓ１９）。Ｓ１９において、次回の旋回動作時の潮流のパターンが第１パターンであると判定した場合には、制御部３５ａは、補正部５４が補正した第２パターン用の第２カウント時間Ｔｆ２と第３カウント時間Ｔｒ２とを記憶部５ｂのテーブル１０に記憶し（Ｓ２０）、補正部５４が補正した第１パターン用の第２カウント時間Ｔｆ１と第３カウント時間Ｔｒ１とを記憶部５ｂのテーブル１０から読み込む（Ｓ２１）。その後、制御部３５ａは制御フローをＳ２に戻す。
【００５７】
一方、Ｓ１９で、次回の旋回動作時の潮流のパターンが第１パターンではないと制御部５ａが判定した場合には、制御部３５ａは補正部５４が補正した第１パターン用の第２カウント時間Ｔｆ１と第３カウント時間Ｔｒ１とを記憶部５ｂのテーブル１０に記憶し（Ｓ２０）、補正部５４が補正した第２パターン用の第２カウント時間Ｔｆ２と第３カウント時間Ｔｒ２とを記憶部５ｂのテーブル１０から読み込む（Ｓ２１）。その後、制御部３５ａは制御フローをＳ２に戻す。
【００５８】
このような制御フローを実行することで、潮止まりのタイミング周期が複数存在する場合であっても、潮止まり毎に潮流発電装置３を旋回させ、良好な発電効率で発電できる。しかも、潮流発電システム１を設置した潮流の流速の変化または潮流停止時刻が変化した場合であっても、潮流発電装置３を旋回動作させた過去の旋回動作開始時刻のデータを用いて第２カウント時間Ｔｆ１、Ｔｆ２と第３カウント時間Ｔｒ１、Ｔｒ２とが補正されるので、潮流の流速の細やかな変化に対応して高精度なタイミングで潮流発電装置３を旋回できる。
【００５９】
なお、第２カウント時間Ｔｆ１、Ｔｆ２と第３カウント時間Ｔｒ１、Ｔｒ２とは、第３実施形態で述べたように、直近の１つの旋回動作開始時刻に基づいてそれぞれ補正してもよいし、例えば直近の複数の日における各旋回動作開始時刻の平均値等の統計データに基づいてそれぞれ補正してもよい。また、第２カウント時間Ｔｆ１、Ｔｆ２と第３カウント時間Ｔｒ１、Ｔｒ２との補正に伴って、第１カウント時間Ｔｓ１、Ｔｓ２を補正してテーブル１０に格納してもよい。
【００６０】
（その他）
なお、本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除できる。前記各実施形態は、互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよい。
【００６１】
上記各実施形態における「目標時刻」は、特定の一点の時刻と、周期的な時間間隔との両方を指すものとする。従って、「目標時刻」が実際の時刻と異なっていてもよい。
【００６２】
上記各実施形態では、経時手段として時計部５ｃを用いる例を示したが、これに限定されず、ソフトウェアカウンタを用いてもよい。
【００６３】
第１実施形態において、第１カウント時間を潮流停止時刻に合わせる方法を例示したが、これに限定されず、例えば第１カウント時間を停止前時刻に合わせてもよい。
【００６４】
第３及び第４実施形態において、Ｓ１５は必須ではなく、これを省略してもよい。この場合、Ｓ１４において、潮流の流速の絶対値が閾値α［ｍ／ｓ］未満ではないと判定した場合、制御部５ａが制御フローをＳ２に戻すように調整すればよい。
【００６５】
上記各実施形態では、水流の一例として潮流を示したが、水流は潮流に限定されない。潮流は潮の干満に起因して生じるものに限定されず、例えば風に起因して生じるものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明の各態様は、水流の向きが周期的に変化する水域に水流発電システムを設置した場合において、水流発電装置を良好に旋回可能にするとともに、効率のよい発電を可能にできる優れた効果を有する。従って、この効果の意義を発揮できる水流発電システムとその制御方法として広く適用すると有益である。
【符号の説明】
【００６７】
１    水流発電システム
２    支持構造体
２ａ    軸部
３    水流発電装置
４    旋回装置
５    制御装置
５ａ、１５ａ、２５ａ、３５ａ    制御部
５ｂ    記憶部
７    ブレード
８    流速計
５０    第１判定部（判定部）
５１    旋回制御部
５２    第２判定部
５３    第３判定部
５４    補正部
【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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