(57)【要約】  本発明は、潮流から電力を生成するための海流発電所に関するものであって、この海流発電所は、タービンと発電機とを備えたパワーユニットであるとともに、タービンのロータと発電機のロータとが、１つの共通の駆動シャフトによって支持され、さらに、このパワーユニットが、支持構造上に支持されている、パワーユニットと；その後の時刻（ｔ２）の時点での電力供給量（Ｅ２）を予測するための予測ユニットと；時刻（Ｔ１）の後の時刻（Ｔ２）における駆動シャフトの回転速度を、予測された電力供給量（Ｅ２）に依存した値（ｎ２）へと調節するためのコントローラと；を具備している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潮流から電力を生成するための海流発電所であって、
１．１．１  タービンと発電機とを備えたパワーユニットであるとともに、前記タービンのロータと前記発電機のロータとが、１つの共通の駆動シャフトによって支持され、さらに、このパワーユニットが、支持構造上に支持されている、パワーユニットと；
１．１  その後の時刻（ｔ２）の時点での電力供給量（Ｅ２）を予測するための予測ユニットであるとともに、
１．２  この予測ユニットが、前記パワーユニットの基礎上に作用する力を直接的にまたは間接的に測定するためのデバイス、および／または、前記パワーユニットの基礎上に作用する力を直接的にまたは間接的に測定するための流れ測定デバイスを備えた、予測ユニットと；
１．３  時刻（Ｔ１）の後の時刻（Ｔ２）における前記駆動シャフトの回転速度を、予測された前記電力供給量（Ｅ２）に依存した値（ｎ２）へと調節するためのコントローラであるとともに、この値（ｎ２）を、前記電力供給量（Ｅ２）の上昇が予測される場合には低減させ、また、前記電力供給量（Ｅ２）の下降が予測される場合には増大させる、コントローラと；
を具備している、
ことを特徴とする海流発電所。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沖合動作および陸上動作のための、すなわち海洋内でのあるいは川内での動作のための、海流発電所に関するものであり、この海流発電所は、関連構成部材として、水力タービンと、この水力タービンに対して動作可能に連結された発電機と、水塊上に浮遊するあるいは水塊上に立地する支持構造と、を具備している。タービンおよび発電機は、魚雷形状のハウジング内に配置されている。ここで、特許文献１，２を参照することができる。
【背景技術】
【０００２】
そのような発電所は、最も関連した構成部材として、水力タービンと発電機とを具備している。これらの双方は、以下においては、「パワーユニット」と称される。水力タービンと発電機とは、捻れに対抗した態様で、互いに連結されている。たいていの場合には、水力タービンのロータと発電機のロータとは、単一のかつ同一の駆動シャフト上に配置され、ハウジングによって囲まれている。水力タービンと発電機とハウジングとは、いわゆるナセルを形成する。ナセルは、支持構造に付帯されている。支持構造の一部は、水塊上に立地している、例えば、海底上に立地している。この場合、支持構造は、浮遊することもできる。支持構造は、地中内の数メートルのところに埋設することができる。地中内の穿孔を必要とすることなく、例えば、コンクリートからなる重量構造物を設けることもできる。支持構造は、支柱から構成することができる。
【０００３】
海流から電力を生成するための設備は、上記構成を有した複数の海流発電所によって形成することができる。そのような設備は、様々なタイプの自動制御手段を備えている。自動化システムは、従来から使用されており、ターゲット量に応じて動作するものとされている。以下のようなターゲット量が想定される。すなわち、海流の速度、最大化された瞬時パワーあるいは回転速度、あるいは、パワーユニットのトルクあるいは速度。自動化は、常に、瞬時値の閉ループ制御に基づいている。その結果、上記のターゲット量の値が、検出され、瞬時的に使用される。
【０００４】
合計での海洋電力は、以下の力によって生成される。
（１）ベース流による力。これは、陸地に向けてのおよび陸地から遠ざかる向きでの海の潮流である。
（２）乱流によって引き起こされる力。乱流は、流れの主方向からの逸脱によって引き起こされる。乱流は、場所によって相違する。乱流は、経時的に変動する。
（３）波動によって引き起こされる力。これは、個々の波の移動によって引き起こされる。個々の波粒子は、円運動を行い、鉛直方向成分と水平方向成分とを生成する。
【０００５】
上記の（１）（２）に関する力は、場所に依存するけれども、これらの力は、互いに対して実質的に一定である。
【０００６】
海流発電所の合計負荷は、よって、いくつかの海流発電所からなる設備の合計負荷は、上記（１）（２）（３）の力の組合せである。合計負荷は、重要な量である。なぜなら、個々の海流発電所があるいは設備が、最大負荷に到達する前に、不活性化される必要があるからである。
【０００７】
電力効率における上記の局所的変化は、よって、発生する力は、また、上記のいずれかとは異なる周期的影響によっても、引き起こされることができる。例えば、渦は、潮流内における抵抗からの分離によって生成される。これは、例えば島の場合に起こる。ここで、波の移動などの予測を、直接的な測定または間接的な測定のいずれかによって、行うこともできる。
【０００８】
さらに、上記（３）に関する力は、最も重要である。そのような力は、タービン上に作用する合計負荷に対して、重要な影響を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＤＥ １０ ２０１３ ００１ ２１２
【特許文献２】ＤＥ １０ ２０１２ ０２５ １２７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
現在にいたるまで、パワーユニットの回転速度における準静的変化による設備の過負荷を防止する目的で、および、それにより過負荷を防止する目的で、上記の様々な力を検出する努力がなされてきている。しかしながら、所望の程度までには達成されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、過負荷を防止し得る態様でもって、上記のタイプの海流発電所を提供することである。
【００１２】
上記の目的は、請求項１に記載の各特徴点によって得られる。
【００１３】
本発明の基本的着想は、パワーユニットの制御のためには、上記の力の検出だけでは不十分であること、および、それらの力を同じ時刻で使用するだけでは不十分であること、に基づいている。本発明は、時刻ｔ１における力に基づいて、その後の時刻ｔ２において起こるであろう力を予測することを提案する。よって、その後の電力供給量に関する予測は、時刻ｔ２に関して行われる。これは、同時に、タービン上に作用する予測された力に関する情報を提供する。
【００１４】
本発明は、さらに、時刻ｔ２における駆動シャフトの回転速度を調節するためのコントローラを提案する。これにより、結果的な負荷が、許容可能な値に維持される。
【００１５】
上記（１）に関する力は、予測可能な潮周期に追従する。上記（２）に関する力は、通常、その潮周期に関連し、その潮周期に依存する。上記（３）に関する力は、上述したように、上記（１）（２）の力に対して完全に独立である。波力の振幅は、予測不可能ではあるけれども、波力の振幅は、互いに対しての関係において、すなわち波から波への関係において、なおも予測可能である。その結果、波は、急に失われることはなく、一般に、過度の高さを有した波は、また、急に発生することもない。さらに、経験により、波の持続時間は、通常は、一定であることが示された。現在の波の状況を観測することにより、海流発電所はあるいは設備の全体は、次の波の到着の前に、動作状態（パワーユニットの速度）へとセットすることができる。これにより、次の波の通過時の負荷を、平衡させることができるあるいは少なくとも最小化することができる。
【００１６】
よって、波の通過時における海流負荷は、最小化される。よって、破損の傾向が低減される。よって、個々の設備は、発電所ファーム全体のための測定支柱として使用することができる。
【００１７】
よって、うねりは、それによって起こる大きな力の結果として従来の海流発電所がもはや動作できないほど十分に強力なものであり得る。本発明は、極度に大きな波の場合においてさえ、海流発電所の動作を可能とする。よって、本発明による海流発電所は、ずっと長い期間にわたって動作することができ、発電所を遮断する必要さえないものとすることができる。このことは、１年ごとの実績をあるいは海流発電所の寿命全体にわたっての実績を、従来の発電所の性能と比較して実質的により大きなものとし得ることを、意味する。
【００１８】
以下においては、本発明による海流発電所の動作について例示する。
【００１９】
波の移動は、海流発電所において検出される。波の移動は、発電所の負荷曲線からあるいは電力曲線から、容易に得ることができる。よって、発電所の上方を通過する波のデータが、時刻ｔ１において検出される。特に、個々の波の振幅および波の周波数が、時刻ｔ１において検出される。これは、次なる波が時刻ｔ２において発電所の上方を通過する時に発電所に対して作用する利用可能なエネルギーに関する予測を提供し、よって、その時に発電所に対して作用する力に関する予測を提供する。
【００２０】
発電所の回転速度は、次の波の到着の前に、調節することができる。これにより、次の波によって生成されるおよびその結果としての力によって生成される電力供給量は、その調節に応じて低減される。
【００２１】
次の波の頂点が、発電所の正確に上方に位置した場合には、あるいは、発電所のわずかに上方を通過した場合には、回転速度は、とりわけ次なる波の最低点に対して、再度調節される。
【００２２】
本発明につき、添付図面を参照して、以下においてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】２つの水中式海流発電所からなる設備を概略的に示す図である。
【図２】電力供給量と例示としての回転速度との相互作用を時間経過に関して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に示す沖合での発電所パークには、本発明による２つの海流発電所が設置されている。２つの海流発電所は、互いに同様のものとされている。これら海流発電所の各々は、パワーユニット１を具備している。図１には図示されていないけれども、パワーユニット１は、タービンと、発電機と、を備えている。タービンおよび発電機は、魚雷形状のナセル内に配置されている。
【００２５】
支持構造２の各々が、海底上に配置されている。支持構造２は、支柱を埋設することによって、海底に対してアンカー止めすることができる。また、支持構造２は、デッドウェイトによって海底に対して十分に連結することもできる。支持構造２は、タワー２．１とロッド２．２とを備えている。
【００２６】
図２に示すグラフは、時間［ｔ］の経過に対してのエネルギー供給量［Ｅ］を示す曲線と、時間［ｔ］の経過に対しての回転速度［ｎ］を示す曲線と、を表示している。
【００２７】
図２は、波の頂点の場合にパワーユニットの回転速度が最小値をとりなおかつ波の最低点の場合にパワーユニットの回転速度が最大値をとるようにして、設備が動作することを示している。
【００２８】
波が発電所の上方を通過する場合、発電所または設備の電力は、波の高さに応じて変化する。なぜなら、上記（１）（２）に関する力が、上記（３）による力に対してオーバーラップするからである。同じことは、機械的負荷に対しても成立する。例えば、基礎上における剪断力という態様での機械的負荷に対しても成立する。波は、実質的には、そのような時間信号（流れ測定とは個別の、電力出力、基礎上における力）から「読み取る」ことができる。そして、対抗した制御を開始することができる。
【００２９】
パワーユニットの回転速度は、所望の態様のコンバータによって、制御することができる。
【００３０】
予測ユニットは、従来的なコントローラを備えることができる。予測ユニットは、また、Ｄ型のＰＩＤコントローラを備えることができる。
【００３１】
予測ユニットは、必要なパラメータそのものの測定を行うことができる。あるいは、この目的のために、個別の測定デバイスを設けることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１      パワーユニット
２      支持構造
２．１  タワー
２．２  ロッド
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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