(57)【要約】  本発明は、沖合エネルギージェネレータのための水中海流発電プラントに係るものであって、タービン及び該タービンに駆動可能に接続されたジェネレータを備えたエネルギーユニットと、該エネルギーユニットを支持するための支持構造と、該海流発電プラントのパーツ上に検査又は作業をする検査・作業ロボットと、を有し、該ロボットが駆動装置を有し、該駆動装置が、前記海流によって駆動される補助タービン、又は該ロボットの作動中の限られた時間のための作業エネルギーを一時的に蓄えるアキュームレータを備えることを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
沖合発電装置のための水没形流体力発電プラントであって、
タービン（１）及び該タービンによって駆動可能に接続されたジェネレータ（４）を備えたパワーユニットと、
前記パワーユニット（１４）を支持する支持構造（２）と、
流体力発電プラントのパーツを検査又は処置する検査又は作業ロボット（５）と、
前記検査又は作業ロボット（５）に接続された駆動装置と、備え、
前記駆動装置が、前記検査又は作業ロボットが作動する一定の時間中に駆動エネルギーを貯蔵するため、流れによって駆動される補助タービン（６）を備えることを特徴とする流体力発電プラント。
【請求項２】
請求項１記載の流体力発電プラントにおいて、前記補助タービン（６）と前記検査又は作業ロボット（５）との間のドライブトレーンに補助ジェネレータ（７）及びモータ（８）が設けられていることを特徴とする流体力発電プラント。
【請求項３】
請求項２記載の流体力発電プラントにおいて、前記補助ジェネレータ（７）と前記モータ（８）との間で充電電池（１０）が切り替えられることを特徴とする流体力発電プラント。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項記載の流体力発電プラントにおいて、前記検査又は作業ロボット（５）は、前記支持構造（２）又は他の構成要素に、摩擦又は相互掛止による係合によって保持されることを特徴とする流体力発電プラント。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項記載の流体力発電プラントにおいて、前記補助タービン（６）が前記検査又は作業ロボット（５）と共に移動することを特徴とする流体力発電プラント。
【請求項６】
請求項２ないし４の何れか一項記載の流体力発電プラントにおいて、充電ステーション（１０）が静止形態に設けられ、かつ該充電ステーション（１０）は、前段から後段に向けて、補助タービン（６）、ジェネレータ（７）の次に設けられていることを特徴とする流体力発電プラント。
【請求項７】
沖合発電装置のための水没形流体力発電プラントであって、
タービン（１）及び該タービンによって駆動可能に接続されたジェネレータ（４）を備えたパワーユニットと、
前記パワーユニット（１４）を支持する支持構造（２）と、
該流体力発電プラントのパーツを検査又は処置する検査又は作業ロボット（５）と、
前記検査又は作業ロボット（５）に接続された駆動装置と、を備え、
前記駆動装置が、該流体力発電プラントより給電される充電電池を備えることを特徴とする流体力発電プラント。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一項記載の流体力発電プラントにおいて、前記検査又は作業ロボット（５）を前記支持構造（２）から離すことを可能にする手段を備えていることを特徴とする流体力発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に規定される流体力発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体力発電プラント (flow power plant) は既知のものである。流体力発電プラントは、水流又は海流、特に潮流からの発電のためにロータ形の水タービン（水車）を有した自立装置として構成可能である。また、このような流体力発電プラントは、沿岸又は沖合の風力プラントとして構成することも可能である。ここで特許文献１が参照される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許第 10 2013 001 212 号公報
【特許文献２】米国特許出願公開 2013/0017086 号明細書
【０００４】
このような流体力発電プラントは、通常は完全に水中に設置される設備であって、該流体力発電プラントの少なくとも１つのタービンユニットは、その運転中、完全に水面下にある。該タービンは基礎構造により支持されている。通常、この基礎構造は重力基礎、あるいはトライポッドといった鋼製構造、あるいはピラー又はポスト構造から成る基礎である。このような基礎構造は通常、前記タービンユニットに向って複数のポストを設置するという方法によって構成されている。これらポストの断面としては楕円形あるいは直線状の断面のものも考えられるため、円形とは限らない。本発明は、このような流体力発電プラント全般に関連する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記基礎構造は、流体力発電プラントに向かう流れによって発生する力及びトルクを吸収する。基礎構造は、前記力及びトルクを周辺地盤、例えば水域 (water body) の地盤に伝達する。
【０００６】
基礎構造は、例えば前記水域の前記地盤上の基礎に接続された複数の支持柱を備える構成とすることができる。この支持柱は従来、前記タービンに向かってテーパーを形成するように配置されている。その結果、流れ抵抗として作用する支持柱のこのテーパー断面によって、流れの影響は低減される。これはこのような流体力発電プラントの効率に良い影響を与える。しかしながら、タービンへの接続部におけるこのような支持柱の細い構造は、特にその底部において強度面での限界点を有すという欠点をもたらす。支持柱の期待される運転寿命の最大値に対応する、支持柱の材料引張りの最大負荷あるいは動荷重のための限界値が、上記限界点に達するおそれがある。従って、支持柱の断面をさらに減少させることはもはや現実的でない。
【０００７】
前記基礎構造物の鋼構造は常時海水にさらされている。知られているように、海水は浸食性があり、対象構造物に強い劣化作用をもたらす。さらに、藻類及び貝類などが海中ではびこり、これがまた前記構造物の耐久強度を弱めることになる。
【０００８】
構造物の状態を探知し、かつ場合によっては修理や供給作業も実施する検査ロボットが既に使用されている。この検査ロボットは、構造物に沿って移動又はスライドする装置と関連している。これらの検査ロボットは、構造物を移動又はスライドする間、通常、磁気的手段によって保持されている。これら検査ロボットは電気モータ又は液圧モータを備えており、従って、その駆動のための電源を供給する必要がある。この電源供給は、電源船によってケーブルを介して行われる。電源船は、流体力発電プラントの領域、すなわち前記基礎構造の領域に限られた一定期間のみ滞在可能であるため、検査ロボットの作業時間も限定されたものとなる。これは、電源船が流体力発電プラントを繰り返し行き来しなければならないことを意味し、コスト高の要因となる。また、検査ロボットの電源ケーブルを新たに検査ロボットに対して着脱する作業が必要であり、このこともまた非常なコスト高を招く。
【０００９】
特許文献２は、タービン及びジェネレータを有したナセル (nacelle) を備えた風力発電プラントを開示している。タービンがジェネレータを駆動し、該ジェネレータが風力によって発電する。ナセルはタワー上に位置している。検査ロボットは、ナセル上に懸架され、かつ、ロータブレードを検査するために、前記タービンの前記ロータの停止中に前記タワーに沿って上下に移動することができる。検査ロボットは、前記ジェネレータからケーブルを介して電源供給される。これは、例えば流れの方向が変わることによって前記ナセルの方向が変化したときに有利に働く。
【００１０】
本発明は、請求項１の前提部に記載する流体力発電プラントにあって、電源船の頻繁な随行、及び検査ロボットのための電源ケーブルの度々の着脱を排除し、前記ナセルと前記ロボットとの間の電源ケーブルを不要とすることのできる流体力発電プラント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】
【００１１】
上記目的は請求項１に記載の特徴によって達成される。
【００１２】
本発明は風力発電プラントには関与せず、沖合発電装置のための水没形流体力発電プラントに関する。この流体力発電プラントは、一般には、タービン及び該タービンによって駆動されるジェネレータを備えたパワーユニットと、該パワーユニットを支持する支持構造と、この流体力発電プラントのパーツを検査及び／又は処置するロボットと、を備える。
【００１３】
流体力発電プラントの全体に沿って自律的かつ位置独立的 (location-independent) に移動することができ、かつ、前記潮流によって駆動され得る駆動源として補助タービンを備えたロボットが、本発明によって準備される。沖合運転では常に潮流が存在しているため、前記タービンはこの潮流によって頻繁に駆動され、これによって前記ロボット自体を連続的に駆動できる。このタービンによるロボットの駆動は直接的又は間接的に行いうる。従って前記補助タービンは、前記ロボットに直接的に接続することができ、かつ同ロボットと機械的駆動による運転が可能とされている。ロボットは流体力発電プラント全体とは独立したものであり、同プラントに沿って移動できる。このロボットは、ローラーあるいはチェーン駆動によって該流体力発電プラントの全輪郭部を移動できる。この点に関し、ロボットは、磁力によって、流体力発電プラント、例えばその支持構造と常に接触して接続された状態を維持できる。この連続接触接続は、インターロック手法でも作り出すことができる。例えば、検査又は処置すべき関連パーツが支持構造全体をカバーするレールを備え、ロボットが、摺動爪又はローラーによって該レールと係合するように構成することができる。
【００１４】
また、前記ロボットを、流体力発電プラントの外表面に一切接触することなくガイドすることも考えられる。そのために、ロボットにはセンサが接続される。このセンサは距離信号を発する。一つあるいは二つ以上の前記補助タービンは、制御装置の働きのもと、前記距離信号によって、流体力発電プラントの前記表面から所望の距離に常時保持される。
【００１５】
前記タービンから前記ロボットへのトルクの直接的な伝達に替えて、非直接的な通信もまた考えられる。その結果、前記補助タービンは下流側にジェネレータを配置でき、かつ、発電機にはモータを設けることが可能となる。バッテリをドライブトレーン内に介装することもできる。
【００１６】
一つあるいは二つ以上の前記補助タービンは、前記ロボットの要求に応じ、連続的に発電がなされるように、流入位置に向けて自動的に回転するよう構成される必要がある。
【００１７】
補助タービンがロボットに直接作用する上記の解決法に替えて、タービンを、該流体力発電プラントの基礎構造上の任意位置に設けることもできる。また、タービンは、固定設置されたジェネレータを駆動する。該ジェネレータは電源ケーブルを介して上述の移動ロボットと接続されている。欠点はケーブルが必要なことである。これが解決策であるが、従来技術に対し有利な点をもたらす。
【００１８】
さらなる解決法は以下の通りである。
【００１９】
前記ロボットは、該流体力発電プラントの全表面に沿って自由に移動可能である。静止充電ステーションが別の場所、好ましくは前記支持構造の何れかの箇所、に置かれている。補助ジェネレータが前記充電ステーションに直列に接続され、かつ該補助ジェネレータは補助タービンに接続されている。前記ロータ並びにモータ及び充電電池は、充電電池の蓄電量が切れそうになったときには、常に前記充電ステーションまで移動する。可動ユニット、すなわち前記ロボット、前記モータ、及び充電電池が相対的に小さく、それゆえ軽量であり、この解決策は有利である。前記流体力発電プラントから前記充電ステーションへの電力供給を考えることも可能である。
【００２０】
以下、本発明を、図面を参照してより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】２基の流体力発電プラントを備えた沖合エネルギーパークを示す正面図である。
【図２】検査及び作業ロボット、ならびに該ロボットに電源供給する補助タービンを備えた、図１に示した流体力発電プラントに類似した流体力発電プラントの概略正面図である。
【図３】図２に示したものに類似した別の流体力発電プラントの概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示す沖合エネルギーパークは、本発明による２基の流体力発電プラントを備えている。これら２基の流体力発電プラントは同一のものである。各プラントは、タービン１及びジェネレータ（図示せず）を有したパワーユニットを備える。前記タービン及び前記ジェネレータは魚雷形のナセル内に設置されている。
【００２３】
各支持構造２は海底に設置されている。この支持構造は、パイルの打込みによって海底にアンカー固定することができる。支持構造は、それぞれの自重によっても十分かつ緊密に海底に接続され得る。前記支持構造２は、タワー２．１と、随意設けられる複数のロッド２．２とを備える。
【００２４】
これら２基の流体力発電プラントは、ロボットを備えたユニットと、該ユニットの前段に接続されたモータと、該モータの前段に接続された補助ジェネレータと、該補助ジェネレータの前段に接続されたタービンとを有する。前記ユニットは、流体力発電プラント全体の表面上を自由に移動することができる。該ユニットは、図１には示されていないが、図２に示してある。
【００２５】
図２に示す流体力発電プラントは、タービン１と、該タービン１と駆動接続されたジェネレータ４とを有した魚雷形のナセル３を備えている。該ナセル３は、図１に示したものと同様、支持構造２上に設置されている。
【００２６】
検査及び作業ロボット５は前記支持構造２に沿って移動する。前記ロボット５は補助タービン６によって駆動される。該補助タービンは後段に補助ジェネレータ７を備え、かつ該補助ジェネレータ７はモータ８を備える。この検査及び作業ロボット５は磁力によって前記支持構造２に保持されるけれども、駆動されて該支持構造２上を移動できる。該ロボットは、該検査及び作業ロボットのそれぞれの位置を検出するセンサと、該センサからの信号を受領して、前記支持構造に沿ったこの移動の間、前記ロボットを前記信号に従って制御する中央処理装置（ＣＰＵ）とを備える。
【００２７】
２基の前記パワーユニットの前記タービンは、海中深い流れによって、あるいは河川中の多量の流れよって対向流を受ける。前記補助タービン６は、その構成面並びに発電電力面で非常に小型に構成できる。
【００２８】
図３に示す流体力発電プラントは、図２に示したものと少し異なっている。この場合も、モータ８によって駆動され、該流体力発電プラントの全体面に沿って移動可能な検査及び作業ロボット５が設けられている。モータ８には、充電電池９から電力が供給される。
【００２９】
静止充電ステーション１０は、該流体力発電プラントの任意の箇所、例えば前記ロッド２．２に設置されている。この充填ステーション１０には補助ジェネレータ７が接続されている。補助ジェネレータ７は補助タービン６によって駆動される。前記充電電池９の充電状態が、その作動中に放電状態に至ったら、前記ロボット５が充電ステーション１０まで移動し、そこで充電を行い、その後再度、作業待機状態となる。
【００３０】
図３に示した構成のコンセプトは、ケーブルを用いずに完全に作動し、かつ周囲環境からから独立した、全体システムの完全なる自律である。この解決法は、可動要素、すなわち前記ロボット５、前記モータ８、及び前記充電電池９といったものの建造費用が比較的低額であり、かつ比較的軽量であるという、さらなる優位性をもたらす。
【００３１】
前記補助タービン６で発電された電力は、前記検査及び作業ロボットのための例えば信号電流や制御電流としてではなく、消費者向けとして使用することも可能である。
【００３２】
前記充電ステーション１０には、前記補助タービンを用いずに、該流体力発電プラントから直接電気を供給することができる。流れ及び前記ロボットの各構成部分が完全に静止した場合には、ロボットは、例えば表面の検査画像を撮影するために該流体力発電プラントから遠ざかるよう移動することができる。
【００３３】
該発電プラントとのデータ交換は無線、光信号、音響信号により、すなわち実時間で又は時間差を設けてなされる。データの中間貯蔵は前記ロボットで行われる。
【符号の説明】
【００３４】
１  タービン
２  サポート構造
２．１  タワー
２．２  ロッド
３  ナセル
４  ジェネレータ
５  検査及び作業ロボット
６  補助タービン
７  補助ジェネレータ
８  モータ
９  充電電池
１０  充電ステーション
【図１】
2016514784.tif 000002
【図２】
2016514784.tif 000003
【図３】
2016514784.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月19日(2014.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン（１）及び該タービンによって駆動可能に接続されたジェネレータ（４）を備えたパワーユニットと、
前記パワーユニット（１４）を支持する支持構造（２）と、
流体力発電プラントのパーツを検査又は処置する検査又は作業ロボット（５）と、
前記検査又は作業ロボット（５）に接続された駆動装置と、
を備えてなる、沖合発電装置のための水没形流体力発電プラントであって、
前記駆動装置が、前記検査又は作業ロボットが作動する一定の時間中に駆動エネルギーを貯蔵するため、流れによって駆動される補助タービン（６）を備えることを特徴とする流体力発電プラント。
【請求項２】
請求項１記載の流体力発電プラントにおいて、前記補助タービン（６）と前記検査又は作業ロボット（５）との間のドライブトレーンに補助ジェネレータ（７）及びモータ（８）が設けられていることを特徴とする流体力発電プラント。
【請求項３】
請求項２記載の流体力発電プラントにおいて、前記補助ジェネレータ（７）と前記モータ（８）との間で充電電池（１０）が切り替えられることを特徴とする流体力発電プラント。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項記載の流体力発電プラントにおいて、前記検査又は作業ロボット（５）は、前記支持構造（２）又は他の構成要素に、摩擦又は相互掛止による係合によって保持されることを特徴とする流体力発電プラント。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項記載の流体力発電プラントにおいて、前記補助タービン（６）が前記検査又は作業ロボット（５）と共に移動することを特徴とする流体力発電プラント。
【請求項６】
請求項２ないし４の何れか一項記載の流体力発電プラントにおいて、充電ステーション（１０）が静止形態に設けられ、かつ該充電ステーション（１０）は、前段から後段に向けて、補助タービン（６）、ジェネレータ（７）の次に設けられていることを特徴とする流体力発電プラント。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項記載の流体力発電プラントにおいて、前記検査又は作業ロボット（５）を前記支持構造（２）から離れる方向に移動させる手段を備えていることを特徴とする流体力発電プラント。
【国際調査報告】
2016514784.tif 000005
2016514784.tif 000006
2016514784.tif 000007
2016514784.tif 000008