特開 2023-180659 流体力発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023180659

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】流体力発電システム

(51)【国際特許分類】

   F03B 17/06 20060101AFI20231214BHJP

   F03D 9/25 20160101ALI20231214BHJP

【ＦＩ】

F03B17/06

F03D9/25

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022094149

(22)【出願日】2022-06-10

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】三浦 雄一

【テーマコード（参考）】

3H074

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H074AA10

3H074AA12

3H074BB06

3H074BB11

3H074BB30

3H074CC11

3H178AA03

3H178AA26

3H178AA47

3H178AA51

3H178AA63

3H178BB31

3H178BB79

3H178CC01

3H178CC25

3H178DD12Z

3H178DD16X

3H178DD17X

3H178DD23X

3H178DD41Z

(57)【要約】

【課題】設備コストを削減することが可能な流体力発電システムを提供する。
【解決手段】流体力発電システムは、水上又は水中に設置される複数の取水装置１０であって、筐体としてのナセル１４Ａ、ナセル１４Ａに回転可能に支持され、流体の流体力を回転力に変換する第１タービン１５、及びナセル１４Ａに収容され、第１タービン１５と駆動接続され、当該取水装置１０の設置領域２における水を吸引し排出する液圧ポンプ１６を含む複数の取水装置１０と、各取水装置１０から排出された水の流体力を回転力に変換する第２タービン３２、及び第２タービン３２と駆動接続される発電機３３を含む発電ユニット３１を少なくとも１つ備える発電装置３０と、発電装置３０に接続する主管４１、及び主管４１から分岐し取水装置１０に接続する枝管４２を含み、複数の取水装置１０から排出された水を発電装置３０に供給するパイプライン４０とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水上又は水中に設置される複数の取水装置であって、筐体、前記筐体に回転可能に支持され、流体の流体力を回転力に変換する第１タービン、及び前記筐体に収容され、前記第１タービンと駆動接続され、当該取水装置の設置領域における水を吸引し排出する液圧ポンプを含む複数の取水装置と、
各前記取水装置から排出された水の流体力を回転力に変換する第２タービン、及び前記第２タービンと駆動接続される発電機を含む発電ユニットを少なくとも１つ備える発電装置と、
前記発電装置に接続する主管、及び前記主管から分岐し前記取水装置に接続する枝管を含み、前記複数の取水装置から排出された水を前記発電装置に供給するパイプラインと
を備える流体力発電システム。

【請求項2】

前記主管は、前記複数の取水装置の設置領域において、水の流通経路を複数形成する当該流通経路の交点を有する
請求項１に記載の流体力発電システム。

【請求項3】

前記取水装置を前記パイプラインの構成部材に係留する係留索を備える
請求項１に記載の流体力発電システム。

【請求項4】

前記枝管は、前記取水装置を前記パイプラインの前記主管に係留する係留索を兼ねる
請求項１に記載の流体力発電システム。

【請求項5】

前記複数の取水装置のうちの１つを第１取水装置、前記複数の取水装置のうちの他の１つを第２取水装置として、
前記流体力発電システムは、前記第１取水装置の前記第１タービンと前記第２取水装置の前記第１タービンのそれぞれの回転状態に応じて、前記第１取水装置の取水路と前記第２取水装置の排水路との間を連通又は当該連通を遮断する連絡路を備える
請求項１に記載の流体力発電システム。

【請求項6】

前記取水装置又は前記パイプラインの浮力を補助する補助浮力体を備え、
前記補助浮力体は、前記パイプラインを構成可能な配管の一部によって構成されている
請求項１に記載の流体力発電システム。

【請求項7】

各前記取水装置は、タワーと、前記タワーに回転可能に設置される前記筐体としてのナセルとを含み、
前記第１タービンは風車として構成され、
前記液圧ポンプは前記ナセルに収容されている
請求項１～５のうちの何れか一項に記載の流体力発電システム。

【請求項8】

各前記取水装置は前記筐体としての船体を含み、
前記第１タービンは水車として構成され、
前記液圧ポンプは前記船体に収容されている
請求項１～５のうちの何れか一項に記載の流体力発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は気流又は水流の流体力によって発電を行う流体力発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の風力発電装置は、水上又は陸上に設置されたタワーと、タワーの上部に設けられるナセルと、ナセルの前方に位置するタービンとしての風車とを備えている。ナセル内には、風車の支持機構、ナセルのヨー角制御機構、増速機、発電機、及びコンバータなどの多数の機器が収容されている。これらの機器は高所に設置されたナセル内に収容されているため、修理や保守等の作業に多大な労力を要する。これに関連して、特許文献１の風力発電装置は、油圧ポンプと油圧モータを組み合わせた発電機の駆動力伝達機構を備え、稼働率の低下に繋がりやすい増速機及びコンバータを省いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１４－５２６０１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の風力発電装置は、タービン毎に発電機やコンバータ等の電気機器を設置する必要がある。つまり、風力発電装置の数を増やすと、これに付随して発電機、コンバータ、及び送電用の高圧ケーブルも増加する。これらの設備コストは比較的高いため、総合的な設備コストが増加しやすい。

【0005】

また、これらの電気機器には高度な保守が求められる一方で、高所あるいは水中に設置されているため、保守や修理の作業が長期化しやすい。つまり、発電装置の台数が増加すると、設備コストだけでなく、整備や修理のコストも増加する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る流体力発電システムは、水上又は水中に設置される複数の取水装置であって、筐体、前記筐体に回転可能に支持され、流体の流体力を回転力に変換する第１タービン、及び前記筐体に収容され、前記第１タービンと駆動接続され、当該取水装置の設置領域における水を吸引し排出する液圧ポンプを含む複数の取水装置と、各前記取水装置から排出された水の流体力を回転力に変換する第２タービン、及び前記第２タービンと駆動接続される発電機を含む発電ユニットを少なくとも１つ備える発電装置と、前記発電装置に接続する主管、及び前記主管から分岐し各前記取水装置に接続する枝管を含み、前記複数の取水装置から排出された水を前記発電装置に供給するパイプラインとを備える。

【0007】

前記主管は、前記複数の取水装置の設置領域において、水の流通経路を複数形成する当該流通経路の交点を有してもよい。前記流体力発電システムは、前記取水装置を前記パイプラインの構成部材に係留する係留索を備えてもよい。前記枝管は、前記取水装置を前記パイプラインの前記主管に係留する係留索を兼ねてもよい。

【0008】

前記複数の取水装置のうちの１つを第１取水装置、前記複数の取水装置のうちの他の１つを第２取水装置として、前記流体力発電システムは、前記第１取水装置の前記第１タービンと前記第２取水装置の前記第１タービンのそれぞれの回転状態に応じて、前記第１取水装置の取水路と前記第２取水装置の排水路との間を連通又は当該連通を遮断する連絡路を備えてもよい。前記流体力発電システムは、前記取水装置又は前記パイプラインの浮力を補助する補助浮力体を備えてもよい。前記補助浮力体は、前記パイプラインを構成可能な配管の一部によって構成されてもよい。

【0009】

各前記取水装置は、タワーと、前記タワーに回転可能に設置される前記筐体としてのナセルとを含んでもよい。この場合、前記第１タービンは風車として構成され、前記液圧ポンプは前記ナセルに収容される。

【0010】

各前記取水装置は前記筐体としての船体を含んでもよい。この場合、前記第１タービンは水車として構成され、前記液圧ポンプは前記船体に収容される。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、設備コストを削減することが可能な流体力発電システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の第１実施形態に係る風力発電システムの構成の例を示す図である。

【図2】本開示の実施形態に係る取水装置とパイプラインの例を示す斜視図である。

【図3】パイプラインのレイアウトの第１例を示す図である。

【図4】パイプラインのレイアウトの第２例を示す図である。

【図5】パイプラインのレイアウトの第３例を示す図である。

【図6】本開示の実施形態に係る風力発電システムの構成の変形例を示す図である。

【図7】本開示の実施形態に係る風力発電システムの構成の変形例を示す図である。

【図8】本開示の実施形態に係る風力発電システムの構成の変形例を示す図である。

【図9】本開示の第２実施形態に係る取水装置の斜視図である。

【図10】第２実施形態に係る取水装置が係留された状態を示す側面図である。

【図11】第２実施形態に係る取水装置が係留された状態を示す斜視図であり、（ａ）はその状態の第１例を示す斜視図、（ｂ）はその状態の第２例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の幾つかの実施形態に係る流体力発電システムについて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。本実施形態に係る流体力発電システムは、気流又は液流のエネルギー（即ち流体力）を作動流体のエネルギーに変換し、さらに作動流体を遠方に輸送した後に当該作動流体のエネルギーを電気エネルギーに変換する。

【0014】

（第１実施形態）
本開示の第１実施形態について説明する。本実施形態に係る流体力発電システムは風力発電システム１Ａである。

【0015】

図１は、風力発電システム１Ａの構成の例を示す図である。図２は、取水装置１０とパイプライン４０の例を示す斜視図である。図１に示すように、風力発電システム１Ａは、複数の取水装置１０と、発電装置３０と、パイプライン４０と、制御部５０とを備えている。各取水装置１０は水上に設置され、作動流体としての水を取り込む。パイプライン４０は取水装置１０に取り込まれた水を発電装置３０に供給する。発電装置３０は例えば陸上に設置され、供給された水を用いて発電する。制御部５０は所謂コンピュータであり、取水装置１０及び発電装置３０を統括制御する。

【0016】

上述の通り、取水装置１０は当該取水装置１０の設置領域２（図３～図５参照）内の水を取り込む。取水装置１０が海上に設置される場合、取り込まれる水は海水である。取水装置１０が湖上に設置される場合、取り込まれる水は真水である。取水装置１０の設置数は、風力発電システム１Ａの総発電量に合わせて設定される。但し、後述の通り、本実施形態に係る風力発電システム１Ａは、従来の風力発電システムと比べて取水装置１０の増設が容易である。

【0017】

図１及び図２に示すように、取水装置１０は、浮力構造体１２と、タワー１３と、筐体としてのナセル１４Ａと、第１タービン１５と、液圧ポンプ１６と、ストレーナ１７とを備える。図２に示すように浮力構造体１２は、取水装置１０の基礎として取水装置１０全体の下部に設けられ、その一部又は全体が潜水した状態で浮遊する。即ち、風力発電システム１Ａは浮体式である。浮力構造体１２は周知の構成を有し、例えば、セミサブ型、バージ型、スパー型、又はテンションレグプラットフォーム（ＴＬＰ）型等の構成を有する。但し、本実施形態の風力発電システムは浮体式を採用したシステムに限られず、着床式のシステムでもよい。即ち、取水装置１０は浮力構造体１２を備えず、タワー１３の下部は水底３に埋設されてもよい。

【0018】

タワー１３は浮力構造体１２に設置され、例えば数十ｍ以上の高さを有する。タワー１３の上部にはナセル１４Ａが設置される。ナセル１４Ａは、ヨー角調整機構（図示せず）によって風向きに応じて揺動する。ナセル１４Ａは、上述のヨー角調整機構、軸受などの第１タービン１５の支持機構（図示せず）、及び液圧ポンプ１６などの機器を収容する。

【0019】

図２に示すように、第１タービン１５は風車であり、気体の流体力を回転力に変換する。第１タービン１５は、回転軸としてのハブ（ロータ）１８と、ハブ１８に支持された複数のブレード１９とを有し、軸受等の支持部材を介してナセル１４Ａに回転可能に支持されている。第１タービン１５は図２に示す水平軸風車でもよく、垂直軸風車（図示せず）でもよい。

【0020】

各ブレード１９のピッチ角は、ハブ１８等に設けられたピッチ角調整機構（図示せず）によって調整される。一方、ハブ１８の回転速度は速度センサ（図示せず）によって計測される。この計測値は制御部５０に出力され、制御部５０は所定の回転速度を維持するように、ピッチ角調整機構を制御する。これにより、風速に関わりなく、第１タービン１５の回転数が所定の値に維持される。なお、風速が所定値を超えた場合、各ブレード１９のピッチ角はストールが発生する角度に調整され、第１タービン１５の過回転を防止する。

【0021】

液圧ポンプ１６はナセル１４Ａ内に収容され、第１タービン１５と駆動接続(drivingly connected)している。即ち、液圧ポンプ１６の入力軸は、第１タービン１５の回転力が液圧ポンプ１６に伝達されるように、第１タービン１５のロータ軸２０に連結している。液圧ポンプ１６は、第１タービン１５の回転力によって駆動され、取水装置１０の設置領域２内の水を取り込む。液圧ポンプ１６の出力は６ＭＷ程度であり、稼働時の回転数は例えば２０ｒｐｍである。

【0022】

液圧ポンプ１６は、制御部５０からの指令に応じて、排出する水の圧力（即ち水圧）及び吐出量、又はこれらの何れかを調整することができる。即ち、液圧ポンプ１６は可変容量型ポンプであり、傾斜角が可変の斜板と、当該斜板に連結した複数のピストンとを有するポンプ（所謂アキシャルピストンポンプ）である。但し、本実施形態の液圧ポンプ１６はアキシャルピストンポンプに限られず、他の構成を有する可変容量型ポンプでもよい。何れの形式でも、液圧ポンプ１６は、第１タービン１５の発生トルクにばらつきが生じても一定の圧力の水を排出する。

【0023】

図１に示すように、液圧ポンプ１６の入口側は取水路２１に接続している。取水路２１は配管で構成され、その端部（即ち流入口）にはストレーナ１７が設けられている。ストレーナ１７は周知のフィルタ（図示せず）を有し、液圧ポンプ１６に吸い込まれる水から不純物を除去する。

【0024】

図１に示すように、液圧ポンプ１６の出口側は排水路２２に接続している。排水路２２は配管で構成され、パイプライン４０の枝管４２に接続している。排水路２２には、周知の構成の圧力計２３が設けられている。圧力計２３は、液圧ポンプ１６の出口側に接続された排水路２２内の圧力を計測し、計測値を制御部５０に出力する。制御部５０は、圧力計２３が得た計測値に基づき、所望の水圧と吐出量が得られるように液圧ポンプ１６を制御する。

【0025】

なお、取水装置１０は、ナセル１４Ａの高さまでの揚程を得るために供給ポンプ（図示せず）を備えてもよい。供給ポンプは取水路２１に設置され、ストレーナ１７を通過した水を液圧ポンプ１６に供給する。

【0026】

パイプライン４０は複数の取水装置１０から排出された水を発電装置３０に供給する。図１及び図２に示すように、パイプライン４０は、主管４１と、枝管４２とを備える。主管４１は発電装置３０に接続し、枝管４２から排出される水を集約して発電装置３０に供給する。主管４１は、鋼管等の複数の配管４３と、配管４３を連結するソケット又はチーズ等の継手４４とによって構成され、水底３に敷設される。主管４１の内径は、各枝管４２から排出される水を集めて発電装置３０に供給するため、枝管４２の内径よりも十分に大きい。

【0027】

枝管４２は主管４１から分岐し、各取水装置１０に接続する。具体的には、枝管４２は当該枝管４２に対応する取水装置１０の排水路２２に接続する。枝管４２は、鋼管等の複数の配管４５と、配管４５を連結するユニバーサルジョイント等の可動継手４６とによって構成される。可動継手を用いることにより、枝管４２は部分的な柔軟性を持つ。なお、枝管４２は、ベローズ等の伸縮性と可撓性をもつ部分を有してもよい。或いは、枝管４２は、伸縮性と可撓性をもつ柔軟なホースでもよい。

【0028】

枝管４２は、当該枝管４２が接続する取水装置１０と主管４１との間の最短距離よりも十分に長い。これにより係留索２４の係留に対する干渉を回避する。但し、後述の通り、枝管４２は係留索２４を兼ねてもよい。この場合、枝管４２の延長は上述の最短距離またはそれに近い長さを有することになる。

【0029】

図２に示すように、取水装置１０は、複数本の係留索２４によって係留されている。係留索２４は、金属製の鎖、金属製のワイヤ、合成繊維製のロープ又はこれらが複合したロープ等によって構成される。係留索２４は、シャックル等の連結具を含んでもよく、中間ブイ又は中間シンカー等を含んでもよい。係留索２４の構成及び係留方式（例えば、カテナリー係留、トート係留又は緊張係留）は、浮力構造体１２の浮力方式に応じて適宜選択される。

【0030】

係留索２４の一端は浮力構造体１２に接続し、係留索２４の他端は水底３に設置されたシンカー又はパイルなどの支持基礎４に接続する。但し、係留索２４の他端はパイプライン４０の構成部材に接続してもよい。この構成部材とは例えば主管４１の構成部材であり、主管４１の構成部材とは、配管、継手、及びこれらを支持する基礎などである。この場合、取水装置１０の係留に必要なシンカー又はパイルなどの支持基礎４の数を削減し、支持基礎４の設置作業も軽減できる。

【0031】

図１に示すように、発電装置３０は、少なくとも１つの発電ユニット３１を備える。発電ユニット３１は、第２タービン３２と、発電機３３とを有する。第２タービン３２は、周知の構成の液圧モータ又は水車である。前者は例えば容積型モータであり、後者は例えばペルトン水車である。第２タービン３２の入口側はパイプライン４０の主管４１に接続し、第２タービン３２は各取水装置１０から排出された水の流体力を回転力に変換する。第２タービン３２を通過した水は、例えば、取水装置１０が設置された海又は湖沼に戻される。

【0032】

発電機３３は第２タービン３２と駆動接続している。即ち、発電機３３の回転子は、第２タービン３２の回転力が発電機３３に伝達されるように、第２タービン３２の回転軸に連結している。発電機３３は上述の回転子と、固定子とを備える同期発電機であり、第２タービン３２の回転力によって発電を行う。

【0033】

取水装置１０による水の排出量は、制御部５０によって、排出される水の圧力（水圧）が一定となるように制御されている。従って、風速が低下した場合は水の排出量が減少し、第２タービン３２の回転数が減少する。逆に、風速が上昇した場合は水の排出量が増加し、第２タービン３２の回転数が増加する。このような水の排出量の変動による第２タービン３２の回転数の変動を抑えるため、第２タービン３２は可変容量モータでもよい。この場合、第２タービン３２に流入する水量の変動に関わりなく第２タービン３２は所定の回転数で回転し、発電機３３は一定の周波数で発電することができる。

【0034】

発電装置３０は、陸上に設置されてもよく、水上又は水中に設置されてもよい。何れの場合も、水中に敷設される高圧ケーブルを省略又は削減できる。特に発電装置３０を陸上に設置する場合は、水中に敷設される高圧ケーブルと当高圧該ケーブルに係る防水対策が不要となるため、更にコストを削減できる。

【0035】

パイプライン４０のレイアウトについて説明する。
図３、図４、及び図５は、設置領域２におけるパイプライン４０のレイアウトの第１例、第２例、及び第３例をそれぞれ示す図である。図３に示すように、パイプライン４０の主管４１は、取水装置１０の配列に沿って敷設される。例えば図３に示すように、主管４１は取水装置１０の２列の間に敷設され、主管４１は１本の流通経路を形成する。或いは、図中の点線で示すように、主管４１は、下流側で合流する複数本の水の流通経路を形成してもよい。

【0036】

図４に示すように、複数の枝管４２は、設置領域２における１つの合流点４７で主管４１と合流してもよい。取水装置１０が合流点４７から離れるほど枝管４２の長さが長くなるものの、主管４１の全長を短縮し、パイプライン４０の敷設コストを下げることができる。

【0037】

主管４１は、設置領域２において、水の流通経路を複数形成する当該流通経路の交点４８を有してもよい。例えば図５に示すように、取水装置１０が設置領域２において行列状に配置されている場合、この分布に合わせて、主管４１は設置領域２において格子状に敷設されていてもよい。

【0038】

取水装置１０の設置間隔は、少なくとも第１タービン１５である風車の直径の５倍～１０倍程度に設定される。従って、それぞれの風車に対する風速は異なりやすく、その差は風車の数が増える程、大きくなりやすい。本実施形態に係る液圧ポンプ１６は、このような風速の変動に対して、一定の圧力で水を排出するように動作する。しかしながら、このような制御を行っても補えない水圧の変動が生じる場合もある。主管４１が交点４８を有する場合、各枝管４２から排出された水の圧力差が、合流によって緩和される。つまり、圧力変動を抑えた状態で水を発電装置３０に供給できる。

【0039】

図５に示すように、取水装置１０の設置領域２において主管４１が形成する水の流通経路が複数ある場合、当該流通経路は発電装置３０に至るまでに集約されてもよい（合流してもよい）。即ち、主管４１が形成する水の流通経路は、少なくとも発電装置３０に至った時点で、取水装置１０の設置領域２における数よりも減少してもよい。例えば図５に示すように、発電装置３０に接続する主管４１は１本だけであり、各取水装置１０から個別に発電装置３０まで配管を敷設する必要が無い。従って、パイプライン４０の敷設に係るコストを抑制することができる。

【0040】

従来の風力発電システムは、ナセル内に発電機及びコンバータ等の発電設備を搭載している。従って、このシステムでは、発電施設である各風車から個別に変電施設まで高圧ケーブルを敷設する必要がある。しかしながら、本実施形態に係る風力発電システムでは、ナセルに発電設備を設置する必要がなく、それ故に各風車（即ち第１タービン１５）から個別に変電施設まで高圧ケーブルを敷設する必要もない。高圧ケーブルは非常に高価であり、その敷設作業にも膨大なコストが掛かる。しかしながら、本実施形態では高圧ケーブルの敷設が必要なく、或いは、その規模を縮小できるため、風力発電のための設備コストを大幅に削減することができる。

【0041】

本実施形態に係る風力発電システムでは、取水装置１０の設置領域２において取り込まれた水が、発電に用いられた後、同一水域に戻される。従って、過剰な取水などによる水位の低下などの環境破壊を避けることができる。

【0042】

本実施形態に係る風力発電システムでは、取水装置１０を増設する場合、増設予定の水域に取水装置１０を設置し、パイプライン４０を延長するだけで増設が完了する。従って、高圧ケーブルの増設が必要な従来の風力発電システムと比べて、増設工事のコストを抑えることができる。

【0043】

図６は本実施形態に係る風力発電システム１Ａの構成の変形例を示す図である。この図に示すように、枝管４２は、取水装置１０をパイプライン４０の主管４１に係留する係留索を兼ねてもよい。この場合、鎖又はロープなどによって構成される係留索の本数を削減することできる。また、支持基礎４の数も削減することができる。

【0044】

図７は本実施形態に係る風力発電システム１Ａの構成の変形例を示す図である。この図に示すように、風力発電システム１Ａは取水装置１０又はパイプライン４０の浮力を補助する補助浮力体４９を備えてもよい。補助浮力体４９は、パイプライン４０を構成可能な配管の一部によって構成され、例えば図７に示すように、主管４１を構成可能な配管４９ａによって構成される。配管４９ａは、所定の取付具（図示せず）によって、主管４１に取り付けられる。配管４９ａの内部は、配管４９ａの両端に取り付けられたカバー４９ｂ等によって密閉される。更に、配管４９ａ内には所定の量の気体が充填され、所定の浮力を得ることができる。

【0045】

図７に示す例では、２本の配管４９ａがパイプライン４０の主管４１に取り付けられている。更に各配管４９ａは、係留索５１を介して支持基礎４に係留される。なお、係留索５１は、補助浮力体４９が取り付けられた主管４１に繋がれていてもよい。補助浮力体４９はパイプライン４０の主管４１を水中に浮遊させ、例えば水底３（図６参照）への主管４１の設置が困難な環境でも、パイプライン４０の敷設を可能にする。

【0046】

また、補助浮力体４９は取水装置１０に取り付けられてもよい。例えば、補助浮力体４９は浮力構造体１２によるタワー１３の浮上、或いは後述する船体１４Ｂ（図９参照）の水中浮遊を補助する。この場合、補助浮力体４９の浮力の調整によって、取水装置１０の浮力を調整することができる。

【0047】

図８は本実施形態に係る風力発電システム１Ａの構成の変形例を示す図である。風力発電システム１Ａは、複数の取水装置のうちの１つの排水路２２と、複数の取水装置のうちの他の１つの取水路２１との間を連通又は当該連通を遮断する連絡路２５を備えてもよい。

【0048】

説明の便宜上、図８に示すように、複数の取水装置１０のうちの１つを第１取水装置１１Ａと称し、複数の取水装置のうちの他の１つを第２取水装置１１Ｂと称する。また、第１取水装置１１Ａの第１タービン、液圧ポンプ、取水路、排水路、及びストレーナの符号をそれぞれ、１５Ａ、１６Ａ、２１Ａ、２２Ａ、及び１７Ａと表記する。同様に、第２取水装置１１Ｂの第１タービン、液圧ポンプ、取水路、排水路、及びストレーナの符号をそれぞれ、１５Ｂ、１６Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂ、及び１７Ｂと表記する。

【0049】

連絡路２５にはバルブ２６が設けられ、連絡路２５は第１取水装置１１Ａの排水路２２Ａと第２取水装置１１Ｂの取水路２１Ｂとの間を遮断可能に接続している。また、取水路２１Ｂにおいて連絡路２５との接続点よりも上流側の位置（即ち、当該接続点よりもストレーナ１７Ｂに近い位置）には、逆止弁２７が設けられている。逆止弁２７は、ストレーナ１７Ｂから液圧ポンプ１６Ｂへの水流を許容する一方、その逆方向の水流を阻止する。

【0050】

バルブ２６の開閉は、第１タービン１５Ａと第１タービン１５Ｂのそれぞれの回転状態に応じて決定される。このようなバルブ２６の開閉制御は、制御部５０によって実行される。制御部５０は、速度センサなどのセンサを用いて第１タービン１５Ａと第１タービン１５Ｂの各回転数を計測し、それぞれの計測値に応じてバルブ２６を開き又は閉じる。

【0051】

第１タービン１５Ａが回転し、第１タービン１５Ｂも回転しているとき、バルブ２６は閉じ、排水路２２Ａと取水路２１Ｂの間の連通が遮断される。一方、第１タービン１５Ａが回転し、第１タービン１５Ｂは停止しているとき、バルブ２６は開き、排水路２２Ａと取水路２１Ｂの間が連通する。

【0052】

ところで、排水路２２内の水圧は、第１タービン１５の回転、即ち液圧ポンプ１６の稼働によって上昇する。従って、第１タービン１５Ａが回転し、且つ第１タービン１５Ｂが停止している状態でバルブ２６が開くと、排水路２２Ａ内の水圧が連絡路２５を介して取水路２１Ｂに伝達され、取水路２１Ｂ内の水圧が上昇する。

【0053】

取水路２１Ｂ内の水圧が、液圧ポンプ１６Ｂの始動に必要なトルク（即ち起動トルク）が得られる値まで上昇すると、液圧ポンプ１６Ｂは回転を開始し、その結果、第１タービン１５Ｂが回転する。つまり、液圧ポンプ１６Ｂは第１タービン１５Ｂを回転させるモータとして機能する。このとき水は、図８中の点線の矢印で示すように、排水路２２Ａから連絡路２５を介して取水路２１Ｂに流れ、液圧ポンプ１６Ｂに供給される。

【0054】

例えば風速が、第１タービン１５Ｂの起動トルクが得られるほど高くないが、第１タービン１５Ｂの回転は維持できる値であった場合、バルブ２６を開き、排水路２２Ａと取水路２１Ｂの間を連通させることによって、液圧ポンプ１６Ｂを駆動し、第１タービン１５Ｂを回転させる。第１タービン１５Ｂの回転速度の上昇具合、或いは風速センサによる風速の計測値などによって、第１タービン１５Ｂの回転が維持できると判断したとき、制御部５０は、バルブ２６を閉じる。このような制御によって、比較的弱い風でも第１タービン１５Ｂを始動させることができる。つまり、連絡路２５を設けることによって、第１タービン１５の稼働率を上げ、発電効率を向上させることができる。

【0055】

なお、連絡路２５は、取水装置１０の全てから想定される組み合わせのうちの全てに設置されてもよく、その一部でもよい。後者の場合は、例えば、設置領域の一部で風速が頻繁に弱まりやすいことが想定される場合、その区域の取水装置１０と他の区域の取水装置１０との間に連絡路２５を設け、風速が弱まりやすい領域の第１タービン１５を始動させやすくすることが考えられる。

【0056】

（第２実施形態）
本開示の第２実施形態について説明する。
第２実施形態に係る流体力発電システムは、第１タービンの回転力を得るために水流（例えば潮流）を用いる。即ち、第２実施形態に係る流体力発電システムは水流発電システム１Ｂである。流体力を得るための媒体は異なるものの、第２実施形態でも第１実施形態と同じく、液圧ポンプ１６によって作動流体としての水が取り込まれ、発電装置３０に供給され、発電装置３０の発電に用いられる。また、発電に用いられた水は、取水した水域と同一の水域に戻される。

【0057】

本実施形態に係る水流発電システム１Ｂでは、取水装置１０が、水流の流体力を利用する構成を有する。つまり、パイプライン４０、発電装置３０、及びその他の構成は上述した第１実施形態に係る構成（変形例も含む）を適用できる。そのため、これらについては同一の符号を付し、説明を省略する。

【0058】

図９は、本開示の第２実施形態に係る取水装置１０の斜視図である。図１０は、取水装置１０が係留された状態を示す側面図である。図１１は、取水装置１０が係留された状態を示す斜視図であり、図１１（ａ）はその状態の第１例を示す斜視図、図１１（ｂ）はその状態の第２例を示す斜視図である。

【0059】

本実施形態に係る取水装置１０は水中に設置され、係留索２４によって水中に浮遊している（図１０参照）。図９に示すように、取水装置１０は、一対の筐体としての一対の船体１４Ｂ、１４Ｂを有する。一対の船体１４Ｂ、１４Ｂは水流に対して左右に設けられ、その間に設けられたビーム２８によって連結されている。係留索２４の一端は各船体１４Ｂに分岐して接続されている。一方、係留索２４の他端は支持基礎４に接続されている。

【0060】

第１タービン１５は水車として構成され、各船体１４Ｂの尾部に設けられる。第１タービン１５は船体１４Ｂに回転可能に支持され、船体１４Ｂ内に収容された液圧ポンプ１６に駆動接続されている。２つの第１タービン１５、１５は、水流から見て互いに逆方向に回転する。このような回転により、発生し得る回転トルクを相殺し、取水装置１０の不要なローリングを回避している。

【0061】

船体１４Ｂは水の流入口２９を有する。流入口２９は例えば船体１４Ｂの前側（即ち水流の上流側）に設けられ、取水路２１を介して液圧ポンプ１６の入口側に接続している。液圧ポンプ１６の出口側は、排水路（図示せず）を介してパイプライン４０の枝管４２に接続する。

【0062】

第２実施形態では、船体１４Ｂの前方から後方に流れる水流の一部を流入口２９から取り込み、液圧ポンプ１６が吸引する。吸引された水は液圧ポンプ１６によって加圧され、パイプライン４０を介して発電装置３０（図１）に供給される。

【0063】

船体１４Ｂは、図１１（ａ）に示すように係留索２４によって係留されてもよく、図１１（ｂ）に示すように枝管４２によって係留されてもよい。即ち、後者の場合は枝管４２が係留索として機能してもよい。この場合、パイプライン４０の主管４１が支持基礎を兼ねる。

【0064】

なお、取水装置１０は図９に示す水中浮遊体に限られず、着床式の取水装置として水底３に固定されてもよい。さらに、１つの取水装置１０当たりの第１タービン１５及び液圧ポンプ１６の各数は例示した２つに限られず任意である。

【0065】

第２実施形態でも、第１実施形態と同様の効果が得られる。即ち、船体内に発電機及びコンバータ等の発電設備を搭載する必要がなくなり、それ故に水車（即ち第１タービン１５）から個別に変電施設まで高圧ケーブルを敷設する必要もなくなる。従って、発電機、コンバータ、高圧ケーブルなどの電気機器が必要な従来の水流発電施設と比べ、設備コストを大幅に削減することができる。

【0066】

本開示は、例えば持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する」に貢献することができる。

【0067】

また、本開示は上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。

【符号の説明】

【0068】

１Ａ…風力発電システム、１Ｂ…水流発電システム、２…設置領域、３…水底、４…支持基礎、１０…取水装置、１２…浮力構造体、１３…タワー、１４Ａ…ナセル、１４Ｂ…船体、１５…第１タービン、１６…液圧ポンプ、１７…ストレーナ、１８…ハブ（ロータ）、１９…ブレード、２０…ロータ軸、２１…取水路、２２…排水路、２３…圧力計、２４…係留索、２５…連絡路、２６…バルブ、２７…逆止弁、２８…ビーム、２９…流入口、３０…発電装置、３１…発電ユニット、３２…第２タービン、３３…発電機、４０…パイプライン、４１…主管、４２…枝管、４３…配管、４４…継手、４５…配管、４６…可動継手、４７…合流点、４８…交点、４９…補助浮力体、５０…制御部、５１…係留索

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】