特開 2024-33384 海洋自然エネルギマルチ発電装置

(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】P2024033384

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】海洋自然エネルギマルチ発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03D 9/00 20160101AFI20240306BHJP

   F03D 1/06 20060101ALI20240306BHJP

   F03B 13/16 20060101ALI20240306BHJP

   F03B 13/26 20060101ALI20240306BHJP

   H02S 10/00 20140101ALI20240306BHJP

   F03G 6/00 20060101ALI20240306BHJP

【ＦＩ】

F03D9/00

F03D1/06 A

F03B13/16

F03B13/26

H02S10/00

F03G6/00 551

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022136927

(22)【出願日】2022-08-30

(71)【出願人】

【識別番号】712007348

【氏名又は名称】株式会社ドクター中松創研

(72)【発明者】

【氏名】中松 義郎

【テーマコード（参考）】

3H074

3H178

5F151

5F251

【Ｆターム（参考）】

3H074AA02

3H074AA06

3H074AA12

3H074BB10

3H074CC03

3H178AA03

3H178AA24

3H178AA43

3H178AA62

3H178AA63

3H178BB31

5F151JA13

5F251JA13

(57)【要約】      （修正有）

【課題】海上での風力及び波高及び太陽光やその他再生可能エネルギを低コストで有効に活用することができる発電一体設備を提供する。
【解決手段】洋上での発電に於て、風力発電装置１に上下可動電磁力を用いた波動発電装置５を設けて、風と波のエネルギを一体、及び／又は風力発電装置１にソーラ発電装置（パネル）６を、伸展したフロート５２の全表面に設け、一体として発電する。また、さらに、潮流、太陽光、水温差を利用した発電装置も一体とするものである。
【選択図】図１３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

洋上風力発電に於て、風力による発電及び／又は波動による発電及び／又は太陽光による発電及び／又は温度差発電及び／又は海流発電及び／又は水素製造及び／又は画像表示を行う事を特徴とする海洋自然エネルギマルチ発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、海上での風力及び波高及び太陽光を利用する発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＣＯ２の排出を低減する活動が、活発化している現在、自然エネルギ（再生可能エネルギ）を活用して、発電する事が広く行われている。変換効率は、例えば、ソーラ発電２０％、バイオマス発電約２０％、地熱発電１０～２０％、風力発電２０～４０％であり、風力発電は、高効率であり、国内外で精力的に開発が行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開2016-056705号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

技術文献１は、本願出願人が発明者である、風力とソーラ発電を複合して行う装置であるが、ソーラ発電は非常に少量であるので、内部機器電源供給程度で自然エネルギ活用した発電と迄はいかず、風力発電を地上に設置する場合、風が強くかつ人里離れた場所に設置し騒音等の問題が起らぬ様に配慮する必要があり場所的な制限が大きい。そこで、海上に風力発電装置を設けようとすると、広大な場所は確保できるが、基礎工事、設置工事、海底ケーブル、洋上変電所等付帯設備、メンテナンスも含めて、膨大な建設費がかかる。
そして、海上で発電するにあたり、その他の自然エネルギを得る事は容易であるにもかかわらず、風のみを用いる事は、自然の利用効率は極めて悪い。海上にて活用していない自然エネルギが多いのである。
海上での風力及び波高及び太陽光やその他再生可能エネルギを発電一体設備として低コストで有効に活用することが本発明解決しようとする課題である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本課題を解決す手段は、
洋上での発電に於て、風力発電装置に上下可動電磁力を用いた波力発電装置を設け風と波のエネルギを一体、及び／又は風力発電装置に光発電装置（ソーラ）を伸展したフロートの全表面に設け一体、として発電する装置である。
また、さらに、潮流、太陽光、水温差を利用した発電装置も一体とするものである。

【発明の効果】

【0006】

１．洋上の自然エネルギを非常に効率よく電気エネルギとする一石二鳥の効果があり、従来の風力発電より電気単価を下げる事が出来る。
２．従来供給している火力発電等のＣＯ２排出設備を削減でき環境改善となる。
３．風が無いときでも、波動にて発電を継続して可能である。
４．波高が高くなく穏やかな海面の時でも、太陽光にて発電を継続して可能である。
５．潮の干満や潮流による海水の流れで発電を追加する事で、季節による風、太陽光、等の変動によらずに安定して電気を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】公知の方法で有って、着床式の風力発電装置である。

【図2】公知の方法で有って、浮体式の風力発電装置である。

【図3】本発明第１実施例の全体を示す図である。

【図4】本発明第１実施例の波力による発電部分を示す断面図である。

【図5】本発明第２実施例の波力による発電部分を示す断面図である。

【図6】本発明第３実施例を示す図である。

【図7】本発明第４実施例を示す図である。

【図8】本発明第５実施例を示す、ナセル１０２及びブレード１０１の側面及び正面図である。

【図9】本発明第６実施例を示す図である。

【図10】本発明第７実施例を示す図である。

【図11】本発明第７実施例でブレードの残像広告の例を示す図である。

【図12】本発明第８実施例を示す図である。

【図13】本発明第９実施例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0009】

図１、図２は、公知の海洋での風力発電装置を示す。
図１は、着床式の風力発電装置１で有って、海底３に基礎部分１０４を設け、海上２より発電用のタワー１０３を突出させ、上端に風車１０１を取り付けた発電設備を有するナセル１０２を設ける。発電した電気はタワー１０３内をとおって、海底地下ケーブル４にて陸上受電可能な場所まで送電される。
着床式の風力発電装置１は、海が深いところでは用いられず、遠浅の海岸線に近い部分に設置（例えば水深０～６０ｍ）されることとなる。風力発電装置としては、海岸に近いので、外洋の様な強い風でもないのでせっかく建設された基礎土台やインフラ設備は風力活用のみに利用されるのは、非常に効率が悪く、波や太陽光やそのほかの自然に得る事が出来るエネルギ源を効率的にどう用いるかが課題となる。

【0010】

図２は、浮体式の風力発電装置１で有って、タワー１０３はワイヤー等タワー固定具１０５にて海底３固定又は漂流させる。本方式は、ある程度深度がある海（例えば水深６０ｍ以上）でも用いられる。
海上の深度がある外洋の海岸より遠い場所の程、風力は強く風力発電が有効であるが、逆に海底送電線が数十キロにも及ぶこととなりメンテナンスの難しさやコスト的も課題がある。そして、波や太陽光やそのほかの自然に得る事が出来るエネルギ源を同時に用いる場合は、コストを抑え、シンプルでメンテナンスが容易な構造とする事が課題となる。

【0011】

［第１実施形態］
本発明第１実施例は、図３に示す如く、着床型の風力発電装置１のタワーを利用して波力発電装置５を一体として発電を行うシステムである。

【0012】

着床型の風力発電装置１は、海底３に埋め込まれた地底基礎部分１０４、その上の支柱であるタワー１０３、上端にはブレード１０１と、その回転を電気エネルギに変えたりその他基材が設けられている容器ナセル１０２で構成される。
そしてタワー１０３の海面２近傍には波動発電装置５が、タワー１０３の周囲に設けられる。
波動発電装置５は、内側に磁石（マグネット）５１を有するドーナツ型のフロート５２及び、タワー１０３に設けられたコイル５３により構成され、コイル５３とマグネット５１間には空間があり、フロート５２が自由に上下できる構造である。

【0013】

動作について説明する。
風力発電は、ナセル１０２に設けられた、検知部、駆動部にて、風向きを検知し、モータ等にてブレード１０１を風向きに合わせ、ブレードは回転軸を回転させる。その回転軸はナセル内の発電器に接続されており、電気へ変換し、ケーブル４を通り、海上発電所及び陸上へ送電される。（図示せず）
また、波力による発電は、波２、即ち波力により、フロート５２及びマグネット５１を上下させ、コイル５１に電磁誘導により起電力を発生させ電気を発電する事となる。
コイルサイズや巻き数、マグネットの強度や大きさは、任意で決定し、波力に対して最大の電気エネルギを得られるように調整する。
発生した電気（非正弦波であるが）は、タワー内に設けた変換器（図示せず）を通し、風力発電で発生する電気と同調させ、例えば、交流正弦波で昇圧し、ケーブル４を通し海上変電所及び陸上へ送られる。

【0014】

図４は、本発明の第１実施形態の、コイル５３とマグネット５１近傍の断面図を示す。コイル５３は、タワー１０３に、複数巻きで複数個、縦又は横に巻かれており、コイル５３に間隔を隔ててマグネット５１０が対峙している。そして、マグネット５１０はコロ又はベアリング等の上下移動具５４にて波高にともない移動可能となっている。図上では上下に動くスペースの記載が無いが、コイル５３は分散されコイル５３を超えて上下迄フロート５２又はマグネット５１０は移動可能となっている。
コイル５３から生じた電力は変換器（表示せず）を通しケーブルに流れるようにすることは図３で説明した通りである。

【0015】

本発明は着床式にて説明したが、着床式に限るものではなく、浮体式に本発明を適用しても良い。

【0016】

本発明第１実施例によると、波力の上下運動を、タワー１０３を利用して発電する事が出来るので、波力発電装置のコスト低減となり、且つマグネットによる発電方式をとることで、回転駆動部が殆ど存在せずメンテナンス性が良くなる効果がある。
また、構造がシンプルなので、タワー１０３が台風、暴風雨等に耐える程度で、ブレードに接触しない高さまで、フロートが移動可能としてよく、大きな波に対しても大量の電気を発生させることができる。

【0017】

［第２実施形態］
本発明の第１実施例にて、図５に示す如く、分割した複数のマグネット５１１を用いたものが第２実施形態である。
例えば風力発電が１０ＭＷクラスで有れば、タワー１０３は直径３ｍ以上となり、第１実施例におけるマグネット５１０は、巨大で特殊仕様となり非常に高価となる。よって、分割した複数の容易に手に入れる事が出来る市販のマグネット５１１を用いる。

【0018】

これにより、メンテナンス性が向上し、コスト的に有利となる。

【0019】

［第３実施形態］
本発明第３実施例は、図６に示す如く、第１又は第２実施例のシステムに、ソーラ設備（ソーラパネル）６を設けたものである。
また、さらにナセルの上部にソーラ設備（ソーラパネル）６を設けても良い。
さらに、ブレードや、タワー表面もソーラフィルムを設けても良い

【0020】

波動発電システムのフロート５２を展開させて、巾を広くとることで、ソーラ面積を広くする。
例えば５０ｍ半径（タワ１０３は例えば半径２ｍとする）の波動発電システム上に設けたとすると、１．４ＭＷ程度の発電能力となる。
波高が高い時は、本波動発電システムのフロート５２及びソーラ６設備は数ｍの幅に縮める事が出来る。これにより、波、風によるソーラの剥がれ等の破壊を防ぐ。また、波が穏やかな時にウキであるフロート及びソーラ設備を伸展させ、タワー１０３の周囲でソーラ発電が広範囲でできるようにする。

【0021】

本発明は着床式にて説明したが、着床式に限るものではなく、浮体式に本発明を適用しても良い。

【0022】

本発明第３実施例によると、風力発電装置に、波動発電装置及び／又はソーラ設備を設ける事で、広大なスペースを容易に安価で確保でき、天候の良い日は、海上で遮るものもなく発電を効率的に実施できる。
また、波が穏やかな晴天時は、波動発電のフロート５２を用いソーラ発電を行い、風力、波動発電の効率が下がることの補完として発電でき、波が高い時や天候が悪い日は波動発電にて電力を補完し、総合的に再生エネルギの利用効率をあげることができる。

【0023】

［第４実施形態］
本発明第４実施例は、図７に示す如く、図６の第３の実施例に、さらに、風力発電装置１のタワー１０３の海中部分にスクリュー又はブレードを設け、潮流による発電設備７を設けたものである。
前記スクリュー又はブレードは、潮流の方向に合わせる事が出来るよう、タワーの周囲を回動可能な構造としても良い。
スクリュー又はブレードを支持する軸に発生する回転を、発電機で電気に変換し、ケーブルで陸地へ送電する。
また、海底に、タワーから外部に向かって拡開する仕切り壁を設け早い潮流を発生させ、スクリュー又はブレードを高回転させるようにしても良い。

【0024】

本発明は着床式にて説明したが、着床式に限るものではなく、浮体式に本発明を適用しても良い。

【0025】

本発明第４実施例によると、潮流も利用した発電を一体化することで、潮の流れの強い場所や干満の差が激しい場所で、風力発電設備に潮流による発電設備７も加える事が出来、コストダウンしながら、更に再生エネルギを効率的に利用できる。

【0026】

本発明第５実施例は、図８に示す如く、風力発電装置１のブレード１０１の表面にソーラー材６０１を設けたものである。
透明硬質プラスチック等補強材を、ソーラーパネルに例えば圧延接着して設ける事で、ブレード１０１の外壁を兼ねたブレード用ソーラー材６０１とし、風雨衝突等に耐えられるように形成するのが好ましい。
さらにブレード１０１の空中での回転によりに生じる静電気も同時にキャパシタに一時保存しテ利用するのが好ましい。
ソーラー材６０１にて発生した電気は風車の軸を通り、ナセル内で一時充電され、他の方法で得た電気とともに、ケーブルにより陸地へ送電される。

【0027】

本発明第５実施例によると、風力用のブレードにソーラーパネルを設ける事で、ブレードはねじれているため全ての方向にパネルが向く事になるので、どの時間帯になっても、太陽光を受光する事が出来る効果がある。また、ブレードの外壁も兼ねる事で、単にソーラーパネルを貼り付けるより軽量化が図れる効果がある。

【0028】

本発明第６実施例は、図９に示す如く、浮体式の風力発電装置１に、波動発電装置５、ソーラー発電装置６およびブレードにソーラー材６０１を設け、蓄電設備（図示せず）も浮体式としたシステムであり、送電線４０１にて蓄電設備に送電し例えばそこから無線又は蓄電池その物を輸送送信して陸へ電気を供給する。

【0029】

本発明第６実施例によると、浮体式で有るために、陸地から３０キロ以上離れた、水深が深い（例えば１００ｍ以上）ところに設ける事が出来き、近くに浮体式蓄電設備があるので、移動させることも可能である為、風が強いところや波が高いところに設置可能で、さらに多くの電力を得る事が出来る。また、各発電装置が一体として製造されるため、単体よりコンパクトに建設可能で電力のコストダウンができる。
そして、電気を蓄電池等保存に用いるので、陸地から遠くにシステムを設けても不利になる事は無い。

【0030】

本発明第７実施例は、図１０に示す如く、風力発電装置１のブレード１０１に、ＬＥＤ８１を取り付け、点滅回路８２にて、図１１に示す如く残存現象を用いた文字情報連絡や広告等の画像及び映像を表示する８３ことを特徴とする。点滅回路は風速及び風車の回転を検出し、残像が残るように点滅させる。また、風力発電装置のタワーに設けた点滅回路および、陸上より遠隔で処理できる点滅回路を有することで、緊急時にも使用可能である。

【0031】

本発明第７実施例によると、夜間に点灯しておくため、文字情報連絡や、ブイ、灯台の代用ともなる効果があり、さらに風力発電装置１への衝突を事前に回避できる。

【0032】

本発明第８実施例は、図１２に示す如く、風力発電装置１のタワー１０３に海洋温度差発電装置９を設け、海底の深層水９２と表層水９１を取り入れ、温度差にて発電することを特徴とする。

【0033】

本発明第８実施例によると、陸より離れた所に設置した風翼発電装置での海水を利用するので、温度差を大きくとれるという効果がある。

【0034】

本発明第９実施例は、図１３に示す如く、風力発電装置１のタワー１０３に水素発生装置１０を設け、風力等で発電した電気により大気を水素に還元し、水素をエネルギとして活用することを特徴とする。

【0035】

本発明第９実施例によると、風力等で発電した電気を貯めることなく水素製造するので、蓄電設備が小さくてすみ、また、送電によるロスを少なくできる効果がある。

【産業上の利用可能性】

【0036】

海上での利用再生エネルギを最大限活用し、発電をおこなうことで発電によるＣＯ２発生を低減させ、地球環境を救うことができ、
産業上の利用可能性極めて大である。

【符号の説明】

【0037】

１ 風力発電装置
１０１ ブレード
１０２ ナセル
１０３ タワー
１０４ 海底固定基礎
１０５ ワイヤー等タワー固定具
１０６ タワー固定具兼用深層水取入管
２ 海面
３ 海底
４ 送電線及び通信ケーブル
４０１ 洋上蓄電設備への送電線及び通信ケーブル
４０２ ガス送付管
５ 波動発電装置
５１ マグネット
５１０ マグネット大
５１１ マグネット小
５２ フロート
５３ コイル
５４ コロ
６ ソーラー発電装置（パネル）
６０１ ブレード用ソーラ材
７ 潮流による発電設備
８ ブレードにおける残像広告
８１ ＬＥＤ
８２ 点滅回路
８３ 画像表示例
９ 海洋温度差発電装置
９１ 表層水取り入れ
９２ 深層水取り入れ
１０ 水素発生装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】