(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-21
(45)【発行日】2024-03-01
(54)【発明の名称】洋上エネルギー収集システム
(51)【国際特許分類】
H02J 50/20 20160101AFI20240222BHJP
H02J 15/00 20060101ALI20240222BHJP
H01Q 21/06 20060101ALI20240222BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20240222BHJP
【ＦＩ】
H02J50/20
H02J15/00 C
H01Q21/06
H02J3/38 160
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2022193077
(22)【出願日】2022-12-01
【審査請求日】2022-12-01
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】512205223
【氏名又は名称】石川 容平
(74)【代理人】
【識別番号】110000970
【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石川 容平
【審査官】田中 慎太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０４７３４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－００７９３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１３６８２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】松室 尭之，両側レトロディレクティブシステムによる自己収束ビーム形成の基礎検討，信学技報，WPT2017-38，日本，電子情報通信学会，2017年10月，第１３－１６ページ
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ５０／００－５０／９０
Ｈ０２Ｊ ３／００－５／００
Ｈ０２Ｊ １５／００
Ｈ０１Ｑ ２１／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の浮体式発電装置とこれら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームとを含んで構成され、前記複数の浮体式発電装置は洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備え、
前記プラットフォームは、前記複数の浮体式発電装置の前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備え、
前記マイクロ波送電部及び前記マイクロ波受電部は、それぞれ複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを備え、
前記マイクロ波受電部は、前記プラットフォームの面に対する鉛直線を軸とする逆円錐面を有するマイクロ波反射板と、当該マイクロ波反射板の下部に配置されたドーナツ状のマイクロ波アンテナと、を備え、
前記マイクロ波受電部は、パイロット信号を送信し、前記マイクロ波送電部から送電される電波を受電する受電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波送電部は、前記パイロット信号を受信し、当該パイロット信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波送電部の素子アンテナを駆動することで、レトロディレクティブ動作で送電電力を前記マイクロ波受電部へ送電する、送電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波受電部は、前記複数の浮体式発電装置から周波数及び位相が揃ったコヒーレントなマイクロ波を受電する、
洋上エネルギー収集システム。
【請求項2】
複数の浮体式発電装置とこれら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームとを含んで構成され、前記複数の浮体式発電装置は洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備え、
前記プラットフォームは、前記複数の浮体式発電装置の前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備え、
前記マイクロ波送電部及び前記マイクロ波受電部は、それぞれ複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを備え、
前記マイクロ波受電部は、前記プラットフォームの面に対する鉛直線を軸とする逆円錐面を有するマイクロ波反射板と、当該マイクロ波反射板の下部に配置されたドーナツ状のマイクロ波アンテナと、を備え、
前記マイクロ波送電部は、前記マイクロ波受電部から送信された電波を受信することによる、前記マイクロ波送電部の素子アンテナの受信信号から、当該受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波送電部の素子アンテナを駆動することで、前記マイクロ波受電部から送信された電波をパイロット信号とするレトロディレクティブ動作で送電電力を前記マイクロ波受電部へ送電する、送電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波受電部は、前記マイクロ波送電部から送信された電波を受信することによる、前記マイクロ波受電部の素子アンテナの受信信号から、当該受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波受電部の素子アンテナを駆動することで、前記マイクロ波送電部から送電された電波をパイロット信号とするレトロディレクティブ動作で送信信号を前記マイクロ波送電部へ送信する、受電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波送電部でのレトロディレクティブ動作と前記マイクロ波受電部でのレトロディレクティブ動作とが繰り返されることで、前記マイクロ波送電部から送電される電波および前記マイクロ波受電部から送信される電波のいずれも、漏洩エネルギーを常に最少状態に保つビームである自己収束ビームで伝送される、
洋上エネルギー収集システム。
【請求項3】
複数の浮体式発電装置と、これら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームと、陸地に設置された送電設備と、を含んで構成され、
前記複数の浮体式発電装置は、洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備え、
前記プラットフォームは、前記複数の浮体式発電装置の前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備え、
前記マイクロ波送電部及び前記マイクロ波受電部は、それぞれ複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを備え、
前記プラットフォームは、前記マイクロ波受電部で受電した電力を送電するマイクロ波送電部を備え、
前記送電設備は、前記プラットフォームの前記マイクロ波受電部へマイクロ波電力を送電するマイクロ波送電装置を備え、
前記プラットフォームは、前記マイクロ波受電部が受電したマイクロ波電力を蓄電する蓄電装置を備え、
前記マイクロ波受電部は、パイロット信号を送信し、前記マイクロ波送電部から送電される電波を受電する受電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波送電部は、前記パイロット信号を受信し、当該パイロット信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波送電部の素子アンテナを駆動することで、レトロディレクティブ動作で送電電力を前記マイクロ波受電部へ送電する、送電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波受電部は、前記複数の浮体式発電装置から周波数及び位相が揃ったコヒーレントなマイクロ波を受電する、
洋上エネルギー収集システム。
【請求項4】
複数の浮体式発電装置と、これら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームと、陸地に設置された送電設備と、を含んで構成され、
前記複数の浮体式発電装置は、洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備え、
前記プラットフォームは、前記複数の浮体式発電装置の前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備え、
前記マイクロ波送電部及び前記マイクロ波受電部は、それぞれ複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを備え、
前記プラットフォームは、前記マイクロ波受電部で受電した電力を送電するマイクロ波送電部を備え、
前記送電設備は、前記プラットフォームの前記マイクロ波受電部へマイクロ波電力を送電するマイクロ波送電装置を備え、
前記プラットフォームは、前記マイクロ波受電部が受電したマイクロ波電力を蓄電する蓄電装置を備え、
前記マイクロ波送電部は、前記マイクロ波受電部から送信された電波を受信することによる、前記マイクロ波送電部の素子アンテナの受信信号から、当該受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波送電部の素子アンテナを駆動することで、前記マイクロ波受電部から送信された電波をパイロット信号とするレトロディレクティブ動作で送電電力を前記マイクロ波受電部へ送電する、送電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波受電部は、前記マイクロ波送電部から送信された電波を受信することによる、前記マイクロ波受電部の素子アンテナの受信信号から、当該受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波受電部の素子アンテナを駆動することで、前記マイクロ波送電部から送電された電波をパイロット信号とするレトロディレクティブ動作で送信信号を前記マイクロ波送電部へ送信する、受電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波送電部でのレトロディレクティブ動作と前記マイクロ波受電部でのレトロディレクティブ動作とが繰り返されることで、前記マイクロ波送電部から送電される電波および前記マイクロ波受電部から送信される電波のいずれも、漏洩エネルギーを常に最少状態に保つビームである自己収束ビームで伝送される、
洋上エネルギー収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は海洋の再生可能エネルギーを高効率で利用できるようにする洋上エネルギー収集システムに関する。
【背景技術】
【0002】
海洋の再生可能エネルギーは太陽光、風力、波力等である。これら再生可能エネルギーの高効率的利用は温室効果ガスの削減とエネルギー安全保障の大幅な改善に繋がる。
【0003】
また、一般的に再生可能エネルギーは広く分布しているので、海洋の再生可能エネルギーを高効率で利用できるようにするために、多数の発電装置をケーブルで接続することとなる。
【0004】
特許文献１には、複数の風力発電装置同士を電力ケーブルで接続して全体として大電力の発電量を得るようにした風力発電システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０２２－２０２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
一般に、原子力発電所や火力発電所等の通常発電所は発熱部の冷却が必須である。その冷却のために海水が必要であり、これら発電所は海岸線に沿った土地に設けざるを得ない。また、電力需要家はマクロ的には海岸線に沿った位置で電力を使用する。これら電力需要家への電力伝送路が短くて済むので、電力伝送路による電力損失を抑制する意味でも発電所は海岸線に沿った土地に設けることが有効である。
【0007】
一方、現在構築されている太陽光、風力、波力等の再生可能エネルギーの利用については次に列挙するような基本的な限界要因がある。
【0008】
（１）太陽光による植物や植物プランクトンの光合成を除いて、殆どのエネルギーは一旦熱エネルギー変換され、３次元的な温度分布と非熱平衡状態とで利用可能なエネルギーを生み出す。太陽光は、地上、海中、大気中の動植物に光と温度を与えるが、太陽光を受ける受光域が我々の住居域に近いと、そのことで我々の住環境が劣化するので自ずと利用限界がある。
【0009】
（２）高効率で電力変換可能な再生可能エネルギーは薄く広く且つ偏在しているため、大きな空間利用が前提となる。すなわち、動植物空間密度、人口密度による利用限界がある。
【0010】
（３）自然風景や観光地に巨大ないわゆる再エネ構造物が出現することになりやすいので、景観劣化による限界がある。
【0011】
（４）山岳・河川・海岸等による物質循環路が変化（劣化）しやすいので、生態環境の劣化による限界がある。
【0012】
（５）大陸棚は海洋産業が発展する経済水域であるので、漁業などの他産業との協調可能性の面で利用限界がある。
【0013】
（６）陸地や沿岸に設けられた巨大風車は気象レーダーや防衛レーダーと干渉する重大な課題が生じるおそれがある。すなわち、気象レーダーと干渉すると自然災害予報の面で利用限界があり、防衛レーダーと干渉すると安全保障の面で利用限界がある。
【0014】
上述のとおり、狭小な国土内では地上での再生可能エネルギーの大量採取は、コスト・文化・安全保障の面で不利である。また、原子力発電所や火力発電所と同様の沿岸域に再生エネルギー発電所を設置しようとしても、国土固有の資源としてエネルギー自給率を高めるには限界がある。
【0015】
本発明の目的は、上述の基本的な限界要因を回避して、再生可能エネルギーの有効利用を可能とする洋上エネルギー収集システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
我が国の洋上産業の発展には、それに向けたプラットフォームを設けることが効果的である。本開示の一例としての洋上エネルギー収集システムは、
複数の浮体式発電装置とこれら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームとを含んで構成され、
前記複数の浮体式発電装置は洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備え、
前記プラットフォームは、前記複数の浮体式発電装置の前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備え、
前記マイクロ波送電部及び前記マイクロ波受電部は、それぞれ複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを有し、
前記マイクロ波受電部は、パイロット信号を送信し、前記マイクロ波送電部から送電される電波を受電する受電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波送電部は、前記パイロット信号を受信し、当該パイロット信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波送電部の素子アンテナを駆動することで、レトロディレクティブ動作で送電電力を前記マイクロ波受電部へ送電する、送電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波受電部は、前記複数の浮体式発電装置から周波数及び位相が揃ったコヒーレントなマイクロ波を受電する、ことを特徴とする。
複数の浮体式発電装置とこれら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームとを含んで構成され、
前記複数の浮体式発電装置は洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備え、
前記プラットフォームは、前記複数の浮体式発電装置の前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備え、
前記マイクロ波送電部及び前記マイクロ波受電部は、それぞれ複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを有し、
前記マイクロ波受電部は、パイロット信号を送信し、前記マイクロ波送電部から送電される電波を受電する受電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波送電部は、前記パイロット信号を受信し、当該パイロット信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波送電部の素子アンテナを駆動することで、レトロディレクティブ動作で送電電力を前記マイクロ波受電部へ送電する、送電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波受電部は、前記複数の浮体式発電装置から周波数及び位相が揃ったコヒーレントなマイクロ波を受電する、ことを特徴とする。
【0017】
また、本開示の一例としての洋上エネルギー収集システムは、
複数の浮体式発電装置とこれら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームとを含んで構成され、
前記複数の浮体式発電装置は洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備え、
前記プラットフォームは、前記複数の浮体式発電装置の前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備え、
前記マイクロ波送電部及び前記マイクロ波受電部は、それぞれ複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを有し、
前記マイクロ波送電部は、前記マイクロ波受電部から送信された電波を受信することによる、前記マイクロ波送電部の素子アンテナの受信信号から、当該受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波送電部の素子アンテナを駆動することで、前記マイクロ波受電部から送信された電波をパイロット信号とするレトロディレクティブ動作で送電電力を前記マイクロ波受電部へ送電する、送電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波受電部は、前記マイクロ波送電部から送信された電波を受信することによる、前記マイクロ波受電部の素子アンテナの受信信号から、当該受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波受電部の素子アンテナを駆動することで、前記マイクロ波送電部から送電された電波をパイロット信号とするレトロディレクティブ動作で送信信号を前記マイクロ波送電部へ送信する、受電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波送電部でのレトロディレクティブ動作と前記マイクロ波受電部でのレトロディレクティブ動作とが繰り返されることで、前記マイクロ波送電部から送電される電波および前記マイクロ波受電部から送信される電波のいずれも、漏洩エネルギーを常に最少状態に保つビームである自己収束ビームで伝送される、ことを特徴とする。
複数の浮体式発電装置とこれら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームとを含んで構成され、
前記複数の浮体式発電装置は洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備え、
前記プラットフォームは、前記複数の浮体式発電装置の前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備え、
前記マイクロ波送電部及び前記マイクロ波受電部は、それぞれ複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを有し、
前記マイクロ波送電部は、前記マイクロ波受電部から送信された電波を受信することによる、前記マイクロ波送電部の素子アンテナの受信信号から、当該受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波送電部の素子アンテナを駆動することで、前記マイクロ波受電部から送信された電波をパイロット信号とするレトロディレクティブ動作で送電電力を前記マイクロ波受電部へ送電する、送電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波受電部は、前記マイクロ波送電部から送信された電波を受信することによる、前記マイクロ波受電部の素子アンテナの受信信号から、当該受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波受電部の素子アンテナを駆動することで、前記マイクロ波送電部から送電された電波をパイロット信号とするレトロディレクティブ動作で送信信号を前記マイクロ波送電部へ送信する、受電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波送電部でのレトロディレクティブ動作と前記マイクロ波受電部でのレトロディレクティブ動作とが繰り返されることで、前記マイクロ波送電部から送電される電波および前記マイクロ波受電部から送信される電波のいずれも、漏洩エネルギーを常に最少状態に保つビームである自己収束ビームで伝送される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、海洋の海面に浮遊するプラットフォームが複数の浮体式発電装置から送電されたエネルギーを収集して大エネルギーを集中的に扱い得る。この洋上エネルギー収集システムは洋上に浮遊しているので、前述した、我々の住環境の劣化、動植物空間密度、人口密度による利用限界、生態環境の劣化による限界が回避され、再生可能エネルギーが有効利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図18】図１８（Ａ）は本実施形態における電力伝送システムのビームパイロット信号と電力波との関係を示す図であり、図１８（Ｂ）は比較例の電力伝送システムにおけるパイロット信号と電力波との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本発明の実施の形態を、本発明が適用されるシステムについて説明する。また、そのシステムを構成する要素毎に順に説明する。
【0021】
《洋上エネルギー収集システム》
先ず洋上エネルギー収集システムの全体的な構成について例示する。
先ず洋上エネルギー収集システムの全体的な構成について例示する。
【0022】
図１は、洋上での再生可能エネルギーを利用するシステム（以降「洋上エネルギーシステム」という。）の主要部分を示す図である。この洋上エネルギーシステムは、洋上エネルギー収集システム、洋上エネルギー貯留装置及び浮体式洋上マイクロ波電力中継装置を備える。但し、上記浮体式洋上マイクロ波電力中継装置は図１外にあり、この浮体式洋上マイクロ波電力中継装置については後に図示する。
【0023】
図１に表れているように、洋上には多数の浮体式洋上風力発電装置３００が浮遊状態で配置されている。また、洋上にはプラットフォーム５００が浮遊状態で配置されている。このプラットフォーム５００の下部には複数のインバースダム６００が設けられている。プラットフォーム５００は複数のインバースダム６００の浮力を受けていて、プラットフォーム５００の底面は複数のインバースダム６００の浮力によって、海面より上部に位置している。すなわち、プラットフォーム５００の下面は海面に浸ることなく空中に露出している。このことにより、プラットフォーム５００は海流による応力を受けにくく、後に示すスクリューによる推力は小さなものであっても、プラットフォーム５００を所定位置に維持できる。
【0024】
インバースダム６００は入力された電気エネルギーを重力エネルギーに変換し、また重力エネルギーを電気エネルギーに変換する。その構造及び作用については後述する。
【0025】
浮体式洋上風力発電装置３００は風力エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と電気エネルギーをマイクロ波電力でプラットフォーム５００へ送電する送電装置を備えている。浮体式洋上風力発電装置３００はそれぞれ洋上に浮遊しているが、それぞれが所定位置関係となるように制御される。浮体式洋上風力発電装置３００の構造及び作用については後述する。
【0026】
プラットフォーム５００は、平面視で例えば５００ｍ×１ｋｍの長方形板状である。このプラットフォーム５００の上部には変電所５４０が設けられている。変電所５４０の屋上にはドーナツ状又はリング状の受電アンテナ５２０が配置されている。そして、この受電アンテナ５２０の上部に逆円錐形状のマイクロ波ミラー５１０が設けられている。このマイクロ波ミラー５１０と受電アンテナ５２０とは同軸関係にある。受電アンテナ５２０とマイクロ波ミラー５１０とで、マイクロ波受電部が構成されている。このマイクロ波受電部は例えば接地境界層（地球表面から数十メートルまでの気層をいい、地球表面の影響を全面的に受けている最も下層の大気、具体的には、運動量や熱の鉛直方向の流束が地表での値と等しいと見なせる気層）より高い位置に設けられている。また、この例ではマイクロ波ミラー５１０の上部に太陽光発電パネル５３０が設けられている。
【0027】
プラットフォーム５００の上部には送電装置（または送受電装置）２００Ａ，２００Ｂが設けられている。送電装置２００Ａはマイクロ波ミラー２１０Ａを備え、例えば陸地に設置されている受電装置へマイクロ波電力を送電する。また、送電装置２００Ｂはマイクロ波ミラー２１０Ｂを備え、洋上の船舶８００に設けられている受電装置へマイクロ波電力を送電する。
【0028】
プラットフォーム５００は船舶に対するコンテナの積み込み及び積み下ろしを行うクレーン並びに船舶の着岸設備を含む港湾設備を備える。また、プラットフォーム５００の近傍には、海洋に浮遊して太陽光エネルギーで発電する太陽光発電装置、又は海洋に浮遊して海洋の波力で発電する波力発電装置を備えている。これら発電装置はプラットフォーム５００の近傍に配置できるので、それらの発電電力をマイクロ波で伝送するのではなく、電力ケーブルを介してプラットフォームへ供給する電力供給手段をも備えることができる。
【0029】
なお、浮体式洋上風力発電装置３００にマイクロ波で電力を受電する装置を設け、また、上記太陽光発電装置や波力発電装置にマイクロ波で電力を送電する装置を設けてもよい。そのことで、浮体式洋上風力発電装置３００は自身の風力発電電力と、太陽光発電装置や波力発電装置の発電電力とを併せて、電力ケーブルを介することなく、マイクロ波でプラットフォームへ供給するように構成してもよい。つまり、給電点を浮体式洋上風力発電装置３００側にしてもよい。このことにより、電力ケーブルが船舶の航行を阻害することがなくなるので、船舶の航路をプラットフォームの近くにまで構成できる。
【0030】
プラットフォーム５００は、例えば、海水を真水（Ｈ２Ｏ）にする化学プラント、真水を基にしてグリーン水素を生成する化学プラント、水素と窒素からアンモニア（ＮＨ３）を生成する化学プラント、を備える。また、ＬＮＧやバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ（登録商標））等を一時貯留するタンクを備える。
【0031】
本実施形態によれば、プラットフォーム５００、浮体式洋上風力発電装置３００のいずれについても、ケーソン及びワイヤーケーブルを利用しない浮遊状態の構造物であるので、深海底の掘削作業及び係留作業が不要であり、構築が容易である。
【0032】
図２は、浮体式洋上風力発電装置３００等から出射されたマイクロ波ビームＭＢが、マイクロ波ミラー５１０に反射し、受電アンテナ５２０に入射する様子を示す図である。図２の上部は斜視図であり、図２の下部は平面図である。この例では、逆円錐形状のマイクロ波ミラー５１０の主要部は金属板で構成されている。このマイクロ波ミラー５１０の上部の幅は３００ｍであり、ドーナツ状の受電アンテナ５２０の受光部の円周に沿った幅は７５ｍである。この受光部の円周に沿った幅は、マイクロ波ビームの幅である５０ｍより大きく、マイクロ波ビームの反射波を漏れなく受電する。各マイクロ波ビームＭＢは断面円形であるが、逆円錐形状のマイクロ波ミラー５１０で反射することで、受電アンテナ５２０にはほぼ楕円形状のマイクロ波ビームが入射する。ここで、マイクロ波ミラー５１０は金属面であるので、マイクロ波ミラー５１０にマイクロ波が斜めに入射しても全反射する。そのため、仰角が浅くても、受電アンテナ５２０に対してはマイクロ波ビームが垂直に近い状態で入射する。そのことにより受電効率の低下が抑制される。
【0033】
図３はプラットフォーム５００に設けられている受電アンテナ５２０と多数の浮体式洋上風力発電装置３００の送電アンテナ３１１との位置関係を示す図である。多数の浮体式洋上風力発電装置３００は１０ｋｍ四方に分散配置されている。但し、図３においては浮体式洋上風力発電装置３００を図示せず、送電アンテナ３１１をドットで表現している。そして、この１０ｋｍ四方の中央にプラットフォーム５００の受電アンテナ５２０が配置されている。浮体式洋上風力発電装置３００の構成については後に示す。
【0034】
浮体式洋上風力発電装置３００は１基あたり例えば１２ＭＷを発電し、１０８基で１．２９ＧＷを発電する。各浮体式洋上風力発電装置３００の送電アンテナは直径１７ｍのアレーアンテナである。プラットフォーム５００側のドーナツ状の受電アンテナ５２０は直径２５０ｍのアレーアンテナである。後に示すインバースダム６００の蓄積容量は２００ＭＷｈ×１６基＝３．２ＧＷｈである。これは例えば２０万ｋＷ×１６時間の定格に相当する。
【0035】
各浮体式洋上風力発電装置の送電アンテナ３１１から受電アンテナ５２０へは直線経路でマイクロ波電力が伝送される位置関係にある。基本的には、各浮体式洋上風力発電装置の送電アンテナ３１１は等間隔格子の交点に配置されるが、例外的に等間隔格子の交点に配置されない位置に浮体式洋上風力発電装置３００が配置される。送電アンテナ３１１と受電アンテナ５２０との直線経路の途中に他の浮体式洋上風力発電装置３００が存在する場合には、その浮体式洋上風力発電装置３００が遮蔽物となる。そのため、この遮蔽物となる浮体式洋上風力発電装置３００を格子に沿ってＸ方向又はＹ方向に所定距離ずれた位置に設定する。または、位置を定めるべき（着目している）浮体式洋上風力発電装置３００と受電アンテナ５２０との直線経路の途中に他の浮体式洋上風力発電装置３００が存在する場合に、前記着目している浮体式洋上風力発電装置３００を格子に沿ってＸ方向又はＹ方向に所定距離ずれた位置に設定する。
【0036】
上述の例ではすべての浮体式洋上風力発電装置３００が格子上に位置する例であるが、受電アンテナ５２０を中心とする同心円に沿った位置に配置してもよい。また、送電アンテナ３１１と受電アンテナ５２０との直線経路の途中に他の浮体式洋上風力発電装置３００が存在する場合に、上記同心円に沿って所定距離ずれた位置に配置してもよい。また、各浮体式洋上風力発電装置３００の位置は格子状、同心円状に限らずランダムに配置してもよい。ただし、いずれの場合でも、浮体式洋上風力発電装置３００のプロペラの後方に生じる乱流による悪影響を受けないように各浮体式洋上風力発電装置３００の間隔を定めることが重要である。
【0037】
また、図３に示した例では受電アンテナ５２０の周囲を囲むように浮体式洋上風力発電装置３００を設けた例を示したが、多数の浮体式洋上風力発電装置３００の配置領域より外洋とプラットフォーム５００との間に、船舶が航行可能な航路を設けておいてもよい。これにより、プラットフォーム５００に対する船舶の接近または離着岸が容易となる。
【0038】
図４は浮体式洋上風力発電装置３００の送電アンテナと受電アンテナ（マイクロ波ミラー５１０と受電アンテナ５２０とによるアンテナ）との直径が異なる（非対称）である場合のマイクロ波電力伝送効率について例示する図である。この例では、直径２５ｍの送電アンテナと直径５０ｍの受電アンテナとが５ｋｍ離れているときのマイクロ波電力の伝送効率は９９．９９５％である。
【0039】
図５はプラットフォーム５００に設けられたマイクロ波ミラー５１０と受電アンテナ５２０の構造及びプラットフォーム５００の下部に設けられているインバースダム６００の構造等を示す図である。マイクロ波ミラー５１０は円錐の側面が金属板（金属面）で構成された逆円錐形状のマイクロ波ミラーである。受電アンテナ５２０はアンテナ素子がドーナツ状に配置されたアレーアンテナである。
【0040】
マイクロ波ミラー５１０には、複数の方位にある浮体式洋上風力発電装置３００から送電されたマイクロ波ビームが入射し、それぞれマイクロ波ミラー５１０で全反射し、受電アンテナ５２０に入射する。例えば１つのマイクロ波ビームは１０ＭＷである。図２に示したとおり、マイクロ波ミラー５１０に入射するマイクロ波ビームの断面が円形であっても、それが逆円錐面で反射するので、受電アンテナ５２０にはほぼ楕円形状のマイクロ波ビームが入射する。
【0041】
変電所５４０は受電アンテナ５２０で受電したマイクロ波電力を整流、変圧、及び直流化する。太陽光発電パネル５３０による発電電力は例えば変電所に対する電源の一部として用いられる。
【0042】
プラットフォーム５００の下部に設けられているインバースダム６００はエネルギー貯留装置である。一つのインバースダム６００は例えば高さ（深さ）２００ｍで２００ＭＷｈの揚水発電を行うが、この一つのインバースダム６００が発生する全体の浮力は約１６０万トンである。また、インバースダム６００の自重は約７８万トンであるので、インバースダム６００がプラットフォーム５００を持ち上げようとする浮力は差分の約８２万トンもあって非常に大きい。これらの大きな浮力を発生させるインバースダム６００をプラットフォーム５００の下部に設けることにより、多数のインバースダム６００をプラットフォーム５００と共に安定的に設けることができる。すなわち、これらの大きな浮力を発生させる多数のインバースダム６００をプラットフォーム５００と共にバランス良く容易に設けることができる。
【0043】
上述のとおりインバースダム６００は海洋中で浮力を発生させ、多数のインバースダム６００の分布により、それらの浮力でプラットフォーム５００を上下方向に安定させた状態で浮遊させる。すなわち、プラットフォーム５００が海面に沿って傾きが抑制されるような復元力が生じるように複数のインバースダム６００は分散配置されている。
【0044】
各インバースダム６００の浮力は、第１水槽６０１と第２水槽６０２の水量に拘わらずに一定である。そのため、インバースダム６００がプラットフォーム５００に与える応力は一定であり、揚水発電の繰り返しによる繰り返し応力や振動は小さい。そのため機械的劣化が小さく長寿命化をはかることができる。また、喫水も変わらないため、プラットフォーム５００の位置だけでなく、高さ方向についても安定するので、港湾での安定したオペレーションができ、港湾としての機能を保てる。
【0045】
プラットフォーム５００の下面は海面に接していてもよいが、複数のインバースダム６００の浮力により、プラットフォーム５００の下面が海面より上方に持ち上げられ、プラットフォーム５００の下面が空中に露出するよう、インバースダム６００の浮力を定めてもよい。この構造によれば、プラットフォーム５００ではなく、各インバースダム６００に喫水線が生じることとなり、プラットフォームと各インバースダム６００との全体が受ける波力や摩擦抵抗を抑制できる。また、プラットフォーム５００全体が海流を受けないので海流による応力を抑制できる。そのため、プラットフォーム５００を所定位置に保つ推力発生装置の最大推力は小さくてすむ。また、プラットフォーム５００の水平精度及び位置精度を高めることもできる。
【0046】
なお、プラットフォーム５００の底面の複数箇所に泡又はマイクロバブルの噴出口を均一に分布させ、超音波等を利用したマイクロバブル発生装置を設けることも有効である。つまり、プラットフォーム５００の底面から吹き出すマイクロバブルによって、プラットフォーム５００の底面と海水との間に空気層を形成することで、プラットフォーム５００と海水との間の摩擦を低減できる。マイクロバブル自体又は空気層の空気をプラットフォーム５００の側方へ漏れ出にくいように、プラットフォーム５００の底面の周囲に空気漏れ防止用の囲みを設けてもよい。マイクロバブルや空気はそれ自体がプラットフォーム５００の側面に沿ってそのまま海面まで浮き上がるので、プラットフォーム５００と海水との摩擦低減効果は殆ど無い。そのため、プラットフォーム５００の喫水線はプラットフォーム５００の下面に近い方が好ましい。船舶の場合とは異なり、プラットフォーム５００は海水に対する相対速度が小さいので、海流にバブルを持っていかれることは殆どない。このように構成すれば、プラットフォーム５００の底面を海面上に浮かせない方法でもプラットフォーム５００の復元力を安定化することができる。
【0047】
プラットフォーム５００は海底等に係留されているわけではないので、プラットフォーム５００の下面が海中にある場合（すなわち喫水線がプラットフォーム５００にある場合）も、喫水線がインバースダム６００の所定位置にある場合も、地震や津波に対応できる。つまり、プラットフォーム５００は係留されていないので、地震や津波の発生時に生じる長波長で変化する波面にプラットフォーム５００及びインバースダム６００が全体的に従う。そのことで、地震や津波による応力に対しても耐性が高い。
【0048】
プラットフォーム５００は複数の太陽光発電パネルからエネルギーを収集してもよい。その場合、洋上に浮遊する複数の浮体式洋上風力発電装置３００と、洋上に浮遊する複数の太陽電池パネルとを備え、複数の浮体式洋上風力発電装置３００は、互いに隣接する浮体式洋上風力発電装置３００が干渉しない所定間隔を空けて配置し、この所定間隔の位置（例えば図３に示した格子の間隔内）に太陽電池パネルを配置してもよい。これら太陽電池パネルは海面上に露出させずに水没する位置に設けてもよい。そして、太陽光発電装置は、洋上（海洋面近傍）で太陽光を受けて発電する太陽電池パネルと、太陽電池パネルの位置を検知し、太陽電池パネルの洋上における位置を固定する推進部と、太陽電池パネルによる発電電力を、プラットフォームへマイクロ波で送電する送電部と、を備えればよい。
【0049】
なお、太陽電池パネルを浅く水没させれば、太陽電池パネルの発電効率を高いまま維持できる。つまり、太陽電池パネルが高温になるほど、その発電効率は低下するが、太陽電池パネルを海中へ水没させれば、その温度は３０度を超えない。そのため、太陽電池パネルの発電効率を高く維持できる。また、太陽電池パネルを浅く水没させれば、太陽電池パネル表面の塵埃が絶えず洗い流されてその清浄性が保たれる。ただ、ＥＥＺのような綺麗な海洋の海中でも海洋付着物が全く無いわけではないので、ロボットによる定期的な簡単な清掃を自動的に行うことは好ましい。また、太陽電池パネルを浅く水没させることにより、波の叩きつける衝撃から太陽電池パネルが機械的に守られる。海水は太陽光線を吸収するので、太陽電池パネルを深く沈めすぎると発電効率が低下する。したがって、例えば３ｍから５ｍぐらいの範囲に太陽電池パネルを沈めることが効果的である。また、この深さを天候によって変化せることも耐久性向上と発電効率向上の点で有効な方策である。
【0050】
インバースダム６００は、海中に設置され、淡水を貯留する所定容積の第１水槽６０１と、海中に設置され、第１水槽６０１より下部に配置され、淡水を貯留する所定容積の第２水槽６０２と、第１水槽６０１と第２水槽６０２とを連通する単一又は複数の連通路６０４と、第２水槽６０２から第１水槽６０１へ連通路６０４を通って揚水する電動揚水機６０３と、第１水槽６０１から第２水槽６０２へ連通路６０４を通って流れる落水によって発電する発電機６０６と、を有する。すなわち揚水発電を行う。
【0051】
電動揚水機６０３に入力される電力エネルギーで、電動揚水機６０３が第２水槽６０２内の水を第１水槽６０１へ揚水することで、電力エネルギーを重力エネルギーに変換する（蓄積する）。また、第１水槽６０１から第２水槽６０２への落水により発電機６０６が重力エネルギーを電力エネルギーに変換する（放出する）。
【0052】
なお、第１水槽６０１と第２水槽６０２とを連通する単一又は複数の連通路６０４は、重力方向に隣接する第１水槽６０１と第２水槽６０２とを連通させる非常に短い経路であるので、この連通路を水が流れる際に生じる損失は非常に小さく抑えられる。そのため、揚水発電の総合的な損失を低減できる。
【0053】
この例では、第１水槽６０１と第２水槽６０２との間に、浮力を調整するとともに、プラットフォーム５００の重心を下方へずらせる錘６０７が設けられている。
【0054】
インバースダム６００の淡水の総質量は一定であるので、インバースダム６００の浮力は一定であり、インバースダム６００の喫水線は一定である。なお、図５中の機械室６１０は電動揚水機６０３及び発電機６０６の制御等を行う。
【0055】
図６は本実施形態の洋上エネルギー収集システムを日本の排他的経済水域（ＥＥＺ）内に設けた場合について例示する図である。この海域の風速が１２ｍ／ｓであれば、１ｋｍ四方あたり１０ＭＷの電力を風力発電可能であるので、四方３００ｋｍで９００ＧＷの電力を発電できる。ちなみに、このようなＥＥＺにおいては飛行する鳥が非常に少ないので、浮体式洋上風力発電装置３００の風車に対するバードストライクの問題は殆ど生じない。
【0056】
図７、図８は浮体式洋上風力発電装置３００の構造を示す図である。この浮体式洋上風力発電装置３００は、風力を受けて回転する風車３０１、海中で推力を発生させるスクリュー３０２Ｘ、３０２Ｙ、複数本の鉄柱３０３、水槽３０４、錘３０５及び送電アンテナ３１１を備える。スクリュー３０２Ｘ，３０２Ｙは海洋での位置を所定位置に保つ推力発生装置である。
【0057】
水槽３０４には淡水３０４Ｗが入れられていて、その上部は空洞３０４Ｃが形成されている。
【0058】
風車３０１は例えば直径は１５０ｍ、風車３０１の中心から海水面までは１２５ｍである。また、海水面から錘３０５の底面までは２００ｍである。鉄柱３０３は高さ６ｍであり、平均海水面が鉄柱３０３の中央高さとなるように高さ方向のバランスが調整されている。
【0059】
この浮体式洋上風力発電装置３００はＥＥＺ内で黒潮経路の外側の海流の弱い大深度海域で利用することが有効である。
【0060】
発電機３０６は風車３０１の回転により発電し、電動機３０７Ｘはスクリュー３０２Ｘを回転駆動し、電動機３０７Ｙはスクリュー３０２Ｙを回転駆動する。スクリュー３０２Ｘ，３０２Ｙは大面積であり、これを低回転数で駆動することで風車の抗力を相殺すると共に、浮体式洋上風力発電装置３００の位置を所定位置に保つ。これにより定点保持制御（ＤＰＳ）が実現できる。
【0061】
ここで、風車３０１で発電しつつ洋上に静止するために要する電力と推力の概算の一例を示す。
【0062】
【数1】
【0063】
上記式において、VAは風速、VWは水流の流速、PAは風車の発生電力、PWはスクリューに必要な電力、Nはスクリューの数である。構造パラメータを決めると風速に比例した水流をスクリューが作り出す必要がある。比例定数はスクリューに対する風車の面積比の平方根であり、スクリューの面積が大きい程、静止電力は少なくて済む。この物理的意味は、大量の水をゆっくり吐き出すことで運動量（力）を一定に保ち、速度の２乗に比例する水の運動エネルギーを小さくすることである。
【0064】
上記式中の定点停止電力の例では、風速VAを10m/s、風車の直径を150m、スクリューを１６個、その直径を12mとしている。空気の質量密度は1.225kg/m3、水と空気の質量密度比は816、エネルギー効率Cpは0.593としている。
【0065】
このようにスクリューの直径を風車の直径の約１／１０以上大きくすることで定点停止電力は風車の発生する電力の１割程度に抑えることができる。
【0066】
図９、図１０は浮体式洋上風力発電装置３００のトルクバランスを示す図である。例えば風車３０１が受ける風圧が１００トンであれば、風圧とは逆方向にスクリュー３０２Ｘを１００トンで推進させる。計算例として図８、図９に示した構造を考えると、傾斜角３．４１度でトルクがバランスする。
【0067】
《洋上マイクロ波電力伝送システム》
図１１はプラットフォーム５００、無給電中継所７００及びマイクロ波電力の受電装置１００等の関係を示す図である。
図１１はプラットフォーム５００、無給電中継所７００及びマイクロ波電力の受電装置１００等の関係を示す図である。
【0068】
プラットフォーム５００は海洋における位置を検知するＧＰＳ衛星や準天頂衛星等の測位衛星により極めて高精度な位置情報を得る位置検知装置を備える。また、プラットフォーム５００は海洋での位置を所定位置に保つ推力発生装置を備える。
【0069】
プラットフォーム５００の下部には上記推力発生装置としてのスクリュー６０８が設けられている。スクリュー６０８は少なくとも経度方向と緯度方向に移動させる向きの複数のスクリューで構成されている。これによりプラットフォーム５００の定点保持制御（ＤＰＳ）が実現できる。
【0070】
陸地の沿岸に設けられている受電装置１００とプラットフォーム５００に設けられている送電装置２００Ａとの構成は同様である。送電装置２００Ａは無給電中継所７００を向いていて、受電装置１００も無給電中継所７００を向いている。
【0071】
無給電中継所７００は、マイクロ波ミラー装置７０１、浮体７０６、スクリュー７０２、鉄柱７０３及び錘７０５を備える。鉄柱７０３は浮体７０６から所定高さにマイクロ波ミラー装置７０１を支持する。錘７０５は、その重力と浮体７０６等による浮力とをバランスさせ、マイクロ波ミラー装置７０１の高さを一定に保つ。
【0072】
例えば、プラットフォーム５００の総排水量は１６０万トン、無給電中継所７００の総排水量は４０００トンである。また、送電装置２００Ａから無給電中継所７００までの距離は２０ｋｍ、受電装置１００から無給電中継所７００までの距離は２０ｋｍである。送電装置２００Ａの高さは１２０ｍ、海面からマイクロ波ビームの下端までは６０ｍであり、マイクロ波ビームの下端は接地境界層より高い。
【0073】
図１２、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、送電装置２００Ａから３つの受電装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃにそれぞれマイクロ波電力ビームを送電する例を示す図である。送電装置２００Ａは単一の受電装置へマイクロ波電力ビームを送電することに限らない。送電装置２００Ａは、パイロット信号の送受信に応じて、そのパイロット信号の方向へマイクロ波電力ビームを送電する。
【0074】
図１２に示す例では、送電装置２００Ａは直径５０ｍの送電アンテナを備え、送電装置２００Ａから受電装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃまで１０ｋｍ離れている。また、受電装置１００Ａと受電装置１００Ｂとの間隔は７０ｍ、受電装置１００Ａと受電装置１００Ｃとの間隔は９０ｍである。送電装置２００Ａから受電装置１００Ａへ１０００ｋＷのマイクロ波電力が伝送され、送電装置２００Ａから受電装置１００Ｂへ３６０ｋＷのマイクロ波電力が伝送され、送電装置２００Ａから受電装置１００Ｃへ９０ｋＷのマイクロ波電力が伝送される。
【0075】
図１２においてはエネルギー密度をｄＢの濃淡で表している。図１３（Ａ）は受電装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃにおけるエネルギー密度をリニアの濃淡で表していて、図１３（Ｂ）は受電装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃにおけるエネルギー密度をグラフで表している。
【0076】
図１４はプラットフォーム５００に設けられている送電装置２００Ｂから船舶８００へマイクロ波ビームで電力を送電している様子を示す図である。送電装置２００Ｂは送電側アレーアンテナ２２１Ｂとマイクロ波ミラー２１０Ｂとを備える。送電装置２００Ｂと送電装置２００Ａとの構成は同様である。この例では送電側アレーアンテナ２２１Ｂの直径は５０ｍであり、船舶８００の受電アンテナ８１０は一辺１５ｍのアレーアンテナで構成されている。送電装置２００Ｂから船舶８００までの距離は３０ｍ～１００ｍであり、１００～３００ＭＷのマイクロ波を送電する。
【0077】
《洋上エネルギー貯留装置》
図１５は一つのインバースダム６００の構造を示す図である。図５に表れていたインバースダム６００とは構造が異なる。図１５に示すインバースダム６００は、海中に設置され、淡水を貯留する所定容積の第１水槽６０１と、海中に設置され、第１水槽６０１より下部に配置され、淡水を貯留する所定容積の第２水槽６０２と、第１水槽６０１と第２水槽６０２とを連通する連通路６０４，６０５と、第２水槽６０２から第１水槽６０１へ連通路６０４を通って揚水する電動揚水機６０３と、第１水槽６０１から第２水槽６０２へ連通路６０５を通って流れる落水によって発電する発電機６０６と、を有する。第２水槽６０２の下部には、浮力を調整するとともに、プラットフォーム５００の重心を下方へずらせる錘６０７が設けられている。
図１５は一つのインバースダム６００の構造を示す図である。図５に表れていたインバースダム６００とは構造が異なる。図１５に示すインバースダム６００は、海中に設置され、淡水を貯留する所定容積の第１水槽６０１と、海中に設置され、第１水槽６０１より下部に配置され、淡水を貯留する所定容積の第２水槽６０２と、第１水槽６０１と第２水槽６０２とを連通する連通路６０４，６０５と、第２水槽６０２から第１水槽６０１へ連通路６０４を通って揚水する電動揚水機６０３と、第１水槽６０１から第２水槽６０２へ連通路６０５を通って流れる落水によって発電する発電機６０６と、を有する。第２水槽６０２の下部には、浮力を調整するとともに、プラットフォーム５００の重心を下方へずらせる錘６０７が設けられている。
【0078】
この例では、第１水槽６０１及び第２水槽６０２の内径は１００ｍ、第１水槽６０１と第２水槽６０２とを併せた全体の高さは２００ｍである。淡水の重量とインバースダム６００本体の重量と発電機６０６及び電動揚水機６０３の重量は８２．８万トンであり、浮力（インバースダム本体の外容積とほぼ同じ水の排水量）は１５７万トンである。錘６０７の重量は上記１５７万トンと８２．８万トンとの差に等しい７４．２万トンである。
【0079】
なお、図１５に示した例では、第１水槽６０１と第２水槽６０２とを連通する複数の連通路６０４，６０５と、第２水槽６０２から第１水槽６０１へ連通路を通って揚水する電動揚水機６０３と、第１水槽６０１から第２水槽６０２へ連通路を通って流れる落水によって発電する発電機６０６を備える例を示したが、第２水槽６０２から第１水槽６０１へ連通路を通って揚水する電動揚水機と、第１水槽６０１から第２水槽６０２へ連通路を通って流れる落水によって発電する発電機とは兼用させてもよい。また、第１水槽６０１と第２水槽６０２とを連通する連通路は単一であってもよい。
【0080】
図１６はプラットフォーム５００の上部に設けられた各種タンクの配置構造の一例である。このプラットフォーム５００は港湾設備を備え、物流、水、燃料（電気・水素・ＬＮＧ・バイオディーゼル燃料（ＢＤＦ（登録商標））・アンモニア（ＮＨ３））、食料等を提供できる「海の駅」的性格を有する。
【0081】
プラットフォーム５００のエネルギー貯蔵量は２００ＭＷｈ×４＝８０万ｋＷｈ、発電能力は定格２００ＭＷ（２０万ｋＷ）、最大４００ＭＷである。一次エネルギーは浮体式洋上風力発電装置及び洋上太陽光発電であり、水素の製造・貯蔵能力及び淡水の製造・貯蔵能力を有する。タンク５０１には水素、淡水、ＬＮＧ、バイオガス等が貯蔵される。これらタンク５０１はインバースダム６００の上方に配置されている。そのことにより、インバースダム６００の浮力が作用点とタンク５０１の重心とが鉛直線上で一致することとなり、プラットフォーム５００およびタンク５０１に掛かる応力を低減できる。
【0082】
《洋上マイクロ波電力伝送システム》
図１に示した送電装置２００Ａ，２００Ｂは同様の構成である。図１７は送電装置２００Ａ，２００Ｂの共通構成を示すための送電装置２００の構成図である。送電装置２００は複数の素子アンテナが配列された送電側アレーアンテナ２２１とマイクロ波ミラー２１０とを備える。送電側アレーアンテナ２２１は鉛直方向に電力波を送出し、マイクロ波ミラー２１０はその電力波を９０°反射して水平方向（海面に平行な方向）に導く。
図１に示した送電装置２００Ａ，２００Ｂは同様の構成である。図１７は送電装置２００Ａ，２００Ｂの共通構成を示すための送電装置２００の構成図である。送電装置２００は複数の素子アンテナが配列された送電側アレーアンテナ２２１とマイクロ波ミラー２１０とを備える。送電側アレーアンテナ２２１は鉛直方向に電力波を送出し、マイクロ波ミラー２１０はその電力波を９０°反射して水平方向（海面に平行な方向）に導く。
【0083】
図１７に表れているように、送電側アレーアンテナ２２１は配列された複数の素子アンテナ２１を備えている。
【0084】
後に詳述するように、受電装置は、受電側アレーアンテナの複数の素子アンテナの受信信号の振幅および位相を制御することでビーム形成されたパイロット信号（ビームパイロット信号）を受電側アレーアンテナから送信する手段と、送電側アレーアンテナ２２１から送電された電力波を受電する回路と、を備える。また、送電装置２００は、送電側アレーアンテナ２２１の複数の素子アンテナが上記ビームパイロット信号を受信することによる受信信号から、その位相共役関係にある位相共役信号を生成し、この位相共役信号を増幅し、素子アンテナを駆動することで、電力波を送電する送電側素子アンテナ回路を備える。
【0085】
なお、後述するように、定常状態ではビームパイロット信号は専用の信号ではなく、受電装置側アレーアンテナから送信された信号である。順次説明する都合上、先ずは、受電装置側アレーアンテナからビームパイロット信号が送信され、このビームパイロット信号を基にして、送電側アレーアンテナ２２１から電力波が送電されるものとする。
【0086】
【0087】
図１８（Ｂ）に示す比較例の電力伝送システムでは、受電アンテナの中央部の極一部にパイロット信号送信用のアレーアンテナ１１１Ｃが設けられ、その周囲の大部分に電力波受電用のアレーアンテナ１１１Ｐが設けられている。また、送電アンテナの中央部の極一部にパイロット信号受信用アレーアンテナ２２１Ｃが設けられ、その周囲の大部分に電力波送電用のアレーアンテナ２２１Ｐが設けられている。受電局は受電アンテナのパイロット信号送信用のアレーアンテナ１１１Ｃを用いてパイロット信号を送信し、送電局では、送電アンテナのパイロット信号受信用のアレーアンテナ２２１Ｃを用いてパイロット信号を受信することで、そのパイロット信号の到来方向を検知し、その方向に、電力波送電用のアレーアンテナ２２１Ｐを用いてビーム形成された電力波を送電する。
【0088】
このように、比較例の受電アンテナは、アレーアンテナの大部分（大面積）を電力伝送に利用するために、アレーアンテナの残りの一部の領域をパイロット信号の送受用に用いるので、受電局は言わば拡散パイロット信号を送信することになる。そのため、この比較例の電力伝送システムでは、海面や散乱体でパイロット信号が反射して、送電局のパイロット信号受信用アレーアンテナ２２１Ｃに対するマルチパスが生じる。その結果、レトロディレクティブが不正確となって、電力伝送効率は大きく低下する。
【0089】
これに対し、図１８（Ａ）に示す、本実施形態の電力伝送システムでは、先ず、受電側アレーアンテナ１１１の全面の素子アンテナを用いて、ビームパイロット信号を受電側アレーアンテナ１１１から送電側アレーアンテナ２２１へ送信する。送電側アレーアンテナ２２１の各素子アンテナは上記ビームパイロット信号の受信による受信信号から、この受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、この位相共役信号で素子アンテナを駆動することで、結果的にビーム形成された電力波を送電する。すなわち、受電側アレーアンテナの全部または大部分の素子アンテナを用いてビームパイロット信号が送信され、送電側アレーアンテナの全部または大部分の素子アンテナを用いてビームパイロット信号の受信および電力波の送電が行われる。上記「大部分」とは、必ずしも全部の素子アンテナを用いてビームパイロット信号を生成することに限らないことを表すものであり、例えば９０％以上の素子アンテナを用いてビームパイロット信号を生成してもよい。
【0090】
本実施形態によれば、パイロット信号を、送電側アレーアンテナ２２１に鋭く指向するビーム（後述の自己収束ビーム）で送信するので、海面などでの反射が少なく、マルチパスの殆ど無い状態でビームパイロット信号が送電側アレーアンテナ２２１へ送信される。そのため、パイロット信号のマルチパスによる問題が解消される。
【0091】
図１９は上記ビームパイロット信号と電力波との偏波の関係について示す図である。受電側アレーアンテナ１１１の各素子アンテナは水平偏波用の素子と、垂直偏波用の素子とを備え、同様に、送電側アレーアンテナ２２１の各素子アンテナも水平偏波用の素子と、垂直偏波用の素子とを備える。この例では、受電側アレーアンテナ１１１は、ビームパイロット信号を垂直偏波で送信し、送電側アレーアンテナ２２１は電力波を水平偏波で送電する。
【0092】
このようにビームパイロット信号と電力波とは偏波面が直交していて互いに独立しているので、受電側アレーアンテナ１１１の各素子アンテナに接続されているパイロット信号給電用の回路が電力波に影響を受けることはない。また、送電側アレーアンテナ２２１の各素子アンテナに接続されるパイロット信号受信用の回路が、自身の素子アンテナが送電する電力波の影響を受けることもない。
【0093】
図２０（Ａ）は、一つの素子アンテナの斜視図であり、図２０（Ｂ）はその内部を透視した斜視図である。素子アンテナ１１，２１は、導体平面ＧＰから突出する誘電体ＤＨと、この誘電体ＤＨ内に設けられた２対の磁気結合プローブ（Ｐｘ１，Ｐｘ２）（Ｐｙ１，Ｐｙ２）とを備える。
【0094】
誘電体ＤＨは、全体の概形は半球状であり、導体平面ＧＰの平面視では十字型である。つまり、図２０（Ａ）に表れているように、半球状の誘電体の４箇所に切り欠きＣＯが形成されたような形状、または半月切り形状の２つの誘電体片が十字型に組み合わされたような形状である。図２０（Ｂ）に示すように、誘電体ＤＨの中心（導体平面ＧＰに接する誘電体ＤＨの面の中心）を直交ｘ，ｙ，ｚ座標の原点とすると、上記２つの誘電体片の一方はｘ－ｚ面に拡がり、他方はｙ－ｚ面に拡がる。
【0095】
第１対の磁気結合プローブ（Ｐｘ１，Ｐｘ２）は、それらのループ面がｘ－ｚ面内にあり、第２対の磁気結合プローブ（Ｐｙ１，Ｐｙ２）は、それらのループ面がｙ－ｚ面内にある。
【0096】
図２１は上記素子アンテナの各部の寸法を示す図である。この例では、誘電体ＤＨの比誘電率εｒは１２．６であり、誘電体ＤＨの直径dは１６ｍｍ、磁気結合プローブＰｘ１，Ｐｘ２の半径rは1.75mm、磁気結合プローブＰｘ１，Ｐｘ２の半円状ループの中心高さhは1.35mm、中心から磁気結合プローブの給電点までのピッチPは6mmである。磁界結合プローブの高さhを調整することにより、入出力ポートとアンテナとの整合を調整することができる。磁気結合プローブＰｙ１，Ｐｙ２についても、各部の寸法は磁気結合プローブＰｘ１，Ｐｘ２と同様である。なお、素子アンテナ毎の導体平面ＧＰは直径30mmの金属円板であり、例えば直径50mの金属板に所定間隔で二次元上に配列される。
【0097】
図２２（Ａ）は第１対の磁気結合プローブ（Ｐｘ１，Ｐｘ２）に接続される給電部の構成を示す図であり、図２２（Ｂ）は第２対の磁気結合プローブ（Ｐｙ１，Ｐｙ２）に接続される給電部の構成を示す図である。第１対の磁気結合プローブ（Ｐｘ１，Ｐｘ２）にはそれぞれ中心に近い端部が導体平面（グランド）に接続され、中心から離れた端部から給電される。磁気結合プローブＰｘ１，Ｐｘ２には、１８０°ハイブリッド回路から位相が１８０°異なる信号が給電されることにより、磁気結合プローブＰｘ１，Ｐｘ２は差動給電（平衡給電）され、矢印方向の電流が流れる。このことは第２対の磁気結合プローブ（Ｐｙ１，Ｐｙ２）についても同様である。
【0098】
図２３（Ａ）は図２２（Ａ）に示した電流が流れるときに生じる磁束を示す図である。また、図２３（Ｂ）は図２２（Ａ）に示した電流が流れるときに生じる磁界強度の分布を示す図である。このように、磁気結合プローブＰｘ１，Ｐｘ２を差動給電することによって、誘電体ＤＨが磁気結合プローブＰｘ１，Ｐｘ２で励振されて、誘電体ＤＨは（磁気ダイポールと等価な放射電磁界を持つ）ＴＥ11
Xモードの誘電体共振器として作用する。このＴＥ11
Xモードの誘電体共振器がＸ偏波用の素子アンテナである。同様に、磁気結合プローブＰｙ１，Ｐｙ２を差動給電することによって、誘電体ＤＨが磁気結合プローブ（Ｐｙ１，Ｐｙ２）で励振されて、誘電体ＤＨは（磁気ダイポールと等価な放射電磁界を持つ）ＴＥ11
Yモードの誘電体共振器として作用する。このＴＥ11
Yモードの誘電体共振器がY偏波用の素子アンテナである。ＴＥ11
XモードとＴＥ11
Yモードとは互いに独立しているので、各素子アンテナはＴＥ11 二重モード誘電体共振器として作用する。この例では、共振器の放射Ｑ係数（Qrad）は約２０である。このＴＥ11 二重モード誘電体共振器は、直交二重モード誘電体共振器アンテナの一例である。
【0099】
次に、素子アンテナの別の構成について示す。図２４（Ａ）は、一つの素子アンテナの誘電体内に設けられる磁気プローブの斜視図であり、図２４（Ｂ）は一つの素子アンテナの平面図である。この素子アンテナは、導体平面ＧＰから突出する誘電体ＤＨと、この誘電体ＤＨ内に設けられた２つの磁気結合プローブＰｘ，Ｐｙとを備える。
【0100】
【0101】
磁気結合プローブＰｘ，Ｐｙそれぞれの中点は導体平面（グランド導体）ＧＰに接続されている。磁気結合プローブＰｘ、Ｐｙそれぞれは両端から差動給電（平衡給電）される。
【0102】
このようにクロスループ構造であっても、図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）に示したと同様の磁束が生じ、磁気結合プローブＰｘはＹ軸に磁気ダイポールモーメントを持つTE11
X モードに結合し、磁気結合プローブＰｙはＸ軸に磁気ダイポールモーメントを持つTE11
Yモードに結合する。
【0103】
以上に示した、直交二重モード誘電体共振器アンテナを用いることにより、パイロット信号と電力波とは充分に高い偏波アイソレーションが得られ、同一周波数を用いながらも、パイロット信号と電力波との干渉の無いシステムが構成できる。
【0104】
次に、各素子アンテナが円偏波でパイロット信号の送受信および電力波の送受電を行う例を示す。
【0105】
図２５は、図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）に示した２つの１８０°ハイブリッド回路のＸ偏波ポートとＹ偏波ポートに接続される回路を示す図である。図２５に示す９０°ハイブリッド回路のInput-portは右旋円偏波の入出力ポートであり、９０°ハイブリッド回路のIsolated-portは左旋円偏波の入出力ポートである。９０°ハイブリッド回路の0°-portと90°-portとの位相差は９０°であるので、図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）に示した２対の磁気結合プローブには９０°位相差で給電される。この構成により、右旋円偏波でパイロット信号の送信または電力波の送電がなされ、左旋円偏波のパイロット信号の受信または電力波の受電がなされる。
【0106】
このようにして、パイロット信号と電力波とで旋回方向を異ならせることによっても、受信信号と送信信号とは偏波が直交関係にあるので、同一周波数を用いながらも、パイロット信号と電力波とが干渉しない電力伝送システムが構成できる。
【0107】
図２６（Ａ）、図２６（Ｂ）、図２６（Ｃ）は小規模のモデルとしてのアレーアンテナの構造を示す図である。図２６（Ａ）はアレーアンテナの平面図、図２６（Ｂ）はアレーアンテナの正面図、図２６（Ｃ）はアレーアンテナの下面図である。このアレーアンテナは送電側アレーアンテナまたは受電側アレーアンテナとして用いられる。
【0108】
複数の素子アンテナ１１（２１）は導体平面ＧＰに配列されている。この例では、合計１７７個の素子アンテナが0.7λ（36mm）ピッチで縦横に配列されている。
【0109】
図２６（Ｂ）に表れているように、基準信号グリッド基板ＧＢと導体平面ＧＰとの間に多数のＲＦユニットRFUが配置されている。これらＲＦユニットRFUは素子アンテナ１１（２１）毎に設けられている。基準信号グリッド基板ＧＢには配線パターンＬＰが形成されていて、この配線パターンＬＰを介して各ＲＦユニットRFUに等振幅等位相の基準信号を供給する。
【0110】
図２７は従来のフェーズドアレイアンテナ方式と最小ビーム導波路方式との比較例を示す図である。従来のフェーズドアレイアンテナ方式では各アンテナ素子の電界強度がフラットに分布するので、電波の伝搬に伴いガウス基本モードが近軸に選択される。これに対して、最小ビーム導波路方式では中央ほど電界強度の強い分布で伝搬する。
【0111】
アレイアンテナの直径が５０ｍ、伝搬距離が１０ｋｍで、５．８ＧＨｚのマイクロ波を用いたとき、フェーズドアレイアンテナ方式では伝搬効率（補足率）が９１．２５％であるのに対し、最小ビーム導波路方式では伝搬効率（補足率）が９９．９９６％である。
【0112】
図２８は、受電側アレーアンテナ１１１に接続される回路と、送電側アレーアンテナ２２１に接続される回路の構成について示す図である。受電側アレーアンテナ１１１は複数の素子アンテナ１１を備え、送電側アレーアンテナ２２１は複数の素子アンテナ２１を備える。各素子アンテナ１１は垂直偏波用素子１１Ｖと水平偏波用素子１１Ｈとで構成され、各素子アンテナ２１は垂直偏波用素子２１Ｖと水平偏波用素子２１Ｈとで構成される。
【0113】
受電側アレーアンテナの素子アンテナ１１には受電側素子アンテナ回路１０が接続されている。定常状態において、受電局の位相共役回路１４から出力される信号は電力増幅器１７で増幅され、垂直偏波用素子１１Ｖへ供給される。
【0114】
各素子アンテナ１１の垂直偏波用素子１１Ｖに対して、このように信号が供給されることによって、受電側アレーアンテナ１１１からビームパイロット信号が送信される。ビームパイロット信号の送信電力は例えば１ｋＷである。
【0115】
送電側アレーアンテナ２２１の素子アンテナ２１には送電側素子アンテナ回路２０が接続されている。素子アンテナ２１のうち垂直偏波用素子２１Ｖは上記パイロット信号を受信することで受信パイロット信号を出力する。位相共役回路２４は受信パイロット信号に対して位相共役関係の信号を出力する。そのため、電力波の周波数はパイロット信号の周波数と同一周波数である。
【0116】
なお、位相共役回路１４、位相共役回路２４は、基本波発生回路及び二倍波発生回路を備えるが、この基本波発生回路及び二倍波発生回路の源振は共通のＧＰＳ衛星等の測位衛星からの電波を基に生成することが有効である。これにより、各送信回路と受信回路において実質的に同一周波数及び位相相関の揃った信号で相関をもった位相共役をとることができる。また、そのことで、マイクロ波受電装置は多数のマイクロ波送電装置からコヒーレントなマイクロ波電力を受電できる。
【0117】
なお、本実施形態において、「同一周波数」とは周波数が完全に同一であることを意味するのではなく、実質的に同一周波数であればよい。つまり、マイクロ波が非常に長い距離を伝搬してもコヒーレント性を失わない波で安定した発振状態が生じる周波数であればよい。
【0118】
上記位相共役回路２４の出力信号は電力増幅器２７で増幅され、水平偏波用素子２１Ｈへ供給される。
【0119】
送電側アレーアンテナ２２１の各素子アンテナ２１が上記動作を行うことにより、ビーム形成された電力波が送電側アレーアンテナ２２１から送電される。この電力波の送電電力は例えば１ＭＷである。
【0120】
素子アンテナ１１のうち素子１１Ｈは送電側アレーアンテナ２２１から送信された信号を受信する。この信号は分配器１２で分配され、大部分の電力は整流器１３で整流されて電力として取り出される。分配された残りの信号は位相共役回路１４へ与えられる。位相共役回路１４は送電側アレーアンテナ２２１から受けた信号に対して位相共役関係の信号を出力する。
【0121】
ここで、ビームパイロット信号のアンプ増幅率を３０ｄＢとし、ノイズレベルとして３０ｄＢのマージンを仮定すれば、アイソレーションレベルとして－６０ｄＢ以下を達成することが重要である。したがって、送電側アレーアンテナ２２１の各素子アンテナ２１の垂直偏波用素子２１Ｖと水平偏波用素子２１Ｈとの入出力間は－６０ｄＢ以下のアイソレーションを確保する。受電側アレーアンテナ１１１の各素子アンテナ１１の垂直偏波用素子１１Ｖと水平偏波用素子１１Ｈとの入出力間についても同様に、－６０ｄＢ以下のアイソレーションを確保する。
【0122】
以上に示したように、受電側アレーアンテナ１１１から送電側アレーアンテナ２２１へ送信された信号は送電装置２００に対するビームパイロット信号として用いられ、送電側アレーアンテナ２２１から受電側アレーアンテナ１１１へ送信された電力波は受電装置１００に対するビームパイロット信号として用いられる。このようにして、双方向レトロディレクティブシステムが構成される。
【0123】
そして、上記電力波からビームパイロット信号を生成することで、受電側アレーアンテナ１１１の垂直偏波用素子１１Ｖ→伝搬路→送電側アレーアンテナ２２１の垂直偏波用素子２１Ｖ→送電側素子アンテナ回路２０→送電局の素子アンテナ２１の水平偏波用素子２１Ｈ→伝搬路→受電局の素子アンテナ１１の素子１１Ｈ→受電側素子アンテナ回路１０→受電側アレーアンテナ１１１の垂直偏波用素子１１Ｖ、の経路による閉ループが構成される。この閉ループが一つの発振回路系を構成する。したがって、パイロット信号を生成するための専用の複雑な回路が不要であるので、装置の構成が簡素化され、低コスト化される。
【0124】
受電側アレーアンテナ１１１および送電側アレーアンテナ２２１には、それら自体に、定常動作のためのビームフォーミング制御回路を備えていない。しかし、後に説明するように、送電側アレーアンテナ２２１の各素子アンテナ２１および送電側素子アンテナ回路２０の動作によって、送電側アレーアンテナ２２１は結果的にフェーズドアレーアンテナとして作用する。同様に、受電側アレーアンテナ１１１の各素子アンテナ１１および受電側素子アンテナ回路１０の動作によって、受電側アレーアンテナ１１１は結果的にフェーズドアレーアンテナとして作用する。
【0125】
送電側アレーアンテナ２２１の各素子アンテナ２１の垂直偏波用素子２１Ｖがパイロット信号を受信することにより、その受信信号から、この受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号が生成され、この位相共役信号が増幅され、当該素子アンテナの水平偏波用素子２１Ｈが駆動される。このことにより、送電側アレーアンテナ２２１の各素子アンテナはパイロット信号と位相共役の関係にある電力波を送信する。したがって、相反定理によって、電力波はビームパイロット信号の伝搬経路を逆戻りするように伝搬する。すなわち、ビームパイロット信号と同じ経路で、電力波が受電側アレーアンテナ１１１へ伝搬する。
【0126】
同様に、受電側アレーアンテナ１１１の各素子アンテナ１１の水平偏波用素子１１Ｈが電力波を受電（受信）することにより、その受信信号から、この受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号が生成され、この位相共役信号が増幅され、当該素子アンテナの垂直偏波用素子１１Ｖが駆動される。このことにより、受電側アレーアンテナ１１１の各素子アンテナは電力波の位相共役の関係にあるパイロット信号を送信する。したがって、相反定理によって、ビームパイロット信号は電力波の伝搬経路を逆戻りするように伝搬する。すなわち、電力波と同じ経路で、ビームパイロット信号が送電側アレーアンテナ２２１へ伝搬する。
【0127】
ビームパイロット信号と電力波は同じ周波数であるので、伝搬路が周波数依存性を有する場合でも、正確な相反性を期待できる。
【0128】
図２９、図３０は双方向レトロディレクティブ動作によるマイクロ波ビームの収束の様子を示す図である。これらの図中Ｎはパイロット信号ビームの伝搬及び電力ビームの伝搬の回数を示す。時刻ｔ＝０．０００ｍｓのときＮ＝１であり、時刻ｔ＝０．０３４ｍｓのときＮ＝２である。図２９、図３０に表れているように、このパイロット信号の送受及び電力ビームの送受を繰り返す毎にパイロット信号ビーム及び電力ビームは自己収束する。
【0129】
図３１は上記繰り返し回数Ｎに対するビーム収束率η及びエネルギー漏れとの関係を示す図である。このように、パイロット信号ビームの伝搬及び電力ビームの伝搬の回数Ｎが６を超えるとビーム収束率ηは９９％を超え、回数Ｎが６を超えるとエネルギー漏れは１％を下回る。
【0130】
図３２は送電アンテナと受電アンテナとによるＳマトリクスの一次元モデルを示す図である。Si,j のｉは受電側の素子アンテナの番号であり、ｊは送電側の素子アンテナの番号である。白丸はアレーアンテナの素子アンテナ、黒丸はアレーアンテナの範囲外に無限に広がる領域に仮想的に配置された素子アンテナである。
【0131】
受電アンテナを入力端、送電アンテナを出力端としたときのＳマトリクスをSj,i で表す。各端子は負荷と完全に整合しているものと仮定する。送電側で受けた第N波のパイロット信号は、次式のように、ゲインGjTx で増幅され、基準信号で位相共役操作を受ける。
【0132】
【数2】
【0133】
そして、送電アンテナから再放射された電力を受電アンテナが受け取り、位相共役をとり、更に、増幅することにより、次式で示す第N+1波のパイロット信号となる。
【0134】
【数3】
【0135】
ここで、もしGjTx が一定値GconstTx とすると、第N波のパイロット信号の振幅の平均値と第N+1波のパイロット信号の振幅の平均値は次式で表される。ここでδm,i はクロネッカーのデルタ（単位行列）である。
【0136】
【数4】
【0137】
送電側と受電側の増幅器で電磁界強度が維持されるなら、発振が持続することになる。したがって、発振条件は次式で表される。
【0138】
【数5】
【0139】
このように、送電局、受電局のアレーアンテナと、その間の伝送路とで、構成される空間結合型の発振器を単一の発振器として扱って、一つのループゲインで発振条件が定まるものと見なせる。
【0140】
送電局のアレーアンテナと受電局のアレーアンテナが有限である場合に、この有限のアンテナからの放射波を、無限大のアンテナからの時間反転界の放射と仮想アンテナ領域からの逆相時間反転界とを組み合わせることで表現することができる。これは次式の関係で表される。
【0141】
【数6】
【0142】
上式のうち結論の式中の第２項は仮想アンテナ領域からの逆相戻り波成分であり、スピルオーバー損失に対応する。ビーム形成が速く、スピルオーバー損失が０と見なせる場合は、上記第２項は０であるので、［数６］は上記［数４］と同じ扱いができる。
【0143】
アンテナが小さく、最適状態でもスピルオーバー損失が発生する場合は、まず上記第２項でパイロット信号の分布が最適化される。このことで、漏洩損失があっても、増幅器の増幅率の設定によって発振条件を満たすことができる。
【0144】
このようにして、仮想アンテナ領域からの戻り波成分を消すように自己修復作用がはたらく。
【0145】
図３３、図３４はマイクロ波の伝搬経路中に何らかの理由でマイクロ波の吸収体が存在するときのマイクロ波の伝搬の様子を示す図である。いずれの例でも直径５０ｍの送電アンテナと直径２５ｍの受電アンテナとが５ｋｍ離れている。図３３の例では伝送経路の途中に直径５ｍのマイクロ波吸収体が存在する。この状態でパイロット信号とマイクロ波電力との９８往復時間（２．５ｍｓ）後、前述の双方向レトロディレクティブシステムの作用により、送電アンテナでは不均一な電力分布でマイクロ波が送電され、吸収体が存在する部分の場はマイクロ波エネルギーが相殺され、受電アンテナの位置では９９．３％の伝送効率でマイクロ波電力を受ける。
【0146】
図３４の例では、伝送経路の途中に直径１０ｍのマイクロ波吸収体が存在する。この状態でパイロット信号とマイクロ波電力との１４８往復時間（３．８ｍｓ）後、前述の双方向レトロディレクティブシステムの作用により、送電アンテナでは障害物を避けるようにマイクロ波が放射され、吸収体が存在する箇所ではマイクロ波の散乱と吸収を避けるように吸収体を包み込む場が形成され、受電アンテナの位置では９８．２％の伝送効率でマイクロ波電力を受ける。受電アンテナの直径がもう少し大きければ１００％に近い伝送効率が得られる。
【0147】
《浮体式洋上マイクロ波電力中継装置》
図３５は無給電中継所７００の構成を示す正面図である。この無給電中継所７００は、マイクロ波ミラー装置７０１、浮体７０６、スクリュー７０２、鉄柱７０３及び錘７０５を備える。鉄柱７０３は浮体７０６から所定高さにマイクロ波ミラー装置７０１を支持する。錘７０５は、その重力と浮体７０６による浮力とをバランスさせ、マイクロ波ミラー装置７０１の高さを一定に保つ。基本的な構成は図１１に示した無給電中継所７００と同様である。
図３５は無給電中継所７００の構成を示す正面図である。この無給電中継所７００は、マイクロ波ミラー装置７０１、浮体７０６、スクリュー７０２、鉄柱７０３及び錘７０５を備える。鉄柱７０３は浮体７０６から所定高さにマイクロ波ミラー装置７０１を支持する。錘７０５は、その重力と浮体７０６による浮力とをバランスさせ、マイクロ波ミラー装置７０１の高さを一定に保つ。基本的な構成は図１１に示した無給電中継所７００と同様である。
【0148】
図３６は無給電中継所７００の構成を示す平面図である。マイクロ波ミラー装置７０１は第１マイクロ波ミラー７１１，第２マイクロ波ミラー７１２及びそれらを支持する円柱状の支持体を備える。マイクロ波ミラー装置７０１のマイクロ波入射部にはレドーム７０７、出射部にはレドーム７０８が設けられている。
【0149】
ちなみに、通信に用いられる数ｍ程度のパラボラアンテナであれば円錐状（傘状）の樹脂板でレドームを構成できるが、低漏洩性が要求され且つ非常に大型の電力伝送用のレドームでは、そのような構成をとることは現実的に不可能である。すなわち、レドームの寸法が非常に大きいので、補強用の支持体が必要となるが、その補強用支持体でマイクロ波が反射・吸収してしまって大きな電力損失が生じるので、現実的には補強用支持体を入れることができない。また、従来構造のレドームの厚みを増して強度を高めようとすると、レドームでのマイクロ波の吸収が大きくなってしまう。
【0150】
図３６で示すレドーム７０７，７０８は厚み寸法が半波長の整数倍の発泡スチロール（登録商標）等の発泡樹脂で構成されている。発泡スチロール等の発泡樹脂は誘電損失や誘電率そのものが小さく反射損失透過損失が小さい。
【0151】
ちなみに、通信に用いられる数ｍ程度のパラボラアンテナのレドームのように、レドームの中央の柱など入れると、強度は保てるが、散乱波が発生してエネルギーが失われる。直径５０ｍのレドームを柱なしで覆うのは困難である。そこで、ここでは発泡スチロール（登録商標）の長さを利用して低損失特性を維持したまま強度を出すようにしている。
【0152】
また、この発泡スチロール（登録商標）はハニカム構造とし、発泡スチロール（登録商標）を完全充填する構造に比べて、より低損失化している。すなわち、誘電率が空気に近いことを利用して空洞を作りながら厚みを稼いでいる。強度はハネカム構造で維持できる。レドーム７０７，７０８は直径５０ｍの円形であるので、厚みは例えば５ｍから１０ｍ位とする。
【0153】
レドーム７０７，７０８は波風や暴風雨を防ぐ非常に重要な役割を要するので、先頭部分に薄い半波長の樹脂板を設けることによって海水の浸入防止や防塵を行ってもよい。この樹脂板は長い発泡スチロール（登録商標）の表面に貼り付ければよい。この樹脂板の厚さは半波長の整数倍の厚みにすれば完全整合する。マイクロ波電力伝送の場合、周波数帯に広がりがないので、マイクロ波通信でいういわゆる周波数帯域特性を考える必要がなく、正確な設計ができる。先頭の樹脂板は薄くてよく、例えば半波長であればよい。
【0154】
浮体式洋上マイクロ波電力中継装置は送電装置と受電装置との間に一つの無給電中継所７００を設けることに限らない。図３７は、送電装置２００と受電装置１００との間に二つの無給電中継所７００Ａ，７００Ｂを配置した例を示す図である。無給電中継所７００Ａは、送電装置２００から送電されるマイクロ波エネルギーを最大効率で受けるように配置し、無給電中継所７００Ｂは無給電中継所７００Ａから送電されるマイクロ波エネルギーを最大効率で受けるように配置する。そして、受電装置１００は無給電中継所７００Ｂから最大効率でマイクロ波電力を受電する。このようにして、複数の無給電中継所７００の数に比例してマイクロ波電力の伝送距離を延ばすことができる。
【0155】
ここで、入射波に対する反射波の損失は、一般に次の式で表される。
【0156】
Pout／Pin＝1 - 2√{(2εo ω)／σ}
Pin：入射波の電力
Pout：反射波の電力
εo：真空誘電率
ω：マイクロ波の周波数
σ：反射板の導電率
反射板が銅である場合、反射板での反射損失は0.03%である。１つの無給電中継所７００で２枚の反射板があるので、１つの無給電中継所７００での損失は0.06%である。例えば２０回の中継で400kmを伝送させても、無給電中継所７００を経由することによる電力損失はたかだか1.2%に過ぎない。反射損失以外に誘電体損失もあるが、２０回の中継で、受電電力は1.2%～2%程度しか低下しない。このように無給電中継所７００ではエネルギー変換していないので、非常に低損失で中継できる。
Pin：入射波の電力
Pout：反射波の電力
εo：真空誘電率
ω：マイクロ波の周波数
σ：反射板の導電率
反射板が銅である場合、反射板での反射損失は0.03%である。１つの無給電中継所７００で２枚の反射板があるので、１つの無給電中継所７００での損失は0.06%である。例えば２０回の中継で400kmを伝送させても、無給電中継所７００を経由することによる電力損失はたかだか1.2%に過ぎない。反射損失以外に誘電体損失もあるが、２０回の中継で、受電電力は1.2%～2%程度しか低下しない。このように無給電中継所７００ではエネルギー変換していないので、非常に低損失で中継できる。
【0157】
また、無給電中継所７００の数に拘わらず、双方向レトロディレクティブ動作により最適な伝送経路が選ばれるので、無給電中継所７００を設けることによる伝送効率の低下は抑えられる。
【0158】
図３８、図３９は第１マイクロ波ミラー７１１と第２マイクロ波ミラー７１２とにより３軸についての微小回転を相殺するマイクロ波中継器の原理を示す図である。図３８は斜視図、図３９は平面図である。ここで、反射の基礎方程式から求めた、入射光ベクトルと反射光ベクトルとの関係は次のとおりである。
【0159】
【数7】
【0160】
このように、平行平板であれば、面の法線ベクトルによらず、反射光ベクトルは入射光と同一である。すなわち、任意の傾斜角をもつ平行反射板でビーム方向は保存される。したがって、３軸についてのねじれ回転に強い中継装置が無給電で構成できる。
【0161】
図４０はマイクロ波の入射方向に対して一定角度をもって出射する中継器の構成を示す図である。図３９等に示した例では、第１マイクロ波ミラー７１１と第２マイクロ波ミラー７１２とが平行関係にあって、入射光と出射光とが同方向であったが、第１マイクロ波ミラー７１１と第２マイクロ波ミラー７１２とが非平行であってもよい（図４０においては、回転ベクトルは２つのミラーに平行である）。そのことにより、無給電中継所７００の、水平面に対する垂直軸回りの微小回転に対して方向性を維持できる。
【0162】
図４１はマイクロ波ミラーの構成を示す断面図である。マイクロ波ミラーは図４１の下部に示す誘電体共振器７２１及び反射板７２２を備える。このマイクロ波ミラーは光集フレネルレンズの原理をマイクロ波ビームに適用したものと言える。
【0163】
図４１において、上部に誘電体凸レンズとそのフレネルレンズを表している。光学用フレネルレンズでは、レンズセグメントをフラットに配置するが、光の波長では加工精度の限界で、波長単位での精度をもって加工することは不可能である。一方、マイクロ波ミラーでは光に比べて波長が長い。例えば直径５１．７ｍｍの光学用誘電体レンズは５．８ＧＨｚのマイクロ波では直径５０ｍに相当する。そのため、グレーティングローブをほぼ完全に消すため、１波長毎に連続的に位相を合わせることが可能である。この例では、誘電体共振器の間隔を１波長未満である０．７波長で配置している。このようにして、マイクロ波ではより正確なフレネルレンズ効果を実現できる。このようなマイクロ波ミラーの２枚の反射によって、例えば直径５０ｍのマイクロ波ミラーで１０ｋｍ先にビームウエストが生じるように設計する。
【0164】
図４２は誘電体共振器７２１と反射板７２２等によるマイクロ波ミラーの一単位の構造を示す図である。球形の誘電体共振器７２１は、そのTE11モードでの共振を利用する。誘電体共振器の共振周波数ではない周波数の入射波は全反射し、共振周波数の入射波は誘電体共振器と反射板７２２との間の伝搬導波管を伝搬して１／２波長（１／４波長の往復）遅れて出射する。
【0165】
このような誘電体共振器アンテナの位相制御の設計及び作用は次のとおりである。
【0166】
（１）誘電体共振器の共振周波数でマイクロ波は後方の伝搬導波管と整合する。
【0167】
（２）誘電体共振器の共振周波数でのマイクロ波の通過位相を０°とする。
【0168】
（３）誘電体共振器の共振周波数での反射波は基準面でπとする。すなわち、共振周波数での反射は金属面反射と等価である。
【0169】
（４）誘電体共振器の共振周波数よりずっと低い周波数の電波は基準面で全反射し、その反射位相は＋１８０°である。
【0170】
（５）誘電体共振器の共振周波数よりずっと高い周波数の電波は基準面で全反射し、その反射位相は－１８０°である。
【0171】
（６）動作周波数ωooは固定であり、各誘電体共振器の共振周波数ωojを定めることで反射波の位相を定める。
【0172】
誘電体共振器をアンテナ基板上にアレー状に配置し、誘電体共振器のアンテナの中心周波数を、径方向で変化させる。このことにより、図４１に示した３６０度の位相差をもつフレネルレンズ型マイクロ波ミラーを構成する。
【0173】
【0174】
図４３は誘電体共振器７２１と反射板７２２等によるマイクロ波ミラーの一単位の構造を示す図である。図４３に示す例では、誘電体共振器７２１は半球形であり、その後方（球の切断面相当面）に金属の反射板７２２が配置されている。誘電体共振器７２１はTE011モードで共振する。
【0175】
図４３に示した構造の誘電体共振器アンテナの場合、マイクロ波の周波数が誘電体共振器７２１の共振周波数でも非共振周波数でも金属面反射する。非共振周波数ではそのまま金属面反射し、共振周波数に近づくほど位相がずれた状態で金属面反射する。つまり、誘電体共振器７２１の共振周波数の設定により、マイクロ波の反射波の位相を定めることができる。
【0176】
マイクロ波ミラーにおいて中央に近い誘電体共振器７２１ほど、その共振周波数がマイクロ波の周波数からずれていて、マイクロ波ミラーにおいて周辺部に近い誘電体共振器７２１ほど、その共振周波数がマイクロ波の周波数に近い（共振する）ほうがよい。
【0177】
マイクロ波ビームの断面でのエネルギー分布はガウス状分布であることが好ましいが、上述のとおり、エネルギー密度の高い、マイクロ波ミラーの中央ほど、その共振周波数がマイクロ波の周波数からずれていることにより、誘電体共振器７２１による誘電体損が低損失になるので、上述の誘電体共振器７２１の共振周波数の設定により、マイクロ波ミラー全体で効果的に低損失化できる。
【0178】
【0179】
以上に述べたとおり、高精度な機械加工で凹面反射板を形成するのではなく、フラットな金属反射板に誘電体共振器７２１を配列して、誘電体共振器７２１による経路差によって反射位相を設定するので、高い機械加工精度が不要である。また、機械加工によって大口径の凹面反射板を作成できたとしても、そのような大口径の反射板は温度によって歪みが生じやすい。それに対しフラットな金属板は高精度に作成できる。さらに、一般に大型部材の幾何学的寸法を高精度に測定することは非常に困難であるが、本実施形態では、機械加工及び幾何学的寸法の測定によってレンズを形成するのではなく、各誘電体共振器７２１の共振周波数は電気的計測によって極めて高精度に測定できる。そのため、所定共振周波数の誘電体共振器アンテナを容易に形成でき、高精度なフレネルレンズ型マイクロ波ミラーが容易に得られる。
【0180】
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0181】
例えば、洋上エネルギー収集システムは、複数の浮体式発電装置とこれら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームとを含んで構成され、浮体式発電装置は洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備え、プラットフォームは、浮体式発電装置のマイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備え、マイクロ波送電部及びマイクロ波受電部は、それぞれ複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを有し、マイクロ波受電部は、パイロット信号を送信し、マイクロ波送電部から送電される電波を受電する受電部側素子アンテナ回路を備え、マイクロ波送電部は、パイロット信号を受信し、当該パイロット信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号でマイクロ波送電部の素子アンテナを駆動することで、レトロディレクティブ動作で送電電力をマイクロ波受電部へ送電する、送電部側素子アンテナ回路を備えることにより、マイクロ波受電部が、各浮体式発電装置から周波数及び位相が揃ったコヒーレントなマイクロ波を受電する、という片方向レトロディレクティブ動作によりマイクロ波電力を送電するようにしてもよい。
【0182】
また、風力発電、太陽光エネルギー以外に、またはそれらと共に波力を再生可能エネルギーとして用いてもよい。
【0183】
また、図１、図５、に示した例では、逆円錐形状のマイクロ波ミラー５１０とドーナツ状の受電アンテナ５２０を設けたが、マイクロ波ミラーを用いずに円筒状の受電アンテナを設けてもよい。但し、受電アンテナ５２０が円筒状であると、その端部に近づく程マイクロ波が斜めに入射するので受電効率は低下する。逆円錐形状のマイクロ波ミラー５１０とドーナツ状の受電アンテナ５２０の組み合わせであれば、逆円錐形状のマイクロ波ミラー５１０にはマイクロ波が斜めに入射しても全反射するので、マイクロ波ミラー５１０による効率低下は無く、受電アンテナの利得低下を抑制できる。また、そのことにより、受電アンテナのアンテナ素子数が少なくて済む。
【0184】
また、図１に示した受電アンテナ５２０は「マイクロ波電力の受電」に限らず「マイクロ波電力の送電」のために用いてもよい。例えば、浮体式洋上風力発電装置３００が風力以外のエネルギーを要する場合に、プラットフォーム５００から浮体式洋上風力発電装置３００へマイクロ波で電力を伝送してもよい。
【0185】
また、図１では送電装置２００Ａがプラットフォーム５００から陸地の受電装置へマイクロ波で電力を送電する例について示したが、送電装置２００Ａを受電装置として用いてもよい。
【0186】
また、図１等に示した例では、インバースダム６００は浮体式洋上風力発電装置３００から集めたエネルギーを蓄積するように説明したが、プラットフォーム５００に設けた受電装置が陸地からマイクロ波電力を受電し、そのエネルギーをインバースダム６００に蓄積してもよい。
【0187】
本発明の洋上エネルギー収集システムは次に記載の各態様で提供されてもよい。
【0188】
＜１＞
複数の浮体式発電装置とこれら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームとを含んで構成され、
前記複数の浮体式発電装置は洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備え、
前記プラットフォームは、前記複数の浮体式発電装置の前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備え、
前記マイクロ波送電部及び前記マイクロ波受電部は、それぞれ複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを有し、
前記マイクロ波受電部は、パイロット信号を送信し、前記マイクロ波送電部から送電される電波を受電する受電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波送電部は、前記パイロット信号を受信し、当該パイロット信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波送電部の素子アンテナを駆動することで、レトロディレクティブ動作で送電電力を前記マイクロ波受電部へ送電する、送電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波受電部は、前記複数の浮体式発電装置から周波数及び位相が揃ったコヒーレントなマイクロ波を受電する、
洋上エネルギー収集システム。
複数の浮体式発電装置とこれら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームとを含んで構成され、
前記複数の浮体式発電装置は洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備え、
前記プラットフォームは、前記複数の浮体式発電装置の前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備え、
前記マイクロ波送電部及び前記マイクロ波受電部は、それぞれ複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを有し、
前記マイクロ波受電部は、パイロット信号を送信し、前記マイクロ波送電部から送電される電波を受電する受電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波送電部は、前記パイロット信号を受信し、当該パイロット信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波送電部の素子アンテナを駆動することで、レトロディレクティブ動作で送電電力を前記マイクロ波受電部へ送電する、送電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波受電部は、前記複数の浮体式発電装置から周波数及び位相が揃ったコヒーレントなマイクロ波を受電する、
洋上エネルギー収集システム。
【0189】
＜２＞
複数の浮体式発電装置とこれら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームとを含んで構成され、
前記複数の浮体式発電装置は洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備え、
前記プラットフォームは、前記複数の浮体式発電装置の前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備え、
前記マイクロ波送電部及び前記マイクロ波受電部は、それぞれ複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを有し、
前記マイクロ波送電部は、前記マイクロ波受電部から送信された電波を受信することによる、前記マイクロ波送電部の素子アンテナの受信信号から、当該受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波送電部の素子アンテナを駆動することで、前記マイクロ波受電部から送信された電波をパイロット信号とするレトロディレクティブ動作で送電電力を前記マイクロ波受電部へ送電する、送電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波受電部は、前記マイクロ波送電部から送信された電波を受信することによる、前記マイクロ波受電部の素子アンテナの受信信号から、当該受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波受電部の素子アンテナを駆動することで、前記マイクロ波送電部から送電された電波をパイロット信号とするレトロディレクティブ動作で送信信号を前記マイクロ波送電部へ送信する、受電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波送電部でのレトロディレクティブ動作と前記マイクロ波受電部でのレトロディレクティブ動作とが繰り返されることで、前記マイクロ波送電部から送電される電波および前記マイクロ波受電部から送信される電波のいずれも、漏洩エネルギーを常に最少状態に保つビームである自己収束ビームで伝送される、
洋上エネルギー収集システム。
複数の浮体式発電装置とこれら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームとを含んで構成され、
前記複数の浮体式発電装置は洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備え、
前記プラットフォームは、前記複数の浮体式発電装置の前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備え、
前記マイクロ波送電部及び前記マイクロ波受電部は、それぞれ複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを有し、
前記マイクロ波送電部は、前記マイクロ波受電部から送信された電波を受信することによる、前記マイクロ波送電部の素子アンテナの受信信号から、当該受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波送電部の素子アンテナを駆動することで、前記マイクロ波受電部から送信された電波をパイロット信号とするレトロディレクティブ動作で送電電力を前記マイクロ波受電部へ送電する、送電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波受電部は、前記マイクロ波送電部から送信された電波を受信することによる、前記マイクロ波受電部の素子アンテナの受信信号から、当該受信信号の位相共役の関係にある位相共役信号を生成し、当該位相共役信号で前記マイクロ波受電部の素子アンテナを駆動することで、前記マイクロ波送電部から送電された電波をパイロット信号とするレトロディレクティブ動作で送信信号を前記マイクロ波送電部へ送信する、受電部側素子アンテナ回路を備え、
前記マイクロ波送電部でのレトロディレクティブ動作と前記マイクロ波受電部でのレトロディレクティブ動作とが繰り返されることで、前記マイクロ波送電部から送電される電波および前記マイクロ波受電部から送信される電波のいずれも、漏洩エネルギーを常に最少状態に保つビームである自己収束ビームで伝送される、
洋上エネルギー収集システム。
【0190】
＜３＞
前記マイクロ波受電部及び前記マイクロ波送電部は、前記プラットフォームの面に対する鉛直線を軸とする逆円錐面を有するマイクロ波反射板と、当該マイクロ波反射板の下部に配置されたドーナツ状のマイクロ波アンテナと、を備える、
＜１＞又は＜２＞に記載の洋上エネルギー収集システム。
前記マイクロ波受電部及び前記マイクロ波送電部は、前記プラットフォームの面に対する鉛直線を軸とする逆円錐面を有するマイクロ波反射板と、当該マイクロ波反射板の下部に配置されたドーナツ状のマイクロ波アンテナと、を備える、
＜１＞又は＜２＞に記載の洋上エネルギー収集システム。
【0191】
＜４＞
前記複数の浮体式発電装置と、前記プラットフォームと、前記複数の浮体式発電装置及び前記プラットフォームの海域に存在する船舶と、を含んで構成され、
前記プラットフォームは前記マイクロ波受電部で受電した電力を送電するマイクロ波送電部を備え、
前記船舶は、前記プラットフォームに設けられた前記マイクロ波送電部からマイクロ波を受電するマイクロ波受電装置と、当該マイクロ波受電装置で受電した電力を蓄電する蓄積装置と、を備える、
＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の洋上エネルギー収集システム。
前記複数の浮体式発電装置と、前記プラットフォームと、前記複数の浮体式発電装置及び前記プラットフォームの海域に存在する船舶と、を含んで構成され、
前記プラットフォームは前記マイクロ波受電部で受電した電力を送電するマイクロ波送電部を備え、
前記船舶は、前記プラットフォームに設けられた前記マイクロ波送電部からマイクロ波を受電するマイクロ波受電装置と、当該マイクロ波受電装置で受電した電力を蓄電する蓄積装置と、を備える、
＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の洋上エネルギー収集システム。
【0192】
＜５＞
前記複数の浮体式発電装置と、前記プラットフォームと、陸地に設置された受電設備と、を含んで構成され、
前記プラットフォームは、マイクロ波電力を蓄電する蓄電装置と、当該蓄電装置に蓄電された電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、を備え、
前記受電設備は、前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波を受電し、受電したマイクロ波エネルギーを前記受電設備が接続された電力網に供給する電力供給装置を備える、
＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の洋上エネルギー収集システム。
前記複数の浮体式発電装置と、前記プラットフォームと、陸地に設置された受電設備と、を含んで構成され、
前記プラットフォームは、マイクロ波電力を蓄電する蓄電装置と、当該蓄電装置に蓄電された電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、を備え、
前記受電設備は、前記マイクロ波送電部から送電されたマイクロ波を受電し、受電したマイクロ波エネルギーを前記受電設備が接続された電力網に供給する電力供給装置を備える、
＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の洋上エネルギー収集システム。
【0193】
＜６＞
前記複数の浮体式発電装置と、前記プラットフォームと、陸地に設置された送電設備と、を含んで構成され、
前記プラットフォームは前記マイクロ波受電部で受電した電力を送電するマイクロ波送電部を備え、
前記送電設備は、前記プラットフォームの前記マイクロ波受電部へマイクロ波電力を送電するマイクロ波送電装置を備え、
前記プラットフォームは、前記マイクロ波受電部が受電したマイクロ波電力を蓄電する蓄電装置を備える、
＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の洋上エネルギー収集システム。
前記複数の浮体式発電装置と、前記プラットフォームと、陸地に設置された送電設備と、を含んで構成され、
前記プラットフォームは前記マイクロ波受電部で受電した電力を送電するマイクロ波送電部を備え、
前記送電設備は、前記プラットフォームの前記マイクロ波受電部へマイクロ波電力を送電するマイクロ波送電装置を備え、
前記プラットフォームは、前記マイクロ波受電部が受電したマイクロ波電力を蓄電する蓄電装置を備える、
＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の洋上エネルギー収集システム。
【符号の説明】
【0194】
ＣＯ…切り欠き
ＤＨ…誘電体
ＧＢ…基準信号グリッド基板
ＬＰ…配線パターン
ＭＢ…マイクロ波ビーム
Ｐｘ１，Ｐｘ２…磁気結合プローブ
Ｐｙ１，Ｐｙ２…磁気結合プローブ
RFU…ＲＦユニット
１１，２１…素子アンテナ
１１Ｈ…水平偏波用素子
１１Ｖ…垂直偏波用素子
１２…分配器
１３…整流器
１４…位相共役回路
１７…電力増幅器
２０…送電側素子アンテナ回路
２１Ｈ…水平偏波用素子
２１Ｖ…垂直偏波用素子
２４…位相共役回路
２７…電力増幅器
１００…受電装置
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…受電装置
１１１…受電側アレーアンテナ
１１１Ｃ…アレーアンテナ
１１１Ｐ…アレーアンテナ
２００…送電装置
２００Ａ，２００Ｂ…送電装置
２１０…マイクロ波ミラー
２１０Ａ，２１０Ｂ…マイクロ波ミラー
２２１…送電側アレーアンテナ
２２１Ｂ…送電側アレーアンテナ
２２１Ｃ…パイロット信号受信用アレーアンテナ
２２１Ｐ…アレーアンテナ
３００…浮体式洋上風力発電装置
３０１…風車
３０２Ｘ，３０２Ｙ…スクリュー
３０３…鉄柱
３０４…水槽
３０４Ｃ…空洞
３０４Ｗ…淡水
３０５…錘
３０６…発電機
３０７Ｘ，３０７Ｙ…電動機
３１１…送電アンテナ
５００…プラットフォーム
５０１…タンク
５１０…マイクロ波ミラー
５２０…受電アンテナ
５３０…太陽光発電パネル
５４０…変電所
６００…インバースダム
６０１…第１水槽
６０２…第２水槽
６０３…電動揚水機
６０４，６０５…連通路
６０６…発電機
６０７…錘
６０８…スクリュー
６１０…機械室
７００…無給電中継所
７００Ａ，７００Ｂ…無給電中継所
７０１…マイクロ波ミラー装置
７０２…スクリュー
７０３…鉄柱
７０５…錘
７０６…浮体
７０７，７０８…レドーム
７１１…第１マイクロ波ミラー
７１２…第２マイクロ波ミラー
７２１…誘電体共振器
７２２…反射板
８００…船舶
８１０…受電アンテナ
ＤＨ…誘電体
ＧＢ…基準信号グリッド基板
ＬＰ…配線パターン
ＭＢ…マイクロ波ビーム
Ｐｘ１，Ｐｘ２…磁気結合プローブ
Ｐｙ１，Ｐｙ２…磁気結合プローブ
RFU…ＲＦユニット
１１，２１…素子アンテナ
１１Ｈ…水平偏波用素子
１１Ｖ…垂直偏波用素子
１２…分配器
１３…整流器
１４…位相共役回路
１７…電力増幅器
２０…送電側素子アンテナ回路
２１Ｈ…水平偏波用素子
２１Ｖ…垂直偏波用素子
２４…位相共役回路
２７…電力増幅器
１００…受電装置
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…受電装置
１１１…受電側アレーアンテナ
１１１Ｃ…アレーアンテナ
１１１Ｐ…アレーアンテナ
２００…送電装置
２００Ａ，２００Ｂ…送電装置
２１０…マイクロ波ミラー
２１０Ａ，２１０Ｂ…マイクロ波ミラー
２２１…送電側アレーアンテナ
２２１Ｂ…送電側アレーアンテナ
２２１Ｃ…パイロット信号受信用アレーアンテナ
２２１Ｐ…アレーアンテナ
３００…浮体式洋上風力発電装置
３０１…風車
３０２Ｘ，３０２Ｙ…スクリュー
３０３…鉄柱
３０４…水槽
３０４Ｃ…空洞
３０４Ｗ…淡水
３０５…錘
３０６…発電機
３０７Ｘ，３０７Ｙ…電動機
３１１…送電アンテナ
５００…プラットフォーム
５０１…タンク
５１０…マイクロ波ミラー
５２０…受電アンテナ
５３０…太陽光発電パネル
５４０…変電所
６００…インバースダム
６０１…第１水槽
６０２…第２水槽
６０３…電動揚水機
６０４，６０５…連通路
６０６…発電機
６０７…錘
６０８…スクリュー
６１０…機械室
７００…無給電中継所
７００Ａ，７００Ｂ…無給電中継所
７０１…マイクロ波ミラー装置
７０２…スクリュー
７０３…鉄柱
７０５…錘
７０６…浮体
７０７，７０８…レドーム
７１１…第１マイクロ波ミラー
７１２…第２マイクロ波ミラー
７２１…誘電体共振器
７２２…反射板
８００…船舶
８１０…受電アンテナ
【要約】
【課題】再生可能エネルギーの有効利用を可能とする洋上エネルギー収集システムを提供する。
【解決手段】洋上エネルギー収集システムは複数の浮体式発電装置とこれら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームとを含んで構成される。浮体式発電装置は洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備える。プラットフォームは浮体式発電装置のマイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備える。マイクロ波送電部及びマイクロ波受電部には複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを有する。マイクロ波送電部は、レトロディレクティブ動作で送電電力をマイクロ波受電部へ送電し、マイクロ波受電部は複数の浮体式発電装置から周波数及び位相が揃ったコヒーレントなマイクロ波を受電する。
【選択図】図１
【解決手段】洋上エネルギー収集システムは複数の浮体式発電装置とこれら複数の浮体式発電装置とは分離されたプラットフォームとを含んで構成される。浮体式発電装置は洋上での浮遊状態で発電する発電部と、当該発電部による発電電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電部と、をそれぞれ備える。プラットフォームは浮体式発電装置のマイクロ波送電部から送電されたマイクロ波をそれぞれ受電するマイクロ波受電部を備える。マイクロ波送電部及びマイクロ波受電部には複数の素子アンテナが配列されたアレーアンテナを有する。マイクロ波送電部は、レトロディレクティブ動作で送電電力をマイクロ波受電部へ送電し、マイクロ波受電部は複数の浮体式発電装置から周波数及び位相が揃ったコヒーレントなマイクロ波を受電する。
【選択図】図１
【図1】
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