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波力発電兼エネルギー運搬船  


主旨:

海底電源ケーブルを使わずに電力を移送する手段としては大型の蓄電池を船に搭載する方法や水の電気分解により水素を取り出してタンクで運搬する方法が考えられているが主にコストがかかることから実現していない。そこで船底に吊るした錘をウィンチで巻き上げることにより電力を重力位置エネルギーとして蓄え、遠方の発電地点で錘を落下させて発電機を回転させることにより電力として再回収する方法が考えられる。その場合、電力需要期に合わせて発電できるので効果的な発電ができる。
またこの運搬船では板錘の使用によりその重力と水の抵抗によって船がほとんど波で揺れなくなることを利用して波力発電もできるようになっており、安全で安価なエネルギー運搬機能ばかりではなく波力発電機能も持っている。

 

装置の概要

 

大型船舶に作られた海水流入槽内に浮箱が波で上下するように設置されている。また流入槽壁に固定された小歯車が浮箱の側面にある板歯と噛みあっており小歯車の軸は大歯車を介して波力発電用発電機の軸を回転し発電する構造になっている。その後波力発電で得られた電力でウィンチ軸を回転させるモーターを回してワイヤーを巻き上げ板錘を上昇させて重力位置エネルギーとして蓄えていく。
このウィンチ軸は板錘が下降しないようワンウェイクラッチにより固定されているが発電地点での発電時にはこの固定を解除する。それとともに水の抵抗を減らすため板錘を縦にしてから落下させ、ウィンチ軸に取り付けられた発電用大歯車を介して発電機軸を回転させて発電する。その結果、波力によってこの板錘が獲得していた位置エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
また風力発電や太陽光発電など外部で得られた電力を板錘の位置エネルギーに変換して蓄えるにはモーターによってこの発電用大歯車を回転させ、ウィンチで板錘を巻き上げる。
この船は波況の良い海上を航行してエネルギーを集め、送電ケーブルが敷設された海流発電基地などの近傍の水深のある発電地点に戻って発電を行い送電する。またはエネルギー収集専用船を錘の位置エネルギーが大きくできるように深海上で航行後待機させ、発電地点に波がないときは各船が送電ケーブルを接続してエネルギーを受け渡し、発電地点に戻って発電するのでもよい。なお発電地点の波況がよいときは係留したまま波力発電を行い、錘を上下させることなくそのまま送電することができる。




 



 

船長200mの当船舶には10万トンの板錘が吊るされ、電源ケーブルのある水深500mの発電地点で係留可能になっているものとする。また波高の低いときには帆走および風力発電で蓄電池に蓄えられた電力で周囲に波高の高い海域に航行して戻ることにより燃費なしに平均波高3mでの波力発電が行えるものとする。
この船には縦横30m高さ15mの浮箱が4個設置され、それぞれの重さは1800tとする。そのためこの浮箱は波のない状態で水深2mに沈んでいることになる。3mの波が来ると浮箱は5mの水深まで一旦沈むことになりその浮力は(30×30×5)t−1800t=2700tであるが浮き上がるにつれ浮力が減少するので平均1350tの浮力が働くことになる。浮箱が3m上昇した後に海面が3m下降することにより浮箱は1m空中に取り残されることになりこの間は1800tの重力が働く。また浮箱が海面に着いてから2m沈むまでは次第に浮力が大きくなるので平均900tの重力が働くことになる。
そのため波の一周期で得られるエネルギーはE=mhgより
E=(1350×3+1800×1+900×2)×9.8(重力加速度)=74970kJとなる。
3mの波の周期は8秒とされているので1秒当たりの出力は7650÷8=9371.25kwであり浮箱4個での出力は37485kwと計算される。しかし実際には板錘にかかる水の抵抗や機械的ロスがあるので合計の発電効率を50パーセントと仮定すると18742.5kwの発電能力になる。
これは一日当たりの発電量に換算すると449820kwhである。メンテナンスおよび発電時の稼働ロスを50日/年と見積もっても1kwhあたり23円の買い上げ価格であれば年間34億6千万円の収入が得られる。そのため船員の人件費や送電ケーブル使用料を含めたメンテナンスコストが年2億円とし船の償却期間を5年とすると163億円以下でこの船を建造できれば利益が上がることになる。



  出願特許の内容 : 特願・2012-157089号 (特許第5081331号)



 詳しい内容は下記にお問い合わせください。


住所
 宮城県仙台市太白区茂庭字人来田西8−13
 杜都千愛病院 内 理事長 安ヵ川  誠
TEL
 022−281−0033
FAX
 022−281−0585
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