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公開番号2025070957
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2024119414
出願日2024-07-25
発明の名称洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システム
出願人上海勘測設計研究院有限公司
代理人個人
主分類F03B 13/16 20060101AFI20250424BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】分散型のエネルギー貯蔵を実現し、貯蔵設備及び空間を節約する洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システムを提供する。
【解決手段】洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システムは、風力発電モジュール及び風力発電ジャケット基礎を含むとともに、波エネルギー取得システムと、油圧システムと、エネルギー貯蔵システムと、圧力媒質内部エネルギー変換装置と、膨張発電機システムとを含む。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
風力発電モジュール及び風力発電ジャケット基礎を含む洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システムであって、
波エネルギー取得システムと、油圧システム（８）と、エネルギー貯蔵システムと、圧力媒質内部エネルギー変換装置（１０）と、膨張発電機システム（２）とを含み、
前記波エネルギー取得システムは、エネルギー取得フロート（６）及び揺動ロッド（７）を含み、
前記エネルギー取得フロート（６）は、水面に浮遊するとともに、自重、浮力及び波力の作用で前記揺動ロッド（７）を上下に揺動させ、前記揺動ロッド（７）は、前記油圧システム（８）に接続され、前記油圧システム（８）は、圧力媒質貯蔵容器及び揺動媒質圧縮機構を含んでおり、
揺動する前記揺動ロッド（７）は、前記油圧システム（８）に作用して、前記油圧システム（８）の揺動媒質圧縮機構を駆動し、前記油圧システム（８）は、前記揺動ロッド（７）の揺動の力学的エネルギーを一次圧力媒質の内部エネルギーに変換するために用いられ、
前記油圧システム（８）の前記揺動媒質圧縮機構は、一次圧力媒質を送出して、前記圧力媒質貯蔵容器又は／及び輸送管路（９）に供給し、前記油圧システム（８）の前記圧力媒質貯蔵容器に貯蔵した後、前記輸送管路（９）と、前記圧力媒質内部エネルギー変換装置（１０）と、前記膨張発電機システム（２）とによって変換し、
前記輸送管路（９）には、前記圧力媒質内部エネルギー変換装置（１０）が接続されており、前記圧力媒質内部エネルギー変換装置（１０）は、前記一次圧力媒質の内部エネルギーを力学的エネルギーに変換した後、前記力学的エネルギーを二次圧力媒質の内部エネルギーに変換し、
前記圧力媒質内部エネルギー変換装置（１０）は、前記二次圧力媒質を送出して、貯蔵管路（１３）又は／及び前記膨張発電機システム（２）に供給し、
前記貯蔵管路（１３）は、二次圧力媒質を貯蔵するために用いられ、前記貯蔵管路（１３）の送出端は、膨張発電機システム（２）に接続され、
前記膨張発電機システム（２）は、前記二次圧力媒質の内部エネルギーを力学的エネルギーに変換するために用いられ、前記膨張発電機システム（２）は取得した力学的エネルギーを電気エネルギーに変換して出力することを特徴とする洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システム。
続きを表示（約 2,800 文字）【請求項２】
前記エネルギー貯蔵システムは、分散型に設けられ、
前記エネルギー貯蔵システムは、前記貯蔵管路（１３）を含むことを特徴とする請求項１に記載の洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システム。
【請求項３】
前記貯蔵管路（１３）は、ジャケット主弦材（４）の内部に配置され、かつ、隣り合う前記貯蔵管路（１３）同士が並列となっており、各前記貯蔵管路（１３）と前記圧力媒質内部エネルギー変換装置（１０）は、個別に連通し、
前記貯蔵管路（１３）と前記膨張発電機システム（２）は、個別に連通し、前記貯蔵管路（１３）の注入端及び送出端には、いずれも独立した弁が接続されており、前記弁は、前記二次圧力媒質の前記貯蔵管路（１３）に対する注入及び前記貯蔵管路（１３）からの送出を制御するために用いられることを特徴とする請求項２に記載の洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システム。
【請求項４】
前記揺動ロッド（７）は、縦揺動ロッド（７１）と、横揺動ロッド（７２）と、送出揺動ロッド（７３）とを含み、
ジャケット主弦材（４）及び前記油圧システム（８）に接続される前記縦揺動ロッド（７１）と、前記横揺動ロッド（７２）と、前記送出揺動ロッド（７３）とが４節リンク機構を構成することで、前記縦揺動ロッド（７１）と、前記横揺動ロッド（７２）と、前記送出揺動ロッド（７３）とは、前記エネルギー取得フロート（６）により駆動されて往復揺動を行い、
前記横揺動ロッド（７２）の一端は、前記縦揺動ロッド（７１）の中央部にヒンジ連結され、前記横揺動ロッド（７２）の他端は、前記ジャケット主弦材（４）にヒンジ連結され、
前記エネルギー取得フロート（６）は、前記縦揺動ロッド（７１）の下端に接続され、前記縦揺動ロッド（７１）の上端は、前記送出揺動ロッド（７３）の一端にヒンジ連結により接続され、前記送出揺動ロッド（７３）の他端は、前記油圧システム（８）に接続されることを特徴とする請求項１に記載の洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システム。
【請求項５】
前記油圧システム（８）と前記膨張発電機システム（２）は、風力タービンタワー（１）の外部に設けられ、
前記圧力媒質内部エネルギー変換装置（１０）は、前記風力タービンタワー（１）の内部に設けられ、
前記輸送管路（９）は、前記風力タービンタワー（１）を貫通して前記圧力媒質内部エネルギー変換装置（１０）に接続され、
前記圧力媒質内部エネルギー変換装置（１０）の送出端は、前記輸送管路（９）を通じて、前記貯蔵管路（１３）又は／及び前記膨張発電機システム（２）に接続されることを特徴とする請求項１に記載の洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システム。
【請求項６】
各前記ジャケット主弦材（４）内に配置される前記貯蔵管路（１３）は、少なくとも２つであり、かつ、各前記貯蔵管路（１３）の送出用の前記輸送管路（９）と注入用の前記輸送管路（９）は、互いに独立していることを特徴とする請求項３に記載の洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システム。
【請求項７】
前記貯蔵管路（１３）は、環状板（１４）を介して前記ジャケット主弦材（４）に接続され、前記環状板（１４）は、隣り合う前記環状板（１４）の間に隙間が保持されるよう間隔を開けて設けられ、
前記環状板（１４）の内壁は、前記貯蔵管路（１３）の外壁に接続され、前記環状板（１４）の外壁は、前記ジャケット主弦材（４）の外壁と面一となり、前記ジャケット主弦材（４）の一端には、前記環状板（１４）の隣り合う隙間に適合する突起が保持されており、
２つの前記ジャケット主弦材（４）は、前記環状板（１４）を介して係接されたあと緊密に接続されることを特徴とする請求項６に記載の洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システム。
【請求項８】
前記圧力媒質内部エネルギー変換装置（１０）には制振装置が設けられており、前記ジャケット主弦材（４）と前記貯蔵管路（１３）の間には空隙が設けられており、かつ、前記空隙内に海水が充填され、
前記油圧システム（８）と前記膨張発電機システム（２）は、コンテナ内に設けられ、前記風力発電モジュール及び前記膨張発電機システム（２）から出力される電気エネルギーは、系統連系インバータ経由で出力されて、風力タービン内部のＡＣバスケーブルで統合され、
風力タービンタワー（１）が、プラットフォーム（３）に設けられ、前記プラットフォーム（３）の下方には前記プラットフォーム（３）を支持するための前記ジャケット主弦材（４）が設けられ、
前記ジャケット主弦材（４）にはジャケットブレース（５）が設けられており、
前記膨張発電機システム（２）は、膨張装置及び発電機を含み、前記一次圧力媒質はガス又は液体であり、二次圧力媒質はガスであり、
前記油圧システム（８）は、ピストンと、シリンダと、弁とを含み、揺動運動により前記ピストンが前記シリンダ内で圧力を発生し、前記一次圧力媒質に作用して、前記一次圧力媒質を送出することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システム。
【請求項９】
前記圧力媒質内部エネルギー変換装置（１０）は、油圧モータ及びエアコンプレッサを含み、
前記油圧モータは、油圧エネルギーを機械的運動に変換するために用いられ、機械的運動には回転運動が含まれ、前記エアコンプレッサは、力学的エネルギーをガスの内部エネルギーに変換するために用いられ、
前記機械的運動は、前記エアコンプレッサの機械構造を前記二次圧力媒質に作用させて、前記二次圧力媒質の内部エネルギーを増大させることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システム。
【請求項１０】
前記ジャケット主弦材（４）の内部空間は、二次圧力媒質を貯蔵するために用いられ、エネルギー貯蔵システムは圧力媒質貯蔵容器を含み、プラットフォーム（３）は、前記ジャケット主弦材（４）の天井部位置に、前記輸送管路（９）を前記貯蔵管路（１３）に接続するための主弦材天井部孔（１１）が設けられており、前記貯蔵管路（１３）は、前記ジャケット主弦材（４）の内部に配設されることを特徴とする請求項４、請求項５及び請求項７のいずれか１項に記載の洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、洋上風力発電の技術分野に関し、具体的には、洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システムに関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
洋上風力発電をベースに、「風力に波力を組み合わせる」総合エネルギー利用装置を開発することは、現在の複合エネルギー総合開発という技術的展望に即するものであり、エネルギーの強みの相互補完を実現し、大規模利用における技術的ボトルネックを打破し、工事の実証効果を強化するための措置となる。洋上の風力エネルギーと波エネルギーには、強い相互関係が存在する。洋上の風力エネルギー資源が豊富な地域では波エネルギー資源も比較的豊富なため、風力・波力併用発電はとりわけ恵まれた強みを有している。そのほか、風力・波力併用開発の過程では、洋上支持構造、送電装置及びパワーマネジメントの共有を実現可能である。設備投資の増大には極めて大きな制約があるため、「洋上の風力エネルギー＋波エネルギー」という相補的開発モデルを推し進めることは、我国における海洋資源の持続可能な発展を促進する上で重要な意味を持つ。また、波エネルギーは、ランダム性が高いため、直接出力される電気エネルギーは高い変動性を有する。よって、捕捉した波エネルギーについて、如何にして効率のよい貯蔵及び安定的な出力を実現するかが、波エネルギーの開発が直面している重要な技術的難題である。
【０００３】
新エネルギーを主体とする新型電力システムの発展ニーズに適応するために、全国的に洋上風力発電側でのエネルギー貯蔵を推進し、エネルギー貯蔵及び系統連系の基準を明確化することで、洋上風力発電における電力需給の問題を解決し、電力システムの安全・確実な運転レベルを向上させることが早急に求められている。よって、各省・市では、新エネルギー貯蔵の割合に関する政策や要求が続々と打ち出されている。
【０００４】
エネルギー貯蔵により波エネルギーを収集することで、波力発電の安定的な出力を実現可能となる。将来的には、これを洋上風力発電所の複数のタービン基礎に応用することで、一定規模で増大させた設備容量を実現可能となる。波力発電とエネルギー貯蔵との融合は、従来のエネルギー貯蔵に代えて、洋上風力発電のエネルギー貯蔵割合を補助し、洋上風力発電所投資の削減につながることが期待される。
【０００５】
特許文献１は、従来の洋上風力発電における系統連系ピーク調整の技術的課題を解決するために、圧縮空気エネルギー貯蔵による洋上風力発電システムを開示している。当該システムの波エネルギー収集モジュールは、ジャケット基礎に固定的に接続される。また、前記波エネルギー収集モジュールは、弾性変形可能な複数のエネルギー収集気嚢を含む。前記エネルギー収集気嚢は、空気注入管路を通じてエネルギー貯蔵ガスタンクと連通している。また、前記空気注入管路には、エネルギー収集気嚢内からエネルギー貯蔵ガスタンクへの空気の流動を許容する第１給気逆止弁が設けられている。しかし、この場合には、必要なエネルギー貯蔵ユニットや設備が多くなるほか、気嚢に貯蔵可能なエネルギーに限界がある。また、気嚢の膨張及び収縮によって、劣悪な環境では気嚢の寿命が短縮される。また、設備のメンテナンスに手間がかかり、エネルギー貯蔵コストが嵩むほか、エネルギー貯蔵及び変換の効率が低く、ロスが大きい。
【０００６】
特許文献２は、潮力、波力及び風力エネルギーを利用するエネルギー貯蔵総合発電システムを開示している。当該システムは、海水の水位の変化を利用して空気圧縮発電機を駆動することで、潮力エネルギーと波エネルギーの利用を実現している。しかし、貯蔵及び大量変換を如何にして行うかについて有効な技術手段を欠いているため、貯蔵コストの問題や、内部エネルギーが低すぎる場合に発電を起動できないとの点、或いは、変換エネルギーの貯蔵量の不足に起因して利用及び開発の最低要件を満たせなくなるとの点を解決することができない。
【０００７】
上記の従来技術では、洋上風力発電ジャケット基礎における波エネルギーの捕捉・貯蔵の有効利用及び開発を実現不可能であるとともに、波エネルギーを連続的又は段階的に変換し続けることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
中国特許出願公開第１１６１４６４２４Ａ号明細書
中国特許出願公開第１１０２０６６７９Ａ号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上に鑑みて、従来技術の課題に対し、本発明の目的は、分散型のエネルギー貯蔵を実現し、貯蔵設備及び空間を節約する洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システムを提供することである。当該システムは、波エネルギーを捕捉し、力学的エネルギーを媒質の内部エネルギーに変換してから、媒質の内部エネルギーを力学的エネルギーに変換し、その後、力学的エネルギーを再びガス媒質の内部エネルギーに変換する。また、力学的エネルギーを電気エネルギーに直接変換することも可能である。力学的エネルギーをガス媒質の内部エネルギーに変換した後は、当該部分のガス媒質を貯蔵することが可能である。また、発電のための力学的エネルギーが不足している場合には、ガス媒質を供給し続けてエネルギー貯蔵を行い、エネルギー貯蔵後に再び発電することも可能である。このような段階的なエネルギー貯蔵及び放出・変換によって利用率が向上する。また、分散型の貯蔵によって、洋上風力発電ジャケット基礎をガス媒質の貯蔵のために十分に活用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的及び関連するその他の目的を実現するために、本発明は、洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システムを提供する。当該洋上風力発電ジャケット基礎の波エネルギー捕捉・貯蔵システムは、風力発電モジュール及び風力発電ジャケット基礎を含むとともに、波エネルギー取得システムと、油圧システムと、エネルギー貯蔵システムと、圧力媒質内部エネルギー変換装置と、膨張発電機システムとを含む。前記波エネルギー取得システムは、エネルギー取得フロート及び揺動ロッドを含む。前記エネルギー取得フロートは、水面に浮遊するとともに、自重、浮力及び波力の作用で前記揺動ロッドを上下に揺動させる。前記揺動ロッドは、前記油圧システムに接続される。前記油圧システムは、圧力媒質貯蔵容器及び揺動媒質圧縮機構を含んでいる。揺動する前記揺動ロッドは、前記油圧システムに作用して、前記油圧システムの揺動媒質圧縮機構を駆動する。前記油圧システムは、前記揺動ロッドの揺動の力学的エネルギーを一次圧力媒質の内部エネルギーに変換するために用いられる。前記油圧システムの揺動媒質圧縮機構は、一次圧力媒質を送出して、圧力媒質貯蔵容器又は／及び輸送管路に供給する。前記輸送管路には、圧力媒質内部エネルギー変換装置が接続されている。前記圧力媒質内部エネルギー変換装置は、一次圧力媒質の内部エネルギーを力学的エネルギーに変換した後、力学的エネルギーを二次圧力媒質の内部エネルギーに変換する。前記圧力媒質内部エネルギー変換装置は、前記二次圧力媒質を送出して、前記貯蔵管路又は／及び前記膨張発電機システムに供給する。前記貯蔵管路は、二次圧力媒質を貯蔵するために用いられる。前記貯蔵管路の送出端は、前記膨張発電機システムに接続される。前記膨張発電機システムは、前記二次圧力媒質の内部エネルギーを力学的エネルギーに変換するために用いられる。前記膨張発電機システムは、取得した力学的エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する。
（【００１１】以降は省略されています）

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