通过船舶的能源输送系统及能源输送方法

技术领域

本发明主要涉及一种通过船舶而在海路进行陆上的设备间的能源输送的系统及方法。

背景技术

以往，例如在海上风力发电系统中是将输电缆线铺设于海底或海中，通过此海底的输电缆线，将由海上的发电装置所发电的电力输送至陆上的电力系统。例如，专利文献1中公开了一种配线系统，其为了不受海底的地形影响地铺设输电线，而将输电线在漂浮的状态下设置于多个海上的发电设备之间。并且，专利文献2中公开了一种电力输送网系统，其为了将在海上所发电的电力稳定地供给至全国，设置以包围陆地的方式连接海上的发电设备间的环状的电力输送网，并设置由此海上的输送网往陆地的输电线。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-093902号公报

专利文献2：日本特开2014-158363号公报

发明内容

发明所欲解决的课题

另外，已知的系统是为了将以例如海上的发电设备所发电的电力往陆上的收受设备输电而将输电缆线设置于海底或海中，并通过此输电缆线输送电力。然而，此种已知的系统除了输电缆线的设置或维护要耗费时间与成本以外，还有如以下般的各种课题。

例如，要在海中设置输电缆线，为了例如需要用于从国家或自治体得到许可的手续，或者其设置工程需要时间，直到发电设备的运作开始会耗费很多时间。

并且，在海中设置了输电缆线的情形中，有对海中或海底的自然环境造成影响的疑虑，必须充分注意其设置，也有依据环境条件而无法设置输电缆线的情形。

并且，因输电缆线固定在海底或海中，故在利用此输电缆线的情形中，电力的输电对象不存在选项。例如，在从海上的发电设备通过输电缆线输电至陆上的收受设备的情形中，总是只可直接输电至固定的收受设备。因此，要从发电设备往任意的地方输电总是必须经由陆上的电力系统，有输电效率差的问题。

于是，本发明的主要目的在于提供不通过海底的输电缆线等供给线而将电力等能源资源往任意的收受设备有效率地输送的方案。

解决课题的技术方案

本发明的发明人针对解决现有技术的课题的方案专心致志研究，结果得到如下见解：通过船舶在海路进行从供给设备至收受设备的能源输送，由此可解决使用输电缆线等的能源输送方法所具有的各种问题。而且，本案发明人想到若基于上述见解则可解决现有技术的课题而完成了本发明。若具体地说明，则本发明具有以下的构成或步骤。

本发明的第一方式是关于能源输送系统。本发明的系统基本上包括：输送船，其具备能源资源的保持机构；供给设备，其配置于此输送船外，将能源资源供给至输送船的保持机构；以及收受设备，其配置于此输送船外，从输送船的保持机构接受能源资源的供给。

本发明中的“能源资源”是除了电力以外，还包括与电力具有互换性的能源资源。例如，能源资源除了电力以外，还可包括氢、热、位能、动能等具有与电力的互换性、可保持一定期间在能现实运用的效率的能源资源。此外，从供给设备供给至输送船的能源资源与从输送船供给至收受设备的能源资源不一定要相同种类。例如，也可将氢从供给设备供给至输送船，在输送船从氢产生电力，将电力从输送船供给至收受设备。“供给设备”为可将能源资源往输送船供给的设备。例如，在能源资源为电力的情形中，与公共的电力系统连接且具有将电力往输送船供给的功能的变电装置等，相当于在此所谓的供给设备。“收受设备”为可从输送船接受能源资源的设备，陆上的设施以外，还包括由从输送船供给的能源资源驱动的船舶、车辆、列车或航空器等。例如，在能源资源为电力的情形中，将从输送船接受到供给的电力往公共的电力系统输电的变电装置等，相当于在此所谓的收受设备。此外，输送船可为通过缆线而从发电设备接受能源资源的供给的船，也可为通过缆线而将能源资源供给至收受设备的船。此情形下，输送船优选进一步具备用于悬挂并保持缆线的机械臂。

如上述构成，通过输送船在海路进行从供给设备至收受设备的能源输送，由此有例如如以下般的优点。

首先，根据本发明，因不需要如以往般将输电缆线铺设于供给设备至收受设备之间，故可抑制用于开始所述设备之间的输电的初期投资。

并且，因本发明中也不需海底的输电缆线，故可将对海中或海底的自然环境的影响抑制在最低限度。

并且，因本发明中不是通过输电缆线，而是通过输送船输送能源资源，故可自由地选择来自供给设备的能源的输送对象。例如，能将能源资源直接输送至电力需求高的地区、商业设备、医院或公共设备等。

并且，因本发明中能源资源的保持机构装配于输送船，故可一定程度自由地选择售电对象的时间点。例如通过在电力需求高的时间带使输送船航行至电力需求高的地区，而可提高能源资源的贩售单价。

在本发明的能源输送系统中，输送船的保持机构可为蓄电池(二次电池)。此情形下，在发电设备所得到的电力是因应需要进行变电(电压转换和/或直流与交流的相互转换)之后，直接供给至输送船。“蓄电池”除了将电力能源转换成化学能源而保存的液体电池或全固体电池以外，还包括将电力能源转换成旋转运动等物理性能源而保存的飞轮型电池等机械式电池。相较于液体电池等，机械式电池因能源的保存方法并非化学反应，故火灾或爆炸等风险少，且有其寿命相较于普通的锂电池更长的优点。

在本发明的能源输送系统中，输送船的保持机构可为氢气槽。此情形下，使用在发电设备所得到的电力并通过水电解装置等生成氢气，将所得到的氢气供给至输送船的氢气槽。并且，将氢气从输送船往收受设备供给，在收受设备使用氢气通过燃料电池等进行发电。此外，水电解装置可设置于发电设备，也可设置于供给设备，也可设置于输送船。并且，燃料电池可设置于收受设备，也可设置于输送船。

本发明的能源输送系统中进一步具备发电设备，其将能源资源供给至供给设备。从发电设备往供给设备的输电是例如通过已知的电力系统进行。作为“发电设备”，可采用通过风力发电、太阳光发电、潮汐发电、地热发电、水力发电、生物质发电、火力发电及核能发电等已知的方法进行发电的设备。此外，在发电设备中包括例如发电装置、变电装置、输电装置、蓄电装置或能源资源的转换装置等、为了将能源资源供给至输送船所需的各种装置。

本发明的能源输送系统中，供给设备及收受设备也可设置于离岛或沿岸等陆上。例如，将以陆上的发电设备所发电的电力通过公共的电力系统输电至设置于沿岸的供给设备，从此供给设备将电力供给至输送船。然后，输送船在海路将电力往设置于沿岸的收受设备输送。如此一来，则可通过输送船将电力从陆上的供给设备输送至收受设备。

本发明的第二方式是关于能源输送方法。在本发明的输送方法中，通过具备能源资源的保持机构的输送船，将能源资源从输送船外的供给设备往输送船外的收受设备输送。例如，本发明的输送方法包括：将能源资源从供给设备往输送船供给的步骤；通过输送船输送能源资源的步骤；以及从输送船往收受设备进行能源资源的供给的步骤。

发明效果

根据本发明，可不通过输电缆线等供给线而将电力等能源资源往任意的收受设备有效率地输送。

附图说明

[图1]图1是举电力输送为例，表示本发明的能源输送系统的概要。

[图2]图2是表示输送船的主要的构成要素的例子的方块图。

[图3]图3示意性地表示从陆上的供给设备往输送船的充电方法的例子。

[图4]图4(a)示意性地表示从输送船往陆上的收受设备的放电方法的例子。图4(b)示意性地表示从输送船往其他船舶的放电方法的例子。

[图5]图5示意性地表示从输送船卸除收容箱的方法的例子。

[图6]图6表示输电方案的一例。

[图7]图7是表示能源输送系统的应用例的方块图。特别是图7表示通过输送船输送氢代替电力或合并使用的方法。

具体实施方式

以下，使用附图说明本发明的实施方式。本发明不受限于以下说明的方式，也包括本发明技术领域的技术人员从以下的方式在显而易见的范围内进行适当变更的方式。

图1表示本发明的能源输送系统及能源输送系统的一实施方式。在图1所示的实施方式的能源输送系统100中，是通过输送船10在海路进行从沿岸供给设备20至其他的沿岸的收受设备30的电力输送。首先，参照图1说明本发明的概要。

如图1所示，从公共的电力系统200往设置于沿岸的供给设备20进行输电。供给设备20例如具备变电装置21与输电缆线32。在供给设备20中，通过输电缆线32将变电装置21与电力系统200连接。变电装置21例如将从电力系统200接受到的电力从交流转换成直流。并且，若输送船10到达供给设备20附近，则直流的电力会通过充电用的缆线从变电装置21往输送船10所具备的蓄电池(能源资源的保持机构)供给。如此，往输送船10供给电力优选为在海上通过缆线而进行。并且，结束蓄电池的充电的输送船10在海路朝向预定的收受设备30航行。收受设备30例如具备变电装置31及输电缆线32。若输送船10到达收受设备30附近，则由蓄电池所保持的直流的电力会通过放电用的缆线而往变电装置31供给。在变电装置31将电力从直流转换成交流，并往包括变电所等的公共的电力系统200输电。

如此一来，在本发明中，基本上是通过具备蓄电池的输送船10，从陆上的供给设备20往其他的陆上的收受设备30、从而往电力系统(输电网)进行电力能源的输送。虽取决于输送船10的动力源，但即使是例如将电力作为动力源的马达式的输送船10，也可在无须充电下于海上航行300～500km左右。因此，从供给设备20至收受设备30的距离是能分离300～500km左右。

图2表示输送船10的主要的构成要素。特别是在本实施方式中，输送船10为将电力作为动力源的马达式的船。但是，输送船10也可为将化石燃料作为动力源的内燃机式的船，也可为马达与内燃机合并使用的混合式的船。再者，输送船10也可为将氢作为动力源的船。例如，在将氢利用作为动力源的情形中，输送船10可为通过由燃料电池所发电的电力驱动马达的燃料电池式的船，也可为通过使氢在内燃机燃烧而得到动力的氢引擎式的船。

如图2所示，输送船10具备收容箱10a及船体10b。收容箱10a构成为能相对于船体10b装卸。并且，船体10b构成为即使在已卸除收容箱10a的状态下也可独自航行。

收容箱10a为用于保持能源资源(具体而言为电力)的要素，所述能源资源成为从供给设备20输送至收受设备30的对象。因积蓄于收容箱10a的电力的目的在于从供给设备20输送至收受设备30，故其输送期间基本上不会被消费作为输送船10或其船内的机器的动力源而保持原样。但是，如后述，在紧急时等，也可利用蓄电于收容箱10a内的电力作为输送船10的动力源等。

收容箱10a包括充放电口11、多个电池组12及电池控制装置13。充放电口11为用于对各电池组12进行充电及放电的接口，并可将充放电缆线40(参照图3)插入。电池组12为装配于收容箱10a内的蓄电池。因应电池组12的装配数，可调整输送船10的能蓄电于收容箱10a的电力容量。例如虽也取决于输送船10的大小，但收容箱10a可确保200～6000MWh的电力容量。电池控制装置13是与各电池组12连接，且为用于控制往各电池组12的电力的充电量/放电量或充电速度/放电速度的控制电路。电池控制装置13在电路基板上装配有CPU、存储有控制程序的存储器、与外部服务器装置的通信机器及用于侦测电池组12的充电状态等的传感器机器等。

此外，在本实施方式中，虽构成为收容箱10a可从船体10b装卸，但也可进一步构成为各电池组12可从收容箱10a装卸。另一方面，在各电池组12能相对于收容箱10a装卸的情形中，收容箱10a本身也可做成不能装卸地固定于船体10b。再者，在本实施方式中，虽电池控制装置13装配于收容箱10a内，但也可将电池控制装置13装配于船体10b侧来取代此种构成。

输送船10的船体10b基本上具有与将电力作为动力源的马达式的一般性船舶同样的构成。亦即，船体10b具备驱动用电池14、逆变器15及马达16。驱动用电池14保持被消费作为输送船10或内部机器的动力源的电力。逆变器15控制或转换从驱动用电池14输出的电力而供给至马达16。马达16将从逆变器15接受到的电力转换成动力。例如，马达16通过未图示的轴使螺旋桨旋转，由此得到输送船10的推进力。

如此船体10b因具有有别于储藏输送用的电力的电池组12的驱动用电池14，故能在不消费电池组12内的电力下而航行。但是，在本实施方式中，驱动用电池14是通过电池控制装置13与电池组12电性连接。因此，在紧急时等，可将电池组12内的电力供给至驱动用电池14。其结果，输送船10也能将电池组12内的电力作为动力源而航行。

并且，虽省略图示，但输送船10也可为输送氢来取代电力作为能源资源的船。此情形下，只要将氢气槽装配于收容箱10a内来取代电池组12即可。并且，输送船10也可为将氢作为动力源而航行的船。此情形下，只要将燃料电池装配于船体10b内来取代驱动用电池14即可。此外，也可通过将电力作为动力源的输送船10来输送氢，也可通过将氢作为动力源的输送船10来输送电力。

图3示意性地表示将电力从沿岸的供给设备20往输送船10的电池组12供给的方法。从供给设备20往输送船10的电力供给基本上是在输送船10停留于海上的状态下通过充放电缆线40进行。在接受电力供给时，输送船10可降下锚并停泊于供给设备20的附近，也可不降下锚而是通过控制马达或螺旋桨而停留于供给设备20的附近。此外，充放电缆线40可配备于输送船10，也可配备于供给设备20。并且，从供给设备20往输送船10的电力供给，基本上是以供给作为输送至收受设备30的能源资源的电力(积蓄于电池组12的电力)为目的而进行。此外，虽能从供给设备20对输送船10供给作为被输送船10消费的动力源的电力(积蓄于驱动用电池14的电力)，但终究这并非主要目的。

在图3(a)所示的方式中，输送船10具备用于悬挂并握持充放电缆线40的机械臂50。通过由机械臂50握持充放电缆线40，而可在不使充放电缆线40贴附海面下进行往输送船10的充电。

并且，机械臂50优选为具备稳定器机构，其用于将充放电缆线40的握持部位的空间位置(水平位置及垂直位置)维持固定。稳定器机构可为机械性地维持握持部位的空间位置的机构。并且，稳定器机构也可为以基于来自加速度传感器及陀螺仪传感器等传感器机器的检测信息而维持握持部位的空间位置的方式，电子地进行控制的机构。往输送船10的电力供给在海上进行，容易受波浪或潮流的影响。因此，通过将稳定器机构装配于输送船10的机械臂50，而可对于充放电缆线40不慎从充放电口脱落，或者充放电缆线40产生故障或断线防患于未然。此外，虽省略图示，但在未将机械臂50装配于输送船10，而是使充放电缆线40漂浮于海面的状态下，也能将电力从供给设备供给至输送船10。

图4示意性地表示将电力从输送船10往沿岸的收受设备30供给的方式。从输送船10往收受设备30的电力供给，优选为基本上也在输送船10停留在海上的状态下通过充放电缆线40进行。但是，在将电力往陆上的收受设备30供给的情形中，在收受设备30附近有港口时也可使输送船10停泊于此港口。

在图4(a)所示的方式中，陆上的收受设备30包括变电装置31。积蓄于输送船10的电池组12的电力是通过被机械臂50握持的充放电缆线40而往变电装置31供给。因电池组12积蓄直流的电力，故变电装置31将直流的电力转换成交流之后，经由输电缆线32将交流的电力往电力系统200输电。此外，虽省略图示，但在未将机械臂50装配于输送船10，而是使充放电缆线40漂浮于海面的状态下，也能将电力从输送船10供给至变电装置31。

在图4(b)所示的例子中，是在海上从输送船10往其他船舶34进行电力供给。船舶34的例子为将电力作为动力源而航行的马达式的船舶。此情形下，可通过将电力从装配于输送船10的电池组12供给至船舶34，船舶34在海上对驱动用电池进行充电。如此，来自输送船10的能源资源的供给对象不限于陆上的收受设备30，也可为需要电力等能源资源的海上的船舶34。

并且，虽省略图示，但来自输送船10的能源资源的供给对象(收受设备)也可为陆上的汽车(EV或FCV)，也能将能源资源直接供给至商业设施、医院、住宅或公共运输机关等各种场所。如此，在本发明中，能自由地选择输送船10的能源资源的输送对象。

图5表示从输送船10卸除收容箱10a并个别配送的方法。如前述，输送船10构成为可从船体10b将储存电池组12的收容箱10a卸除。因此，例如，如图5所示，使输送船10停泊于港口后，可通过起重机310从船体10b卸除收容箱10a，而将其收容箱10a装载于拖车320。由此，可将大容量的收容箱10a往各种地区或场所个别配送。例如能将能源资源(电力)自由地配送至未设置输电线的地方、山林或工程现场等。此外，收容箱10a的配送工具不限于拖车320，也可利用列车等其他陆上输送工具、直升机或飞机等航空输送工具或货物船等海上输送工具。并且，也能将收容箱10a卸下于港口，原封不动地保存作为预备电源。

图6表示本发明中假设的电力输送方案。将以发电设备60所发电的交流的电力经由电力系统200输送至供给设备20。在供给设备20中，于变电装21将交流的电力转换成直流。并且，那时变电装置21会将电力转换成200kV～500kV左右的高电压的直流电力(HVDC)。然后，将此高压直流电力从变电装置21供给至输送船10。如此，可通过将经高电压化的直流电力对输送船10的电池组充电，而抑制输送期间的电力损失。

并且，从输送船10往收受设备30的电力供给也通过高压直流电力来进行。因此，在收受设备30侧也必须预先设置高压直流电力用的集电盘33及变电装置31。由输送船10的电池组所保持的电力系通过集电盘33而往变电装置31供给。变电装置31将高压直流电力转换成100V～250V左右的符合各地区的基准的交流电力后，通过输电缆线32往电力系统200输电。

接着，参照图7，针对前述的本发明的实施方式的应用例进行说明。如图7所示，本发明的能源输送系统100包括发电设备60。发电设备60包括发电装置61及变电装置62。作为发电装置61，能采用利用风力发电装置61a、太阳光发电装置61b、潮汐发电装置61c、地热发电装置61d、水力发电装置61e或生物质发电装置61f等可再生能源的发电方法。并且，此外也可利用火力发电装置或核能发电装置作为发电装置61。在发电设备60中，可将从此等发电装置61a～61f等中选择的一种利用于发电，也可组合多种类的发电装置而利用于发电。此外，因各发电装置已为已知，故针对各发电装置的详细的构成则省略说明。将以发电装置61所发电的电力通过变电装置62往公共的电力系统200供给。

并且，在前述的实施方式中，是利用电力作为输送用的能源资源。亦即，供给装置20将从电力系统200取得的电力供给至输送船10。输送船10像这样将电力充电至电池组12，并在海路输送电力。因此，如图7的上部所示的输送系统，在供给设备20中，通过变电装置21将电力从交流转换成直流之后，对输送船10的电池组12进行充电，并且也在收受设备30中，通过变电装置31将从电池组12供给的电力从直流转换成交流后，往电力系统200输电。

另一方面，在图7的应用例中，也可利用氢作为输送用的能源资源。此情形下，在供给设备20中，将从电力系统200取得的电力供给至水电解装置23。水电解装置23利用电力将水电解并使高纯度的氢气产生。由水电解装置23所生成的氢气是通过氢气用的供给喷嘴(供给线)而供给至停泊或停留于海上的输送船10。输送船10具备氢气槽17，从水电解装置23供给的氢气系储留于此氢气槽17。此外，氢气的供给线优选为仿照图3所示的例子，通过输送船10的机械臂50保持。

若完成往氢气槽17的充填，则输送船10朝向收受设备30航行。在将氢利用作为输送用的能源资源的情形中，收受设备30设有燃料电池35。从输送船10的氢气槽17通过供给喷嘴(供给线)将氢气供给至此燃料电池35。燃料电池35通过使从输送船10接受到供给的氢与空气中的氧产生化学反应而发电。由燃料电池35所得到的电力因应需要而进行变电之后，往电力系统200输电。如此，通过由输送船10输送氢，而可将在供给设备20所得到的能源资源往收受设备30送达。

本发明的能源输送系统100可包括图7所示的电力的输送系统(上部)及氢的输送系统(下部)中的任一者，也可包括此等输送系统的两者。亦即，可因应需要选择并执行电力的输送与氢的输送。

以上，在本申请说明书中为了表达本发明的内容，是一边参照附图一边进行本发明的实施方式的说明。但是，本发明并不受限于上述实施方式，也包括本发明技术领域的技术人员基于本申请说明书所记载的事项而显而易知的变更方式或改良方式。

工业实用性

本发明是关于能源输送系统及能源输送方法。例如，本发明优选地可利用于发电事业及输电事业。

【符号说明】

10：输送船

10a：收容箱

10b：船体

11：充放电口

12：电池组

13：电池控制装置

14：驱动用电池

15：逆变器

16：马达

17：氢气槽

20：供给设备

21：变电装置

22：输电缆线

23：水电解装置

30：收受设备

31：变电装置

32：输电缆线

33：集电盘

34：船舶

35：燃料电池

40：充放电缆线

50：机械臂

60：发电设备

61：发电装置

62：变电装置

100：能源输送系统

200：电力系统

310：起重机

320：拖车