(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水域に対して浮遊する風力タービンを動かす方法であって、該浮遊する風力タービンは使用時に水域内に浮くように構成され、該浮遊する風力タービンは上端部にエンジン室を有して支持構造を形成する浮力のある本体を有し、
水域内で浮遊する風力タービンを浮遊させる工程と、
浮遊する本体を傾斜位置に保持しつつ、浮遊する風力タービンを曳航し、それによってエンジン室は水が無い状態に維持される工程を備え、
前記支持構造は支持構造低部を含み、
浮遊部材がラインによって前記支持構造低部に取り付けられ、該支持構造低部に上向きの力を及ぼして、前記浮遊する風力タービンを前記傾斜位置に保持する、方法。
【請求項２】
前記エンジン室に風力タービンジェネレータが設けられ、前記浮遊部材は前記支持構造低部に取り付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記浮遊部材又は支持部材内にラインを巻く工程、又は前記浮遊部材又は支持部材からラインを巻き出す工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
更に、システムに水平又は略水平な力を加える工程を含む、請求項１乃至３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
水平又は略水平な力は、タグ又は陸上に固定されたワイヤを備えたウィンチにて加えられる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
更に、前記浮遊部材によって与えられる浮力を調整して、システムを静的な均衡に維持する工程を具えた、請求項１乃至５の何れかに記載の方法。
【請求項７】
前記浮力は、前記浮遊部材にバラストを加え又は浮遊部材からバラストを除去することにより、調整される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
浮遊する風力タービン及び浮遊部材を備え、該浮遊する風力タービンは、使用時に水域内に浮くように構成されて、支持構造を形成する浮力のある本体及び風力タービンジェネレータを備え、該浮遊部材は浮遊する風力タービンが水域内を曳航される間に、前記浮力のある本体が傾斜位置に維持されるように構成され、
前記支持構造は支持構造低部を含み、
前記浮遊部材はラインによって前記支持構造低部に取り付けられ、該支持構造低部に上向きの力を及ぼして、前記浮遊する風力タービンを前記傾斜位置に保持するように構成された浮遊する風力タービンシステム。
【請求項９】
更に、重しを具え、該重しは前記支持構造に取り付けられた、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記支持構造は、タワーを備える、請求項８又は９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記重しは、タワーに取り付けられた、請求項９又は請求項９に従属した１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記重しは、水線に接近してタワーに取り付けられた、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記浮遊部材は浮遊タンクである、請求項８乃至１２の何れかに記載のシステム。
【請求項１４】
ラインは、浮遊部材又は支持構造内に巻き取られ、又は浮遊部材又は支持部材から巻き出されるように構成された、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
更に、支持構造の片側を浮遊部材からのラインに接続し、ラインのY字構成を形成して、ラインを支持構造に取り付けるように構成された２つのラインを備える、請求項１３又は１４に記載のシステム。
【請求項１６】
システムの振動の自然周期は、５秒から２０秒の範囲の外側である、請求項８乃至１５の何れかに記載のシステム。
【請求項１７】
システムの振動の自然周期は、２０秒より長い、請求項８乃至１６の何れかに記載のシステム。
【請求項１８】
システムの振動の自然周期は、５秒未満である、請求項８乃至１６の何れかに記載のシステム。
【請求項１９】
システムの重力中心から、支持構造の水線までの距離は、システムの重力中心から浮遊タンクの取付け地点までの距離に略等しい、請求項８乃至１８の何れかに記載のシステム。
【請求項２０】
システムの重力中心は、システムの浮力中心に接近して位置する、請求項８乃至１９の何れかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊する風力タービンの分野、特に沖合で浮遊する風力タービンを動かす方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここで用いられるように、用語「浮遊する風力タービン」は使用時に水域に浮かぶように構成された種類の風力タービン構造を意味する。従来の浮遊する風力タービンは、上端部にエンジン室を有する浮力の有る本体を備え、エンジン室は発電機及び他の要素及びロータを含む。本体は一般的に長く、形状が略円筒形である。
沖合で浮遊する風力タービンは、非常に大きな構造であり、本体は一般に長さが100-200メータであり、ロータのブレードは長さが40-70メータの範囲である。風力タービンは陸上又は保護水域内で組み立てられ、沖にて所望の位置に動かすことは重大な難問である。
【０００３】
１つのアプローチは、用いられる同じ位置にて略垂直に風力タービンを浮かせつつ、風力タービンを、水を通って設置箇所から外へ曳航することである。これにより、発電機の構成要素を損傷させる水浸しにされる又は濡らされることが防止される。
この方法に関し、風力タービンの設置箇所及び該設置箇所への考えられるルートの選択は、従って、風力タービンが通らなければならない水深によって制限される。領域内の水深が余りに浅いと、浮かぶ風力タービンはその領域を通って曳航できず、幾つかの設置箇所に到着できず、又は間接的により長いルートを通ってのみ到着可能である。
【０００４】
他の例として、略水平位置内で風力タービンを輸送する方法が知られている。しかし、これらの方法は、細心の注意が必要なロータ及び発電機の構成要素を水から離すことを保つべく、風力タービンが支持される大きな船舶が必要である。例えば、イギリス特許第2423108号はソケットを基本として用いて、沖合の風力タービンなどの取付け構造を開示している。取付け構造は、略水平な(傾いた)位置内にて他の船に乗ったソケットに輸送される。他の例として、イギリス特許第2344843号は沖合の発電装置用の重力による取付け装置を開示する。発電装置は略水平な(傾いた)位置内の取付け箇所に曳航されて、再び他の船に乗る。そのような船を使用すると、風力タービンを輸送するコストが増大し、船のサイズによりルート又は取付け箇所の選択が制限されることが判るだろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、水域に対して浮かぶ風力タービンを動かす方法が提供され、該浮かぶ風力タービンは上端部にエンジン室を有する浮力の有る本体を備え、方法は、水域内で浮かぶ風力タービンを浮かせ、浮力の有る本体を傾けた位置に保持しつつ、浮かぶ風力タービンを曳航し、それによってエンジン室は水が無い(clear)状態を維持する。
このようにして、発明者らはエンジン室内の細心の注意が必要な構成要素に水が無い状態を保ちつつ、喫水(draught)が著しく減少するような方法で、浮かぶ風力タービンを運搬しながら風力タービンを浮かせることが可能であることが判った。該方法は使用前に従来の垂直な構成と置換される。このようにして、風力タービンは垂直位置で曳航されても、浅い水域を通ることができ、それによって、設置箇所が多数に増加する。同時に、風力タービン全体を運搬するのに十分大きな船を用いる必要は避けられる。
【０００６】
水面に対する傾き角は、喫水を有効に減じるのに重要である。(水面からの)正確な傾き角は環境によって変化し、それは２０°から６０°の範囲である。通常はタービンに水が無い状態を保ちつつ、喫水を有効に減じるには３０°から５０°が適切である。これらの角度は平均的な角度を表す。波及び風の影響により、平均値周辺である程度の幅があることは明白である。
風力タービン本体は、風力タービンの支持構造を形成する。支持構造は一般的に、取り付けられた際に殆どが沈む支持構造低部と、取り付けられた際に水線より上方にあるタワーを備える。
【０００７】
本発明において、浮かぶ風力タービンを傾斜位置に位置決めすべく、浮遊部材が支持構造低部に取り付けられる。浮遊部材が支持構造低部に上向きの力を与えることにより、風力タービンシステムが傾斜位置に位置決めされ、保持されることが可能になる。浮力部材は、例えば浮力タンクのようなあらゆる適切な浮力構造である。風力タービンが取付箇所に到達すると、浮力部材は取り外されて、風力タービンは動作に適した略垂直位置であると想定される。従って、浮遊部材は取り外し可能であるが、例えば浸水されることにより、所定位置を保ち、バラストで安定するのが好ましい。
浮かぶ風力タービンが傾いている間、風力タービンが静的均衡を保つように、浮遊部材からの力は調整され得る。該力は例えば水で浮遊部材をバラストすることにより、調整され得る。
【０００８】
浮遊部材に加えて又は浮遊部材に代えて、重しがタワーに取り付けられて、タワーに下向きの力を加えることにより、風力タービンシステムを所望の傾斜位置に位置決めし且つ保持することができる。重しが取り付けられるならば、水線の直ぐ上でタワーに取り付けられて、過大であれば構造の損傷に繋がる支持構造に与えられる曲げモーメントを最小にするのが好ましい。しかし、そのような重しが加えられず、風力タービンジェネレータを損傷させるリスクがある風力タービンシステムが沈みすぎることを避けるのが最も好ましい。重しが加えられたならば、浮遊部材に関して上記に説明した理由から、重しが取り外し可能であるのが好ましい。
浮遊部材は例えば、ワイヤ、チェーン又はケーブルであるラインによって支持構造に取り付けられ得る。風力タービンを垂直位置から傾斜位置に動かすために、例えばラインを浮遊部材又は支持構造内に巻き上げることにより、ラインの長さは短くされる。
【０００９】
更に、一対の(即ち、一組の)略水平な力がシステムに加えられて、風力タービンの復元モーメントに打ち勝ちつつ、風力タービンは中間傾斜角度に位置決めされる。そのような殆ど水平な力が例えば、タグ又は(海岸に近い場合)陸上に固定されたワイヤを有するウィンチによって加えられる。この記載において、「殆ど水平な力」は、垂直要素よりもかなり大きな水平要素に対する力を意味する。
以前に記載したように、風力タービンジェネレータは一般にエンジン室とロータを備える。これらの要素の重力の結合した中心は、支持構造の長軸から略離れている。重力の中心と支持構造の浮力は、支持構造の長軸に接近して位置しているから、傾いた風力タービンは均衡が不安定であり、支持構造の長軸の周りを回転しがちである。風力タービンジェネレータを水の外に保ち、損傷を避けることは重要であるから、これは問題である。
【００１０】
この問題を解決すべく、ラインの「カラスの足(crow foot)」又は「馬勒(bridle)」構成が用いられて、ラインを浮遊部材から支持構造に取り付ける。これは２つのラインで形成され、例えば或る長さのワイヤ又はケーブルであり、支持構造の片側を浮遊部材からのラインに接続し、ラインのＹ字構成を形成する。これは、システムの支持構造の長軸周りの回転を安定させることを確実にするのに役立つ。
風力タービンシステムを曳航中に、波はシステムを励起し、振動させる。システムのあらゆる励起を最小化し又は除去し、ジェネレータへの水による損傷を防ぐのが望ましい。
最も活発な波は、約５秒から２０秒の周期を一般に有する。従って、うねり(殆ど単なるシステムの垂直変位)故のシステムの励起を減じ又は除去すべく、傾斜したシステムの振動の自然周期は、約５秒から２０秒の範囲の外にある、即ち、最も活発な波の周期に等しくないのが好ましい。システムの自然周期は２０秒以上であるのが好ましい。しかし、幾つかの場合において、自然周期が実際に選択されるには、システムの剛性が大きすぎるような場合は、システムの幾つかの自然周期は５秒未満であり得る。
【００１１】
システムのそのような自然周期を達成し、うねりとピッチ動作間の動的な相互作用を最小化するために、重力中心から支持構造周りの水線までの距離は、重力中心から浮力タンクの取付け地点までの距離に略等しいのが理想的である。
ピッチによるシステムの励起(重力中心周りのシステムの回転)を減じ又は除去すべく、システムの浮力の中心は、重力中心に近いのが理想的である。
このようにして、本発明は広い意味にて、傾き位置にある浮遊する風力タービンの供給に関し、それによって、風力タービンは水域を通って曳航され、使用されるのが垂直形状である場合よりも喫水が低く、その一方、エンジン室は水が無い状態を維持する。
【００１２】
本発明はまた、１又は２以上の浮き及び付随的に１又は２以上の重しを付与することにより、そのような構成で浮遊する風力タービンまで拡張され、及びそのような構成で保持されるのに適したものにまで拡張される。更に、本発明は沖合で浮遊する風力タービンを取り付ける方法にまで拡張され、該方法は沖合で浮かぶ風力タービンを組み立てる工程と、該風力タービンを以前に記載した方法に従って、取付け箇所にまで輸送する工程と、浮かぶ風力タービンをその垂直形状に設置し、取り付ける工程とを備える。最終工程は、該構造を海底に繋ぎ又は係留する工程を略備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の好ましい実施例が、例示によってのみ、且つ以下の図面を参照して、記載される。
【図１】傾き位置における、浮かぶ風力タービンの好ましい実施例に作用する力を示す。
【図２】浮遊部材が取り付けられた浮かぶ風力タービンの好ましい実施例に作用する力を示す。
【図３】浮遊部材が取り付けられた浮かぶ風力タービンの好ましい実施例に作用する力、及びシステムに加えられる殆ど水平な力を示す。
【図４】タワーの垂直断面の長手方向におけるシステムの重力中心の箇所を示す。
【図５】図４に示す面と直交する面内において、タワーを通る他の垂直断面であり、タワーに取り付けられたカラスの足装置を備えている。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、傾斜位置における、浮遊する風力タービン(以降、「風力タービン」と称する)の好ましい実施例に作用する力を示す。風力タービン(１)は支持構造(２)と、風力タービンジェネレータ(３)を備える。支持構造(２)は支持構造低部(４)とタワー(５)を備える。風力タービンジェネレータ(３)は、エンジン室(10)とロータ(11)を備える。ＦＧは風力タービン(１)の重みである。ＦＢは風力タービン(１)の浮力である。
風力タービン(１)を傾斜位置に維持するために、上向きの力Ｆ１が必要である。図１に示すように、Ｆ１は風力タービン(１)の重力中心の下方にある支持構造低部(４)上の位置から作用する。浮力の中心の周りに作用する下向きの力Ｆ２もまた、風力タービン(１)に加えられる。
風力タービン(１)の傾いて浮いた位置は安定的であるべきである。これには、支持構造(２)の長軸を通った垂直面内における力及びモーメントの安定した均衡が必要である。図１に示す力を考えると、これは、
【数１】
0005468072.tif 000002
及び
【数２】
0005468072.tif 000003
を意味する。ここで、ＦＢ、Ｆ１、ＦＧ及びＦ２は上記及び図１で定義されており、ｘ１、ｘＧ、ｘＢ及びｘ２は、力が、夫々風力タービン(１)上に作用する水平座標である。
【００１５】
力Ｆ１及びＦ２は、例えば図２に示すような支持構造低部(４)に取り付けられる浮力タンク(６)、水線(12)に接近したタワー(５)に取り付けられたクランプ重み(図示せず)によって夫々風力タービン(１)に加えられる。クランプ重みがタワー(５)よりも高く取り付けられたならば、風力タービンを傾けることについてより効果的に寄与するが、タワー(５)の構造を曲げ又は損傷させる、タワー(５)内の大きな曲げモーメントを招来する。
風力タービン(１)に外力Ｆ２を加えることについての更なる問題は、それが風力タービン(１)の望ましからぬ大きな沈降に帰することである(風力タービンの浮力に更なる修正がなされなければ)。従って、最も多くの場合において、Ｆ２は０に等しく設定されるべきであり、クランプ重み又は同等物は取り付けられるべきではない。
【００１６】
理想的には、風力タービン(１)(動作のこの部分について)は、実際上可能なように(図２参照)、その重力Ｇの中心が浮力Ｂの注心に近くであるように構成されるべきである。できるだけ、ＧとＢを近づけることにより、必要なＦ１の大きさが小さくなる。必要なＦ１の大きさは、図１に示すように、風力タービン(１)に作用するＦ１をできるだけ支持構造低部(４)の下方遠くにすることにより小さくすることができる。
【００１７】
図２に示すように、浮力タンク(６)は、水のようなバラスト(７)を含む。浮力タンク(６)内のバラスト(７)の量を変えることにより、Ｆ１の大きさは調整される。これは図２に示すライン(８)の長さＬ１を調整することにより達成され得る。
浮力タンク(６)はライン(８)を介して支持構造低部(２)に接続される。ライン(８)の長さは、浮力タンク(６)又は支持構造低部(２)に取り付けられたウィンチ(図示せず)を介して短くされ又は長くなる。ライン(８)を内へ又は外へ巻くことにより、水線(12)より下の支持構造低部(２)の端部の深さＬ１は変えられる。
風力タービン(１)は、図２に示すように、風力タービン(１)が所望の傾き角度αを有するまで、ライン(８)の長さを調節して深さＬ１を変えることにより、傾斜位置に設置される。
【００１８】
曳航にそなえて、風力タービン(１)を初期の垂直位置から傾斜位置に動かすためには、ライン(８)は最初は比較的長い。深さＬ１はライン(８)を巻くことにより浅くなる。同時に、図３に示すように、一対の略水平な力ＦＨ１及びＦＨ２が風力タービン(１)に加えられて、中間傾き角度における風力タービン(１)の復元モーメントに打ち勝ち、その一方、風力タービンは略垂直な位置から安定した傾斜位置に移動する。
例えばタグ又は地上に固定されたワイヤを備えたウィンチを用いることにより、一対の略水平な力ＦＨ１及びＦＨ２が加えられる。これらの力ＦＨ１及びＦＨ２の必要な大きさは、９０度から実際の傾き位置までの全ての傾斜角度における風力タービンの安定均衡を考慮することにより決定される。
【００１９】
実際の傾斜角度αは、風力タービン(１)が通って曳航される水域の深さ、水線(12)以下の風力タービン(１)の長さ及び水線(12)上の風力タービンジェネレータ(３)のエンジン室(10)及びロータ(11)の高さを考慮して選択される。風力タービン(１)は傾斜位置にあって、エンジン室(10)及びロータ(11)について水線(12)上に同時に十分な隙間があって、エンジン室とロータが濡れず、喫水が十分に減少するのが理想的である。
傾斜した風力タービン(１)はまた、長軸周りの回転が安定しているのが理想的である。
【００２０】
図１に示すように、風力タービン(１)が傾斜位置にて曳航されれば、多くの場合にて、エンジン室(10)及びロータ(11)の結合された重力中心は、支持構造(２)の長軸(13)の上方に位置する。支持構造(２)の重力中心は、通常は長軸(13)に接近して位置する。しかし、エンジン室(10)及びロータ(11)の結合した重力中心は通常は長軸(13)の上方に位置するから、風力タービン(１)全体の重力中心Ｇはこのようにまた、図４に示すように、長軸(13)の稍上方に位置している。従って、長軸(13)周りの風力タービン(１)のあらゆるわずかな動きは、長軸(13)周りの風力タービン(１)の回転を起こしがちである。この不安定な均衡故に、風力タービン(１)はロータ(11)が長軸(13)の下側に位置した状態で浮遊位置になりがちであり、従って、水線(12)に近くなり、波で濡れ易くなり、場合によっては沈みさえする。
【００２１】
この事態を避けるべく、浮力タンク(６)が十分な復元モーメントを取り入れるべく用いられて、長軸(13)周りの風力タービン(１)の重力分布の非対称によって取り入れられるモーメントを相殺する(compensate)。
図４に示すように、風力タービン(１)の浮力Ｂの中心は、略長軸(13)上に位置して、風力タービン(１)の重力中心Ｇは軸(13)から距離ｙＧ離れて位置する。支持構造(２)が水平に対して角度αだけ傾くと、風力タービン(１)の重さから軸(13)周りにモーメントＭＧがあり、以下のように記載される。
【数３】
0005468072.tif 000004
ここで、ｍは風力タービン(１)の質量であり、ｇは重力による加速であり、θは軸(13)周りの回転角度である。θは安定性を考慮して、小さいと仮定する。負の記号は、モーメントＭＧが不安定であることを示している。
【００２２】
モーメントＭＧは、浮力Ｆ１(もしあれば、おそらくは重みＦ２)からのモーメントによって相殺される。浮力のあるタンク(６)は、軸(13)から距離ＹＦ離れた１本のライン(８)によって、支持構造に接続され得る。浮力Ｆ１からの復元モーメントＭＦ１は以下のように記載される。
【数４】
0005468072.tif 000005
軸(13)周りの回転に対してシステムを安定化するには、この式は以下を必要とする。
【数５】
0005468072.tif 000006
及び
【数６】
0005468072.tif 000007
多くの場合、ｍｇ＞＞Ｆ１である。従って、要求式(６)によれば、安定性を確実にするには、ｙＦ＞＞ｙＧであることが必要である。ｙＦが十分大きくなければ、図５に示すように、浮力のあるタンク(６)と支持構造(２)の間にて、ライン(８)の端部でカラスの足(９)を用いることで増加される。
【００２３】
カラスの足(９)が用いられると、軸(13)周りの浮力Ｆ１からのモーメントＭＦ１は以下の如く記載される。
【数７】
0005468072.tif 000008
ｒは支持構造(２)の軸(13)から、カラスの足(９)の頂点(14)までの垂直距離である。ｒ＞＞ｙＦであるから、軸(13)周りのシステムの回転安定性は、カラスの足(９)を用いて増加される。
式(７)はθｃｏｓα＜ｔａｎβ(回転角度θが小さいと仮定して)であるときに有効であり、βは図５に示すように、カラスの足(９)の２本のライン(15)間の角度の半分である。回転角度θがｔａｎβ/ｃｏｓαを越えれば、カラスの足(９)のライン(15)の１本は緩み、カラスの足(９)の効果は消滅する。
しかし、回転角度θが一般的に小さいから、カラスの足(９)は、支持構造(２)の軸(13)の周りの回転について要求される安定性を達成するのに有効な手段である。
【００２４】
支持構造(２)内に含まれる内部バラストの位置を調整することにより、安定性がまた得られ又は改善される。この方法において、ｙＧ＜０(即ち、重力の中心は、支持構造(２)の長軸(13)の下方に位置する)が得られる。システムの静的安定性と同様に、システムの動的安定性を考慮することも重要である。風力タービン(１)の曳航中に、波は動的励起の最も重要な源であり得る。風力タービン(１)の動的応答は可能な限り限定されるのが理想的であり、エンジン室(10)及びロータ(11)が濡れる可能性を回避し、タワー(５)及び支持構造低部(４)上に動的な負荷がかかる可能性を制限する。
【００２５】
波によって起こされたシステム上の動的負荷を十分に評価することは、動的分析を連繋させることを必要とし、曳航ワイヤを含むワイヤ構成と同様に、風力タービン(１)自身の効果、浮力タンク(６)及びおそらくはクランプ重さが分析に含まれる。波の力、流体力学的質量及びダンピングがまた考慮されるべきである。
しかし、一般的に、システムの自然周期が大部分の活発な波の周期範囲の外、即ち約５秒から２０秒の範囲の外にあることは重要である。システムの自然周期の当初の評価、結合されていないシステムを考慮して得られる。浮力タンク(６)及びその位置のパラメータは次に、静的均衡及び動的均衡の両方の要求を満たすように調整される。
【００２６】
うねり動作は、殆ど全てがシステムの垂直変位である。そのような振動に含まれる慣性Ｍ３３は以下のように書かれる。
【数８】
0005468072.tif 000009
ここで、Ｍ３３は垂直なうねり振動の有効質量であり、ｍはシステム(浮遊タンク(６)及びおそらくはクランプ重量を含む)の総乾燥質量であり、Ａ３３は支持構造(２)のうねりにおける流体力学的質量であり、ｐＶは駆逐された水の質量である。簡潔化の為に、浮力タンク及びおそらくはクランプ重さの変位及び付加された質量は、風力タービン(１)について対応する値よりもずっと小さいと仮定する。
うねり方向における復元力係数Ｃ３３は、傾斜した支持構造(２)及び浮力タンク(６)の水線面領域から以下の如く決定される。
【数９】
0005468072.tif 000010
ここで、Ｒは支持構造(２)の半径であり(簡潔化の為に、ここでは環状の断面部分と仮定される)、Ａ１は浮力タンク(６)の水線面領域である。
【００２７】
純粋で減衰していないシステムの自然周期Ｔ３は、以下の如く記載される。
【数１０】
0005468072.tif 000011
大部分の活発な波の周期範囲(即ち、約５秒から２０秒)を避けるべく、Ｔ３は約２０秒より長いのが理想的である。
うねりとピッチが強く結びつくことを避けるべく、Ｃ３３について式(９)の２つの項目は略等しくあるべきである。更に、重力中心Ｇから支持構造(２)の水線(12)までの距離は、重力中心Ｇから浮力タンク(６)の支持構造(２)への取付け地点までの距離に略等しくあるべきである。換言すれば、図３に示すように、重力中心Ｇは浮力タンク(６)の支持構造(２)への取付け地点と支持構造(２)が水線(12)を通る地点の間の約半分であるべきである。
【００２８】
ピッチを考慮することもまた重要である。Ｍ５５は、風力タービン(１)の重力中心Ｇ周りのピッチ回転によるシステムの慣性への寄与であり、以下の如く記載される。
【数１１】
0005468072.tif 000012
ここでＩ５５は重力中心Ｇ周りの風力タービン(１)の慣性モーメントであり、Ａ５５は支持構造(２)の沈降部分の流体力学的慣性である。式(11)の第２部分における近似式は、支持構造(２)は半径が一定で、細長い円筒状であると仮定している。座標軸ζはｘ＝ζｃｏｓαとなるように支持構造(２)の軸(13)に沿って測定される。Ｌは支持構造(２)の沈降部分の長さである。
同様の方法で、ピッチ復元係数Ｃ５５は、以下の如く記載される。
【数１２】
0005468072.tif 000013
ここで、ｘＷＬは支持構造(２)の水線面領域の中心のｘ軸である。
ピッチＴ５におけるシステムの自然周期は、以下の如く記載される。
【数１３】
0005468072.tif 000014
【００２９】
システムが、風力タービン(１)の重力中心Ｇ周りに略対称でない場合は、結合されたシステムのうねり−ピッチの式は解かれる。これは、慣性を結合し、形式Ｍ５５及びＣ３５の項を回復させることを含む。
うねりの場合と同様に、同様の理由から、Ｔ５＞２０秒であるのが理想的である。しかし、或る場合、例えばシステムの剛性が特に大きい場合は、Ｔ５＜５秒であるのがより実際的な選択である。
式(12)から、仮に以下であれば、システムの対称性は解消されることが判る。
【数１４】
0005468072.tif 000015
更に、式(11)内の慣性モーメントＩ５５は、重力中心Ｇに近い最小値を有するべきである。この要求は、システムの乾燥質量に関する寄与に対して満たされる。浮力の中心Ｂが、重力中心Ｇに接近していれば、この要求はまた流体力学的質量についても略実行される。
【００３０】
考慮されるべき更なる動きのタイプは、ロールである。支持構造(２)の軸(13)の周りのロールは、動作の他のモードに弱く連結されているだけである(うねり及びピッチ)。ロール内の慣性は一般に流体力学的効果からあまり重要でない寄与のみを有する。これは、ロールの慣性Ｍ４４は、以下のように記載されることを意味する。
【数１５】
0005468072.tif 000016
ロールに対する復元効果は、上記の如く、おそらくクランプ重み及び浮力タンク(６)に由来する。小さなロール角度については、浮力Ｆ１が略一定を保つと仮定され得る(同じことは、Ｆ２についても真である)。
浮力タンク(６)のみを考慮し、可能性があるクランプ重みを考慮しないと、ロール復元力は以下の如く記載される。
【数１６】
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及びロール内の自然周期Ｔ４は、以下の如く記載される。
【数１７】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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