(57)【要約】水深の深い場所に浮かぶように設置された風力駆動型発電所において、発電機（図示せず）を含む機械室８と、調整装置（図示せず）と、回転子軸９と、回転翼１０と、を備えており、機械室８は、概して直立した配置で浮かんでいるタワー２に取り付けられており、タワー２の安定性は、タワー２の下方部分に配置されているバラスト５，６によって得られる。当該発電所は、アンカーシステム１２，１３，１４，１５、代替的には、アンカーシステム１６，１７，１８によって所定の配置に保たれて、安定させられる。
2005526213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水深の深い場所に浮かんでいる状態で設置された風力駆動型発電所であって、
発電機を有する機械室（８）と、調整装置と、回転子軸（９）と、回転翼（１０）と、を備えており、
海底（２０）にアンカー固定されたタワー（２）であって、風車（１）の全体の重心が風車（１）の浮力中心よりも下に位置するので、基本的に、直立した配置で浮かんでいるタワー（２）上に、前記機械室（８）が設置されていることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項２】
請求項１に記載の風力駆動型発電所であって、バラスト材料（５）が充填されたバラストルーム（４）および液体バラストを受け入れるように配置されたバラストタンク（６）が、前記タワー（２）の下方部分に配置されていることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項３】
先行する請求項のうちの１つまたはいくつかに記載の風力駆動型発電所であって、下部アンカリングポイント（１４）に固定された少なくとも１つの継手を含むアンカーロッド（１２）で構成される、海底（２０）へのねじり剛性の高い接続部によって、前記タワー（２）が、配置されるとともに安定させられていることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項４】
先行する請求項のうちの１つまたはいくつかに記載の風力駆動型発電所であって、各々のアンカーチェーン（１７）が、それぞれのアウトリガー（１８）に固定されているので、アンカーチェーン（１７）を備える１つまたはいくつかの下部アンカー（１６）によって、前記タワー（２）が、配置されるとともに安定させられていることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項５】
先行する請求項のうちの１つまたはいくつかに記載の風力駆動型発電所であって、傾斜継手（１１）を、それ自体はすでに知られているやり方で、機械室（８）とタワー（２）との間における伝達手段のなかに配置することで、たとえタワー（２）が傾斜しているときであっても回転子軸（９）が水平な配置に保たれることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項６】
先行する請求項のうちの１つまたはいくつかに記載の風力駆動型発電所であって、動作中に、前記回転翼（１０）が、前記タワー（２）の風下側に配置されるように、前記機械室（８）が、配置されていることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項７】
先行する請求項のうちの１つまたはいくつかに記載の風力駆動型発電所であって、前記発電機が、前記タワー（２）内に設置されており、伝達装置によって前記回転子軸（９）に接続されていることを特徴とする風力駆動型発電所。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水深の深い場所に浮かぶように設置されており、海底への固定部（アンカリング）を備えている風力駆動型発電設備（以下、風車と呼ぶ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られている技術には、陸地に建設された風車および海岸に近い場所に建設された風車が含まれる。その応用技術は、しっかりした基礎が、風車の大きさ、寸法当たり（dimensioning）の風力等に適するように設けられるという点において基本的に一般的なものである。
【０００３】
海中に風車を建造するための従来からの技術によれば、海面よりも上まで延びる基礎が建設される。通常の風車タワーが、その基礎の上に設置される。発電機と、調整装置と、回転子（ローター）と、回転翼（ローターブレード）と、を含む風車の機械室が、このタワーの上部に設置される。これらの装置については、乾燥した陸地に建造される風車の場合と同様のやり方で設計される。
【０００４】
望ましくは、風車は、風の状態が安定した場所に建設される。風車は、隆起した場所にあったり、平坦で開けた田園地帯に設置されたりする場合がもっとも多い。これによって、風車は、容易に人目につくようになるとともに、その支配的な配置および高層構造のために、風車は、視覚上の環境問題、つまり自然界において異質な物体として認識されることが多い。
【０００５】
使用に際して、風車は、特に、回転翼から、騒音を生じる。従って、風車は、居住地付近に設置された場合に、その地域の住民にとって騒音問題となる。
【０００６】
風力は、“グリーンな（環境に優しい）”エネルギータイプであると考えられている。風は、いつでも入手可能なエネルギー源であって、風を、エネルギー源として活用することは、環境の観点からみて望ましいと考えられている。風車によって電気エネルギーを生産しても、結果として、自然界に対して、なんらかの有害な排出物を生じることはない。
【０００７】
風エネルギーを貯蔵しておくことはできないので、入手可能であるときに利用しなければならない。一方、水は、貯蔵庫（magazines）に貯蔵しておくことができる。ジョイント配電網において風力発電設備と水力発電設備とを組み合わせることによって、風の状態が良好なときに水の消費を減らすことが可能である。風車を用いて電気エネルギーを生産することができない場合には、水力発電が増強される。このようなやり方で、発電システムを確立することが可能であって、これによれば、市場に対するエネルギー供給を不安定にすることなく、常に、風エネルギー源を最大限に活用することが確実となる。
【０００８】
望ましくは、風車は、平均風力ができるだけ高い場所に設置される。このようなやり方で、エネルギー生産を最大にするとともに、生産コストを最小限に抑える。
【０００９】
広範な気象記録によれば、平均風力は、海岸から外海に向かうにつれて高まるということが示されている。例えば、北海の北部にある石油施設において、平均風速は、デンマーク西海岸の好適な風車立地においてよりも略２５％高い。
【００１０】
活用可能な風エネルギーは、風速の３乗に比例している。従って、風速が２５％上昇するということは、潜在的なエネルギーが、１．２５３＝１．９５、すなわち＋９５％上昇するということに相当する。従って、風車を外海に設置することによって、潜在的な生産能力を高めるための好適な状態が得られる。
【００１１】
小型の風車を船上に設置して、自家用に電気エネルギーを生産することは、すでに知られている技術である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
大型の発電用風車を、通常の、船のような浮体施設に設置しても、採算がとれない。荒々しい海における船体の動きによって、風車の構造において非常に大きな歪みが生じることになるばかりではなく、船体は、その構造において、風車回転子に作用する風力を吸収するのに十分な安定性を達成可能であるためには、寸法の大きな船体である必要がある。
【００１３】
洋上の石油生産には、大量の電気エネルギーが必要とされる。現在のところ、これは、概して、ガスタービンによって提供されている。大量のガスを燃焼させることは、大気中に二酸化炭素（ＣＯ２）を放出するので著しい環境問題となる。ガスによる発電の代わりに環境に優しいエネルギー生産を用いることによって、大きな環境上の利益を得ることが可能である。このため、陸から供給される電力のための転送ケーブル（transfer cables）を敷設することに多額の費用が投資されている。
【００１４】
本発明は、この従来の技術に付随する欠点を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、この目的は、以下の説明および特許請求の範囲に記載する特徴によって達成される。
【００１６】
円筒タワーが、そのタワーの下方部分における固体バラスト材料および液体バラスト材料によって直立した配置で水中に浮いた状態に保たれる。発電機を含む機械室と、調整装置と、回転子と、回転翼と、を備えた風車が、そのタワーの上方部分に配置される。
【００１７】
代替的に、発電機を、タワーの中央部分に配置して、適切な伝達手段を用いて回転子軸に連結することも可能である。
【００１８】
タワーの全体的な寸法は、風車の大きさ、寸法当たりの風力および波の高さ等に適するようにする。その構造におけるジョイント重心は、置換された水の質量中心よりも下方にあるので、そのタワーによれば、対応する重量の鉄で構成されている通常の船体よりも安定性が高い。
【００１９】
機械室とタワーとの間における連結は、風、波および水中における流れによって生じるその構造の様々な部分における歪みのために、タワーが、一方の側に傾斜しているとしても、風車の回転子軸が、それ自体はすでに知られている調整装置によって、水平な配置に維持されるように設計されている。
【００２０】
望ましくは、回転子は、機械室の風下側に配置される。これによって、タワーを風の方向に向けようとする風の力に対して、安定させる効果が達成されるとともに、傾斜時において、回転翼がタワーに激突するリスクは低減される。
【００２１】
代替的に、発電機は、タワー内に配置される。これによって、発電機に電気ケーブルを導通させるために各装置が複雑になることが回避される。回転する機械室がタワーの上方部分に取り付けられているので、機械室からタワーに滑り接触によって伝達すること、または機械室がエンジン動力によって反対方向に回転させられることになる前に、機械室が回転することが可能な回転数を制限することによって伝達することが必要とされる。滑り接触は、比較的小さい作用の伝達について用いることが可能であるにすぎない。機械室の強制的な回転は、タワーが傾斜しているときに行われると危険である。そのような状況では、回転翼が、タワーに激突する可能性がある。
【００２２】
タワーは、適切な装置を用いて海底にアンカー固定される。タワーをアンカー固定することは、配置することおよび安定させることの両方の役割を果たす。アンカリングシステムは、タワーが、風車の回転によって生じるねじり力の影響を受けて回転しないように構成される。第１に、アンカリング（アンカー固定）は、重力アンカー、サクションアンカーまたはポールを用いて、アンカリングポイントによって海底に固定され、さらに必要に応じて、充填材（filler masses）を用いて固定されたアンカーロッドによって実現される。アンカーロッドには、ねじり力および張力を下部アンカリングポイントに伝達するけれども、曲げ歪みがそのロッドに作用しないようにする２つの継手が含まれる。このアンカリングシステムでは、わずかな空間しか必要とせず、その風車が漁場またはその付近に配置される場合に有利に用いられる。
【００２３】
代替的に、１つまたはいくつかの通常の下部アンカーによって、風車をアンカー固定することが可能である。これらを、タワーにおけるアウトリガーに連結することで、ねじり力が吸収される。
【００２４】
アンカー固定に際しては、バラストを用いて風車に過度に荷重をかけることで、風車が深く沈むようにして、バラストをおろした後に、潮の干満および波とは無関係に、アンカー／ロッド連結部に常に張力が作用しているようにする。
【００２５】
風車は、電力配電網に接続される。望ましくは、遠隔の配電網までの幹線接続を、できるだけ有効に活用することが可能となるように、いくつかの風車が、同一の区域内に配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、非限定的な具体例としての好適な実施の形態について説明するとともに、これを、添付の図面において図示する。
【００２７】
各図において、符号１は、風車を示しており、これは、タワー下部３を備えた円筒タワー２と、固体であることが望ましいバラスト材料５を収容するバラストルーム４と、液体バラスト７を収容するバラストタンク６と、回転子軸９と、回転翼１０と、図示されていないが、発電機と、調整装置と、を備えた風車の機械室８と、で構成されている。機械室８は、タワー２に、傾斜継手１１によってヒンジ取り付けされている。アンカーロッド１２が、継手１３を備えており、これによって、風車１は、重力アンカー、サクションアンカーまたはポール（図示せず）によって固定され、さらに必要に応じて、充填材１５によって安定させられた下部アンカリング１４に連結される。
【００２８】
アンカリングシステムの代替的な実施の形態は、アンカーチェーン１７およびアウトリガー１８を備える１つまたはいくつかの下部アンカー１６で構成されている。
【００２９】
水面は、符号１９によって示されており、海底は、符号２０によって示されている。
【００３０】
風車１の安定性は、構造全体の重心が、タワー２の水中に沈んだ部分の浮力の作用点（attack point）よりもかなり下方に配置されることによって維持される。これは、バラスト材料５が、タワー２の下方部分にあるバラストルーム４に配置されることによって達成される。適応させられた量の液体バラスト材料、例えば、水を、バラストタンク６において用いることによって、風車１を水中に下げるために実際に必要とされる重量に、バラスト総重量を適応させることが可能である。
【００３１】
海底２０への、ねじり剛性が高いアンカー連結部１２，１３，１４を用いて、代替的には、連結部１６，１７，１８を用いて、風車１は、所定の配置に保たれる。液体バラストを一時的に過度に充填することで、結果として、風車１が、水中において、その計算された耐久的な深さよりも大きな深さまで下げられることによって、タワーは、アンカーシステム１２，１３，１４に連結される。続いて、ポンプで汲み出して、水を取り除くことで、アンカーシステム１２，１３，１４において永久的な張力が確立されるので、風車１は、潮の干満および波とは無関係に、海底２０に対して一定の深さに配置された状態のままとなる。これによって、風車１の安定性は高められる。
【００３２】
風車１の機械室８は、タワー２の上方部分に配置されており、これは、すでに知られている技術によって風の方向に連係して回転させることが可能である。
【００３３】
代替的に、風車１の発電機は、タワー２の中央部分に配置されている。この実施の形態において、機械室８の重量は低減されているので、風車１の安定性は、高められる。
【００３４】
風車１の回転翼１０およびその他の構造に対する風圧ばかりではなく、水中における波の力および流れによって、タワー２が、一方の側に傾斜するようになる。その傾斜は、風車１の重量の相殺合成力成分（counteracting resulting force component）および水中における風車１の浮力によって平衡がとられる。
【００３５】
自動調整装置を備える傾斜継手１１によって、風車１の回転子軸９は、たとえタワー２が傾斜しているときであっても水平な配置に保たれる。これによって、より高い効率が維持されるとともに、回転翼１０における歪みがより小さくなる。
【００３６】
通常の動作状態である間に、風車１の機械室８は、回転翼１０が風下側となる配置に向きが変えられる。この配置においては、回転翼１０がタワー２に激突するリスクは低減される。同時に、タワー２を風の方向に向けようとする風の力に対して、安定させる効果が達成されている。
【００３７】
動作中において、回転子軸９は、タワー２に直角をなすように取り付けられていないので、このトルクの成分が、タワーに伝達されることになる。タワー２のアンカリングシステム１２，１３，１４、代替的には、アンカリングシステム１６，１７，１８は、それによれば、タワー２が、このトルクによって回転させられることが防止されるように設計されている。第１のアンカーシステムにおけるアンカーロッド１２は、継手１３および下部アンカリングポイント１４を備えており、ねじり剛性が高い。同時に、継手１３によれば、ロッド１２における曲げ歪みが防止される。同様に、代替的なアンカリングシステムにおけるアウトリガー１８によれば、タワー２の中心軸から遠く離れて、アウトリガー１８に固定されているアンカーチェーン１７を介して下部アンカー１６に伝達されるねじり力が吸収される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】風車を示す側面図であり、タワーの上方部分は、海面よりも上にあって、機械室は、タワーの上方部分に取り付けられており、回転子は、風下側に向けられており、タワーは、風の方向に傾斜しており、タワーの下方部分は、２つの継手を備えたアンカーロッドによって海底に連結されている。
【図２】機械室とタワーとの間の連結部を示す詳細図である。
【図３】３つの下部アンカーと、アンカーチェーンと、アウトリガーと、を備えた代替的なアンカリングシステムを示す図である。
【図１】
2005526213.tif 000003
【図２】
2005526213.tif 000004
【図３】
2005526213.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月31日(2005.1.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮かんでいる状態で設置された風力駆動型発電所（１）であって、
当該風力駆動型発電所（１）の全体の重心が当該風力駆動型発電所（１）の浮力中心よりも下に位置するので、基本的に、直立した配置で浮かんでいるタワー（２）を備えており、
当該風力駆動型発電所（１）が、海底（２０）へのねじり剛性の高い接続部によって配置されるとともに安定させられていることを特徴とする風力駆動型発電所（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の風力駆動型発電所であって、バラスト材料（５）が充填されたバラストルーム（４）および液体バラストを受け入れるように配置されたバラストタンク（６）が、前記タワー（２）の下方部分に配置されていることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項３】
請求項１に記載の風力駆動型発電所であって、前記ねじり剛性の高い接続部が、各々の端部に継手を含むアンカーロッド（１２）で構成されており、このうちの下方にある継手が、下部アンカリングポイント（１４）に固定されていることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項４】
請求項１に記載の風力駆動型発電所であって、前記ねじり剛性の高い接続部が、各々の端部に継手を含むアンカーロッド（１２）で構成されており、このうちの上方にある継手が、前記タワー（２）の下方部分に固定されていることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項５】
請求項１に記載の風力駆動型発電所であって、傾斜継手（１１）を、機械室（８）とタワー（２）との間における伝達手段のなかに配置することで、たとえタワー（２）が傾斜しているときであっても回転子軸（９）が水平な配置に保たれることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項６】
請求項１に記載の風力駆動型発電所であって、動作中に、回転翼（１０）が、前記タワー（２）の風下側に配置されるように、機械室（８）が、配置されていることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項７】
請求項１に記載の風力駆動型発電所であって、発電機が、前記タワー（２）内に設置されており、伝達装置によって回転子軸（９）に接続されていることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項８】
請求項１に記載の風力駆動型発電所であって、風車タワー（２）および浮体部分構造が一体として構成されていることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項９】
請求項１に記載の風力駆動型発電所であって、前記タワー（２）の水中に沈んだ部分の喫水（draft）は、前記タワー（２）本体の最大幅の少なくとも４倍であることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項１０】
請求項１に記載の風力駆動型発電所であって、前記タワー（２）の各部または前記タワー（２）全体が、円筒形の断面を有していることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項１１】
請求項１に記載の風力駆動型発電所であって、前記タワー（２）が、上方部分と、下方部分と、で構成されていることを特徴とする風力駆動型発電所。
【請求項１２】
請求項１に記載の風力駆動型発電所であって、アンカーロッドが、張力がかかった状態であることを特徴とする風力駆動型発電所。
【国際調査報告】
2005526213.tif 000006
2005526213.tif 000007
2005526213.tif 000008