(57)【要約】【課題】風力タービン立体フレームタワー（３０）用のモジュール式表面基盤、モジュール式表面基盤のハウジング部材（４４）のパネルを形成する装置、並びに風力タービン立体フレームタワー（３０）用のモジュール式表面基盤を形成する方法を提供すること。【解決手段】モジュール式表面基盤が、複数のフーチング部材と、該フーチング部材の各々に配置されたハウジング部材（４４）とを備え、該ハウジング部材（４４）が、フーチング部材から延びて、風力タービンタワー（３０）の一部を形成する１つ又はそれ以上の構造部材に取り付けられ、該ハウジング部材（４４）が、立体フレームタワー（３０）に対して支持と高さの増大とをもたらし、内部空間を含む。【選択図】      図１
2011017245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービン立体フレームタワー（３０）用のモジュール式表面基盤（１００）であって、
複数のフーチング部材（４６）と、
前記フーチング部材（４６）の各々上に配置され、前記フーチング部材（４６）から延びて、風力タービンタワー（３０）の一部を形成する１つ又はそれ以上の構造部材（４０）に取り付けるハウジング部材（４４）と、
を備え、
前記ハウジング部材（４４）が、前記立体フレームタワー（３０）に対して支持と高さの増大とをもたらし、内部空間（１４０）を含む、
モジュール式表面基盤（１００）。
【請求項２】
各フーチング部材（４６）が更に、浅溝（６２）内に配置されるコンクリートフーチング（５８）を含み、前記浅溝（６２）が前記コンクリートフーチング（５８）と実質的に同様の形状である、
請求項１に記載のモジュール式表面基盤（１００）。
【請求項３】
前記ハウジング部材（４４）が、炭素繊維複合材、強化炭素繊維複合材、ガラス繊維複合材、強化ガラス繊維複合材、コンクリート、鉄筋コンクリート、金属、及びこれらの組み合わせを含む、
請求項１又は２に記載のモジュール式表面基盤（１００）。
【請求項４】
前記ハウジング部材（４４）が、鉄筋（１２２）によって更に支持され且つポストテンション部材（１１１、１１２）により圧縮されるコンクリート構造を含む、
請求項１又は２に記載のモジュール式表面基盤（１００）。
【請求項５】
前記モジュール式表面基盤（１００）の中心間寸法が、前記モジュール式表面基盤要素（１０）の直径の約１．０から約１．５倍であり、及び／又は前記モジュール式表面基盤要素（１０）の高さが、該要素の直径の約１．２５から約１．７５倍である、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモジュール式表面基盤（１００）。
【請求項６】
前記ハウジング部材（４４）が、円錐形、円錐台形、三角錐形、四角錐形、円筒形、立方体形、五角柱形、六角柱形、七角柱形、八角柱形、九角柱形、又は十角柱形である、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモジュール式表面基盤（１００）。
【請求項７】
前記内部空間（１４０）が、前記風力タービン用のダウンタワー装備（５６）を収容する、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモジュール式表面基盤（１００）。
【請求項８】
風力タービン立体フレームタワー（３０）用のモジュール式表面基盤（１００）を形成する方法であって、
（ａ）一連のポストテンションケーブル（１１１、１１２）を有する複数のハウジング部材（４４）を製作する段階と、
（ｂ）フーチング部材（４６）を保持する複数の浅溝（６２）を形成する段階と、
（ｃ）前記浅溝（６２）内に前記フーチング部材（４６）を配置する段階と、
（ｄ）前記複数のフーチング部材（４６）に前記複数のハウジング部材（４４）を取り付けて、該複数のフーチング部材（４６）に前記複数のハウジング部材（４４）を固定する段階と、
（ｅ）前記ポストテンションケーブル（１１１、１１２）を用いて前記ハウジング部材（４４）に張力を加え、前記立体フレームタワー（３０）に対する支持と高さの増大をもたらして、内部空間（１４０）を含むようにする段階と、
（ｆ）風力タービン立体フレームタワー（３０）の構造部材（４０）を前記ハウジング部材（４４）に取り付ける段階と、
を含む方法。
【請求項９】
前記ハウジング部材（４４）が更に、ドア（５０）、熱交換ダクト（５４）、通気口（４８）、階段部（５２）、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つ又はそれ以上を含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１０】
モジュール式表面基盤（１００）のハウジング部材（４４）の複数のパネル（１０５）を形成する閉鎖可能な本体を有する装置（１３０）であって、
前記本体が更に、コンクリートを受けるアパーチャ（１３８）を包含する上部部分（１３６）と、水平方向及び垂直方向に貫通して延びる管体（１３４）を包含する下部部分（１３２）とを含み、
前記形成されたパネル（１０５）が共に接合されて前記ハウジング部材（４４）を形成し、
前記ハウジング部材（４４）が、フーチング部材（４６）上に配置され、風力タービン立体フレームタワー（３０）の一部を形成する１つ又はそれ以上の構造部材（４０）に取り付けられ、
前記ハウジング部材（４４）が、前記立体フレームタワー（３０）に対して支持と高さの増大とをもたらし、内部空間（１４０）を含む、
装置（１３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、風力タービン立体フレームタワー用のモジュール式表面基盤、モジュール式表面基盤のハウジング部材の複数のパネルを形成する装置、及び風力タービン立体フレームタワー用のモジュール式表面基盤を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、風力タービンは、環境を破壊しない比較的安価な代替エネルギー源として注目を集めている。この関心の高まりに伴って、信頼性があり、効率的で、設置費用効果が高い風力タービンを開発するために多大な取り組みがなされてきた。
【０００３】
一般に、風力タービンは、複数のブレードを有するロータを含む。ロータは、ハブ、メインシャフト、及び軸受を介して、トラス又は管状タワーの頂部に位置付けられたハウジング又はナセルに装着される。電力事業グレードの風力タービン（すなわち、電力供給網に電力を供給するよう設計された風力タービン）は、大型のロータ（例えば、３０メートル又はそれ以上のブレード長さ）を有することができる。加えて、風力タービンは通常、少なくとも高さ６０メートルのタワー上に装着される。通常、風力タービンタワーは、単一の鋼管構造又は立体フレーム構造から構成される。両方のタイプのタワーは、タワー及びタービンを支持するための適切な基盤を必要とする。一般に、基盤設計は、提案されるタービンの重量及び構造、予期される最大風速並びにタービン負荷、及び現地の土壌特性に基づく。立体フレーム又は格子タワー用の典型的な基盤手法には、立体フレームタワーの各足部において、厚みのある鉄筋コンクリートマット基盤、鉄筋コンクリートモノパイル、単一ドリルシャフト基盤、又はマイクロパイル支持フーチングが含まれる。
【０００４】
所要電力が増えると風力タービンロータブレードのサイズが大きくなり、風力タービン全体のサイズが増大するようになり、結果としてタワー底部荷重が更に増大し、基盤要件の増加を更にもたらすことになる。電力増加の結果として、基盤は、重量風力タービン構造及び負荷を支持するために、より大きく、より重くし、より地中深くに埋設する必要がある。立体フレームタワー用の現在の基盤手法には種々の明白な欠点がある。典型的には、掘削して重量基盤を打設するのに専任の作業員が必要とされ、コーン貫入試験などの十分な地盤調査を含む、土壌特性を考慮しなくてはならない。風力タービン立体フレームタワー用基盤の材料要件は、従来の単一鋼管タワーに比べてかなり少ないが、コンクリート、鉄筋、及び他の強化材の量は依然として高コストである。更に、従来の風力タービン立体フレームタワーの設計に起因して、従来の風力タービン立体フレームタワーには十分な収納部が存在しないので、何らかの必要なダウンタワー装備及び構成部品を収容するために追加の構造物を現地で構築しなくてはならない。
【０００５】
必要とされていることは、大規模な掘削又は専任の作業員の設置を必要としない風力タービン立体フレームタワー基盤である。また、大量の材料を必要としない風力タービン立体フレームタワー用基盤が必要とされる。更に、風力タービンタワーの構築に使用される材料コストを低減するようなタワー高さに寄与する風力タービン立体フレームタワー基盤である。更に必要なことは、基盤内にダウンタワー装備、メンテナンス補給品、又は構成部品の収納を可能にする風力タービン立体フレームタワー基盤である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示の１つの態様は、複数のフーチング部材と、該フーチング部材上に配置されたハウジング部材とを備えた風力タービン立体フレームタワー用のモジュール式表面基盤を含む。ハウジング部材は、フーチング部材から延びて、風力タービンタワーの一部を形成する１つ又はそれ以上の構造部材に取り付けられる。ハウジング部材はまた、立体フレームタワーに対して支持と高さの増大とをもたらし、内部空間を含む。フーチング部材は、浅溝内に配置されるコンクリートフーチングを含むことができ、該浅溝はコンクリートフーチングと実質的に同様の形状である。実施可能な実施形態は、炭素繊維複合材、強化炭素繊維複合材、ガラス繊維複合材、強化ガラス繊維複合材、コンクリート、鉄筋コンクリート、金属、及びこれらの組み合わせを含むことができる。ハウジング部材は、コンクリート構造を含むことができ、該コンクリート構造は更に、鉄筋によって支持され且つポストテンション部材により圧縮される。コンクリート構造は、共に接合されてハウジング部材を形成する複数のパネルを含むことができる。複数のパネルは更に、垂直ポストテンション部材を受け取るための一連の垂直チャンバを備えることができる。複数のパネルは、更に、水平ポストテンション部材を受け取るための一連の水平チャンバを備えることができる。
【０００７】
複数のパネルを備えたモジュール式表面は更に、下部部分上に配置され且つこれに機械的に連結された上部部分を含むことができ、該下部部分は、フーチング上に配置され且つこれに機械的に連結される。任意選択的に、上部及び下部部分は、垂直ポストテンション部材を受け取るための一連の垂直チャンバと、水平ポストテンション部材を受け取るための一連の水平チャンバとを含むことができる。モジュール式表面基盤は、モジュール式表面基盤要素（１０）の直径の約１．０から約１．５倍の中心間寸法から構成することができる。モジュール式表面基盤要素の高さは、該モジュール式表面基盤要素の直径の約１．２５から約１．７５倍とすることができる。ハウジング部材は、円錐形、円錐台形、三角錐形、四角錐形、円筒形、立方体形、五角柱形、六角柱形、七角柱形、八角柱形、九角柱形、又は十角柱形とすることができる。モジュール式表面基盤の内部空間は、風力タービン用のダウンタワー装備（５６）を収容するよう構成することができる。
【０００８】
本開示の別の態様は、風力タービン立体フレームタワー用のモジュール式表面基盤を形成する方法を含み、該方法が、一連のポストテンションケーブルを有する複数のハウジング部材を製作する段階と、フーチング部材を保持する複数の浅溝を形成する段階と、複数のフーチング部材を製作して浅溝内にフーチング部材を配置する段階と、複数のフーチング部材に複数のハウジング部材を取り付けて、該複数のフーチング部材に複数のハウジング部材を固定する段階と、ポストテンションケーブルを用いてハウジング部材に張力を加え、立体フレームタワーに対する支持と高さの増大をもたらして、内部空間を含むようにする段階と、風力タービン立体フレームタワーの構造部材をハウジング部材に取り付ける段階と、を含む。本方法は更に、ハウジング部材を備えることができ、該ハウジング部材は、ドア、熱交換ダクト、通気口、階段部、及びこれらの組み合わせの１つ又はそれ以上を含む。フーチング部材は、現場外で予め製作することができる。ハウジング部材は、ダウンタワー装備を収容することができる。
【０００９】
本開示の別の態様は、モジュール式表面基盤のハウジング部材の複数のパネルを形成する閉鎖可能な本体を有する装置であって、本体が更に、コンクリートを受けるアパーチャを包含する上部部分と、水平方向及び垂直方向に貫通して延びる管体を包含する下部部分とを含むことができ、形成されたパネルが共に接合されてハウジング部材を形成し、該ハウジング部材が、フーチング部材上に配置され、風力タービン立体フレームタワーの一部を形成する１つ又はそれ以上の構造部材に取り付けられ、ハウジング部材が、立体フレームタワーに対して支持と高さの増大とをもたらし、内部空間を含む。下部部分の管体は、コンクリートが硬化した後ハウジング部材の形成されたパネルから取り除くことができる。本体の下部部分は更に、鉄筋を含むことができる。
【００１０】
本開示の１つの利点は、モジュール式表面基盤が掘削コスト低減し、現在の立体フレームタワー基盤と比べて設置に要する材料が少ないことである。
【００１１】
本開示の別の利点は、モジュール式表面基盤がダウンタワー装備用の収納を可能にすることである。
【００１２】
本開示の更に別の利点は、モジュール式表面基盤が立体フレームタワーに付加的な高さを提供することである。
【００１３】
本発明の他の特徴及び利点は、例証として本発明の原理を示す添付図面を参照しながら、以下の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の１つの実施形態による風力タービンの側面図。
【図２】本開示の１つの実施形態によるモジュール式表面基盤の一部の斜視図。
【図３】本開示の１つの実施形態によるハウジング部材の交互ジョイントを示すモジュール式表面基盤要素の部分斜視図。
【図４】本開示の１つの実施形態によるフーチング部材の正面断面図。
【図５】本開示の１つの実施形態による内部表面を示す方向５−５で取った図２のモジュール式表面基盤要素の断面図。
【図６】本開示の１つの実施形態によるモジュール式表面基盤要素のハウジング部材の一部を形成するのに使用されるモールドの斜視図。
【図７】本開示の１つの実施形態によるモジュール式表面基盤要素のハウジング部材の一部の透視斜視図。
【図８】本開示の１つの実施形態によるモジュール式表面基盤要素のハウジング部材の一部の内部表面の斜視図。
【図９】本開示の１つの実施形態によるモジュール式表面基盤要素の内部表面を示す、方向９−９で見た図８の一部の内部表面の断面図。
【図１０】モジュール式表面基盤及びモジュール式表面基盤要素の寸法を示す方向１０−１０で見た図１のモジュール式表面基盤の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
可能である場合、図面全体にわたって同じ又は同様の要素を示すために同じ参照具号が使用される。
【００１６】
図１に示すように、風力タービン１６は一般に、発電機（図示せず）を収容するナセル２０を含む。ナセル２０は、立体フレームタワー３０の上部のフランジ（図示せず）によりタワー移行部品３２の上に装着される。タワー３０の高さは、当該技術分野で公知の要因及び条件に基づいて選択され、高さ６０メートル又はそれ以上にまで延ばすことができる。風力タービン１６は、所要の風況を有する区域にアクセスできる何れかの地形に設置することができる。地形は大きく変わる可能性が有り、限定ではないが、山岳地形又は洋上位置を含むことができる。風力タービン１６はまた、回転ハブに取り付けられた１つ又はそれ以上のロータブレード２４を含むロータ２２を備える。図１に示す風力タービン１６は、３つのロータブレード２４を含むが、本発明が必要とするロータブレード２４の数には特別な制限はない。立体フレームタワー３０は、複数の垂直タワー支持部材３４、複数の水平タワー支持部材３６、及び一体的に連結される筋かいタワー支持部材３８を含む。立体フレームタワー３０は更に、該立体フレームタワー３０を支持し且つこれをハウジング部材４４に連結する複数の構造部材を含む。図１に示すように、立体フレームタワー３０は、３つの構造部材４０を含むトライポール構造を有する。代替の実施形態において、立体フレームタワー３０は、３つよりも多い構造部材４０を用いてタワー３０を形成するよう構成することができる。
【００１７】
モジュール式表面基盤１００は、複数のモジュール式表面基盤要素１０を備える。各モジュール式表面基盤要素１０は更に、フーチング部材４６及びハウジング部材４４を含み、ハウジング部材４４は、各フーチング部材４６上に配置され、フーチング部材４６から１つ又はそれ以上の構造部材４０に取り付けられて、風力タービンタワー３０の一部を形成する。図１に示すように、モジュール式表面基盤１００は、３つのモジュール式表面基盤要素１０を備え、各モジュール式表面基盤要素１０は更に、フーチング部材４６から延びて、立体フレームタワー３０の各構造部材４０に取り付けられるハウジング部材４４を含む。代替の実施形態では、モジュール式表面基盤１００は、３つよりも多いモジュール式表面基盤要素１０を有することができ、各モジュール式表面基盤要素１０は更に、ハウジング部材４４及びフーチング部材４６を含む。別の代替の実施形態では、モジュール式表面基盤１００は、立体フレームタワー３０を形成する構造部材４０の数よりも少ない数又は多い数のモジュール式表面基盤要素１０を有する。
【００１８】
図１に示すように、各モジュール式表面基盤要素１０のハウジング部材４４は、結合されてハウジング部材４４を形成する複数のパネル１０５を含む。別の実施形態では、図示しないが、ハウジング部材４４は、鉄筋により更に支持され且つポストテンション部材により圧縮される単一のモノリシック一体形成コンクリート構造とすることができる。
【００１９】
図２は、本発明のモジュール式表面基盤１００の単一のモジュール式表面基盤要素１０を示す。モジュール式表面基盤要素１０のハウジング部材４４は、共に結合されてハウジング部材４４を形成する複数のパネル１０５から構成される。パネル１０５は更に、複数の上部パネルセクション１０２と、複数の下部パネルセクション１０４とを含む。上部パネルセクション１０２は、垂直ポストテンション部材１１１（図７を参照）及び他の締結部材（図示せず）により各それぞれの下部パネルセクション１０４上に位置し且つこれに取り付けられるよう形成される。図２に示すように、上部パネルセクション１０２及び下部パネルセクション１０４は連結され、位置合わせジョイント１４２を有する。代替の実施形態において、図３に示すように、上部パネルセクション１０２及び下部パネルセクション１０４は、位置ずれ又は交互ジョイント１４４により連結される。交互ジョイント１４４は、円周方向にオフセットされ、交互ジョイント１４４が上部パネルセクション１０２の中央及び下部パネルセクション１０４の中央に置かれ、ハウジング部材４４を形成するのに十分な支持を提供するようにする。図２に示すように、ハウジング部材４４の上部パネルセクション１０２は更に連結部材４２に取り付けられ、該連結部材４２は、タワー３０の構造部材４０に連結される。連結部材４２は、モジュール式表面基盤要素１０のハウジング部材４４をタワー３０の構造部材４０に固定及び取り付けるための締結具（図示せず）を包含する。ハウジング部材４４の下部パネルセクション１０４は更に、締結機構１４６（図４参照）によりフーチング部材４６に連結される。好適な締結機構は、限定ではないが、ボルト、ナット、スクリュー、ピン、ガセット、グラウト、及び当該技術分野で公知の他の締結機構が含まれる。締結機構１４６はまた、ハウジング部材４４の下部パネルセクション１０４内に一体的に形成され、又はフーチング部材４６内に一体的に形成することができる。本発明の実施形態において、ハウジング部材４４は更に、空気流のための通気口４８と、ハウジング部材４４内部の区域にアクセスするためのドア５０と、ドア５０に到達する階段部５２と、熱交換ダクト５とを備える。別の実施形態において、ドア５０は、通気口４８を補完又は代替する空気流用の通気口を含むことができる。図２に示すように、ダウンタワー装備５６は、ハウジング部材４４内部に位置付けられる。典型的なダウンタワー装備５６の実施例は、限定ではないが、タービンパネル、ワイヤ、ケーブル、制御構造物、スペア部品、及びトランスである。
【００２０】
図２に示すように、ハウジング部材４４は円錐台形である。しかしながら、モジュール式表面基盤１００のモジュール式表面基盤要素１０の所要の構造及び支持特性が得られる限り、あらゆる円錐形、三角錐形、四角錐形、円筒形、立方体形、或いは、五角柱形、六角柱形、七角柱形、八角柱形、九角柱形、又は十角柱形などの多角柱形を実施可能とすることができる。本発明の実施形態において、フーチング部材４６は環状形状である。代替の実施形態において、フーチング部材４６は、実質的にハウジング部材４４下部に似た形状とすることができる。
【００２１】
図１０に示すように、モジュール式表面基盤１００は、３つのモジュール式表面基盤要素１０を含む。モジュール式表面基盤１００の全体直径は、約９．８メートルから約４８．８メートルであり、それぞれ定格８００キロワット（ｋＷ）から１０メガワット（ＭＷ）の風力タービン１６を支持する立体フレームタワー３０を可能にする。モジュール式表面基盤１００の全体直径により定められる最外範囲は、フーチング部材４６のコンクリートフーチング５８の最外縁部を含み、この最外縁部はまた、原状地上に支持されるモジュール式表面基盤要素１０の外側縁部である。モジュール式表面基盤１００の直径範囲は約９．８メートルから約４８．８メートルであり、モジュール式表面基盤要素１０の直径の１．２５倍に等しい中心間寸法（Ｂ）を有するモジュール式表面基盤要素１０に固有のものである。中心間寸法（ｌｃｔｃ）は、図１０に直径（Ｂ）で示すように、モジュール式表面基盤要素１０の中心から別の隣接するモジュール式表面基盤要素１０の中心まで測定される。別の実施形態において、中心間寸法（Ｂ）は、モジュール式表面基盤要素１０の直径の約１．０から約１．５倍又はそれ以上の範囲にわたり、モジュール式表面基盤１００の全体直径値を増大さえる可能性をもたらすことができる。
【００２２】
表Ｉは、３、４、５、又は６つのモジュール式表面基盤要素１０を有する、モジュール式表面基盤要素（ＭＳＦＥ）１０の直径に対する、中心間寸法（Ｂ）の比率の例示的な実施形態を与える。
【００２３】
【表１】
2011017245.tif 000003
表Ｉは、中心間寸法（Ｂ）の比率の例示的な実施形態を提供しているが、これは限定ではない。比率の範囲は、ハブ高さ、ロータ水力、タービン及び基盤全体の重量、及び許容可能な地耐力など、様々なタワー設計パラメータによって異なる場合がある。モジュール式表面基盤要素の直径に対する中心間寸法（ｌｃｔｃ）の比率は、３つのモジュール表面要素１０に対して２．０、６つのモジュール表面基盤要素１０に対して１．８６の高さとすることができる。
【００２４】
本発明の実施形態において、各モジュール式表面基盤要素１０間に正三角形スペーサが存在する。正三角形スペーサは、風力タービン１６のサイズ及び必要な立体フレームタワー高さに応じて異なる。正三角形スペーサは、各モジュール式表面基盤要素１０と隣接するモジュール式表面基盤要素１０との各中心間に線が引かれた場合、正三角形が形成される（図１０を参照）ように、各モジュール式表面基盤要素１０の中心から計算される。本発明の実施形態において、モジュール式表面基盤１００の死荷重中心２００は、側面荷重が加わらず、モジュール式表面基盤要素１０によって形成される正三角形の中心にある。転倒に対する耐える本発明の実施形態の最長モーメントアーム（ｌｍａｘ）、すなわち寸法（Ａ）は、モジュール式表面基盤１００の死荷重中心２００からモジュール式表面基盤要素１０のコンクリートフーチング５８の最外縁部まで測定される。転倒に耐える本発明の最短モーメントアーム（ｌｍｉｎ）すなわち寸法（Ｃ）は、モジュール式表面基盤要素１０のコンクリートフーチング５８の直径に等しい。本発明の実施形態において、モジュール式表面基盤１００は、約８．３メートルから約４１．６メートルの平均有効直径を有する。モジュール式表面基盤１００の平均有効直径は、（側部から見たときに）接近する風の方向に抗して転倒に耐えるため、モジュール式表面基盤要素１０の死点２００から立体フレームタワー３０及びモジュール式表面基盤１００の基盤の最縁部（すなわち、コンクリートフーチング５８の最外縁部）まで定められる最短（ｌｍｉｎ）（寸法（Ｃ））及び最大（ｌｍａｘ）（寸法（Ａ））モーメントアームにおける直径の平均に等しい。モジュール式表面基盤要素の数が増えると、モジュール式表面基盤１００の平均有効直径が減少する。モジュール式表面基盤要素１０の数に対する物理的限界が近づくと、最短モーメントアーム（ｌｍｉｎ）及び最大（ｌｍａｘ）モーメントアームは理論上同じ値に近づくことになる。
【００２５】
各モジュール式表面基盤要素１０の直径は、対応する各フーチング部材４６の各コンクリートフーチング５８の外径を含む。モジュール式表面基盤要素１０の好適な直径は、約４メートルから約約２０メートルとすることができる。モジュール式表面基盤要素１０の直径は、約６−メートルから約１５０メートルのタワー高さを許容し、８００ｋＷから１０ＭＷ風力タービンを容易に支持することになる。モジュール式表面基盤要素１０のより大きな又は小さな直径も実施可能であり、風力タービンのサイズ、所要のタワー高さ、及び許容可能な地耐圧力によって決まる。
【００２６】
本発明の実施形態において、各ハウジング部材４４は、約６メートルから約３０メートルの高さを有する。以下の式を用いて、モジュール式表面基盤要素１０の高さを計算する。
【００２７】
ｈｍｓｆｅ  ＝  １．５×ｄｍｓｆｅ
ここで、ｈｍｓｆｅ  はモジュール式表面基盤要素１０の高さであり、ｄｍｓｆｅ  はモジュール式表面基盤要素１０の直径である。代替の実施形態において、上式の係数１．５は、モジュール式表面基盤要素１０の高さを計算するために、約１．２５から約１．７５の範囲で修正することができる。モジュール式表面基盤要素１０の高さは、モジュール式表面基盤要素１０の数とは無関係である。このフーチング部材４６及びハウジング部材４４の寸法は、８００ｋＷ定格の風力タービンにおいてモジュール式表面基盤要素１０当たりに少なくとも約１５立方メートルから、１０ＭＷ風力タービンにおいてモジュール式表面基盤要素１０当たりに２０００立方メートルを上回る内部容積１４０を許容する。内部容積１４０は、モジュール式表面基盤１００全体（すなわち風力タービン当たりに）において総計で約４５立方メートルから約６０００立方メートルであり、ハウジング部材４４内の収納のため、又はダウンタワー装備５６を収容するために、他の場合では従来の基盤によっては提供されないスペースを提供する。
【００２８】
図４は、フーチング部材４６の正面断面図を示す。フーチング部材４６は更に、浅溝６２内に配置されたコンクリートフーチング５８を含む。溝６２は、コンクリートフーチング５８と実質的に同様の形状である。溝６２の好適な深さは、およそ深さ１メートルよりも小さく、幅が１メートルよりもほぼ小さいが、より大きな溝６２の深さ及び幅も実施可能である。フーチング部材４６は更に、コンクリート６５又は砂利６４のフローティングスラブを含み、その両方又は一方は、フーチング部材４６の内部及び／又は外部の地上に配置される。モジュール式表面基盤要素１０の内部で見られるコンクリート６５又は砂利６４のフローティングスラブは、ダウンタワー装備５６を受け取るための面を提供する。モジュール式表面基盤要素１０の外部で見られるコンクリート６５又は砂利６４のフローティングスラブは、風力タービン立体フレームタワー３０近くの駐車車両及び他の装備のための面を提供する。コンクリート６５のフローティングスラブは、当該技術分野では、フローティングコンクリートスラブ６５の摩耗表面が構造体の構造強度として信頼されないこと、及びコンクリート６５のフローティングスラブが他のコンクリート特徴（耐荷重性とすることができる）による制約を受けないことを意味すると理解されている。本発明の実施形態において、コンクリート６５のフローティングスラブは、砂利６４上に位置付けられ、流動するコンクリートスラブ６５の下で水の移動及び排水を許容する。コンクリート６５のフローティングスラブは、ハウジング部材４４内で側方に「流動」するが、ハウジング部材４４とのフーチング部材４６の境界面である、コンクリートフーチング５８の上面６６にて垂直方向に支持される。フーチング部材４６のコンクリートフーチング５８は更に、鉄筋６０によって強化される。コンクリートフーチング５８は、現場で打設され、或いは施設及び組み立て現場で予め作製される。
【００２９】
本発明の実施形態では、ハウジング部材４４は、コンクリートフーチング５８の幅に対して実質的に中心に置かれる。通常、フーチング５８の幅は、ハウジング部材４４の厚みと相関関係がある。本発明の実施形態では、コンクリートフーチング５８の幅は、ハウジング部材４４の厚みの２．５倍に等しいか又はそれ以上である。代替の実施形態において、コンクリートフーチング５８の幅は、局所地耐圧力性能によって決まる好適な支持力を提供するために、かなり広げることができる。コンクリートフーチング５８の深さは、ハウジング部材４４の厚みと相関関係があり、又は、更に大きなコンクリートフーチング５８の幅と相関関係がある。一般に、フーチング５８の深さは、ハウジング部材４４の厚みの１．２５倍に等しいか又はそれよりも大きく、或いは、更に大きなコンクリートフーチング５８の幅の０．５倍に等しいか又はそれよりも大きい。コンクリートフーチング５８の好適な直径は、約４メートルから約３０メートル、及びより具体的には、約４．３メートルから約２０．７メートルである。フーチング部材４６のコンクリートフーチング５８の上面６６は、ハウジング部材４４を受ける。フーチング部材４６は更に、ハウジング部材４４をフーチング部材４６に連結及び固定するための締結具１４６を含む。
【００３０】
図５は、ハウジング部材４の内部スペース又は容積１４０を示す方向５−５からみた、図２のモジュール式表面基盤１００の断面図である。内部スペース１４０は、ダウンタワー装備（図示せず）収容の場所を提供するためのコンクリート６５又は砂利６４（図示せず）のフローティングスラブを有することができる。図５に示すように、内部スペース１４０は、ハウジング部材４４の内部壁１０６に近接するハウジング部材４４の内側に位置付けられる。
【００３１】
モジュール式表面基盤要素１０は、立体フレームタワーを支持するために所望の構造、重量、及びスペース要件を提供するあらゆる材料及び材料の組み合わせから作ることができる。モジュール式表面基盤要素１０は、限定ではないが、炭素繊維複合材、強化炭素繊維複合材、ガラス繊維複合材、強化ガラス繊維複合材、コンクリート、鉄筋コンクリート、鋼材、及びこれらの組み合わせなどの材料から作ることができる。モジュール式表面基盤要素１０のハウジング部材４４は、限定ではないが、炭素繊維複合材、強化炭素繊維複合材、ガラス繊維複合材、強化ガラス繊維複合材、コンクリート、鉄筋コンクリート、鋼材等の金属、及びこれらの組み合わせなどの材料から作ることができる。本発明の実施形態において、モジュール式表面基盤要素１０は、コンクリート、鉄筋コンクリート、及び金属の組み合わせから作られ、ハウジング部材４４は、コンクリート、鉄筋コンクリート、及び金属の組み合わせから作られる。
【００３２】
ハウジング部材４４は、現場外の場所で作られ、モジュール式表面基盤要素１０の部分製造所に輸送される。或いは、ハウジング部材４４はタワー建設現場で作られる。１つの実施形態において、ハウジング部材４４は、単一のモノリシックコンクリート構造とすることができる。別の実施形態において、ハウジング部材４４は、２つのモノリシックコンクリート要素、すなわち上部要素及び下部要素（図示せず）を共に接合することにより製作することができる。或いは、ハウジング部材４４は、共に接合されてハウジング部材４４（図１）を形成する複数のパネル１０５を用いて製作することができる。更に別の実施形態では、ハウジング部材４４は、共に接合されてハウジング部材４４（図２、３、及び６）を形成する上部パネルセクション１０２及び下部パネルセクション１０４を有する複数のパネル１０５から製作することができる。
【００３３】
図６は、モジュール式表面基盤要素１０のハウジング部材４４の複数のパネル１０５を形成するよう閉鎖可能な本体を有する装置又はモールド１３０も斜視図を示す。ハウジング部材４４は、所望の構造を得るために、あらゆる数の要素及びモールドを用いて製作することができる。パネル１０５及び／又はハウジング部材４４の上部パネルセクション１０２及び下部パネルセクション１０４を製作するためのモールド１３０は、２つの要素。すなわち上部モールド１３６及び下部モールド１３２を含む。上部モールド１３６は更に、コンクリートをモールド１３０に打設するための開口１３８を更に備える。また、開口１３８を用いて、コンクリートを振動させ、該コンクリートをモールド１３０内に十分に分散させるようにすることができる。或いは、振動テーブルを用いて、コンクリートを振動させ、該コンクリートをモールド１３０内に十分に分散させることができる。１つの実施形態において、下部部分１３２は、複数の垂直インサート１４８及び複数の水平インサート１５０を含む。垂直インサート１４８を用いて、図７に示すように垂直テンションケーブル１１１を調整するのに使用される予め製作される垂直凹部１５２を形成する。水平インサート１５０を用いて、図７に示すような水平テンションケーブル１１１を調整するのに使用される予製作水平凹部１５４を形成する。インサート１４８、１５０は、コンクリート凝結に耐えるあらゆるプラスチック、鋼材、又は他の好適な材料から作ることができる。インサート１４８は、コンクリートを硬化させて予製作凹部１５２、１５４を設けた後、該コンクリートから部分的に又は完全に取り除くことができる。モールド１３０の下部部分１３２は更に、下部部分１３２の長さに沿って垂直方向及び水平方向に置かれた複数の管体１３４を備える。管体１３４は、インサート１４８、１５０（図示せず）を通って延びることができ、或いは管体１３４は、インサート１４８、１５０に取り付けることができる。代替の実施形態では、アンカースタブ１２８は、モールド１３０を用いてパネル１５０内に一体的に形成される。管体１３４に好適な材料は、限定ではないが、コンクリート凝結に耐えることができるプラスチック、鋼材、又は他の材料を含む。管体１３４は、コンクリートが硬化した後に形成されたパネル１０５内に残る。代替の実施形態において、管体１３４は、コンクリートが硬化した後にパネル１０５から取り除くことができる。管体１３４からハウジング部材４４のパネル１０５内の中空部分は、水平及び垂直テンションケーブル又はテンドン（ポストテンション部材）１１１、１１２用の水平貫通管体１１４及び垂直貫通管体１１０を提供する。また、モールド１３０は通常、下部部分１３２内部に垂直及び／又は水平方向に延びる鉄筋（図示せず）を包含する。ハウジング部材４４の硬化コンクリートの厚みは、約１００ミリメートル（約４インチ）から約５００ミリメートル（約２０インチ）、より具体的には、約１５０ミリメートル（約６インチ）から約３００ミリメートル（約１２インチ）、或いは、更により具体的には、２００ミリメートル（約８インチ）から約２５０ミリメートル（約１０インチ）、並びにこれらの間の全ての部分範囲である。ハウジング部材４４の硬化コンクリートの厚みは、構造負荷要件と相関関係があり、風力タービンのサイズに応じて変わる。
【００３４】
図７は、ハウジング部材４４の内部１０６の一部を示している。水平貫通管体１１４は、ハウジング部材４４を貫通してフープ方向に延びる。垂直貫通管体１１０は、ハウジング部材４４を貫通して垂直方向に延びる。図７は、水平貫通管体１１４を貫通して延びるように示された単一の水平テンションケーブル１１２と、垂直貫通管体１１０を貫通して延びるように示された単一の垂直テンションケーブル１１１とを描いているが、複数の水平テンションケーブル１１２及び複数の垂直テンションケーブル１１１を使用して、組み立てたハウジング部材４４に十分なテンション（張力）を与えるようにされる。ハウジング部材４４は更に、該ハウジング部材４４をコンクリートフーチング部材４６の上面６６に固定する締結具１４６（図４参照）を含む。本発明の実施形態において、テンションケーブル１１１、１１２は、垂直貫通管体１１０及び水平貫通管体１１４を挿通してハウジング部材４４のパネル１０５を接合している。垂直テンションケーブル１１１は、パネル１０５に対し高さ方向又は垂直方向に張力を与える。垂直テンションケーブル１１１は、一連の予組み立てされた垂直方向凹部１５２においてパネル１０５の上縁で締結される。或いは、パネル１０５が上部セクション１０２及び下部セクション１０４を包含する場合、垂直テンションケーブル１１１は、パネル１０５の上部セクション１０２及び下部セクション１０４を接合し、これらに対し高さ方向又は垂直方向に張力を与える。図７に示すように、一連の予組み立てされた垂直方向凹部１５２は、パネル１０５の上部セクション１０２及び下部セクション１０４の上部及び下部に設けられ、必要な張力をもたらすよう垂直テンションケーブル１１１を適切に調整できるようにする。水平テンションケーブル１１２は、ハウジング部材４４の複数のパネル１０５を接合し、これにフープ方向に張力を与える。図７に示すように、一連の予組み立てされた水平方向凹部１５４がパネル１０５の側部に設けられ、必要な張力をもたらすよう水平テンションケーブル１１２を適切に調整できるようにする。或いは、ハウジング部材４４が複数の上部セクション１０２及び複数の下部セクション１０４を包含する場合、水平テンションケーブル１１２は、ハウジング部材４４の隣接する上部セクション１０２及び隣接する下部セクション１０４を接合し、これらに対しフープ方向に張力を与える。ハウジング部材４４が形成されると、テンションケーブル１１１、１１２は、ハウジング部材４４内部から一連の予組み立てされた凹部１５２、１５４においてパネル１０５の垂直縁部及び水平縁部で締結され、ハウジング部材４４の形成されたコンクリート構造物に十分なポストテンション応力を与えるようにする。
【００３５】
テンションケーブル１１１、１１２は、限定ではないが、鋼材、或いはガラス繊維、炭素繊維、及び他のケーブル材料などの他の何れかの好適な強化材料から作られる。テンションケーブル１１１、１１２は、単一ストランド、強化材料のバー、又は織成の、巻かれた、又は共に編組にされた強化材料の複数のストランドである。テンションケーブル１１１、１１２の厚みは、約３ミリメートル（約１／８インチ）から約５０ミリメートル（約２インチ）、より具体的には、約３ミリメートル（約１／８インチ）から約３０ミリメートル（約１インチ）、或いは、更により具体的には、３ミリメートル（約１／８インチ）から約１０ミリメートル（約３／８インチ）、並びにこれらの間の全ての部分範囲であるが、モジュール式表面基盤１００を形成するのにモジュール式表面基盤要素１０に必要とされる張力に応じて、より薄く又は厚くすることもできる。テンションケーブル１１１、１１２は、非接着又は接着ポストテンションシステムの一部である。非接着ポストテンションシステムでは、テンションケーブル１１１、１１２は、特別に配合されたグリース及びシームレスプラスチックの外層でコーティングされて、腐食に対する保護を形成する。接着ポストテンションシステムでは、テンションケーブル１１１、１１２は、波形金属又はプラスチックダクトに包まれ、該テンションケーブル１１１、１１２に圧力を加えた後、セメント系タイプのグラウト又はエポキシをダクトに注入し、周囲のコンクリートにテンションケーブル１１１、１１２を接着する。
【００３６】
図８は、本開示の代替の実施形態としてハウジング部材４４の内部１０６を示している。この実施形態では、水平テンションケーブル１１２は、１つのスタブアンカー１２８を通して布設され、次いで、水平貫通管体１１４を通してハウジング部材４４の隣接するスタブアンカー１２８（図９参照）にフープ方向に延びる。水平テンションケーブル１１２の布設プロセスは、円形平面内のスタブアンカー１２８の全てが、該水平テンションケーブル１１２によって水平貫通管体１１４を通してフープ方向に連結されるまで繰り返される。垂直テンションケーブル１１１は、１つのスタブアンカー１２８を通して布設され、次いで、垂直貫通管体１１０を通して上側又は下側の次のスタブアンカー１２８に高さ方向又は垂直方向に延びる。垂直テンションケーブル１１１の布設プロセスは、垂直線におけるスタブアンカー１２８の全てが、垂直テンションケーブル１１１によって垂直貫通管体１１０を通して連結されるまで繰り返される。スタブアンカー１２８は、窪み及び管体を有するモールドを用いてハウジング部材４４の内部表面１０６上に一体的に形成されるコンクリート構造である。水平テンションケーブル１１２及び垂直テンションケーブル１１１は、ハウジング部材４４に所要のポストテンション応力を与えるように締結される。或いは、スタブ１２８を用いたこのポストテンション技術をハウジング部材４４の外面１０８上で用いて、ハウジング部材４４に所要のポストテンション応力を与えることもできる。
【００３７】
使用されるポストテンションケーブル、すなわち垂直テンションケーブル１１１及び水平テンションケーブル１１２の両方の数は、タービンサイズ及び負荷に応じて決まる。上述の実施形態の何れかで使用したポストテンションケーブルの数もまた、ポストテンションケーブルの厚みに応じて変えることができる。本発明では、所要の張力を与えるのに少なくとも２つの水平テンションケーブル１１２を用いているが、ハウジング部材４４の高さ及び所要張力に応じて、最大で１００本の水平テンションケーブル１１２を用いることができ、より具体的には、約１０から３０本の水平テンションケーブル１１２を用いることができる。本発明では、少なくとも３つの垂直テンションケーブル１１１を用いているが、ハウジング部材４４の高さ及び所要張力に応じて、最大で３００本の垂直テンションケーブル１１１を用いることができ、より具体的には、約２０から５０本の垂直テンションケーブル１１１を用いることができる。ハウジング部材４４に対して更に強化するために、鉄筋１２２も使用される。
【００３８】
図９は、方向９−９から見た図８の一部の内部空間の断面図を示している。図９は、本開示の１つの実施形態による内部空間１４０全体を示している。本発明の実施形態では、各々が２つ（図示）のスタブアンカー１２８を有する４つのパネル１０５がある。代替の実施形態において、パネル部材１０５の数は、４つよりも多くても、又は少なくてもよく、各パネル部材１０５は少なくとも１つのスタブアンカー１２８を包含する。スタブアンカー１２８は、ハウジング部材４４のパネル１０５の内壁１０６上に一体的に形成される。１つの実施形態において、水平テンションケーブル１１２は、スタブアンカー１２８内のチャンネルを通して布設され、水平貫通管体１１４を通して隣接スタブ１２８に挿通されてパネル１０５を接合し、水平テンションケーブル１１２が締結されたときに所要のポストテンションを与えるようにする。別の代替の実施形態（図示せず）において、水平テンションケーブルは、１つのパネルのスタブアンカー内のチャンネルを通して布設され、隣接するスタブアンカーを抜かして水平貫通管体を通して布設され、更に、隣接パネルに配置された次のスタブアンカーのチャンネルを通して布設される。更に別の代替の実施形態（図示せず）では、１つのパネルのスタブアンカー内のチャンネルを通して布設され、隣接するパネルのスタブアンカーを抜かして水平貫通管体を通して布設され、更に、次の隣接するパネルのスタブアンカー内のチャンネルを通して布設される。スタブ１２８での係止は、係止端部装置を利用し、該装置は通常、テーパ付き分割クラップインサート及び適合するテーパ孔を備えた係止金属ブロックとからなり、これは、コンクリート構造用のポストテンションの技術分野では公知である。スタブアンカー１２８のチャンネル１５８を通す水平テンションケーブル１１２の布設及び水平貫通管体１１４通した隣接スタブアンカー１２８への挿通のプロセスは、全てのスタブアンカー１２８が水平テンションケーブル１１２によりフープ方向に連結されるまで繰り返される。スタブアンカー１２８のチャンネル１５８を通す水平テンションケーブル１１２の布設及び水平貫通管体１１４通した隣接スタブアンカー１２８への挿通のあらゆる組み合わせが実施可能であり、上述の方法の１つ又はそれ以上を用いて、ハウジング部材４４に対する所要のポストテンション応力を与えることができる。
【００３９】
垂直テンションケーブル１１１は、１つのスタブアンカー１２８を通して布設され、次いで、垂直貫通管体１１０を通して上側又は下側の次のスタブアンカー１２８（図示せず）に高さ方向又は垂直方向に延びる。垂直テンションケーブル１１１の布設プロセスは、垂直線におけるスタブアンカー１２８の全てが、垂直テンションケーブル１１１によって垂直貫通管体１１０を通して連結されるまで繰り返される（図示せず）。
【００４０】
本開示はまた、風力タービン立体フレームタワー３０用のモジュール式表面基盤要素１０を形成する方法を提供し、該方法が、一連のポストテンションケーブル１１１、１１２を有する複数のハウジング部材４４を製作する段階と、掘削又は他の手段により、フーチング部材４６を保持する複数の浅溝６２を形成する段階と、浅溝６２内にフーチング部材４６を配置する段階と、複数のフーチング部材４６に複数のハウジング部材４４を取り付けて該複数のフーチング部材４６に複数のハウジング部材４４を固定する段階と、ポストテンションケーブル１１１、１１２を用いてハウジング部材４４に張力を加え、立体フレームタワーに対する支持と高さの増大をもたらして、内部空間を含むようにする段階と、風力タービン立体フレームタワー３０の構造部材４０をハウジング部材４４に取り付ける段階と、を含む。フーチング部材４６は、現場外で予め製作されて現場で組み立てることができ、又は、浅溝６２内に形成されるコンクリートに打設することができる。
【００４１】
好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことができ且つ本発明の要素を均等物で置き換えることができる点は理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的事項を本発明の教示に適合するように多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、また本発明は、提出した請求項の技術的範囲内に属する全ての実施形態を包含することになるものとする。
【符号の説明】
【００４２】
２０  ナセル
３０  立体フレームタワー
４４  ハウジング部材
４６  フーチング部材
５８  コンクリートフーチング
１００  モジュール式表面基盤
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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