(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォームであって、
３つの長尺安定支柱であって、前記３つの安定支柱のうちの各安定支柱は、上端部、キール端部、および内側軸を含む外側殻体を、含み、前記３つの安定支柱のうちの各安定支柱は、そのキール端部において水エントラップメントプレートを有し、各水エントラップメントプレートは、前記安定支柱の前記外側殻体の表面から外向きに延在する、３つの長尺安定支柱と、
３つのトラス部材であって、各トラス部材は２つの横方向主要管状部材および２つの対角線状管状部材を含み、前記相互接続された３つの安定支柱および３つのトラス部材が、前記３つの安定支柱の前記長手方向軸に対して垂直である平面において三角形断面を形成するよう、前記横方向主要管状部材のうちの各横方向主要管状部材は、前記３つの安定支柱のうちの１つの安定支柱の前記内側軸に接続するための第１端部と、前記３つの安定支柱のうちの異なる１つの安定支柱の前記内側軸に接続するための第２端部と、を有し、前記三角形断面の３つの辺は前記３つのトラス部材であり、前記三角形断面の３つの頂点は前記３つの安定支柱であり、各トラス部材に対して、前記２つの対角線状管状部材のうちの各対角線状管状部材は第１端部および第２端部を有し、各対角線状管状部材の前記第１端部は１つの安定支柱の前記内側軸に接続され、各対角線状管状部材の前記第２端部は前記同一のトラス部材における前記横方向管状部材のうちの１つの管状部材に接続される、３つのトラス部材と、
前記３つの安定支柱のうちの１つの安定支柱の前記上端部の上方に配置された長尺風力タービンタワーと、
を含む、浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォーム。
【請求項２】
前記３つのトラス部材のうちの２つの対応するトラス部材が前記内側軸に接続されるための間隙を提供するために、切抜部が前記支柱外側殻体のうちの各支柱外側殻体の側面上に配置されている、請求項１に記載の浮体式風力タービンプラットフォーム。
【請求項３】
前記３つのトラス部材は前記３つの安定支柱の前記支柱外側殻体にも接続され、前記３つのトラス部材は、前記支柱外側殻体を貫通し、前記支柱外側殻体に接続され、前記内側軸にも接続されている、請求項１に記載の浮体式風力タービンプラットフォーム。
【請求項４】
前記３つのトラス部材のうちの１つのトラス部材は前記他の２つのトラス部材とは長さが異なり、前記三角形断面は二等辺三角形である、請求項１に記載の浮体式風力タービンプラットフォーム。
【請求項５】
前記風力タービンタワーは、同一の長さの前記他の２つのトラス部材に接続された前記安定支柱の前記上端部の上方に配置されている、請求項４に記載の浮体式風力タービンプラットフォーム。
【請求項６】
前記３つのトラス部材は長さが等しく、前記三角形断面は正三角形である、請求項１に記載の浮体式風力タービンプラットフォーム。
【請求項７】
環状区画が、各支柱外側殻体と、対応する内側軸と、の間に形成され、前記環状区画は液体および気体のうちの少なくとも１つで加圧可能である体積を提供する、請求項１に記載の浮体式風力タービンプラットフォーム。
【請求項８】
前記３つの安定支柱のうちの１つの安定支柱は前記他の２つの安定支柱よりも直径が大きく、前記風力タービンタワーは、前記より大きい直径を有する前記１つの安定支柱の前記上端部の上方に配置されている、請求項１に記載の浮体式風力タービンプラットフォーム。
【請求項９】
バラストタンクが前記３つの安定支柱のうちの各安定支柱内に配置され、前記バラストタンクは、バラスト制御システムにより前記３つの安定支柱間で移動可能であるバラストを収容するために使用される、請求項１に記載の浮体式風力タービンプラットフォーム。
【請求項１０】
前記３つの安定支柱のうちの各安定支柱の前記支柱外側殻体は、隔壁、リングガーダー、およびリング補剛円筒形フラットのうちの少なくとも１つにより構造的に支持される、請求項１に記載の浮体式風力タービンプラットフォーム。
【請求項１１】
前記３つの安定支柱のうちの各安定支柱の前記内側軸はリングガーダーにより構造的に支持される、請求項１に記載の浮体式風力タービンプラットフォーム。
【請求項１２】
前記３つの安定支柱のうちの各安定支柱の前記支柱外側殻体は、隔壁、リングガーダー、およびリング補剛円筒形フラットのうちの少なくとも１つにより構造的に支持され、前記３つの安定支柱のうちの各安定支柱の前記内側軸はリングガーダーにより構造的に支持される、請求項１に記載の浮体式風力タービンプラットフォーム。
【請求項１３】
各水エントラップメントプレートは、ｉ）前記安定支柱キール端部の周縁の少なくとも一部から径方向に、および、ｉｉ）前記安定支柱に接続された前記トラス部材のうちの２つのトラス部材の方向に径方向に、延長する、請求項１に記載の浮体式風力タービンプラットフォーム。
【請求項１４】
３つの長尺安定支柱であって、前記３つの安定支柱のうちの各安定支柱は、上端部を、キール端部を、および、外側殻体と、前記支柱外側殻体により収容される内側軸と、の間の環状区画を、含み、前記３つの安定支柱のうちの各安定支柱は、そのキール端部において水エントラップメントプレートを有し、各水エントラップメントプレートは、前記安定支柱の前記外側殻体の表面から外向きに延在する、３つの長尺安定支柱と、
３つのトラス部材であって、各トラス部材は２つの横方向主要管状部材および２つの対角線状管状部材を含み、前記相互接続された３つの安定支柱および３つのトラス部材が、前記３つの安定支柱の前記長手方向軸に対して垂直である平面において三角形断面を形成するよう、前記横方向主要管状部材のうちの各横方向主要管状部材は、前記３つの安定支柱のうちの１つの安定支柱の前記内側軸に接続するための第１端部と、前記３つの安定支柱のうちの異なる１つの安定支柱の前記内側軸に接続するための第２端部と、を有し、前記三角形断面の３つの辺は前記３つのトラス部材であり、前記三角形断面の３つの頂点は前記３つの安定支柱であり、各トラス部材に対して、前記２つの対角線状管状部材のうちの各対角線状管状部材は第１端部および第２端部を有し、各対角線状管状部材の前記第１端部は１つの安定支柱の前記内側軸に接続され、各対角線状管状部材の前記第２端部は前記同一のトラス部材における前記横方向管状部材のうちの１つの管状部材に接続される、３つのトラス部材と、
前記３つの安定支柱のうちの１つの安定支柱の前記上端部の上方に配置された長尺風力タービンタワーと、
を含む、浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォーム。
【請求項１５】
前記環状区画は隔壁およびリング補剛円筒形フラットのうちの少なくとも１つにより分離される、請求項１４に記載の浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォーム。
【請求項１６】
前記３つの安定支柱のうちの各安定支柱の前記支柱外側殻体は前記隔壁、前記リング補剛円筒形フラット、およびリングガーダーにより構造的に支持される、請求項１５に記載の浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォーム。
【請求項１７】
前記３つのトラス部材のうちの１つのトラス部材は前記他の２つのトラス部材とは長さが異なり、前記三角形断面は二等辺三角形であり、前記風力タービンタワーは、同一の長さの前記他の２つのトラス部材に接続された前記安定支柱の前記上端部の上方に配置されている、請求項１４に記載の浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォーム。
【請求項１８】
前記３つのトラス部材は等しい長さであり、前記三角形断面は正三角形である、請求項１４に記載の浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォーム。
【請求項１９】
前記環状区画は、液体および気体のうちの少なくとも１つで加圧可能であり得る体積を提供する、請求項１４に記載の浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォーム。
【請求項２０】
前記３つの安定支柱のうちの１つの安定支柱は前記他の２つの安定支柱よりも直径が大きく、前記風力タービンタワーは、前記より大きい直径を有する前記１つの安定支柱の前記上端部の上方に配置されている、請求項１４に記載の浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォーム。
【請求項２１】
前記長尺風力タービンタワーの前記長手方向軸が前記安定支柱の前記長手方向軸と実質的に平行になるように、前記長尺風力タービンタワーが前記３つの安定支柱のうち１つの安定支柱の前記上端部の上方に配置される、請求項１に記載の浮体式風力タービンプラットフォーム。
【請求項２２】
前記長尺風力タービンタワーの前記長手方向軸が前記安定支柱の前記長手方向軸と実質的に平行になるように、前記長尺風力タービンタワーが前記３つの安定支柱のうち１つの安定支柱の前記上端部の上方に配置される、請求項１４に記載の浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洋上浮体式風力タービンに関し、さらに詳細には、タービンの荷重伝達および浮体式構造物内における海洋により生成された荷重を最適化する構造要素の構成に関する。本発明は、さらにハルの設計および製造を支援する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本願は、２０１５年６月１９日に出願された「Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｗｉｎｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｐｌａｔｆｏｒｍ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｗｉｔｈ  Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｏｆ  Ｗａｖｅ  ａｎｄ  Ｗｉｎｄ  Ｌｏａｄｓ」を発明の名称とする米国仮特許出願第６２／１８２，２４５号の優先権を主張し、その内容全体は参照することにより本願に援用される。
【０００３】
本願は、２００８年４月２３日に出願された「Ｃｏｌｕｍｎ−Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｏｆｆｓｈｏｒｅ  Ｐｌａｔｆｏｒｍ  Ｗｉｔｈ  Ｗａｔｅｒ−Ｅｎｔｒａｐｍｅｎｔ  Ｐｌａｔｅｓ  Ａｎｄ  Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｍｏｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ｓｕｐｐｏｒｔ  Ｏｆ  Ｏｆｆｓｈｏｒｅ  Ｗｉｎｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅｓ」を発明の名称とする米国仮特許出願第６１／１２５，２４１号の優先権を主張する２００９年４月６日に出願されたＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３９６９２号の国内段階出願である現在では２０１３年６月２５日に米国特許第８，４７１，３９６号として発行された２０１０年１０月１５日に出願された米国特許出願第１２／９８８，１２１号の継続出願である現在では２０１４年４月８日に米国特許第８，６９２，４０１号として発行された２０１３年６月２４日に出願された米国特許出願第１３／９２５，４４２号の継続出願である２０１４年３月１８日に出願された「Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｍｏｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｓｕｐｐｏｒｔ  ｏｆ  Ｏｆｆｓｈｏｒｅ  Ｗｉｎｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅｓ」を発明の名称とする米国特許出願第１４／２１８，８０５号にも関する。なおこれらの特許の内容全体は参照することにより本願に援用される。
【０００４】
本願はさらに、２０１３年５月２０日に出願された「Ｆｕｌｌｙ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｏｆｆｓｈｏｒｅ  Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｗｉｎｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｐｌａｔｆｏｒｍｓ」を発明の名称とする米国仮特許出願第６１／８２５，４１２号の優先権を主張する２０１４年３月２０日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｏｆｆｓｈｏｒｅ  Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｗｉｎｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｐｌａｔｆｏｒｍｓ」を発明の名称とする米国特許出願第１４／２８３，０５１号に関する。なおこれらの特許の内容全体は参照することにより本願に援用される。
【０００５】
本願は、２０１４年１０月２７日に出願された「Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ａｒｒａｙ  Ｃａｂｌｅｓ  ｏｆ  Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔａｂｌｅ  Ｏｆｆｓｈｏｒｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」を発明の名称とする米国仮特許出願第６２／０６９，２３５号の優先権を主張する２０１５年１０月２７日に出願された「Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ａｒｒａｙ  Ｃａｂｌｅｓ  ｏｆ  Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔａｂｌｅ  Ｏｆｆｓｈｏｒｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」を発明の名称とする米国特許出願第１４／９２７，４４８号にも関する。なおこれらの特許の内容全体は参照することにより本願に援用される。
【背景技術】
【０００６】
洋上の風力が陸上の風力と比較して強度および均一性の点で非常に優れているため、洋上風力エネルギーは再生可能エネルギーの高い将来性を有する供給源である。はるか洋上での深度が大きい水中において風力エネルギーを利用するにあたり、１つの解決策は浮体式風力タービンを構築することである。浮体式風力タービンは、陸上風力タービンおよび浮体式オイルおよびガス・プラットフォームの両方とは異なる技術上の課題に直面する。
【発明の概要】
【０００７】
陸上の風力タービンとは異なり、浮体式風力タービンは構造物全体の重量を支持するための浮力を提供するプラットフォームを要求する。そのプラットフォーム構造物は、数本の大きい直径を有する円筒形支柱を有し得る。浮力の提供に加えて、風力タービン発電機と組み合わされたプラットフォームは、動的な風、波、および水流の荷重に抗する能力を、および発電のための安定した支持を提供する能力を、有するべきである。他の課題は、波荷重に起因する追加的な疲労損傷（風荷重に起因する疲労損傷に匹敵し得る）である。これは、より良好な信頼性を達成ために、堅牢な構造設計を要求する。
【０００８】
浮体式風力タービンの設計に関する１つの固有の課題は、浮体式のオイルおよびガス・プラットフォームと比較して、大きい荷重が、風力タービン発電機のタワーから、タワー基部接続部における非常に集中した場所を通って、プラットフォームに伝達されることである。プラットフォームの支柱は通常、浮力を提供するために、風力タービン発電機のタワーよりもはるかに大きい直径を有する。フローターデッキを有するタワー基部接続部を強化するための従来の方法は溶接補剛材を大量に用いる補強であり、係る補強は費用対効果に優れない場合がある。オイルおよびガス産業と比較すると、洋上風力エネルギー生産は利潤差額がはるかに小さい。構造設計の１つの目的は、重量および構造コストの最小化である。したがって、プラットフォーム支柱上の補剛を簡略化することが好適である。
【０００９】
したがって、最小化されたコスト内で荷重支持能力、流体力学的安定性、および優れた信頼性を提供する構造的プラットフォーム設計を有する洋上風力タービンが必要とされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】オイルおよびガス産業において穿孔用に使用される、先行技術に係る半潜水型プラットフォームの一例を示す図である。
【図２】浮体式風力タービンプラットフォームの構造要素を示す図である。
【図３】トラス構造の詳細図である。
【図４ａ】安定支柱の実施形態の詳細図である。
【図４ｂ】安定支柱の実施形態の詳細図である。
【図５ａ】水エントラップメントプレートおよび対応する構成要素の詳細図である。
【図５ｂ】水エントラップメントプレートおよび対応する構成要素の詳細図である。
【図６】浮体式風力タービンプラットフォームの安定支柱およびトラス構造の幾何学的形状の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
背景技術のセクションにおいて論じられた主題は、単に背景技術のセクションにおいて記載されているという理由により、先行技術であるとみなされるべきではない。同様に、背景技術のセクションにおいて記載の課題または背景技術のセクションの主題に関連する課題は、先行技術においてすでに認識されているものとみなされるべきでない。背景技術のセクションにおける主題は、請求される本発明の実装にも対応し得る、異なるアプローチを単に提示する。
【００１２】
以下の詳細な説明は、本開示の技術に関する。本開示の技術を例示するための好適な実装について、本開示の範囲を限定するためにではなく、説明する。なお本開示の技術の範囲は請求項により定められる。当業者は、係る記載に関する、様々な均等な変形例を認識するであろう。
【００１３】
本明細書で開示の浮体式風力タービンプラットフォームは、浮体式基礎に対する革新的な構造設計を導入する。一実施形態では、浮体式風力タービンプラットフォームは３本の支柱を有する半潜水型プラットフォームである。なお管状トラス部材がこれらすべての支柱を接続している。水エントラップメントプレートが、水平方向に延長する（すなわち、片持ちの）大きいプレートとしてこれらの支柱の一部または全部の底部分（すなわちキール端部）に、支柱の基部において取り付けられ得る。風力タービン発電機タワーは構造物上の高い位置において相当な風荷重を受け、支柱間の間隔が安定性の達成を支援する。
【００１４】
本明細書で記載のプラットフォームに含まれる支柱は、水平方向および対角線状の管状部材を含む管状トラス部材を用いて互いに連結され得る。各支柱は２つの同心円状の円筒（すなわち、浮力を提供するためのフローターとして機能する外側殻体と、風力タービン荷重を支持するための垂直方向管状部材として機能する、より小さい直径を有する内側軸と）からなる。内側軸も、包括的な流体力学的荷重および流体静力学的荷重を支柱間で伝達する。なお、流体力学的荷重および流体静力学的荷重は、外側殻体により支持される。追加的に、内側軸はタービン荷重（すなわち、タワー基部における曲げモーメントおよび関連する剪断力）を、他の支柱に、水平主要管状部材および対角線状管状部材（なおこれらの管状部材のすべては内側軸に接続されている）を通して、伝達する。したがって風力タービンタワーにより誘導されるモーメントは個々の支柱の浮力の相対的変化により相殺され得る。
【００１５】
本明細書で記載の浮体式風力タービンプラットフォームは、風力タービンプラットフォームの性能を改善するトラス構造の他に、追加的な特徴物も含み得る。いくつかの実施形態では、浮体式風力タービンプラットフォームは、液体バラストを安定支柱間で移動させる能動的バラストシステム（米国特許第８，４７１，３９６号参照）を含み得る。この能動的バラストシステムは、支柱間で液体をポンプ輸送することを通して個々の支柱の重量を変化させることにより、風力により誘導されるモーメントを相殺することが可能である。支柱は、出力変換効率が最適化されるよう浮体式プラットフォームを垂直縦方向整列状態に保持するために液体を支柱内のタンク間でポンプを介して移動させる能動的バラストシステムを収容し得る。例えば風がタワーに向かって吹いているとき、センサが風力タービン発電機の回転を検出し得る。センサは制御器に連結され得、この制御器は、１つの支柱から液体を取り出して浮力を増加させ、液体を他の支柱に追加して当該支柱の重量を増加させるよう、ポンプを制御する。一実施形態では、他の支柱への、および他の支柱からの、独立的な流体経路を制御する複数のポンプが各支柱に存在し得る。
【００１６】
バラスト制御器は、風力タービン発電機の横方向角度を調節するために、支柱内の液体体積も制御し得る。いくつかの実施形態では、これらの支柱は、各支柱の水深差により液体の体積を検出するセンサを有する。支柱間で液体バラストを能動的に移動させることにより、誘導された風力が相殺され、それによりプラットフォームが水平状態に保持され得る。いくつかの実施形態では、能動的バラストシステムは、バラストシステム内の液体と周囲の海水とを完全に分離することにより、浮体式風力タービンプラットフォームに発生し得る浸水および沈下を防止するよう構成された閉ループシステムであり得る。バラストポンプの作用により、液体は各支柱間で接続されたトラス部材に関連付けられた配管を通って流れ得る。係る実施形態では、周囲の海水が能動的バラストシステムに侵入することはまったく不可能である。能動的バラストシステムにおいて使用される液体は、腐食問題および他の海水に関連する課題を緩和するために、新鮮な水であり得る。水は、洋上へ曳航される前に波止場地区で追加されてもよく、または補給船により追加されてもよい。
【００１７】
液体バラストシステムの実施形態では、Ｘ軸およびＹ軸に沿って取り付けられたジャイロスコープを含む整列センサが、支柱間でのバラスト液体の分配を制御するために使用され得る。ジャイロスコープは回転角速度（度／秒の単位を有し得る）を表現する信号を出力する。回転角速度を積分すると、角度位置が求められることとなる。したかって整列センサ内のジャイロスコープは、プラットフォームおよびタワーの整列における変動を測定するために使用され得る。Ｘ軸ジャイロスコープは水平面にあり、浮体式風力タービンプラットフォームの中心線と整列され得る。Ｙ軸加速度計も水平面にあるが、Ｘ軸ジャイロスコープに対して垂直である。トリム角αは構造物のＹ軸周りの角度であり、リスト角γは構造物のＸ軸周りの角度である。
【００１８】
構造物が完全に整列されている場合、Ｘ軸およびＹ軸のジャイロスコープは加速度をまったく検出しないであろう。一方、構造物がいずれかの方向に傾いている場合、Ｘ軸ジャイロスコープがトリム回転を検出し、Ｙ軸ジャイロスコープがリスト回転を検出するであろう。この情報に基づいて、回転角が既知の数学的方程式を使用して計算され得る。例えばプラットフォームのトリム角αおよびリスト角γは、ジャイロスコープによりバラスト制御システムに提供される入力信号である。最初に、測定された信号には、波および風の動的および確率論的な効果に起因するすべての高周波妨害を相殺するために、ローパスフィルタ処理が施され得る。プラットフォームのトリム角およびリスト角は標準的なローパスフィルタ処理ストラテジー（例えば高次バターワースフィルタなど）を使用して、ローパスフィルタ処理が施される。フィルタ処理されたプラットフォームのトリム角
【数１】
0006609328.tif 000002
およびリスト角
【数２】
0006609328.tif 000003
に基づいて、支柱上部中心ｉとｊとの間の相対的角度θｉ−ｊは、次の式を使用して導き出される。
【数３】
0006609328.tif 000004
【００１９】
次の規則が使用される。θｉ−ｊが正である場合、支柱ｉが支柱ｊよりも高いことを意味する。誤差ｅｉ−ｊ＝｜θｓｅｔ−θｉ−ｊ｜が制御器に対する入力として使用される誤差である。通常は、θｓｅｔ＝０°である。θｉ−ｊの符号に基づいて、ＯＮに対する不感帯を定める特定値よりもｅｉ−ｊが大きい場合、正確なポンプＰｉ−ｊの動作が開始されるであろう。ポンプＰｉ−ｊまたはＰｊ−ｉは、ｅｉ−ｊがＯＦＦに対する不感帯を定める特定値よりも小さい場合、動作が停止されるであろう。相対的角度θｉ−ｊに応じて、１つ、２つ、または３つのバラストポンプの動作が開始されるであろう。安定支柱の上部中心間の相対的角度に基づくこのアルゴリズムを用いて、最速の液体伝達経路が常に考慮され、したがって、プラットフォームは常にあらゆる状況で、極めて迅速に、または可能な限り急速に、均等キールに復帰される。１つのポンプに突発的な欠陥が生じた場合、自動バイパスも、そのアプローチを使用して、機能する。プラットフォームのトリム角αおよびリスト角γを含むプラットフォーム動力学が測定され、フィードバックループに帰還されるヒール角測定値を提供するために使用される。したがって整列センサ信号に基づいてバラスト制御器は、各支柱内の液体体積を調整し、それにより垂直整列角度オフセットが修正されるよう、ポンプを制御し得る。プラットフォームが許容可能な水平角内にある場合、バラストシステムは安定支柱間での液体の移動を停止するであろう。
【００２０】
一実施形態では、風力タービン発電機タワーは、これらの安定支柱のうちの１本の安定支柱の内側軸の上部に取り付けられ、当該安定支柱はトラス部材により他の支柱の内側軸に連結される。いくつかの実施形態では、これらのトラス部材は安定支柱外側殻体にも固定され得る。例えばトラス部材は各支柱の外側殻体に溶接され得る。この構造により浮体式風力タービンプラットフォームの全体的な構造効率が改善され、構造物は比較的軽量化され得る。風力タービンタワーは、タワーおよび風力タービンの構成要素の重量を支持する安定支柱の上方に直接的に取り付けられ、その一方で、他の安定支柱は、プラットフォームを全体として安定化させ、かつ、タワーを実質的に垂直整列状態に保持するための主要な機能を有する。上述のように、能動的バラスト制御システムは、一実施形態では、安定支柱間でバラスト液体を移動させ、それによりプラットフォームの安定化が支援されるよう、使用され得る。
【００２１】
いくつかの実施形態では、風力タービン発電機タワーを支持する安定支柱は、タワーおよびタービンの重量を相殺するための追加的浮力を提供するために、他の２つの安定支柱よりも大きい直径を有し得る。他の実施形態では、風力タービン発電機を支持しない２つの安定支柱の中心間の距離は、風力タービン発電機を支持しない２つの支柱の中心と風力タービン発電機を支持する支柱の中心と間の距離とは異なり得る。この特定的な３つの安定支柱の実施形態では三角形断面が二等辺三角形となり、安定支柱の中心間の距離が均一であり正三角形の断面となる他の実施形態とは、異なる。他の実施形態では安定支柱間の距離がすべて異なり、それにより三角形断面が不等辺三角形となる。
【００２２】
ナセル（例えばタービン翼に対するピッチ制御システム、ギアボックス、ヨーイング制御器、および発電機のうちの１つまたは複数を収容し得る）がタワーの上部に取り付けられ得、ハブと、ハブから延長するタービン翼と、を支持し得る。ハブは、通常の風速範囲においてタービン翼の回転速度が一定となるようタービン翼のピッチの調整を可能にするための機構を含み得る。ナセルはヨーイング制御システムに連結され得る。ヨーイング制御システムは、最適効率のために、タービン翼を直接的に風の方向に指向させる。通常はナセル内に配置される風力タービン設備（例えばギアボックスおよび発電機など）は、ナセル内に存在してもよく、または他の実施形態では、タワーの下方部分に配置されてもよく、または安定支柱の上部上に配置されてもよい。
【００２３】
他の実施形態では、ギアボックスを有さない直接駆動タービンも本明細書で記載の半潜水型風力タービンプラットフォームとともに使用され得る。発電機により生成される電力は、風力が変動するため、ランダムな周波数および振幅を有し得る。電力は、変圧器、インバータ、および整流器を用いて変えられ、それにより均一な出力電圧および電流が生成され得る。様々な実施形態では、これらの電気的構成要素は、ナセル内に、タワーの底部に、または他の安定支柱の上側面上に、配置され得る。
【００２４】
風力タービンからの電気的出力は、海底および発電所まで延長する電気ケーブルを通って伝達され得る。海底まで直線状に延長するよりもむしろ、ケーブルの一部は、ケーブルの当該部分を上昇させる浮力機構に連結され得る。次にケーブルは湾曲経路を有し得る。それにより、浮体式風力タービンプラットフォームは、顕著な追加的張力がまったくケーブルに印加されることなく、波、水流、および潮流とともに垂直方向または水平方向に移動することが可能となる（上記で参照することにより援用された、同時係属の米国仮特許出願整理番号第６２／０６９，２３５号および米国特許出願第１４／９２４，４４８号参照）。
【００２５】
一実施形態では、浮体式風力タービンプラットフォームは、高強度構造物を提供する特殊な構成を有する。本明細書における記載は全般的に、３つの支柱間で取り付けられるトラス部材について説明するものであって、これらのトラス部材は長さが等しく、そのために、形成される三角形断面が実質的に正三角形となる一方で、当業者は、このプラットフォームが、４つ以上の安定支柱により形成され、４つ以上のトラス部材により、および等しくない長さのトラス部材により、形成され得ることを、理解し得る。
【００２６】
特に、一実施形態では、少なくとも３つの安定支柱のうちの各支柱は、少なくとも３つの安定支柱と、これらの安定支柱に接続された少なくとも３つのトラス部材と、により形成される凸多角形（例えば三角形）の頂点に配置され得る。この凸多角形断面（例えば一実施形態では三角形断面）は、少なくとも３つの安定支柱の長手方向軸に対して垂直な平面内で、安定支柱およびトラス部材により形成される。
【００２７】
他の実施形態では、３つの支柱間に取り付けられたトラス部材の長さが異なり、それにより、いくつかの事例では、風力タービン発電機タワーを支持する支柱が２つの等しい長さのトラス部材が交わる頂点に存在する二等辺三角形が形成される。他の実施形態では、３つの支柱の間に取り付けられた等しくない長さのトラス部材により、不等辺三角形の断面が形成され得る。
【００２８】
いくつかの実施形態では、高強度の船舶グレードの構造用鋼（例えば４２０ＭＰａまでの降伏強さ）が、トラス部材の水平主要管状部材および対角線状管状部材に使用され得る。追加的に、工場出荷時に事前製造が可能であるパーツ（例えば直線状の管状部材）は、重量および建築コストを最小化するために、６９０ＭＰａまでの降伏強さの鉄鋼で作られ得る。
【００２９】
ここで図面を参照すると、ハル形状の半潜水型設計が、一般に、図１で示されているように、オイルおよびガス産業で使用される。ハル形状の半潜水型設計は、船舶形状構造物が安定性を保持する場合のように水線面の面積サイズからではなく、むしろ、支柱１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅ、および１０５ｆ間の距離から安定性を誘導する、支柱により安定化を図る設計である。追加的な浮力は、支柱１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、および１０５ｄと、支柱１０５ｅ、１０５ｆ、および図１では視界から遮られている２つの追加的な支柱と、に接続する大きいポンツーン１１０ａおよび１１０ｂにより提供される。いくつかの実施形態では、支柱１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅ、および１０５ｆは円形または正方形であり得、通常は、直交補剛されるが、支柱は任意の多様な形状であり得る。半潜水型設計では、支柱に印加される波荷重は、ポンツーン１１０ａおよび１１０ｂを通して、場合によっては、支柱外側殻体へとフレーム状に組み立てられる管状のトラス部材１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、および１１５ｄを通して、支柱間で横方向に伝達される。これらの支柱は、支柱の上部に対する垂直重力荷重を生成する上部側面プラットフォーム１２０も支持する。
【００３０】
比較すると、風力タービンに対する浮体式基礎に対する荷重は異なる。これらの荷重は２種類の荷重の組み合わせである。プラットフォームに印加される第１種類の荷重はタービン荷重である。タービン荷重は、タワー上部に設けられたナセルに接続されたロータにより生成され、次に、曲げモーメントの他にも軸方向力および剪断力を通して、タワーの基部に伝達される。これらの負荷は、タービンが回転し発電する通常動作において、比較的高いという特殊性を有する。タービン荷重は、ロータ・ナセル組立体（ＲＮＡ）およびタワーに印加される、空気力学的風荷重の他に、慣性負荷および重力荷重も含む。これらの荷重は非線形であり、タワーの基部において高い曲げモーメントを生じさせ、また関連付けられた水平剪断力も生じさせる。
【００３１】
剪断荷重はタービン出力に応じて変動し得、タービン出力はロータ直径に略比例して変動する。マルチメガワット級タービンは通常、数百〜数千ｋＮの公称荷重を生成し、曲げモーメントは、タワー高さに応じて、基本的な剪断荷重の１０〜１００倍のオーダーである。タワー高さは、さらに、タービン翼の長さに依存する。例えばタワーは通常、最下位置におけるタービン翼の先端部がおよそ海水面上で１５〜２０メートとなるような、高さである。したがって浮体式プラットフォームの構造物は、これらの剪断荷重および曲げモーメント荷重に対応するよう設計されなければならない。
【００３２】
重力荷重もタワーの基部において垂直荷重を形成する。平常の動作状態においてこれらの荷重が優勢であることは、構造物全体に印加される疲労荷重の重要性を指し示す。頻繁に生じる荷重は疲労損傷を発生させ、構造物の様々なパーツ間の接続は、十分な疲労寿命をプラットフォームに提供するよう設計されなければならない。極度の動きに、または極度のロータ風荷重に、起因するものであれ、ＲＮＡおよびタワーに対して印加される極度な荷重も、浮体式プラットフォームの設計において重要な役割を果たす。
【００３３】
浮体式風力プラットフォームに印加される第２および第３の種類の荷重は、流体力学的荷重および流体静力学的荷重である。流体力学的荷重は、ハルに対する波の回折および放射からの、および粘度からの、波荷重、および水流荷重を含む。流体力学的荷重は浮力も含む。これらの種類の流体力学的荷重は、すべての種類の半潜水型構造物の設計において重要である。
【００３４】
浮体式風力タービンプラットフォームの構造物は、一実施形態では、製造の費用対効果を保証する一方で、可能な限り最適に、この複雑な荷重の組み合わせに耐え、係る組み合わせを伝達するよう、設計される。この点は、図２〜図６で強調される浮体式風力タービンプラットフォームの異なるパーツにおけるいくつかの構造的革新を通して、達成される。
【００３５】
図２では、浮体式風力タービンプラットフォームの構造要素が図示されている。支柱２１５ａの上部に設けられたタワー・基礎間の接続２０５は、例えばタービンおよびＲＮＡの設置が容易となるよう、フランジ接続を通して作られる。このフランジ接続は、陸上タービンおよび洋上モノパイルに対して標準的である。構造物の浮体部品が浮揚するよう、および、波荷重に耐えるよう、設計されている浮体式構造物の場合、荷重は基礎に伝達されることが必要である。浮体式風力タービンプラットフォームの一実施形態では、基礎への荷重の伝達は、フランジと、タワーを支持する安定支柱２１５ａ内部の同一直径の内側軸と、の間の直接的接続により達成される。マルチメガワット級洋上タービンのタワー基部直径は変動する（多くの場合、３〜７メートル）が、通常は安定支柱が浮力を提供するにあたり必要な直径よりも小さいので、タワー・安定支柱間の接続が単純なフランジとなり得ない。代替的に、内側軸が安定支柱の外側殻体の内部に提供される。内側軸を外側殻体の内部に提供することにより、タワーと支柱との接続において要求される細部の量が最小化される。この構成は、必要とされる追加的構造物の量も最小化する。接続は耐疲労荷重について局部的に最適化される。内側軸またはフランジは、支柱に対して完全性を提供するために、支柱の残余の上部部分にも接続され得る。支柱の上部は、局部的荷重を経験し、局部的補強を必要とし得るが、包括的タービン荷重を基礎全体に伝達するよう設計されていない。風力タービンタワーからの大部分の荷重は、内側軸に対してフランジ接続を使用することにより、内側軸に渡される。
【００３６】
追加的に、水エントラップメントプレート（「ＷＥＰ」）２２０ａ、２２０ｂ、および２２０ｃが、平坦な補剛板としてキール端部において支柱に直接的に接続され得る。ＷＥＰ２２０ａ、２２０ｂ、および２２０ｃは、波荷重からの顕著な垂直圧力荷重と、ＷＥＰの縁部における渦離脱に起因する粘性荷重と、を支持する。これらの荷重は安定支柱に伝達される。これらの荷重は一般に、隣接する支柱に印加される静水圧よりも小さい。したがってＷＥＰプレートの厚さは通常、安定支柱の外側殻体と比較して、小さい。
【００３７】
さらに、ＷＥＰ２２０ａ、２２０ｂ、および２２０ｃは、荷重を構造物に戻すために、主要構造物（例えば、以下でさらに詳述するように支柱および／またはトラス部材）から片持ち梁状に突出する。この構成は、支柱およびトラス部材に対する同一の全体的設計に依存する一方で、全体的なプラットフォーム挙動に対する必要に応じてＷＥＰの形状を調整するための多くの自由を提供する。ＷＥＰは、風および波により誘導される動きの減衰を大きくし、波の周期に対するプラットフォーム共鳴周期の調整を提供する。安定支柱に対するＷＥＰの接続部は、プラットフォームの寿命にわたりＷＥＰに印加される流体力学的波圧により、ならびに、大きい風浪階級における極度の流体力学的荷重により、生成される周期的疲労荷重を耐えることが必要である。安定支柱の外側殻体は、ハルに印加されるこれらの流体静力学的荷重の大部分に耐える。
【００３８】
安定支柱２１５ａ、２１５ｂ、および２１５ｃの各安定支柱内の内側軸は、水平主要管状部材２１０ａおよび対角線状管状部材２１０ｂを含み、かつ、安定支柱２１５ａ、２１５ｂ、および２１５ｃを一緒に接続する、全体的トラス構造の一部である。
【００３９】
図３でより詳細に示されているように、各支柱内の内側軸３１５、３２０、および３２５は、細長い補剛されない管状部材から作られ、全体的なトラス構造の一部として機能する。全体的トラス構造は、構造に対する包括的荷重伝達（特に、タワーの基部におけるタービン荷重）の他に、包括的流体力学的荷重および流体静力学的荷重にも耐えるよう、設計される。一実施形態では、３つのトラス部材が存在する。各トラス部材は２つの水平主要管状部材３０５と、２つの対角線状管状部材３１０と、を有する。内側軸３２０および３２５を含む支柱間で延長する図３で示される２つの水平主要管状部材３０５は、海洋環境荷重に曝露されるこれらの支柱間で横方向に荷重を伝達する能力を有するため、ここでは横方向トラス部材とも呼ばれ得る。２つの水平主要管状部材３０５に加えて、トラス部材は２つの対角線状管状部材３１０をさらに含み得る。２つの対角線状管状部材３１０は、これらの支柱のうちの１つの支柱を２つの水平主要管状部材３０５のうちの１つの管状部材３０５に接続することにより、横方向トラスに追加的な構造的支持を提供するために使用される。
【００４０】
トラス部材に印加される圧力荷重（すなわち流体静力学的荷重および流体力学的荷重）は、圧力荷重がトラス部材の壁部厚さに影響しないよう水平主要管状部材３０５の直径および対角線状管状部材３１０の直径を十分に小さくする（すなわち、長さ対直径比が７より大きくなり、それにより、多くの場合、直径は１〜２．５メートルの範囲となる）ことにより、最小化され得る。局部的座屈が、圧力がＷＥＰに、または外側殻体のうちの１つに、印加されることの結果として生じ得る。直径が小さい場合、局部的座屈耐性が改善される。すなわち、プレートが平坦であるときよりも、印加された圧力に抗して曲げられたとき、プレートは降伏し難い。トラス部材の水平管状部材および対角線状管状部材の円形の断面が、流体力学的荷重の観点から、好適である。なぜなら円形の断面は、同様の長方形断面と比較して、引張抵抗を最小化するためである。円形断面積は、全方向からの波に由来する荷重を効率的に伝達することも可能である。追加的に円形断面は、風力タービンタワーを製造するために使用される同一の組み立てラインを使用して、効率的な製造が可能である。
【００４１】
図４ａおよび図４ｂでは、一実施形態における安定支柱の詳細図が示されている。いくつかの安定支柱のうちの各安定支柱は、安定支柱の外側殻体の内部に収容されているため、外部天候から保護された内側軸を含む。図４ａに示されているように、内側軸４０５は、タワーおよびトラス部材により伝達される包括的荷重を主に支持するよう設計される。内側軸は、バラスト区画または加圧区域からの何らかの外部静圧も支持し得る。結果的に発生する座屈強度の懸念が、内側軸の壁部厚さを選択する際の有害な要因となることを防止するために、および製造上の要求（例えば輸送上の携帯性）を満足するために、内側軸４０５の直径は最小化され、内側リングガーダー４１０が、重量管理ストラテジーとして、局部的に利用され得る。リングガーダー４１０は内側軸の内部上の断面に沿って内側軸壁部に直接的に取り付けられ、リングガーダー４１０の垂直位置は、バラストからの外部圧力に、またはトラス部材からの打ち抜き荷重に、耐えるための支持が必要とされるかどうかに応じて調整され得る。風力タービンタワーの下方にない安定支柱内の内側軸の直径は通常、風力タービンタワーを支持する内側軸よりも小さいであろう（例えば、大部分のタービンに対して３〜６メートルの範囲内）。
【００４２】
内側軸は垂直アクセス軸も含み得る。なおこの垂直アクセス軸は、要員が機材の検査または修理のために安定支柱内で効率的に上下に移動することを可能にするものである。
【００４３】
支柱外側殻体４１５は、主に、浮体式プラットフォームに対して十分な浮力および適切な運動挙動を提供するようなサイズを有する。支柱外側殻体は、キール端部４６５から支柱の上部までの直線状の垂直壁部を有する構造物である。いくつかの実施形態では、外側殻体は中空状であり、十分な支柱浮力の完全性を提供するために、貫通トラス部材に溶接され得る。他の実施形態では、外側殻体の形状は、トラス部材に内側軸への直接的接続を提供するよう、構築され得る。外側殻体４１５は、内側軸４０５の周りの円筒形殻体として成形され得る。いくつかの実施形態では内側軸は外側殻体４１５の上方および／または下方に延長し得る。他の実施形態では外側殻体４１５は、対角線状管状部材４２０および／または水平主要管状部材４２５が進入し得、それにより外側殻体４１５が対角線状管状部材４２０および／または水平主要管状部材４２５の通路に対して接触または妨害することがないよう、パイ形状の切片が外側殻体の表面から切り取られた状態の全般的円筒形状を有し得る。
【００４４】
大部分のマルチメガワット級洋上風力タービンに対して、安定支柱直径は約４メートルより大きい必要があり、約１５メートルにまで達する場合もある。安定支柱の外側殻体に印加される荷重は、流体静力学的な波荷重からの、および流体力学的な波荷重からの、局部的圧力が、および、安定支柱に印加される波荷重および水流荷重が、優位を占める。外側殻体４１５を通過し得る対角線状管状部材４２０および／または水平主要管状部材４２５から伝達される包括的荷重は、局部的にのみ外側殻体に影響を及ぼし、プレートの局部的補強を用いて解決される。したがって一実施形態では、外側殻体４１５は、外側殻体上の殻体またはプレートの座屈に耐えるよう設計されている。この設計は、図４ｂで示されているようにリング補剛円筒形殻体またはフラット４３０ａおよび４３０ｂを含み得る。リングガーダー４３５を有するリング補剛円筒形殻体が、費用対効果のために、直交補剛円筒形殻体よりも好適である。
【００４５】
一実施形態では、安定支柱は比較的小さい垂直荷重を支持するよう設計される。なぜなら、上部側面重量およびタービン荷重に起因する垂直（すなわち軸方向）応力の大部分が、外側殻体および垂直補剛材（例えば隔壁）によるよりもむしろ、対応する安定支柱の内側軸により、支持されるためである。垂直荷重は、内側軸および外側殻体の両方に直接的に接続されている安定支柱の底部またはキール端部に印加され、したがって、垂直荷重は２つの構造部材間で分割される。かくして外側殻体は、支柱のキール端部に印加される浮力垂直荷重の一部を支持するが、これらの荷重も内側軸に部分的に伝達される。したがって外側殻体に印加される垂直荷重は最小化され得る。
【００４６】
一実施形態では安定支柱は、加圧され得る安定支柱内の中空区画４５５を作るために、フラット４３０ａおよび４３０ｂと隔壁４４０とを使用して、区画化されてもよい。これらのフラット４３０ａおよび４３０ｂと、水平補剛材４４５を有する隔壁４４０と、は、区画機能を、および１つの区画が浸水した場合における浮体式風力タービンプラットフォームの存続可能性を、提供する。さらに、これらのフラットおよび隔壁は、外側殻体により支持される包括的荷重を最小化するためにも、および、これらの荷重を内側軸に戻すためにも、使用される。例えば隔壁４４０は波および水流の結果として剪断力が加えられ得る。
【００４７】
一実施形態では、支柱の外側殻体４１５は圧力容器として作用し得る。その角材（壁部厚さおよび補剛）は、外側殻体を形成するために使用されるプレートに印加される局部的圧力の効果を最小化することにより、最小化され得る。この局部的圧力の低減は、内部静圧を提供することにより流体静力学的水位および海洋波からの外部圧力を均衡させることにより達成され得る。例えば鉄鋼製の円筒形外側殻体４１５に対して、内部圧力が常に外部圧力を上回る場合に最良の構成が得られる。外部圧力は、圧縮性のフープ応力下で座屈を生じさせ、その一方で、内部圧力は殻体に引っ張り応力を生じさせる。許容可能な応力は、座屈におけるより高い不安定性により、鉄鋼において圧縮応力よりも引っ張り状況下で、より高い。
【００４８】
外側殻体に対して鉄鋼シリンダを使用することの１つの利点は、環状永続的バラスト区画４５０が内部で加圧され得ることである。内部静圧は、内側軸と外側殻体との間の環状永続的バラスト区画４５０における液体またはガス状のバラストにより作られ得る。液体バラストの場合、バラストの高さは、どれだけの圧力が外側圧力から引かれ得るかを決定する。例えば、区画が平均水位線の１０メートル下方に位置し、暴風波浪からの圧力が追加的に１０メートル上方に到達することが期待される場合、２０水柱メートル（すなわち０．２ＭＰａまたは２バール）が、外部圧力を相殺するために、区画内に提供されるべきである。これは、支柱の上端部に、かつ、グリーンウォーターの到達地点の上方に、配置された排出口に達するまで区画を水で完全に充填することにより達成され、それにより偶発的な浸水が防止される。
【００４９】
一実施形態では、排出口は、バラスト区画上の吸気バルブおよび排気バルブを含み得る。吸気バルブおよび排気バルブは通常動作の際には密閉され得る。吸気バルブおよび排気バルブは、さらに、バラスト区画が充填される際に排気を実施することにより、および逆に、バラスト区画がドレインされる際に吸気を実施することにより、充填時に大気圧がバラスト水の上部において保持されることを保証し得る。この場合、支柱が平均水位線の上方の１１メートルまで延長する場合、排出口は平均水位線の上方の約１１．７５メートルの位置に配置され、バラスト区画の加圧のために２０メートルを越える水柱が提供されるであろう。この圧力は、外部圧力を相殺するにあたり十分である。支柱は通常、平均水位線の上方約１０メートルに立ち、そのため暴風波浪が支柱の上部上に設けられた機材を損傷することはなく、水が排出口を通って浸入することはない。
【００５０】
いくつかの実施形態では、安定支柱における内側軸と外側殻体との間の内部静圧は、均一に加圧されたガスを使用して達成され得る。係る場合では、バラスト区画は、設置時にバラスト区画の上部に設けられた吸気バルブおよび排気バルブを通して、加圧され、したがって、吸気バルブおよび排気バルブを有する排出口は不必要であり得る。圧力は圧力センサを通して監視され得る。バラスト区画内の圧力変動が、バラスト区画外部の静水圧（水深に線形比例する）と同一の傾向にしたがうことなく、代わって均一であるため、バラスト区画内の圧力は、バラスト区画の全レベルに対して最適値に設定され得る。液体バラストの場合とは異なり、必要に応じて、水柱の高さよりもわずかに高い圧力（例えば数バール高い圧力）に設定され得る。
【００５１】
いくつかの実施形態では、能動的バラスト区画４６０内の圧力は、大気への排出を介して動的に制御され得る。これらの大気圧排気口は、空気が、能動的バラストシステムに進入するよう、排出されることを可能にする構造物を含み得る。しかし排出口は通常の海洋動作の際に、海水の望ましくない取り入れが防止されるよう、遮蔽されなければならない。一実施形態では、吸入バルブおよび排出バルブは、区画内の圧力を上昇または低下させるために使用され得る。例えば、圧力監視システムが圧力センサを使用して能動的バラスト区画４６０を監視し得る。圧力損失が生じた場合、アラームが起動され、圧力調整が、自動的に、またはユーザ入力を介して、実施され得る。係る調整は、液体バラストが支柱の上部まで排出口へと延長する場合、蒸発も相殺し得る。内部圧力は、所与の区画と排出口の上部との間で延長する水柱からの圧力にほぼ等しい値に維持され得る。２０メートル〜４０メートルの範囲で変動する通常の支柱高さに対して内部圧力は４バールまでの値となるであろう。
【００５２】
図５ａではＷＥＰ２２０ａ、２２０ｂ、および２２０ｃの詳細が示されている。ＷＥＰ２２０ａ、２２０ｂ、および２２０ｃは安定支柱のキール端部に直接的に接続された平坦な補剛プレート５０５である。これらのＷＥＰは支柱の底部平坦キール４６５から外向きに片持ち梁状に突出し、支持のために既存の構造要素を使用する。例えばＷＥＰは１対の下方水平主要管状部材５１０に接続され得る。ここでこれらの管状部材５１０のスパンは安定支柱と交差する。ＷＥＰは支柱のキール４６５にも接続され得る。ＷＥＰは、周縁ガーダー５１５および径方向ガーダー５２０により支持される。径方向ガーダー５２０は流体力学的荷重に起因する曲げ荷重を支柱へと戻すように伝達する。これらのフラットは、径方向ガーダー５２０がフラットガーダーと合致し、それにより荷重を内側軸に戻すように伝達するよう、補剛される。追加的な剛性のために、ニーブレース５２５が使用され得る。ニーブレース５２５は、小さい直径（例えば１．５メートルよりも小さい）を有し、ＷＥＰからの垂直流体力学的荷重を主に軸方向荷重として支持し、これらの荷重を支柱外側殻体に戻すように伝達し得る、管状部材である。支柱外側殻体はこれらの荷重を支持するために局部的に補強される。ＷＥＰと支柱との間のこれらの接続は、疲労分析および強度解析の対象である。
【００５３】
図５ｂでは、ＷＥＰ２２０ａ、２２０ｂ、および２２０ｃの他の実施形態が示されている。この実施形態では、平坦補剛プレート５３０は安定支柱キール端部の周縁の少なくとも１部分から径方向に延長する。平坦補剛プレート５３０は、安定支柱５３５に接続された２つの下方水平主要管状部材５１０の方向にも、径方向に延長する。図５ａで示されているＷＥＰと同様に、図５ｂで示されているＷＥＰは支柱５３５のキール端部４６５から片持ち梁状に外向きに突出し、支持のために２つの下方水平主要管状部材５４０ａおよび５４０ｂを使用し得る。この実施形態におけるＷＥＰは、周縁ガーダー５４５および径方向ガーダー５５０により支持される。径方向ガーダー５５０は曲げ荷重を支柱５３５へと戻すように伝達する。管状部材ニーブレース５５５は、ＷＥＰからの垂直流体力学的荷重を支持し、これらの荷重を支柱５３５に戻すように伝達し得る。図５ｂで示されているように、２つの下方水平主要管状部材５４０ａおよび５４０ｂの方向に径方向に延長するＷＥＰの部分は、支柱５３５の少なくとも１部分から径方向に延長するＷＥＰ部分から三角形状のＷＥＰ延長部を生成する。
【００５４】
さらに、いくつかの実施形態では、支柱５３５から径方向に延長するＷＥＰ部分は、必ずしも支柱５３５の周縁全体から延長するものではない。例えば、補剛プレートが存在しない１つまたは複数の間隙エリア５６０が存在し得る（図４ｂでもキール４６５の隣に示されている）。したがってＷＥＰの組み合わされた構造物（すなわち、安定支柱キール端部から径方向に延長し、安定支柱に接続された２つの下方水平主要管状部材の方向に径方向に延長する、平坦補剛プレート）は、図４ａおよび図５ｂで示されているように上部に間隙を有する鍵穴の形状を有する。ＷＥＰの形状およびサイズはさらに、様々な設計制約、および、プラットフォーム構造物が海洋に展開されたときに予想される環境状態に対応するよう、変更され得る。
【００５５】
支柱の直径および位置を含むプラットフォームレイアウトは、最適な構造構成が達成されるよう、プロジェクトの仕様に応じて調整され得る。図６では支柱およびトラス部材の寸法の詳細図が示されている。支柱６０５（風力タービン発電機タワー６２０を支持する支柱）の直径Ｄ１は支柱６１０および支柱６１５の直径Ｄ２によりも大きい値であり得る。さらに支柱６１０の中心と支柱６１５の中心との間の距離は、支柱６０５の中心と支柱６１０または支柱６１５の中心との間の距離よりも、大きい値であってもよく、または小さい値であってもよい。この構造構成では、支柱６０５を支柱６１０に接続する軸と支柱６０５を支柱６１５に接続する軸との間の角度は、４５〜６０度の範囲で、または６０〜９０度の範囲で、変動し得る。３つの支柱の水線より上の高さ（乾舷）および水線より下の高さ（喫水）は気象海洋物理学的環境、製造ならびに設置上の制約、およびタービン性能に応じて、調整される。
【００５６】
上記での浮体式風力タービンプラットフォームに関する記載は、他の構成が実装される場合があるため、特性の網羅的一覧を表すものではない。追加的に、これらの構造物は、単独で、または相互に組み合わされた状態で、使用され得る。したがって本明細書で開示の技術の使用を例示する事例は、限定的な事例または好適な事例として解釈されるべきではない。上記で記載の事例は、過度に複雑化することなく開示した技術を単に例示するために使用されたものである。係る事例は、本明細書で開示の技術の必ずしも全部を例示することを意図するものではない。
【００５７】
主題技術について、以下で記載の様々な態様にしたがって例示する。３つの長尺安定支柱を含む浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォームが提供される。３つの安定支柱のうちの各安定支柱は、上端部、キール端部、および内側軸を含む外側殻体を有する。３つの安定支柱のうちの各安定支柱は、そのキール端部において水エントラップメントプレートも有する。さらに各水エントラップメントプレートは、安定支柱の長手方向軸に対して垂直な平面において片持ち梁状に突出する。
【００５８】
追加的に、浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォームは３つのトラス部材を含み、各トラス部材は、２つの水平主要管状部材および２つの対角線状管状部材を含む。これらの水平主要管状部材のうちの各水平主要管状部材は、３つの安定支柱のうちの１つの安定支柱の内側軸に接続するための第１端部と、３つの安定支柱のうちの異なる１つの安定支柱の内側軸に接続するための第２端部と、を含む。相互接続された３つの安定支柱および３つのトラス部材は、３つの安定支柱の長手方向軸に対して垂直な平面において三角形断面を形成する。ここで、この三角形断面の３つの辺は３つのトラス部材であり、三角形断面の３つの頂点は３つの安定支柱である。各トラス部材に対して、２つの対角線状管状部材のうちの各対角線状管状部材も第１端部および第２端部を有し、各対角線状管状部材の第１端部は１つの安定支柱の内側軸に接続され、各対角線状管状部材の第２端部は同一のトラス部材における水平管状部材のうちの１つの管状部材に接続される。浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォームは、タワーの長手方向軸が安定支柱の長手方向軸に対して実質的に平行となるよう３つの安定支柱のうちの１つの安定支柱の上端部の上方に配置された長尺の風力タービンタワーをさらに含む。
【００５９】
一実施形態では、パイ形状切抜部がこれらの支柱外側殻体の各外側殻体の側部上に配置され、それにより、３つのトラス部材のうちの２つの対応するトラス部材が内側軸に接続するための間隙が提供される。いくつかの実施形態では３つのトラス部材は３つの安定支柱の支柱外側殻体にも接続される。３つのトラス部材は、支柱外側殻体を貫通し、支柱外側殻体に接続されるとともに、内側軸にも接続される。
【００６０】
いくつかの実施形態では、３つのトラス部材のうちの１つのトラス部材は他の２つのトラス部材とは長さが異なり、そのために二等辺三角形である三角形断面が形成される。風力タービンタワーは、この実施形態では、同一の長さの他の２つのトラス部材に接続された安定支柱の上端部の上方に配置される。
【００６１】
一実施形態では、３つのトラス部材が等しい長さを有し、この場合、形成される三角形断面は正三角形である。
【００６２】
いくつかの実施形態では、環状区画が、すべての支柱外側殻体のうちの各支柱外側殻体と、対応する内側軸と、の間に形成される。これらの環状区画は液体および気体のうちの少なくとも１つで加圧可能である体積を提供する。
【００６３】
一実施形態では、３つの安定支柱のうちの１つの安定支柱は、他の２つの安定支柱よりも直径が大きく、風力タービンタワーは、より大きい直径を有する１つの安定支柱の上端部の上方に配置される。
【００６４】
一実施形態では、バラストタンクが３つの安定支柱のうちの各安定支柱内に配置される。バラストタンクは、バラスト制御システムにより３つの安定支柱間で伝達可能であるバラストを収容するために使用される。
【００６５】
いくつかの実施形態では、３つの安定支柱のうちの各安定支柱の支柱外側殻体は、隔壁、リングガーダー、およびリング補剛円筒形フラットのうちの少なくとも１つにより、構造的に支持される。いくつかの実施形態では、３つの安定支柱のうちの各安定支柱の内側軸はリングガーダーにより、構造的に支持される。いくつかの実施形態では、３つの安定支柱のうちの各安定支柱の支柱外側殻体は、隔壁、リングガーダー、およびリング補剛円筒形フラットのうちの少なくとも１つにより構造的に支持され、３つの安定支柱のうちの各安定支柱の内側軸はリングガーダーにより構造的に支持される。
【００６６】
一実施形態では、各水エントラップメントプレートは、ｉ）安定支柱キール端部の周縁の少なくとも１部分から径方向に、および、ｉｉ）安定支柱に接続されたトラス部材のうちの２つのトラス部材の方向に径方向に、延長する。一実施形態では、径方向に延長することの結果として、各水エントラップメントプレートは、当該プレートの平面において略鍵穴形状を形成する。
【００６７】
３つの長尺安定支柱を含む浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォームも提供される。なおこの風力タービンプラットフォームでは、３つの安定支柱のうちの各安定支柱は、上端部を、キール端部を、および、外側殻体と支柱外側殻体により収容される内側軸との間の環状区画を、有する。３つの安定支柱のうちの各安定支柱は、そのキール端部において水エントラップメントプレートを有する。水エントラップメントプレートは、安定支柱の長手方向軸に対して垂直な平面において片持ち梁状に突出する。
【００６８】
浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォームは３つのトラス部材を含み、各トラス部材は、２つの水平主要管状部材および２つの対角線状管状部材を含む。これらの水平主要管状部材のうちの各水平主要管状部材は、３つの安定支柱のうちの１つの安定支柱の内側軸に接続するための第１端部と、３つの安定支柱のうちの異なる１つの安定支柱の内側軸に接続するための第２端部と、を含む。相互接続された３つの安定支柱および３つのトラス部材は、３つの安定支柱の長手方向軸に対して垂直な平面において三角形断面を形成する。ここで、この三角形断面の３つの辺は３つのトラス部材であり、三角形断面の３つの頂点は３つの安定支柱である。各トラス部材に対して、２つの対角線状管状部材のうちの各対角線状管状部材も第１端部および第２端部を有し、各対角線状管状部材の第１端部は１つの安定支柱の内側軸に接続され、各対角線状管状部材の第２端部は同一のトラス部材における水平管状部材のうちの１つの管状部材に接続される。浮体式かつ半潜水型の風力タービンプラットフォームは、タワーの長手方向軸が安定支柱の長手方向軸に対して実質的に平行となるよう３つの安定支柱のうちの１つの安定支柱の上端部の上方に配置された長尺の風力タービンタワーをさらに含む。
【００６９】
いくつかの実施形態では、環状区画は、隔壁およびリング補剛円筒形フラットのうちの少なくとも１つにより、分離される。一実施形態では、３つの安定支柱のうちの各安定支柱の支柱外側殻体は、隔壁、リング補剛円筒形フラット、およびリングガーダーのうちの少なくとも１つにより、構造的に支持される。
【００７０】
いくつかの実施形態では、３つのトラス部材のうちの１つのトラス部材は他の２つのトラス部材とは長さが異なり、そのために二等辺三角形である三角形断面が形成される。風力タービンタワーは、同一の長さの他の２つのトラス部材に接続された安定支柱の上端部の上方に配置される。
【００７１】
一実施形態では、３つのトラス部材が等しい長さを有し、この場合、形成される三角形断面は正三角形である。
【００７２】
いくつかの実施形態では、環状区画は液体および気体のうちの少なくとも１つで加圧可能であり得る体積を提供する。
【００７３】
一実施形態では、３つの安定支柱のうちの１つの安定支柱は、他の２つの安定支柱よりも直径が大きく、風力タービンタワーは、より大きい直径を有する１つの安定支柱の上端部の上方に配置される。
【００７４】
以前の記載は、本明細書で記載の様々な態様を当業者が実施することを可能にするために提供されたものである。これらの態様に対する様々な変更は、当業者には容易に明らかとなるであろう。本明細書で定められた一般的な原則は他の態様にも当てはまり得る。したがって、請求項は、本明細書で示された態様に限定されることを意図するものではなく、請求項の言語と首尾一貫する全範囲にしたがって解釈されるべきである。単数形における１つ要素に関する参照は、特記なき限り「１つであって、ただ１つに限定される」ことを意味するものではなく、むしろ「１つまたは複数」を意味する。
【００７５】
「態様」などの語句は、係る態様が主題技術に対して必要不可欠であること、または、係る態様が主題技術のすべての構成に当てはまることを、意味するものではない。１つの態様に関する開示は、すべての構成に当てはまってもよく、または１つまたは複数の構成に当てはまってもよい。態様などの語句は、１つまたは複数の態様を指す場合があり、その逆もまた成り立つ。「構成」などの語句は、係る構成が主題技術に対して必要不可欠であること、または、係る構成が主題技術のすべての構成に当てはまること、を意味するものではない。１つの構成に関する開示は、すべての構成に当てはまってもよく、または１つまたは複数の構成に当てはまってもよい。構成などの語句は、１つまたは複数の構成を指す場合があり、その逆もまた成り立つ。
【００７６】
本明細書で用いる用語「例示的」は、「事例または例示として役立つ」ことを意味するために使用される。本明細書で「例示的」であるとして記載された態様または設定は、他の態様または設計に対して好適または有利であると必ずしも解釈されるべきでない。本開示を通して記載された様々な態様の構成要素に対する、当業者に対して既知であるか、または将来既知となるであろう、すべての構造的および機能的均等物は、参照することにより本明細書に特に援用され、請求項に含まれることを意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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