(57)【要約】  複数の風力タービン（１７、１８）を支持する到来風に対して自己整列する浮体式プラットフォームは、風力発電ユニットを形成する。水平方向の風力の下で、結果として生じる風荷重は、浮体式プラットフォームの風荷重受け領域（以下「Ｃ．Ｇｅｏ」）のジオメトリの中心を通過するが、旋回軸（１５）を通過しないため、結果として生じる風荷重がＣ．Ｇｅｏと回転軸（１５）を同時に通過するまで、回転軸（１５）を中心にヨーモーメントをもたらして、浮体式プラットフォームを旋回させる。風力公園または風力発電所は、発電のために到来風に自己整列することができる少なくとも１つの浮体式プラットフォームを備える。浮体式プラットフォームは、海底電力ケーブル（４４）の走行距離を減少するのに役立ち、したがって、電気抵抗およびその後の熱損失を減少し、海底電力ケーブル（４４）のコストを削減する。
2021510793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電ユニット（以下「ユニット」）の複数の風力タービン（１７、１８）を支持する、風に自己整列する浮体式プラットフォームであって、
少なくとも３つの風力浮力体（１１、１０１、１０３）、および前記浮体式プラットフォーム（以下「プラットフォーム」）を形成する接続梁と、
各々１つの浮力体（１１、１０１、１０３）に支持されている少なくとも３つの風力タービン（１７、１８）と、
海底（２）に固定されており、かつ前記浮体式プラットフォームの漂流を抑制する一方で、回転が可能である、回転軸（１５０、５０３）と、を備え、
水平風力からの前記タービン（１７、１８）に対する３つの風荷重の結果として生じる風荷重が、風荷重受け領域のジオメトリの中心（以下「Ｃ．Ｇｅｏ」）および前記回転軸（１５０、５０３）を同時に通過せず、前記結果として生じる風荷重が前記Ｃ．Ｇｅｏおよび前記回転軸（１５０、５０３）を通過するまで、前記浮体式プラットフォームを回転させるためのヨーモーメントが生成される、浮体式プラットフォーム。
【請求項２】
前記プラットフォームに、重心（以下「Ｃ．Ｇ．」）の位置を調整するための調整構造体が設けられ、前記回転軸（１５０、５０３）が、前記Ｃ．Ｇ．の位置にまたはその付近にある、請求項１に記載のユニット。
【請求項３】
前記風力タービン（１７、１８）のうちの少なくとも３つが、風に対向するために指定された方向に配向され、
前記少なくとも３つの風力タービン（１７、１８）が、前記風対向方向に沿った前列および後列である２列に分割され、前記前列が到来風に最初にぶつかり、
前記タービン（１７、１８）の前記前列および後列に異なるタービン定格が使用され、前記Ｃ．Ｇｅｏが、Ｃ．Ｇ．にまたはその付近にある前記回転軸（１５０、５０３）と同じ場所にはなく、したがって、前記Ｃ．Ｇｅｏと前記回転軸（１５０、５０３）との間に（前記プラットフォームの前記Ｃ．Ｇにまたはその付近に）、偏心を生成する、請求項１に記載のユニット。
【請求項４】
前記前列および後列のタービン（１７、１８）に、異なるタワー断面形状（１９、２０）が割り当てられ、
前記タワー断面形状（１９、２０）の前記前列および後列間の異なる風抵抗係数を操作することによって、前記Ｃ．Ｇｅｏにおいて作用する、前記結果として生じる風荷重が、前記プラットフォームの前記Ｃ．Ｇ．にまたはその付近にある前記回転軸（１５０、５０３）に落下せず、前記結果として生じる風荷重が前記Ｃ．Ｇｅｏおよび前記回転軸（１５０、５０３）を通過するまで、前記Ｃ．Ｇｅｏに作用して前記浮体式プラットフォームを回転させるためのヨーモーメントが、前記結果として生じる風荷重によって生成される、請求項１に記載のユニット。
【請求項５】
前記タービン（１７、１８）の前列および後列に、異なるタワー断面形状（１９、２０）が割り当てられ、
前記タワー断面形状（１９、２０）の前記前列および後列間の異なる風抵抗係数を操作することによって、前記Ｃ．Ｇｅｏにおいて作用する、前記結果として生じる風荷重が、前記プラットフォームの前記Ｃ．Ｇ．にまたはその付近にある前記回転軸（１５０、５０３）に落下せず、前記結果として生じる風荷重が前記Ｃ．Ｇｅｏおよび前記回転軸（１５０、５０３）を通過するまで、前記Ｃ．Ｇｅｏに作用して前記浮体式プラットフォームを回転させるためのヨーモーメントが、前記結果として生じる風荷重によって生成される、請求項１に記載のユニット。
【請求項６】
前記ユニットの前記風力タービンは、前記結果として生じる風荷重が前記Ｃ．Ｇｅｏおよび前記回転軸（１５０、５０３）を同時に通過するときに、風方向に対して実質的に垂直である、請求項１に記載のユニット。
【請求項７】
前記ユニットの前記風力タービン（１７、１８）は、前記結果として生じる風荷重が前記Ｃ．Ｇｅｏおよび前記回転軸（１５０、５０３）を同時に通過するときに、安定している、請求項１に記載のユニット。
【請求項８】
前記少なくとも３つの浮力体（１１、１０１、１０３）が、正三角形の頂点に位置しており、前記浮力体（１１、１０１、１０３）の各々が、前記前列および後列に分割された風力タービン（１７、１８）を支持し、回転翼のサイズが、前記２列間で異なっている、請求項１に記載のユニット。
【請求項９】
前記３つの浮力体（１１、１０１、１０３）が、尖った星形状に配置され、前記浮力体（１１、１０１、１０３）の各々が、風力タービン（１７、１８）を支持し、かつ前列および後列に分割され、回転翼サイズが、前記２列間で異なっている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項１０】
前記風力タービン（１７、１８）プラットフォームが、３つの浮力体（１１、１０１、１０３）を備え、かつ三角形、具体的には、正三角形であり、前記浮力体（１１、１０１、１０３）が、前記三角形の先端に位置しており、かつ前記風力タービン（１７、１８）を支持し、前記前列および後列の前記風力タービン（１７、１８）が、同じ定格を有し、前記回転軸（１５０、５０３）が、前記風荷重受け領域間の対称中心線に位置している、請求項１〜９のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項１１】
前記風力タービンプラットフォームが、３つの浮力体（１１、１０１、１０３）を備え、かつ２つの尖ったアームが残りの１つのアームよりも短い３つの尖った星形状に配置され、
前記尖った星の原点が、前記風荷重受け領域の前記Ｃ．Ｇｅｏからの偏心位置にある前記回転軸（１５０、５０３）を収容する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項１２】
前記プラットフォームの前記接続梁（１３）が、水面（１）の上にあり、前記接続梁（１３）の上面が、任意選択的に、太陽光発電パネル（４９）で被覆されていることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項１３】
前記風力タービンプラットフォームの前記接続梁（１３）が、水面（１）の上にあり、前記太陽電池パネル（４９）を支持するための支持機構（１３Ｂ）が、前記接続梁（１３）の上部に追加されている、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項１４】
前記回転軸（１５０、５０３）が、前記プラットフォームのＣ．Ｇ．に近接するかまたはそれと重なり合っており、前記プラットフォームは、前記プラットフォームが拘束範囲から外へ漂流することができないように、前記水の底部（２）に固定された前記回転軸（１５０、５０３）によって抑制されている、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項１５】
前記風力タービン（１７、１８）の各々が、ヨー機械部品を選択的に欠いている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項１６】
風の前にある前記風力タービン（１７）は、その伴流が風の後ろにある前記風力タービン（１８）に影響を及ぼさないように配置されている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項１７】
前記風力タービン（１７、１８）の各々の出力ケーブル（４１）が、前記回転軸（１５０、５０３）に収集されており、かつスリップリング（４２）の回転翼端子に接続されており、前記スリップリング（４２）が、前記回転軸（１５０、５０３）の中心（１５）に位置しており、前記スリップリング（４２）の固定子が、前記海底ケーブル（４４）に接続され、前記海底ケーブル（４４）が、前記基部（５）または前記杭（６１）を通って前記底部から取り出される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項１８】
前記接続梁（１３）が、前記接続梁（１３）の重心レベルに位置している衝撃リング（１５１）を含む中央ノード（１４）を備え、前記衝撃リング（１５１）は、前記プラットフォームが水平方向の変位を除く、全ての角度の移動を行うことを可能にする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項１９】
前記回転軸（１５０、５０３）が、ボルト締めフランジ（１５４）を介して前記海底（２）の前記基部（５）に固定された下側パイプ（５０３）に外嵌される鋼製パイプ（１５０）を備える、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項２０】
前記回転軸（１５０、５０３）が、鋼製上側パイプ（１５０）と、前記海底（２）の前記基部（５）に固定された下側パイプ（５０３）と、を備え、前記下側パイプ（５０３）よりも大きい直径を有する前記鋼製上側パイプ（１５０）は、それが貫通停止部（１６０）によって停止されるまで、所定の距離まで前記下側パイプ（５０３）に外嵌され、前記上側パイプ（１５０）の内面に、圧縮性材料（１５９）が取り付けられている、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項２１】
前記接続梁（１３）は、衝撃リング（１５１）が設けられた中央ノード（１４０）を備え、前記鋼製スリーブは、風および波によって前記プラットフォームが自由に傾斜している間、前記衝撃リング（１５１）が前記プラットフォームの回転を妨げないように、前記衝撃リング（１５１）の内壁から特定の距離だけ離間している、請求項１９または２０に記載の風力発電ユニット。
【請求項２２】
前記プラットフォームに、台風の攻撃下で、水のバラストのための貯水空間が設けられ、前記プラットフォームが、水を取り込むことによって安全な深さまで沈むことを選択できる、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項２３】
浅海に適用されるときに、前記接続梁（１３）が、波の攻撃を避けるために、水位（１）よりも安全な高さだけ上にある、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項２４】
深海に適用される請求項１に記載の風力発電ユニットであって、タービン（１７、１８）を担持する前記浮力体（１１、１０１、１０３）の各々の底部が、ケーブル（１０６）によって、前記プラットフォームの前記Ｃ．Ｇ．の突出部に直接位置しているタレット（１０４）に連結され、かつ前記海底（２）の重力基部（５）にしっかりと取り付けられている、風力発電ユニット。
【請求項２５】
前記浮力体（１１、１０１、１０３）が、円筒形の底部分（１１）と丸みを帯びた台形の上部分とを（１０１で）有する非線形浮揚本体である、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項２６】
前記浮力体（１１、１０１、１０３）が、上側のワイングラス形状の浮力体（１０３）と、底部制振板（１０２）と、から構成され、前記ワイングラス形状の浮力体（１０３）が、前記上部分よりも小さい底部直径を有し、前記直径が、非線形の浮揚本体を形成する、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の風力発電ユニット。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれか一項に記載の複数の風力発電ユニットを備えることを特徴とする、洋上風力発電所。
【請求項２８】
浅海に適用されたときに、前記浮力体（１１、１０１、１０３）の移動経路に沿ってトラフ（３）が掘削されて、前記浮力体（１１、１０１、１０３）の移動を容易にする、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の風力発電所。
【請求項２９】
請求項１〜２６のいずれか一項に記載の風力発電所を構築する方法であって、
プラットフォームを構築することと、
前記プラットフォームの前記浮力体（１１、１０１、１０３）に風力タービン（１７、１８）を設置することと、
工場で鋼製ケーシング（１５０）をプレハブ施工することと、
現場で前記台座を準備することと、
前記下側軸の鋼製軸パイプ（５０３）を設置することと、
前記完成したプラットフォームを前記現場に浮揚させることと、
前記中央ノード（１４）の中心を前記海底基部（５）に固定された前記下側パイプ（５０３）の中心に整列させ、前記鋼製ケーシング（１５０）を持ち上げて、前記海底（２）に固定された前記下側パイプ（５０３）に固定することと、
前記海底ケーブル（４４）を接続することと、を含む、方法。
【請求項３０】
前記プラットフォームを構築するプロセスが、浮力体（１１、１０１、１０３）を前記工場でプレハブ施工し、かつ接続梁（１３）を形成するための鋼製トラスをプレハブ施工することと、
前記プレハブ浮力体（１１、１０１、１０３）および前記鋼製トラスを波止場に輸送することと、
前記第１の浮力体（１１、１０１、１０３）を仮の手段によってドック付近の海で固定し、かつ前記浮力体（１１、１０１、１０３）の浮力または補助はしけもしくは杭を使用して、便利な設置のために、水面（１）の上に前記鋼製トラスで装着するために、前記浮力体（１１、１０１、１０３）の部分を上昇させ／支持することと、
前記接続梁（１３）を持ち上げて前記浮力体（１１、１０１、１０３）と前記中央ノード（１４）とを接続して、前記プラットフォームの構築を完了することと、を含む、請求項２９に記載の構築の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水域に堆積されて発電する風力発電用の複数の風力タービンを支持する風に自己整列する浮体式プラットフォーム、その洋上風力発電所の電力設備への適用、ならびにその製造および構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界の大都市は全て海岸に近接しており、それらの電力消費量は膨大である。洋上風力電力は、変換および規模の面で最も効率的であるため、沿岸部の都市に最も適したグリーン電力である。しかし、洋上風力電力は、陸上風力発電に比べて開発が遅れている。その理由は、海上でのタービン底部固定型基礎の構築費が高いためである。
【０００３】
洋上風力タービンは、その基礎方法に従って、底部固定型と浮揚型との２つの型に分類される。底部固定型は、深海では構築が困難であることに起因して、浅瀬近海でのみ有効である。洋上風力タービンは、通常、直径６〜８ｍの大径鋼杭１本で支持されている。大径鋼管杭を沈めるためには大規模な特殊杭船が必要であり、このような設備は非常に高価であり、通常は少数の企業で管理されている。また、好適な沿岸風力発電所が使い果たされているので、遠洋風力発電用地の検討が必要になってきている。このような状況では、底部固定型は不経済になり、浮揚型がより魅力的である。これまでに開発されている浮揚型は、ほぼ全てが単一タービン式である。浮揚本体に支持されたタワーの先端の高さ１００ｍに位置する、発電機、ギヤボックス、ヨー機構、および回転翼ブレード一体を含む数百トンの物体を支持するには、その安定性を制御することが極めて困難である。業界の慣例では、浮力体基部の寸法がタワーの高さの少なくとも２倍の高さに比べて小さいため、タワーの回転角度は、単一の浮体式タービンでは達成が困難である一定の限界（通常は１０度）を超えてはならないとされている。また、基部の慣性モーメントは、浮体式プラットフォームのローリングおよびピッチング移動を制御するのに十分ではない。この問題を解決するために、いくつかの方法が開発されている。
【０００４】
１）張力脚浮体式プラットフォームを係留索によって海底アンカーに結び付け、プラットフォームの浮力によって誘発される揚力に抵抗し、これにより、転倒モーメントが係留索の張力の変動によってバランスされるようにする。このシステムは、Ｂｌｕｅ  Ｈ浮体式プラットフォームが開発したものである。
【０００５】
２）調整可能な水バラスト浮力体システム風力浮揚浮体式プラットフォームなど、浮体式プラットフォームの浮力体間の水バラストを調整して、転倒モーメントのバランスをとること。
【０００６】
３）スパーＨｙＷｉｎｄによって販売されており、プラットフォームの底部から深海まで延長された鋼製棒を使用することによって、重心を浮力体の中心よりも下に位置させて、重心を棒の端部に取り付けて、重心を浮力体中心の下に下降させるように設計されている。ＨｙＷｉｎｄで使用している鋼製棒は１００ｍを超え、したがって、深海での使用のみに適している。
【０００７】
上記とは別に、三菱重工が１つのタービンを支持する浮体式プラットフォーム「Ｆｕｋｕｓｈｉｍａ  Ｍｉｔａｉ」を試験している。
【０００８】
風力発電所は、広大な海域に分散された複数の単一の浮体式タービンによって形成される。風速場が支配的な風方向を有する場合、風の垂直方向の風力タービン間隔は、１．８Ｄ〜３．０Ｄとみなすことができるが、風に沿った方向のタービン間隔は、６．０Ｄ〜１０Ｄに増加させる必要があり、ここで、Ｄは、タービンの回転翼ブレードの直径である。この大きな分離は、風下のタービンに投影される風上のタービンの伴流の影を避けるように適合されている。伴流の影響は、風下のタービンに潜在的な動力損失を引き起こし、風下のタービンに疲労荷重を課す。
【０００９】
風速場に支配的な風方向がない場合、風上のタービンの伴流の影が風下のタービンに投射する方向は少なくとも１つになる。間隔を短くしすぎると、伴流効果による損失が大きくなる。したがって、間隔は、最小６．０Ｄに維持される。現代の大規模タービンの場合、回転翼の直径は５０ｍを超える。この場合、距離は３００ｍ〜５００ｍになる。タービンをつなぐ水中ケーブルは非常に長く、長いケーブルの抵抗は、電力伝達の損失を引き起こす。
【００１０】
風は通常、海では支配的な方向を有しない。最大の風のエネルギーを捕捉するためには、回転翼は、好ましくは風の方向に垂直である。複数のタービンを回転プラットフォームに置いて風と整列させるという概念が進化している。
【００１１】
〔先行技術〕
旋回軸が中心に位置している三角形のプラットフォームに３つのタービンを置くＷｉｎｄＳｅａの概念。プラットフォーム基部は、タワーの高さに比べて小さく、したがって、プラットフォームの安定性の問題および風の伴流損失は解決されていないままである。
【００１２】
デンマークのＭｏｅｌｌｇａａｒｄ  Ｅｎｅｒｇｙ社によるＳＭＷＳの概念は、コーナーに装着された３つのタービンを支持する三角形の筒状構造体で構成されている。１つのコーナーが係留索で海底に固定されており、その結果、構造体全体が、変化する風方向に追従して、固定されたコーナーを中心に旋回することができる。構造体が非常に大きいため、１つのコーナーを巻き取ると非常に大きな掃海領域が生成され、他の海洋ユーザーに危険を及ぼす可能性がある。
【００１３】
Ｈｅｘｉｃｏｎは、タレットが重心に位置するマルチタービン浮体式構造体を試験しており、その旋回は電力によるものである。セルフプッシュ旋回は、海底からの一種の反応を必要とし、このため重い係留システムが使用されている。また、旋回機構を動作させるための動力源も必要である。
【００１４】
本発明の出願人は、特許「Ｗｉｎｄ  Ｔｒａｃｉｎｇ，  Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ，  Ｓｅｍｉ−Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ  Ｒａｆｔ  ｆｏｒ  Ｗｉｎｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ａ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｔｈｅｒｅｏｎ」のＰＣＴ出願（ＣＮ２０１４１０３２３５３７．１）を出願し、この出願では、水艇のコーナーに浮力体によって支持される風力タービンを有する三角形、星、ティー、または台形のいずれかの構成の水艇が、変化する風方向に追従する。回転は、浮力体の底部とＣ．Ｇ．からオフセットされた旋回装置とをつなぐ係留索によって形成される偏心した旋回点を中心とする。旋回機構のための偏心量を生成するためである。前述の本出願人の先行技術は、水深５０ｍを超える水に適用され、それ以外の場合、浮力体の底部と旋回装置とを接続する係留索は、プラットフォームが停止する前にあまりにも遠くに漂流することを抑制するために、平坦すぎる可能性のある斜面に追従しなければならなくなる。本発明は、全く新しい原理および設計で、全ての水深、特に浅い水深と中程度の水深に適用することを目的とする。
【発明の概要】
【００１５】
＜定義＞
風への自己整列：タービン回転翼ブレードの回転面が、到来風に対して垂直であることを意味する。
風の追跡：タービンが、風方向の変化に追従して指定された方向に旋回することを意味する。
Ｃ．Ｇ．：対象物の質量の重心を意味する。
Ｃ．Ｇｅｏ．：対象物の風荷重受け領域のジオメトリの中心を意味する。
【００１６】
＜基本構成＞
本発明は、水域に堆積されて発電する風力発電用の複数の風力タービンを支持する風に自己整列する浮体式プラットフォーム、その洋上風力発電所への適用、ならびにその製造および構築方法に関する。
【００１７】
プラットフォームは、複数の風力発電タービンを支持し、到来風に自己整列し、この方向の回転翼回転面は、風力タービンの回転翼が常に到来風に対向しているか、または回転翼ブレードの回転面が到来風に厳密に垂直であるように、いわゆる風に対抗する。本発明はさらに、太陽電池パネルを任意に組み込むことにより複数の風力タービンを支持する、この前述の風に自己整列する洋上浮体式プラットフォーム（以下「ユニット」）を使用する風力発電所に関する。
【００１８】
ユニットは、複数のタービンを支持できるため、１つの巨大なタービンと見ることができる。一実施形態によれば、洋上風力発電所用のユニットは、梁によって相互接続された少なくとも３つの垂直に整列した円筒形中空柱（以下「浮力体」）によって形成された半潜水艇と、３つの浮力体のうちの１つに各々架設された少なくとも３つの風力タービンと、を備える。
【００１９】
一態様では、３つの浮力体は、三角形設置、特に正三角形の３つのコーナーを占め、それらの間には、隣接する浮力体を接続する長梁と、長梁の中間スパンに短梁で接続された三角形のＣ．Ｇ．の中央ノードがあり、中央ノードは回転軸を収容している。
【００２０】
別の態様では、３つの浮力体は、３つの梁を有する星設置の三角形の３つのコーナーを占め、３つの梁の各々が浮力体を接続し、かつ三角形のＣ．Ｇ．に位置している中央ノードで交わり、中央ノードは回転軸を収容し、コーナー浮力体は、隣接する２つごとの浮力体を接続する鋼製ケーブルで補強されている。
【００２１】
回転軸はパイプなどの構造体のような剛性シャフトの形であり、海底に固定され、中央ノードの衝撃リングを通過する。前述の衝撃リングは、三角形のＣ．Ｇ．に設置されているため、回転軸はプラットフォームのＣ．Ｇ．に近接している。回転軸は、プラットフォームの水平方向の移動のみを抑制し、それ以外の場合、プラットフォームは浮揚状態で完全に自由である。
【００２２】
＜基本原則＞
一実施形態によれば、洋上風力発電所用の複数の風力タービンを支持する風を追跡する洋上浮体式プラットフォームは、前列および後列の風力タービンの異なる電力定格、前列タービンタワーおよび後列タービンタワーの異なる形状を備え、その結果、前列タービンおよびタワーに作用する風荷重が、後列のタービンおよびタワーに作用する風荷重とは異なる。
【００２３】
均等な風の分布を受ける風力タービンの対称的なレイアウトの場合、全ての風力タービンおよびタワーの積分の風荷重は等しくなり、その結果、結果として生じる単独で作用する風荷重の作用点は、対称中心線と一致し、かつ回転軸が位置している三角形Ｃ．Ｇ．とも一致する。そのような状況では、結果として生じる風荷重は、回転軸を中心に旋回モーメントを生成しない。プラットフォームは文房具のままである。
【００２４】
＜タービン発電定格＞
プラットフォームの星構成または三角形構成では、風に対向する方向は、前列にある１つのタービンおよび後列にある２つのタービンで設定することができ、さらに、２つの後部タービンは、前部タービンよりも定格電力が大きく、その結果、タービン回転翼における結果として生じる風荷重は、Ｃ．Ｇ．から離れた後部タービン付近に近接するように落ちる。
【００２５】
さらに、前列タービンタワーの形状は、後部タービンタワーの形状とは異なるように設定されており、この用途では、前列タービンタワーは、後部タービンタワーよりも小さい風荷重を引き込むように設定されている。３つのタービン回転翼およびタワー全体の風荷重は、Ｃ．Ｇ．から離れる方向に移行し、結果として生じる風荷重を有し、かつ後部タービンの付近に近接するように位置する。タービン回転翼のサイズおよびタワー形状の違いを組み合わせることによって、Ｃ．Ｇ．から離れる方向の結果として生じる風荷重の移行により、自己整列機構が強化される。風がプラットフォームの中心線に対して斜めに到来するときに、結果として生じる風荷重はＣ．Ｇ．から（回転軸からも）オフセットされる。したがって、結果として生じる風荷重は、回転軸を中心に復原ヨーモーメントを生成し、結果として生じる風荷重が回転軸を通過するまでプラットフォームを後退させて、その時点で、前述の旋回モーメントは消失する。
【００２６】
＜タワー形状＞
任意選択的に、前列および後列タービンのタワー形状は、風の抵抗係数の違いを利用して、２列のタワー間の風力の捕捉に大きな違いを生じさせるように異なっている。ここでの選択は、前列のタービンタワーの断面が円形であるのに対し、後部の２つのタービンタワーが両面弾丸形状であるということである。円柱の抵抗係数は約０．４７であり、どの風方向でも変化しないままである。両面弾丸形状の抵抗係数は、弾丸方向で最小０．２９５であり、横方向で最大２．０よりも大きい。これらの２つの方向間の風は、０．２９５〜２．０である。
【００２７】
後列により大きな定格電力のタービンを使用し、後列に二重の両面弾丸型タワーを使用することの組み合わされた効果は、意図的に中心から外れた風荷重を生成し、プラットフォームが指定された風に対向する方向に到来するまで、プラットフォームを回転するように駆動させる。このアプローチは、回転軸が偏心位置に設定される、本出願人の初期の発明（ＣＮ２０１４１０３２３５３７．１）とは完全に異なっている。プラットフォームのＣ．Ｇ．に回転軸を配置することによる本発明は、回転軸を中心とした回転モーメントが最小であり、その結果、プラットフォームを旋回させるように駆動することが容易になるという利点を有する。海掃面積も最小となり、他の海上利用に支障をきたすことが少なくなるという利点がある。
【００２８】
＜梁の接続＞
三角形のプラットフォームの側面は少なくとも２．２Ｄであり、Ｄは回転翼の直径である。例えば、５ＭＷ定格の大規模タービンの場合、回転翼は約１２６ｍであり、２．２Ｄは２７７ｍになる。２つの浮力体を接続するこのような長梁の場合、波の荷重によって損傷する傾向がある。波の荷重を減少するために、梁は波の作用を避けるのに十分な深さの深さ、例えば、１４ｍを超える深さで水中に位置している。一方、単純に支持された梁のように、梁の両端が水中に押さえ付けられている場合、梁の浮力が巨大な曲げモーメントを引き起こしている。したがって、梁の断面は、自重によって、または自重よりもわずかに大きい浮力をバランスさせ、これにより、梁が水域で懸垂状態になるようにする。梁が鋼を使用して構築されている場合、巨大な水バラストを使用する必要があり、このため梁は、橋梁建設技術を使用して、はるかに重い材料−コンクリートで構築する必要がある。
【００２９】
浅海での用途の場合、梁を水中に置く余地はない。梁は波によって容易に損傷されるので、海面では避けるべきである。梁は波の攻撃を避けるために十分に高く上昇されなければならない。したがって、軽量鋼構造体が浮力体間の接続に使用される。
【００３０】
任意選択的に、星構成のＣ．Ｇ．の中央ノードを使用して回転軸を収容し、これにより、接続梁のスパンを減少することができる。これは、風荷重を減少ために梁にトラスを使用することによってさらに強化される。
【００３１】
＜太陽光電力＞
上記の水上梁設置の追加の利点は、任意選択的に、太陽光パネルを梁の上面に設置することができ、さらに大規模な場合は、プラットフォームの投影面積の大きさに起因して、最大メガワットの容量の太陽光パネルを支持するために、プラットフォームの三角形の領域を囲む接続梁の上に二次支持体を建てることができる。
【００３２】
＜回転機構＞
一実施形態によれば、洋上風力発電所用の自己整列プラットフォーム風力発電ユニットは、２つの部分にある回転軸を通過させるための中央ノードの中心にある衝撃リングを備え、下側部分は、海底に着座している重力基部に固定された鋼製パイプまたは鋼杭を備え、滞留ケーブルによってさらに補強されてもよい。一態様における前述の重力基部はコンクリート構造体を有し、別の態様における前述の重力基部は、重量が主に石砂および砂利によって提供される上部開口型ケーソンである。前述の滞留ケーブルは、ケーブルを重力基部に結び付けることによって、セルフアンカー型とすることができ、前述の滞留ケーブルは、アンカーで海底に結び付けることができる。
【００３３】
別の一実施形態によれば、前述の回転軸の下側部分は、土壌が風力タービンからの水平方向の荷重に抵抗するように、適切な深さまで軟質海底に打ち込まれた鋼製杭を備え、さらにケーブルが海底に固定された状態で杭を安定させるために使用される。
【００３４】
別の実施形態によれば、洋上風力発電所用の自己調整プラットフォーム風力発電ユニットは、中央ノードの中心にあり、かつリングの内壁に取り付けられたゴム製フェンダのリングで構築された衝撃リングを備え、フェンダの自由端には、回転軸を中心に自由に移動することができる円を形成する鋼板が取り付けられている。
【００３５】
一実施形態では、回転軸の下側および上側部分の接続は、ボルト締めされたフランジによるものである。別の実施形態では、回転軸の下側および上側部分の接続は、回転軸の上側部分が回転軸の下側部分よりも直径がわずかに大きい外嵌継手によるものであり、前述の上側部分は前述の下側部分に衝撃リングを通して挿入される。回転軸シャフトは、横方向の強度を高めるためにコンクリートで充填されている。
【００３６】
＜追加されたフィン＞
一実施形態によれば、洋上風力発電所用の自己整列プラットフォーム風力発電ユニットは、対称中心線に沿って指定された風に対向する方向を指す、梁の上面に追加されたフィンを備える。前列に２つのタービンを有し、後列に１つのタービンを有する星プラットフォーム構成では、中央ノードと後部浮力体との間の梁にフィンが追加される。三角形構成では、フィンは中央ノードと２つの後部タービン間の長い梁の中点との間に位置している。フィンは、偏心して作用するより多くの風力を捕捉して、復原ヨーモーメントを高めるために使用される。
【００３７】
＜非線形浮力体＞
一実施形態によれば、洋上風力発電所用の自己整列プラットフォーム風力発電ユニットは、上部および底部のセクション間の断面が可変の浮力体を備える。一態様は、浮力体が水域に沈むときに浮力を増加させること、すなわち、上部断面が下部断面よりも大きいことである。別の態様は、主要な浮力を水面下に位置させることによって、すなわち、底部断面が上部断面よりも大きくすることによって、喫水線面積を最小化することである。
【００３８】
＜偏心して配置された回転軸＞
一実施形態によれば、洋上風力発電所用の自己整列プラットフォーム風力発電ユニットは、風に対向する方向に沿ってオフセットされた位置に意図的に配置され、その結果、結果として生じる風荷重が、回転軸を中心にして自己復原ヨーモーメントを誘導する回転軸を備える。星および三角形構成の場合、中央ノードは、２つの後部タービン付近に位置している。この態様では、タービンおよびタワーの風荷重要素は前列と後列で同じであり、その結果、均等に分布した風速スペクトルの場合、結果として生じる風荷重はプラットフォームのＣ．Ｇ．に落ちる。回転軸がＣ．Ｇ．から離れた位置にあると、風に対向する方向で停止するまでプラットフォームを旋回させるための自己復原ヨーモーメントを提供するように、トルクが設定される。
【００３９】
＜深海用途＞
ワイヤを使用して浮力体の底部を一端で結び付け、偏心した回転ピボットを作成するために突出したプラットフォームのＣ．Ｇ．からオフセットされた点で交わって復原ヨーモーメントを生成する、本出願人の初期の発明（ＣＮ２０１４１０３２３５３７．１）は、少なくとも５０ｍの深海を対象にしている。ワイヤの傾斜が平坦すぎると、漂流が過度に大きくなる。本出願人の初期の発明（ＣＮ  ２０１４１０３２３５３７．１）を、回転軸がＣ．Ｇ．にある構成に拡張することによって、上述されたように、偏心回転軸によってではなく、結果として生じる偏心した風荷重によって、復原ヨーモーメントが生成される。したがって、タレットの場所は、Ｃ．Ｇ．の垂直線の真下であり、ワイヤはタレットと各浮力体の底部との間で結ばれている。復原ヨーモーメントは、異なる定格タービンおよび異なるタワー形状を使用して、結果として生じる偏心した風荷重を生成することによって生成される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】星型３タービンの浮体式風力タービンプラットフォームの斜視図である。
【図２】星型３タービンの浮体式風力タービンプラットフォームの平面図である。
【図３】浮力体とタワーグループ１との組み合わせの斜視図、Ｃ．Ｇ．が位置する三角形構成の回転軸の斜視図である。
【図４】浮力体とタワーグループ１との組み合わせの斜視図、三角形型浮体式風力タービンプラットフォームの斜視図である。
【図５】浅海における重力アンカー型回転軸によるプラットフォームの上昇の非線形浮力体セットおよびタワーの形状の斜視図である。
【図６】深い深海における重力アンカー型回転軸によるプラットフォームの立面図である。
【図７】旋回機構の説明である。
【図８】基礎載荷と単杭式タービンとの比較である。
【図９】重力アンカーの回転軸の詳細である。
【図１０】衝撃リングの詳細である。
【図１１】中央ノードの詳細である。
【図１２】重力アンカーの平面図である。
【図１３】回転軸組組み立てにおけるスロットの斜視図である。
【図１４】外嵌接合された回転軸の設置である。
【図１５】回転軸のスロットおよび衝撃リング組み立ての詳細である。
【図１６】星構成の偏心して配置された回転軸の平面図である。
【図１７】三角形構成の偏心して配置された回転軸の平面図である。
【図１８】図５と同じプラットフォームの三角形プラットフォームの平面図である。
【図１９】太陽光パネルおよびフィンを組み込んだ三角形プラットフォームの平面図である。
【図２０】太陽光パネルを組み込んだ三角形プラットフォームの立面図である。
【図２１】回転軸としての杭によって抑制された浅海の中のプラットフォームの立面図である。
【図２２】吸引缶を有する中深海にある重力アンカー型回転軸の詳細である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付の図面および実施形態を参照して、本発明をさらに説明する。図面において、部品は同じまたは類似の機能を示し、同じ表記が与えられている。
【００４２】
〔実施例１〕
図１は、中央ノード１４で交わる３つの梁１３によって接続された３つの浮力体１０３によって形成された三角形形状星構成プラットフォームの斜視図を示す第１の実施例である。前列タービン１７は、浮力体１０３に着座している後列タービン１７よりも小さい。浮力体１０３は、梁１３によって中央ノード１４に接続されている。回転軸１５は、中央ノード１４の中心にある。
【００４３】
図２は、図１の星構成プラットフォームの平面図を示す。
【００４４】
図３は、Ｘ軸およびＹ軸方向の抵抗係数ＣＤに異なる値を有するタワーおよび浮力体（グループ１）の異なる形状を示し、Ｃ．Ｇ．に回転軸と星型と同じタービンレイアウトを使用した不均等なタービン容量とを有する三角形構成の浮体式プラットフォーム平面図を示している。
【００４５】
図４は、ＸおよびＹ方向の抵抗係数ＣＤに異なる値を有するタワーおよび浮力体（グループ１）の異なる形状を示し、三角形構成プラットフォームのワイヤフレームモデルの３Ｄ斜視図を示している。
【００４６】
図５は、前部の円形タワー１９上のより小さなタービン１７と後部の二重弾丸形タワー１９上のより大きなタービン１７とを有する海底浮体式プラットフォームの立面図を示している。浮力体は、中空シリンダ１１と非線形シリンダ１０１との組み合わせである。接続梁１３は水中にあり、水深が少なくとも中程度の深さであることを示している。重力基部５は掘削された溝に設置されている。回転軸５０３の下側部分は基部５に植設され、ボルト締めされたフランジ板を使用して回転軸１５０の上側部分に接合される。
【００４７】
図６は、前部の円形タワー１９上のより小さなタービン１７と後部の二重弾丸形タワー１９上のより大きなタービン１７とを有する海底浮体式プラットフォームの立面図を示している。浮力体は、制振板１０２を有する非線形シリンダ１０３である。用途は、固定点が、浮力体の底部にワイヤ１０６で接続されたタレット１０４に取り付けられた回転軸１５の突出点の真下にある深海にある。帰還者は重力基部１０５に固定されている。
【００４８】
図７は、自己整列機構を示している。軸１５は、プラットフォームのＣ．Ｇ．に設置されることから、結果として生じる風力線はＣ．Ｇ．を通過する、つまり、軸１５を通過するので、等定格タービン１７への均等な風荷重は、プラットフォームを旋回させるための、軸を中心としたいかなるヨーモーメントも生成しない。部分Ａは、プラットフォームの中心線２０２と角度をなして到来する風を示し、風の結果として生じる力Ｆは、回転軸１５との偏心Ｅで点９０において作用し、図の部分Ｂのように風に対向する方向に配向されるまでプラットフォームを旋回させるための復原モーメントＭ＝Ｆ＊Ｅを誘発することを示している。Ｅはレバーアームである。
【００４９】
図２の星型プラットフォームを例として使用すると、前部タービン回転翼の直径は後部タービンの直径の８０％である。回転翼ブレードの風荷重は、回転翼ブレードの掃引面積に比例し、例えば、２つの後部タービンでは５ＭＷ、前部タービンでは３ＭＷである。後部タービンの中心を通過するベースラインについてのモーメントを取ると、Ｃ．Ｇｅｏ  ９０とベースライン間の距離は次のように計算される。
【００５０】
【数１】
2021510793.tif 000003
【００５１】
【数２】
2021510793.tif 000004
ここで、ＦＩおよびＦ２はそれぞれ後部タービンおよび前部タービンの風荷重であり、ｈは三角形の高さである。
【００５２】
回転軸１５をＣ．Ｇ．内に０．３３ｈに等しい距離で位置させると、印加される風荷重の偏心量は０．３３ｈ−０．２４１ｈ＝０．１０９ｈとなる。異なる形状のタワー断面を使用すると、偏心がさらに増加する。
【００５３】
図８は、マルチタービン浮体式プラットフォームの本発明と、対応する泥線力Ｆおよび曲げモーメントＭの一般的な単杭式固定型基礎タービンとの比較を示している。プラットフォーム上の３つのタービンの合計風荷重は（前部タービンの回転翼掃引面積が後部タービンの０．８倍であると仮定する）、
２Ｆ＋（０．８）２Ｆ＝２．６４Ｆであり、
浮力体の底部での転倒モーメントは、
２．６４Ｆ×Ｈ＝２．６４ＦＨであり、ここで、Ｈはタワーの高さである。
【００５４】
転倒モーメントは、浮力体間の浮力の変動によって反作用される。浮力の変動ｆ、ｗ、および泥線の転倒モーメントＭは、
【００５５】
【数３】
2021510793.tif 000005
および
Ｍ＝２．６４Ｆ×ｄである。
【００５６】
単杭式で支持されるタービンでは、泥線の水平方向の荷重はＦであり、転倒モーメントＭは、
Ｍ＝Ｆ×（Ｈ＋ｄ）であり、
ここで、ｄは水深である。底部固定型タービンのほとんどの場合、Ｈはｄよりも大きい。通常、マルチメガワットのタービンではＨは１００ｍよりも大きいが、海の深さは１０〜３０ｍである。例えば、５ＭＷタービンでは、水深が１５〜３０ｍの海に高さ１００ｍのタワーを設置する必要がある。いずれの場合も、泥線レベルでの静的風荷重は、次のとおりである。
【００５７】
【表１】
2021510793.tif 000006
比較により、本浮体式プラットフォームの泥線転倒モーメントは、単杭式底部固定型タービンのそれよりも小さく、ただし、３つのタービンがあることに起因して、浮体式プラットフォームでは水平方向の荷重が高くなるが、水平方向の荷重は、重力基部と海底との間の、またはさらに係留アンカーによる摩擦によって抵抗されることが分かる。
【００５８】
海底の地質条件の要件は、このプラットフォームでは最小である。ＤＳＢタワーが長軸を風に対向する方向に合わせて使用される場合、指定された風に対向する方向と一致する風方向以外のあらゆる風方向は、Ｃ．Ｇ．から移行された結果として生じる風荷重を生成し、プラットフォームを旋回させるためのヨーモーメントが生成される。これは、ＤＳＢタワーの方が、風力の捕捉面積が大きく、円形断面よりも抵抗係数が大きいことに起因して、より多くの風荷重を引き込むことができるためである。
【００５９】
図９は、コンクリート床６に鋳造された剪断キー５１７を使用してコンクリート床材６の上に着座した重力基部５の詳細を示している。掘削３は、海底２に柔らかい土壌の層がある場合にのみ必要である。基部５には多くの可能な設計がある。ここに例として示される実施形態は、マスコンクリートまたは砂および骨材バラストで充填された上部開口型箱５０１の４つの長方形ブロックである。箱５０１は、基部５を形成するために梁５０２とつながっている。回転軸５０３の下側部分は、基部５に固定されている。回転軸１５０の上側部分は衝撃リング１４１を通して中央ノード１４に挿入され、ボルト締めフランジ板１５４によって下側部分５０３を接続して回転軸の設置を完了する。３つのタービンからの電力出力ケーブル４１は、スリップリング４２の可動端子に接続されており、海底電力ケーブル４４は、回転軸の中心に位置している導管４３を通って、スリップリング４２の固定端子まで延びる。間隙Ｇは、回転軸５０３と鋼製衝撃リング１５１との間の分離許容誤差である。分離Ｓにより、中央ノード１４の回転軸および壁１４１に接触することなく、浮体式プラットフォームがローリングおよびピッチングを行うことができる。
【００６０】
図１０は、衝撃リング１４１を収容する中央ノード１４の詳細を示しており、衝撃リング１４１に取り付けられたゴム製フェンダ１５２によって、回転軸１５０の上側部分を衝撃鋼製板１５１の背面に隙間Ｇをあけてゆるやかに保持することができるようになっている。前記上側部分１５０および下側部分５０３は、ボルト締めフランジ１５４によって接合されて、潮汐変動および波動に起因する水面の変動を考慮するのに十分な長さＵおよびＤを有する回転軸を形成する。間隙Ｓは、プラットフォームが波の作用下で傾斜しているときに、回転軸が中央ノード１４の壁に接触しないことを確実にするためのものである。
【００６１】
図１１は、中央ノード１４の平面図を示す。衝撃リング１４１内には、梁５０２に接続された吸引バケット５１３を有する重力アンカー５０１。
【００６２】
図１２は、基部５の平面図を示している。回転軸５０３は、全ての種類の手段によって基部５に固定されている。回転軸にさらなる安定能力を提供するために、滞留ワイヤ５０７による自己アンカーシステムが作動される。
【００６３】
図１３は、外嵌継手を使用する回転軸構築の別の実施形態を示している。回転軸の２つの部分は、下側部分５０３と、外嵌継手を形成する下側部分５０３に落とし込まれるわずかに大きい上側部分１５０と、を備える。
【００６４】
図１４は、外嵌継手の構築がどのように行われるかを示している。プラットフォームは設置水に浮揚しており、中央ノード１４の中心を、海底アンカーブロック内の回転軸５０３の事前に設置された固定された下側セクションに整列させる。回転軸１５０の上側セクションを衝撃リング１５１内に持ち上げ、下側セクションをボルト締めフランジまたは外嵌継手のいずれかに接続する（図に示されているのは外嵌継手用である）。
【００６５】
図１５は、回転軸の外嵌継手の詳細を示している。回転軸の下側部分５０３が最初に取り付けられる。中央ノード１４を下側回転軸５０３に整列させ、次に上側部分１５０を下側部分５０３の上に挿入する。なお、上側回転軸１５０の内面には、重なり合う長さを制御するための貫通止め板１６０と、圧縮性材料１５９とがある。回転軸の両部分には、（３）セクションＣ−Ｃ、（４）セクションＥ−Ｅ、（５）セクションＤ−Ｄ、および（６）セクションＦ−Ｆには、コンクリート５０４および１５７がそれぞれ充填されている。
【００６６】
本出願人の以前の特許出願第ＣＮ２０１４１０３２３５３７．１による図１６では、回転軸１５がＣ．Ｇ．９０からオフセットされた星プラットフォームが示されている。なお、３つのタービン１７の定格は等しい。
【００６７】
本出願人の以前の特許出願第ＣＮ２０１４１０３２３５３７．１による図１７は、ａは、回転軸１５がＣ．Ｇ．９０からオフセットされた三角形プラットフォームを示している。補助浮力体１２Ａおよび補助梁１３Ａも使用される。なお、３つのタービン１７の定格は等しい。
【００６８】
〔実施例２〕
図１８は、タービン定格が不均等なＣ．Ｇ．内に回転軸１５を有する三角形の浮体式プラットフォームと、このプラットフォームのＣ．Ｇ．内に回転軸１５を有する中央ノード１４を支持するための二次浮力体梁システム１２Ａ、１３Ａを示している。上述されたように、プラットフォームが風に対向していないときにヨーモーメントを生成するには、前部タービンおよび後部タービンのいずれかが２つの異なる定格を有しているか、または前部タービンおよび後部タービンのタワー断面積が２つの異なる形状を有しているか、またはその両方である。Ｃ．Ｇ．から９０ｍ離れた場所に風荷重のＣ．Ｇｅｏを生成することが可能である。
【００６９】
図１９は、任意選択のテールフィン５０６との境界内で太陽光電力パネル４９を支持するための二次梁システム１３Ａおよび１３Ｂを有する三角形浮体式プラットフォームを示している。
【００７０】
〔実施例３〕
図２０は、梁１３が台風の波から離れた方向の安全レベルで水面の上にある浅海での浮体式プラットフォームの適用を示している。任意選択の太陽光パネル４９が、梁１３の上面に固定されている。重力基礎５は、吸引バケット５１３によってさらに強化される。海洋泥は、浮力体１１の移動経路に沿って掘削され、円形溝３（図２１に示す）が残る。
【００７１】
図２１は、梁１３が台風の波から離れた方向の安全なレベルで水面より上にある浅海での浮体式プラットフォームの適用を示しているが、回転軸は、海底にアンカー５０８を有する滞留ワイヤ５０７で補強された杭６１によって形成されている。電力出力ケーブル４４は、杭６１の内側を通り、杭の下側部分から出る。海洋泥は、浮力体１１の移動経路に沿って掘削され、円形溝３が残る。
【００７２】
図２２は、これが柔らかい材料の厚い層を有する海底条件に適用される吸引バケットによって強化された重力基部の詳細を示している。基部の底部には、鋼製リングまたはコンクリート製リングを取り付けて、吸引バケットを形成し、支承力および揚力を高めることができる。
【００７３】
＜太陽光発電推定＞
水位より上に位置する接続梁１３の場合、梁がかなり大きいので、梁の上面に太陽光電力パネルを設置することができる。梁について下向きの三角形の断面をとると、幅は６〜８ｍの範囲にあり、長梁１３の長さは、タービン回転翼の直径１００ｍ（図１８）で２２３ｍであり、短梁１３Ａは６４ｍである。太陽光パネルの設置に利用できる総面積は３（２２３＊８＋６４＊８）＝６８８８ｍ２であり、１ｍ四方あたり１８０Ｗの標準的な変換率を考えると、（１８０Ｗ／ｍ２）（６８８８）＝１．２３ＭＷの設置容量の太陽光電力になる。
【００７４】
３つの浮力体で囲まれた三角形の領域全体に太陽光パネルが設置されている場合、利用可能な領域は２１４０８ｍ２（図１９）であり、これは（１８０Ｗ／ｍ２）＊（２１４０８）＝３．８５ＭＷの太陽光電力になる。これにより、発電能力を高め、補完的なソースを形成する。
【００７５】
補助浮力体の数が増加すると、抗力も増加する場合は、テールフィン５０６を取り付けて、復原ヨーモーメントを増加させることができる。
【００７６】
〔作業実施例１〕
図１（斜視図）および図２（平面図）の星構成を例として使用すると、前部タービン１７は、より小さな定格のタービンである。三角形の辺の長さは、１／２（Ｄ１）＋Ｄ２＋１／２（Ｄ１）であり、ここで、Ｄ１はサイズの大きいタービン１８である。後列の５ＭＷタービンの回転翼の直径が１２０ｍであり、前列の回転翼の直径が８０ｍの場合を考える。三角形の辺は、０．５＊１２０＋８０＋０．５＊１２０＝２００ｍ、つまり２２３ｍと計算できる。
【００７７】
浮力体１１のサイズは、通常の１０°以内の許容回転を超えないように、ローリングおよびピッチング角度を制限するのに十分な浮力を有する必要がある。米国のＮＲＥＬによれば、５ＭＷの洋上底部固定型タービンの転倒モーメントは２５００００ｋＮｍである。この転倒モーメントは、浮力体内の浮力の変動によって抵抗される。図２によると、浮力の変動は３＊２５００００／２２３＝３３６０ｋＮである。直径１４ｍの浮力体の場合、浮力体はその２．２ｍの垂直変位によってこの力を生成できる。これは１．１°の厳密な回転を表しているが、弾性回転は約３°でなければならない。波の攻撃の下で浮力体が互いに垂直に移動することが可能な場合でも、＋／−４ｍの合計ローリングおよびピッチングは依然として１０°以内である。
【００７８】
図２の星型プラットフォームを例として使用すると、前部タービン回転翼の直径は後部タービンの直径の８０％である。回転翼ブレードの風荷重は、回転翼ブレードの掃引面積に比例し、例えば、２つの後部タービンでは５ＭＷ（回転翼１２６ｍ）であり、前部タービンでは３ＭＷ（回転翼１００．８ｍ）である。後部タービンの中心を通過するベースラインについてのモーメントを取ると、Ｃ．Ｇｅｏ  ９０とベースライン間の距離Ｘは次のように計算される。
【００７９】
【数４】
2021510793.tif 000007
ここで、Ｆ１およびＦ２は、それぞれ後部タービンおよび前部タービンの風荷重であり、ｈは三角形の高さである。
【００８０】
回転軸１５をＣ．Ｇ．内に０．３３ｈに等しい距離で位置させると、印加される風荷重の偏心量（ｅｃｃ）は、０．３３ｈ−０．２４１ｈ＝０．１０９ｈとなる。２つの５ＭＷ後部タービンの間に引かれたベースラインに基づくと、ベースラインは、１．１＊（１２６＋１００．８）＝２５０ｍであり、三角形の高さは２１６ｍである。結果として生じる風荷重の偏心量は０．１０９＊２１６＝２４ｍになる。異なる形状のタワー断面を使用すると、偏心量はさらに増加する。
【００８１】
例えば、前部タワーの直径は、平均６ｍ、高さ９０ｍ、抵抗係数０．４７である。
【００８２】
後部タワーＤＳＢセクションは、端部半径Ｒ＝２．７５ｍ、平坦な中間部Ｂ＝３ｍ、高さ９０ｍ、抗力０．２９５〜２．７である。
【００８３】
＜横風＞
Ｆ１＝２．７・ｐ・（２・２．７５＋３）（９０）＝２０６６ｐ、
Ｆ２＝０．４７・ｐ・（６）（９）＝２５４ｐ、
【００８４】
【数５】
2021510793.tif 000008
ｅｃｃ＝０．３３ｈ−０．０６ｈ＝０．２７ｈ。
ここで、Ｆ１およびＦ２は、均等な風圧ｐをそれぞれ受ける後部および前部タワーの風荷重であり、ｈは三角形の高さである。偏心量は、０．２７＊２１６＝５８ｍである。両方を同時に選択した場合、偏心量は０．１０９ｈ＋０．２７ｈ＝０．３７９ｈ＝８２ｍと大きくなる。
【００８５】
この偏心量は、プラットフォームの中心線に対して横方向に風が吹くときの最大値である。これは、プラットフォームが風に対向した後に、徐々にゼロに減少する。
【００８６】
＜台風攻撃＞
タービンおよびタワーは台風に耐えなければならない。水深が深い場合の浮体式プラットフォームは、波が梁にほとんど影響しない深さで梁１３を水中に構築する必要がある。水深が梁１３を適切な深さまで覆うことができない場合、梁１３は波高をクリアするのに十分高い水位より上に位置させる必要がある（図２０を参照）。
【００８７】
表１によれば、杭式底部固定型タービンの泥線転倒モーメントは、複数のタービンの本浮体式プラットフォームよりも大きく、このことは、本発明の浮体式プラットフォームが、単杭式底部固定型タービンよりも生存率が高いことを意味する。本プラットフォームは一点係留システムを使用している。全ての回転翼ブレードは風に対向するためにブレードの少なくとも風の載荷領域を有する水平方向に回転し、回転翼は停止位置に入る。プラットフォームは海に浮揚しており、抑制されずに回転する。抑制されていない境界条件により、プラットフォームが受ける風荷重が少なくなる。
【００８８】
＜構築手順＞
いくつかの構築方法があるが、当業者に他の構築方法を想起させることが可能である。ここに示すものは、プラットフォームの実装に対して可能な方法のうちの１つである。
【００８９】
プラットフォームはいくつかのセグメントに分割され、工場で鋳造／製造され、ドックで組み立て港に運ばれ、そこでセグメントが一緒に接合されてプラットフォームが完成し、さらに良いのは、タワーを建て、タービンを所定の位置に設置して完成させることである。港は、浮力体の喫水を収容するのに十分な深さにするのが理想的であるが、深さが十分でない場合には、浮力体に一時的な浮力を提供するための補助浮力体が解決策となる。
【００９０】
現場では、柔らかい材料で海底を掘削して溝３を形成する（図９を参照）。石／砂規制層６を溝に配置する。内蔵型グラウトダクトを有する基部５を必要なレベルまで下降させ、調整層と計量箱５０１との間の空間を加圧グラウトする。グラウトがその設計強度に達したときに、何らかの手段で計量箱をバラストする。回転軸５０３は、基部５に挿入され、間隙５１７をグラウトして、軸５０３の下側部分を固定する。タービンで完成されたプラットフォーム内に浮揚させ、回転軸５０３の中心を中央ノード１４の衝撃リング１５１の中心に整列させ、衝撃リング１５１を通過した回転軸５０３の上側部分１５０を下降させ、フランジのボルト１５３で下側部分５０３に接続する。海底電力ケーブル４４を固定端子に接続し、対応するタービン電力ケーブル４１をスリップリング４２の回転翼端子に接続する。プラットフォームは発電する準備ができている。他の基礎、例えば、回転軸としての単杭式基礎または吸引バケットを有する重力型基礎については同じ原理を適用することができ、ここでは説明しない。
【００９１】
プラットフォームのレベリング調整は、浮力体または梁のセクションの間での水バラストによって達成することができる。
【００９２】
＜任意選択の太陽光電力パネル＞
水面上に位置している接続梁の場合、０．２ＭＷ〜０．４ＭＷの設置容量をもたらすことができる太陽光電力パネルを上面に設置することができる。台風がなく、太陽光が十分にある国、例えば、インドネシア、マレーシア、およびタイでは、三角形構成のプラットフォームが、太陽光電力パネルを設置する上部領域全体に特に適している。太陽光電力所の設置容量は３．０ＭＷ〜４．０ＭＷであり、風力と組み合わせて１ユニットは、定格３ＭＷ＋５ＭＷ＋５ＭＷ＋４ＭＷ＝１７ＭＷであり得る。化石燃料の輸入が不便で高額な場合でも、ユニットは多くの熱帯の島国に適合するが、家庭内で自然電力資源である風力および太陽光は利用されない。４人家族で２ｋＷの電力設置が可能な場合、１つのユニットで対応できる家族数は８，５００世帯、すなわち人口３４，０００人となる。島の北側および南側に２つのユニットを配置することで、他のユニットを補うことが可能となり、その結果、最小限の蓄電量で連続的に電力を供給することができる。
【００９３】
＜本発明の利点＞
要約すると、本発明には以下の利点がある。
１．風力発電所の同じ数の風力タービンの場合、３つのタービンを１つのプラットフォームにグループ化することによって、取得される海域だけでなく、海底電力ケーブルの走行距離も減少できる。
２．プラットフォームが風に自己整列することで、常に最も効率的に風力エネルギーを取り出すことができる。
３．回転軸は、設計がシンプルで交換が簡単である。
４．プラットフォームは、任意選択的に太陽光パネルと一緒に設置することができる。
５．浮体式プラットフォームは、地球物理的な特異性がないため、海底の事前の地質調査を必要とせずにどこにでも位置させることができる。
６．浮体式プラットフォームは、オーバーホール、改造、修理、またはさらには新しい場所への輸送のために、港に戻して浮揚させることができる。
７．プラットフォームの自動で風に対向して整列する機構は、タービンにもプラットフォームにもヨーメカニックを必要とせず、風力発電に切り替えるためのグリッドからの起動電力も必要とせず、したがって、費用およびメンテナンスを節約し、ダウンタイムを排除することができる。
８．３つのタービンによって生成される泥線転倒モーメントは、単杭式タービンよりも小さくなる。言い換えれば、同じ定格の単一底部固定型タービンの杭は、本浮体式プラットフォームでも使用する必要がある。この概念により、このプラットフォームの採用を迅速に決定することが可能になるであろう。
９．必要な設置設備は、港のほとんどのドックにあり、プラットフォームは風力タービンを設置した状態で完成することができる。その後、プラットフォームは現場に曳航される。
【符号の説明】
【００９４】
１海面
２海底（ｓｅａｂｅｄ）、海底（ｓｅａｆｌｏｏｒ）
３掘削トレンチ
４土、粘土
５  重力基部
６砂／骨材層
１１浮力体サイズ１
１２浮力体サイズ２
１２  補助浮力体
１３接続梁、長梁
１３接続梁、短梁
１３Ｂ構造ストラット
１４中央ノード
１５回転軸、旋回軸
１６鋼製ワイヤ
１７風力タービン（サイズ１）
１８風力タービン（サイズ２）
１９タワー（形状１）
２０タワー（形状２）
４１電力出力ケーブル
４２スリップリング
４３ガイドチューブ
４４海底ケーブル
４９太陽光パネル
６１杭
９０結果として生じる風荷重場所
１０１非線形浮力体型１
１０２制振板
１０３非線形浮力体型２
１４１中央ノードの中空コア
１５０回転軸（上側部分）
１５１鋼製衝撃リング
１５２ゴム製フェンダ
１５３ボルト
１５４ボルト締めフランジ
１５７コンクリート面材
１５６導管
１５９圧縮性材料
１６０貫通停止部
１６１補強材
５０１重力アンカー
５０２梁
５０３回転軸（下側部分）
５０４コンクリート面材
５０５コンクリート／セメントグラウト
５０６フィン
５０７滞留ワイヤ
５０８海底アンカー
５１３吸引バケット
５１７圧力グラウト
【図１】
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【図２】
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【図３（Ａ）】
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【図３（Ｂ）】
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【図４（Ａ）】
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【図４（Ｂ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８（Ａ）】
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【図８（Ｂ）】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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