(57)【要約】【課題】風向の変化に対する風車の追従性を向上させる。基礎が傾斜した場合に自己復元することによって高い安定性を維持する。システム全体の軽量化と低コスト化を達成する。【解決手段】基礎２を環状の浮体４で構成し、この浮体４上に風車１のナセル６を固定し、水上の風を受けた場合に基礎２を風車１ごと水上で自転させこの風車１の回転軸を風向に追従させる方位調整翼７を基礎２上に設け、かつ係留機構３によって浮体４を自転可能な状態で係留することにより、水上の風向が変化した場合に風車１の方位調整を基礎２ごと自律的に行うようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と、この風車を支持する基礎と、この基礎を係留する係留機構とを備えた浮揚式水上風力発電システムにおいて、前記基礎を環状の浮体で構成し、この浮体上に前記風車のナセルを固定し、水上の風を受けた場合に前記基礎を前記風車ごと水上で自転させこの風車の回転軸を風向に追従させる方位調整翼を前記基礎上に設け、かつ前記係留機構によって前記浮体を自転可能な状態で係留することにより、水上の風向が変化した場合に前記風車の方位調整を前記基礎ごと自律的に行うことを特徴とする浮揚式水上風力発電システム。
【請求項２】
前記浮体上に骨組構造物を設け、この骨組構造物に前記ナセルを固定したことを特徴とする請求項１記載の浮揚式水上風力発電システム。
【請求項３】
前記浮体が円環状であることを特徴とする請求項１または２記載の浮揚式水上風力発電システム。
【請求項４】
前記浮体はその断面が円形であることを特徴とする請求項３記載の浮揚式水上風力発電システム。
【請求項５】
前記浮体の中央下部の水中に前記基礎を安定化させるバラストを備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の浮揚式水上風力発電システム。
【請求項６】
少なくとも一部が水中に没する鍔状の構造物によって形成され、水の抵抗および質量により前記基礎を制振して過度に傾斜するのを抑制する傾斜防止機構を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の浮揚式水上風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浮揚式水上風力発電システムに関する。さらに詳述すると、本発明は風車、この風車を支持する浮揚式の基礎、この基礎を係留する係留機構を備えた浮揚式水上風力発電システムにおける風車の方位調整機能の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海や湖沼などの水上、中でも海上は風力エネルギー賦存量が大きく風力発電に適することから、海上風力発電装置の建設および運転が欧州を中心に進められている。ただし、欧州における海上風力発電装置は水深が比較的浅い海底を基盤として基礎を施工する着底式であることから、海底勾配が急峻なわが国ではこの欧州方式を汎用的に適用することはできない。そこで、わが国においては水深が比較的深い沿岸にも設置可能な浮揚式風力発電装置が必要となっている（例えば、特許文献１と非特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、浮揚式の風力発電装置としてこれまでに実証され又は実用化されているものはなくアイデアが提案されているに留まっている。提案されている浮揚式風力発電装置の一例には、陸上の商用発電装置として用いられている３枚羽根の水平軸型風車を浮体に載せるものがある。この場合の水平軸型風車は機械的かつ能動的にヨー制御される必要がある。
【０００４】
この提案されたアイデアのように海上風力発電装置を浮揚式とする場合、浮揚させるための方式は風車の基礎となる浮体構造やその係留方式により主に以下のタイプに分類することができる（非特許文献２参照）。
【０００５】
（１）  半水没型（セミサブ型）
ロワーハルと呼ばれる浮体１０１の上にコラム（柱体浮体）１０２を立て、その上に甲板１０３を設けてこれらを構造上必要な数のブレース１０４で立体的に結合する方式である（図４参照）。この場合、コラム２０４と浮体２０１で生じる浮力と全自重のバランスで決まる位置まで全体の一部が水没するため、水面近傍で最大となる波力の作用を低減させることができる。海流や潮流による漂流を防止するため浮体２０１を係留索２０２で係留し、この浮体２０１を浮遊させて風車２０３の基礎としている（図５参照）。風車２０３は、コラム２０４に設けられたポール２０５によって支持されている。風車２０３の自重を受ける直下のコラム２０４は、その一部、場合によってはその大部分が海中に水没している。また、複数のコラム２０４をトラス２０６で連結させることによって安定性を確保して転倒しないようにしている。
【０００６】
（２）  垂直緊張係留型（ＴＬＰ：ｔｅｎｓｉｏｎ  ｌｅｇ  ｐｌａｔｆｏｒｍ型）
半水没型（セミサブ型）の一種であるが、浮体３０１の浮力が全自重の重力より過剰であるため、水中の浮体３０１を緊張状態の係留索３０２で比較的緩みの少ない状態で拘束することが可能である（図６参照）。浮体３０１の浮力が全自重と釣り合う場合に比べると安定性が増すので、単一の風車３０３とする提案がなされている。
【０００７】
（３）  スパー（Ｓｐａｒ）型
下部にバラスト（錘）４０２，５０２を付けた柱状の浮体（スパー）４０１，５０１にプロペラ４０４や多段式ジャイロミル５０４を載せた構造であり、浮体４０１，５０１を係留索４０３，５０３で拘束する（図７、図８参照）。構造が単純であることが特徴である。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２０７９４８号公報
【非特許文献１】
金綱正夫、「浮遊式風力発電について」、第２回風力エネルギー利用総合セミナーテキスト、２００２年６月、ｐｐ．５８−６９、足利工業大学総合研究センター／日本風力エネルギー協会／リニューアブルエネルギー有効利用・普及促進機構
【非特許文献２】
Ａ．Ｒ．Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ，  Ｒ．Ｌｅｕｔｚ，  Ｔ．Ｆｕｊｉｉ，’Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｆｏｒ  Ｆｌｏａｔｉｎｇ  ＯｆｆｓｈｏｒｅＷｉｎｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｉｎ  Ｊａｐａｎ  Ｗａｔｅｒｓ’，  Ｔｈｅ  １２ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ１  ０ｆｆｓｈｏｒｅ  ａｎｄ  Ｐｏｌａｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  Ｋｉｔａｋｙｕｓｈｕ，  Ｊａｐａｎ、２００２年５月、ｐｐ．５０５−５１２、  Ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｏｆｆｓｈｏｒｅ  ａｎｄ  Ｐｏｌａｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＩＳＯＰＥ）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、浮揚式風力発電装置は比較的新しい構想であるためこれを具現化する確固たる実証済みの技術はなく、現段階で、海上石油掘削用浮体等の方式を応用した構造案が提案されているに過ぎない。
【００１０】
更に、従来案の課題として、高重心となる風車を安定かつ簡易でしかも安価な構造で支持する技術が提案されていないことが挙げられる。特に、機械的かつ能動的にヨー制御を行う通常の風車を用いる場合、プロペラと支持部材との干渉をも考慮し、プロペラとナセルの重量および風に対する抗力を１本のポールのみで支える必要があり（例えば図５のポール２０５を参照）、このポールを極めて剛にする必要がある。こうした場合、状況によってはポールの自重がプロペラとナセルの重量と同程度にまで達し、浮揚式にするために巨大な浮力とこれらの力に耐えうる剛な構造、および傾斜や転倒（転覆）を抑制しあるいは防止するための安定性が必要となる。これにより、発電装置が必然的に大型化しコストも高いものとなる。
【００１１】
加えて、従来の方式では、海上の風向が変化した場合にプロペラを風上側へ向けるためにヨー制御を行い、プロペラ面の基礎に対する相対位置（つまりプロペラ軸・ナセルの相対位置）を調整しなければならない。この場合、調整が不十分だとプロペラを効率的に回転させることが困難になるため追従性よく調整しなければならない。また、別個に設ける必要のあるヨー制御装置が発電装置の重量増とコスト増を招いてしまう。
【００１２】
また、上述した（１）〜（３）の各方式にはそれぞれ個別的に以下のような課題がある。
【００１３】
（１）  半水没型
風車２０３の自重を直下のコラム２０４で受ける構造の場合、傾斜や転倒に対する復元力がないので複数のコラム２０４を連結させて安定性を図っているが、風車２０３に対する後流の影響が十分小さくなるように風車２０３間の距離を風車ローター径の１０倍程度に保つ必要があり、コラム２０４を結合する構造物に波力・風力による大きな荷重・曲げモーメントが発生する（図５参照）。このため、経済性の観点から現実的な設計および製作が困難である。また、単一風車での建設が原理的に不可能という問題もある。
【００１４】
（２）  垂直緊張係留型（ＴＬＰ：ｔｅｎｓｉｏｎ  ｌｅｇ  ｐｌａｔｆｏｒｍ型）
水中にある浮体３０１は風車３０３のプロペラや基礎を押し上げようとする浮力しか作用させることができず、風車３０３や基礎が傾斜した場合にこれらを元の傾きに戻そうとする復元力を作用させることが構造上できない（図６参照）。したがって、波や風による外力変動に対する安定性を得るには大きな過剰浮力とその支持が必要となる。また、係留索３０２には常に引張り力が作用しているため、亀裂等が発生した場合に急激に大破するおそれがある。さらに、過剰浮力の浮体３０１を水中に設置する工事や風車の設置工事が困難な場合があるという問題もある。
【００１５】
（３）  スパー（Ｓｐａｒ）型
上方から見下ろした場合に明らかなように、風車４０４の重心と浮体４０１とが鉛直線上に重なり、しかも浮体４０１が水中にあるため、風車４０４や浮体４０１が傾斜した場合に作用する復元力が小さい。従って、波や風による外力変動に対する安定性を得るには浮体４０１のコラムの長尺化が必要であるが、こうした場合には設置可能領域が深海域に限られてしまうことになる。また、風車４０４の設置工事が困難な場合があるという問題もある。
【００１６】
そこで、本発明は、風向の変化に対する追従性に優れた風車の方位調整機能を備えるとともに、基礎が傾斜した場合に自己復元することによって高い安定性を維持することができ、尚かつシステム全体の軽量化と低コスト化を達成することのできる浮揚式水上風力発電システムを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため本発明者は種々検討した。上述したように着底式が不向きあるいは不可能なわが国の地理上の特色からすれば浮揚式の水上風力発電装置を採用せざるを得ないが、このような浮揚式の基礎を水上で固定することは困難である。発明者はこの点に着目し検討を重ねた結果、このような点を逆に利用することによって浮揚式として好適な構造を形成しうるという着想を得るに至った。
【００１８】
本願にかかる発明はこのような着想に基づくものであり、請求項１記載の発明は、風車と、この風車を支持する基礎と、この基礎を係留する係留機構とを備えた浮揚式水上風力発電システムにおいて、基礎を環状の浮体で構成し、この浮体上に風車のナセルを固定し、水上の風を受けた場合に基礎を風車ごと水上で自転させこの風車の回転軸を風向に追従させる方位調整翼を基礎上に設け、かつ係留機構によって浮体を自転可能な状態で係留することにより、水上の風向が変化した場合に風車の方位調整を基礎ごと自律的に行うことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明にかかる浮揚式水上風力発電システムの場合、通常の水平軸式の風車とは異なり、風車（プロペラおよびナセル）がこれらを支持する浮揚式の基礎に一体化され、風車支持用の構造物の鉛直軸周りを旋回しないように固定された状態となっていることから、プロペラおよびナセルとこれらの支持構造を含む浮揚式基礎構造との相対的位置関係が風向によらず一定となっている。そして、風力を受けて風向との平行を保とうとする方位調整翼が、浮揚する基礎ごと水上を回転（自転）させることによって基礎上の風車の回転軸を時々刻々変化する風向に追従させる。つまり本発明では、特にわが国における沿岸などの水上では基礎を固定し難いことを逆に利用してこの基礎ごと最適な角度となるよう回転（自転）させるようにしている。このため、このシステムによれば風力発電装置自体が風の力を利用して自律的に回転することによって常に効率よく風車を回転させうる状態を保つことができる。
【００２０】
しかも、本発明における基礎は環状の浮体によって構成されていることから自転時に水から受ける抵抗が少ない。このため基礎は風向が変化した場合に風力によって自律的に自転しやすくなっている。また、浮体が環状であるため、基礎が傾斜した場合には、浮いた側の浮体の重量および沈んだ側の浮体に作用する浮力により元の状態に戻そうとする復元力を作用させることができる。
【００２１】
加えて、風車は基礎上に固定されておりこの基礎に対し相対回転させる必要がないことから、あらゆる方位に均等な風車支持構造を考慮する必要がないし、風車を旋回させた場合におけるプロペラと支持構造との干渉を考慮する必要もない。したがって、風下側を強固にした固定的かつ不均等な構造物、例えば請求項２記載のように骨組構造物（例えばトラス）によって風車を支持することが可能となり、基礎上部の積載重量の軽量化を図ることができる。これにより、風を受けた場合の基礎の追従性を相乗的に向上させることができる。
【００２２】
このような浮揚式水上風力発電システムにおける浮体は、請求項３記載の発明のように円環状であることが好ましい。こうした場合、浮体が回転時に水から受ける抵抗が小さくなることから風向の変化に対する浮体および風車の追従性が向上する。また、海流や潮流がある場合に、それらの方向に依存した向きに自転することを防止できる。
【００２３】
さらに、この場合における浮体は請求項４記載の発明のようにその断面が円形であることが更に好ましい。この場合、比較的軽量としつつ高い強度を得やすい。
【００２４】
また、浮揚式水上風力発電システムは、請求項５記載の発明のように、浮体の中央下部の水中に基礎を安定化させるバラストを備えていることが好ましい。この場合、基礎およびこの基礎に取り付けられている風車が水上で過度に傾斜したり転倒したりしないよう低重心化して一層の安定化を図ることができる。
【００２５】
さらに、浮揚式水上風力発電システムは、請求項６記載の発明のように、少なくとも一部が水中に没する鍔状の構造物によって形成され、水の抵抗および質量により基礎を制振して過度に傾斜するのを抑制する傾斜防止機構を備えていることが好ましい。この傾斜防止機構が水中にある場合は、水の流動抵抗力（水の相対速度のべき乗に比例する抵抗力）と付加質量効果（水の相対加速度に比例する抵抗力、つまり、水中では見かけの質量が増加し物体が動きにくい効果）を利用し、基礎を制振するものであり、基礎がさらに傾斜しこの傾斜防止機構が水面上にある場合は、一緒に汲み上げた水をバラストとして利用し、復元力を作用させることによってこの基礎と風車とが異常に傾斜するのを防止する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図１〜図３に本発明の一実施形態を示す。本発明にかかる浮揚式水上風力発電システムは、風車１とこれを支持する基礎２ならびに基礎２を海流や潮流によって移動しないように係留するための係留機構３とから構成されている。本実施形態では、基礎２を環状の浮体４で構成し、この浮体４上に風車１のナセル６を固定し、水上の風を受けた場合に基礎２を風車１ごと水上で自転させこの風車１の回転軸を風向に追従させる方位調整翼７を基礎２上に設け、かつ係留機構３によって浮体４を自転可能な状態で係留することにより、水上の風向が変化した場合に風車１の方位調整を基礎２ごと自律的に行うようにしている。
【００２８】
浮体４は基礎２を構成する主要構造物であり、一部が水没し残りの一部が水上に飛び出た状態で基礎２の浮力を発生している。この浮体４は、水上における過酷条件下で風車１が異常傾斜（本明細書では、台風・時化など水上における過酷条件下、通常気象時の傾斜幅を超えて大きく傾斜することを意味する）したり転倒したりしないように、また通常運転時に過大な傾斜が発生しないように、浮遊体が周囲に集中的に配置された構造とされている。これにより、浮体４は、傾斜に対抗する浮力と重力を発生し、傾斜した基礎２を水平に復元させる自己復元機能を発揮することが可能となっている。この場合、浮体４は、風を受けた基礎２が海流や潮流の方向の影響をあまり受けずに水上で風向のみに追従して自転しやすいように環状の構造とされている（本明細書でいう「自転」とは、風を受けた場合に風車１および基礎２が鉛直軸を中心として水上で回転することを意味している）。このように環状とされた場合、自転時に水から受ける抵抗が小さいだけでなく、基礎２が傾斜した場合に浮遊体による浮力および重力のバランスにより復元し安定化させようとする作用が大きい。この場合における環状は、例えば正２０角形のような多角形により構成されている場合を含むが、円環状あるいはこれに近似できる形状とすれば海流や潮流の方向の影響と水から受ける抵抗がより少なくて済むため好ましい（図３参照）。また、円環状であって断面形状（つまり切り口の形状）が円形または円筒形とした形状、すなわち円環面（あるいはトーラス面と呼ばれる曲面）で形成されるドーナツ状の３次元形状とすれば浮体４の強度の点でより好ましい（図２、図３参照）。本実施形態では、風車１、ナセル６さらにはこれらを支持する骨組構造等の重量を基礎２の外周部のドーナツ状の半水没・半水上の浮体４で支持するようにし、自己復元力を作用させているため、転倒・傾斜に対する安定性が高い。
【００２９】
なお、上述のように本実施形態では浮体４の断面形状を円形（または円筒形）としているが、このような浮体４の形状は一例に過ぎず、海流や潮流から受ける抵抗力が小さいものであれば他の形状としてもよい。例えば、特に図示していないが、海上の波力の影響が大きい場合には浮体４の断面形状をＬ字形や凸形などとして潜水部をできるだけ海面から離し、より変動の少ない海中に位置させることによって波力変動の影響を小さくすることが可能となる。
【００３０】
また、円環状とされた浮体４の中空部には円形の甲板（デッキ）１０が設けられている（図３参照）。この甲板１０は、浮体４に大きな外力が加わった場合にこの浮体４の形状を維持するとともに破損するのを防止する。このような甲板１０の破損防止機能を向上させるには、フレーム・板・格子などの構造物を必要に応じてこの浮体４とともに又はこの浮体４と一体的に設置すればよい。本実施形態の甲板１０は、浮体４の内側の甲板面を水が通過できるように十分な隙間を有する格子状のフレームで構築されている。
【００３１】
風車１を支持するための構造物１１は、プロペラ５とナセル６の重量およびこれらに作用する風力による荷重を剛に支持する骨組構造の構造体によって形成されている。ここで、本実施形態の浮揚式水上風力発電システムではこの支持構造物１１上にナセル６およびプロペラ５を固定して基礎２に対する風車１の相対的な向きを一定としているので、風車１が旋回可能な場合におけるプロペラ５と構造物１１との干渉を考慮する必要がない。したがって、従来の非常に剛な単一ポールと異なる合理的な構造で風車１を支持することができる。このため、例えば本実施形態における長短５本の棒状部材１１ａ〜１１ｅによって構成されるトラス構造のように、軽量な骨組構造とすることが可能である。具体的には、本実施形態では左右に配置される２本の棒状部材１１ａ，１１ｂのそれぞれの端部を浮体４の両側に結合するとともに、もう一方の端部を、浮体４の鉛直中心軸の延長線上に配置されたナセル６の筐体に結合している（図１、図３参照）。さらにこの筐体には、これら左右の棒状部材と同等の長さの他の棒状部材１１ｃの一端を結合している。他の棒状部材１１ｃの他端は浮体４の後部に結合されている。さらに、他の棒状部材１１ｃのほぼ中心位置には、この支持用トラス１１の強度を向上させる２本の別の棒状部材１１ｄ，１１ｅの端部を結合している。これら２本の棒状部材１１ｄ，１１ｅの他端側は浮体４の上部に結合されている。例えば以上のような構成により構造物１１を骨組構造とした場合には、軽量化を実現しやすいことに加え、構造物１１が風車の下流側に位置するために風の流れを妨げたりする等の影響を小さくすることができる。
【００３２】
風車１は、構造物１１によって支持されるナセル６とこのナセル６の前方側に取り付けられたプロペラ５とで構成されている。プロペラ５は、水上を吹く風を受けて回転軸（例えば水平軸）を中心に回転し、その回転エネルギーをナセル６へ伝達する。発電機等を内蔵しているナセル６は、プロペラ５を保持するとともにこのプロペラ５の回転を利用して発電する。本実施形態のナセル６は上述したように構造物１１に剛に固定されており、通常のナセルと異なりナセル自体によってはヨー制御を行わない。したがって本実施形態のナセル６およびプロペラ５の基礎２に対する相対的な向きは一定である。なお、本実施形態ではナセル６はプロペラ５の直後に設置されているが、重心を下げるためにナセル６を浮体４と同等の高さなどに設置し、プロペラ５の回転エネルギーを歯車と長尺のシャフトなどでプロペラ５からナセル６に伝達する形態も考えられる。
【００３３】
方位調整翼７は、浮揚式水上風力発電システムが横風を受けた場合に翼に発生する抗力によりシステムの重心の周りに回転モーメントを発生させ、プロペラ５の水平軸が風向とほぼ一致するように基礎２を自転させる翼である。これによりこの浮揚式水上風力発電システムは水上の風向が変わった場合にも自律的にプロペラ５の水平軸の向きを調整する自己風向調整機能を発揮する。例えば本実施形態では、プロペラ５よりも下流側に位置するように棒状部材１１ｃ上の最も浮体２寄りに設けられた垂直翼がこの方位調整翼７として機能している。
【００３４】
バラスト８は、風や波を受けた風車１および基礎２が簡単に傾かないように安定化させるために設けられる重量物である。本実施形態では、基礎２の下方であってこの基礎２の中心を通る鉛直軸上に鉛直な水中支柱１２を取り付け、この水中支柱１２の下部にバラスト８を取り付けている（図１、図２参照）。これにより、浮揚式水上風力発電システムはより低重心化して安定感を増している。なお、本実施形態では基礎２上の積載重量が軽量化されており、尚かつドーナツ状の浮体４で高い安定性が得られているため、バラスト８の海面からの距離は比較的小さくてもよい。
【００３５】
また、このバラスト８と基礎２との間には、バラスト８に対して基礎２が自由に回転できるようにするための自由回転機構１３が設けられている。これにより、基礎２から上の部分は係留機構３の動きとは無関係に自由に自転することができる。また、基礎２から上の部分がバラスト８の回転を伴わずに自転することができる場合には慣性モーメントが小さくなる分だけ基礎２の風向に対する追従性が向上する。
【００３６】
係留機構３は、係留索１４とアンカー１５とで構成され、風車１および基礎２を海流や潮流によって移動しないように係留している。係留索１４と基礎２とは上述した自由回転機構１３を介して接続されている。したがってこの係留索１４は風車１ごと基礎２の全体が水上で自転する際の妨げとならない。また、この係留索１４の他端はアンカー１５によって海底に固定されている。
【００３７】
さらに、本実施形態では浮体４の上部に梁構造体１６を設けている。この梁構造体１６は、バラスト８による復元力を水中支柱１２を介して浮体４に伝達するため、水中支柱１２を浮体４に剛に固定する状態で設置されている構造物である。例えば本実施形態の梁構造体１６は、浮体４の中心で十字状に直交するように配置された２本の梁と、この直交中心からプロペラ５の軸方向前方へと延びるように配置された１本の梁とで構成されている（図３参照）。
【００３８】
傾斜防止機構９は、風車１および基礎２が突風や大波などにより瞬間的に大きな外力を受けた場合に過度に傾くのを防止するために設けられている。例えば本実施形態の傾斜防止機構９は少なくとも一部が海中に没する状態で浮体４の底部に取り付けられた鍔状の構造物によって構成されている（図１、図２参照）。この鍔は、流体（海水あるいは真水）の流動抵抗と、水中では見かけの質量が増加し物体が動きにくくなる付加質量効果とを利用して外力に対抗する力を自然に発生させ、基礎２（および風車１）を水の抵抗によって制振して傾斜するのを抑制する。また、この鍔は縁の部分が上方に湾曲するように形成されており、基礎２が大きく傾斜した時には水を汲み上げ、その水の質量により復元モーメントを作用させる。鍔は、海流や潮流により基礎２の方位に影響を与えない形状、例えば円形あるいは円環形状に形成されている（ただし図１および図２においてはこの鍔の湾曲形状を解りやすく示すため断面形状のみを示している）。また、水を汲み上げたときの復元モーメントが維持されるように、鍔に放射状の仕切りを設けて汲み上げた水が仕切り内から零れ出ないようにすることも好ましい。なお、本明細書でいう「過度に傾く」の度合いは浮揚式水上風力発電システムの大きさ、形状、仕様等により異なるが、一般的には通常の気象条件下における傾斜範囲を超える程度の傾き、具体的には、この傾斜防止機構９の底部が水面上まで持ち上がる程度の傾きが想定される。
【００３９】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態で説明した風力発電システムは風力エネルギー賦存量が大きな海上に設置されることが最も望ましいが、海上は代表的な例に過ぎず、例えば湖沼など、海上でない場合にも大きな風力エネルギーが得られるのであれば本発明を適用することが可能である。したがって、本発明に係る浮揚式風力発電システムの適用範囲が海上に限られることはない。
【００４０】
また、本実施形態では風車１のプロペラ５が水平軸を中心に回転すると表現しているが、設計的な変更によってこの軸の向きが多少上下しており厳密な意味での水平ではない場合であっても上述した実施形態と同様に本発明を適用することは可能である。したがって、本明細書にいう回転軸とは厳密に水平である軸のみならずそうでない軸をも含むものである。
【００４１】
また、本実施形態では環状に連続形成された周回形状の浮体４を例示したが、浮体４が傾斜した基礎２および風車１に復元力を与えて安定した姿勢を保つにはその浮遊体が周囲に集中的に配置された構造とされていれば足り、必ずしも上述のように連続形成されている必要はない。したがって、例えば多数の浮遊体が互いに離れた不連続の状態で環状に配置されることによって形成された浮体４であっても、本実施形態の場合と同様に傾斜した基礎２および風車１に復元力を与えて安定した姿勢を保つことが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、請求項１記載の浮揚式水上風力発電システムによると、浮揚する基礎に風車を固定し、この風車を基礎ごと水上で自転させる構造としたことにより、基礎上の風車の回転軸を時々刻々変化する風向に自律的に追従性よく一致させることを可能としている。これにより、このシステムにおいては能動的なヨー制御を行うための装置を削減できるため、基礎上の積載重量を軽くしてシステムの安定性と風向に対する追従性を向上させることができる。
【００４３】
しかも、基礎は環状の浮体によって構成されており、自転時に水から受ける抵抗が少ないので風向が変化した場合に自律的に自転しやすい。また、浮体が環状であるため、基礎が傾斜した場合には浮いた側の浮体の重量および沈んだ側の浮体に作用する浮力により元の状態に戻そうとする復元力を作用させることができる。このため、高い安定性を維持することができる。
【００４４】
加えて、本発明における風車は旋回不可能な状態で基礎上に固定されるため、風車を旋回させた場合におけるプロペラと支持構造との干渉を考慮する必要がない。したがって、構造強度面で合理的な骨組構造によって風車を支持することが可能となることから、支持構造の大幅な軽量化、必要浮力の低減、安定性の増大、さらには低コスト化が可能となる。また、風を受けた場合の基礎および風車の追従性を相乗的に向上させることができる。
【００４５】
また、本発明にかかる浮揚式水上風力発電システムは単体でも安定に設置することができる。したがって、水上の状況に応じて単体で設置することも可能であるし任意の複数体で設置することも可能である。
【００４６】
請求項２記載の浮揚式水上風力発電システムによると、トラスなどの骨組構造物によって風車を支持していることから基礎上部の積載重量の軽量化を図ることができる。これにより、風を受けた場合の基礎および風車の追従性を相乗的に向上させることができる。
【００４７】
請求項３記載の浮揚式水上風力発電システムによると、浮体を円環状としていることから、浮体が回転時に水から受ける抵抗を小さくして風向の変化に対する基礎および風車の追従性を向上させることができる。また、海流や潮流によって浮体が風向と異なる向きに自転することがない。
【００４８】
さらに、請求項４記載の浮揚式水上風力発電システムによると、浮体を断面円形としていることから、波力・浮力・自重などの浮体に作用する大きな力に対抗するのに十分な強度を比較的軽微な部材で保持することができる。
【００４９】
請求項５記載の浮揚式水上風力発電システムによると、浮体の下部に設けたバラストにより、基礎および風車が水上で過度に傾斜したり転倒したりしないよう低重心化して安定化を図ることができる。
【００５０】
さらに、請求項６記載の浮揚式水上風力発電システムによると、傾斜防止機構を備えることにより、基礎の傾斜を抑制するとともに、大きく傾斜した場合に一緒に汲み上げた水をバラストとして利用し、復元力を作用させることによってこの基礎と風車とが異常に傾斜するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る浮揚式水上風力発電システムの一実施形態を示す側面図である。
【図２】浮揚式水上風力発電システムの正面図である。
【図３】図１に示した浮揚式水上風力発電システムの平面図である。
【図４】従来提案されている半水没型の浮揚式システムの概略を示す図で、海上に浮揚する浮体等を表したものである。
【図５】半水没型の浮揚式水上風力発電システムの海上および海中の概略を示す図である。
【図６】垂直緊張係留型の浮揚式水上風力発電システムの概略を示す図である。
【図７】スパー型の浮揚式水上風力発電システムの概略を示す図である。
【図８】スパー型の浮揚式システムの概略を示す図である。
【符号の説明】
１  風車
２  基礎
３  係留機構
４  浮体
６  ナセル
７  方位調整翼
８  バラスト
９  傾斜防止機構
１１  構造物
【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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