(57)【要約】  本発明は、タワー（２）と、ハウジング（３）と、前記ハウジング（３）に支持されたタービン（４）とを備えている風力発電プラント（１）であって、前記タービン（４）は回転面を画成していて、風の方向に直交する位置に回動するようになっており、少なくとも二本のワイヤ（６）がその一方の端部において前記タワー（２）に接続されていて、前記ワイヤ各々はその他方の端部において少なくとも一つの取り付け点に取り付けられていて、運転中にタワーを設置位置に保つようになっている。  ワイヤ各々が第一位置と第二位置との少なくとも一方の位置になるようになっていて、前記第一位置において、前記ワイヤは、作動中における前記タービンブレードが前記タワーに作用する水平力の中心あるいは中心の近くにおける取り付け点から下向きに傾むく角度で延伸していることと、  前記第二位置におけるワイヤ各々が回転面からはずれていて、前記タービンブレードの面は前記ワイヤを傾斜させることなく垂直軸周囲を旋回できるようになっている。さらに、風力発電プラントの運転方法も規定している。
2010520401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タワー（２）と、ハウジング（３）と、前記ハウジング（３）に支持されたタービン（４）とを備えている風力発電プラント（１）であって、前記タービン（４）は回転面を画成していて、風の方向に直交する位置に回動するようになっており、少なくとも三本のワイヤ（６）がその一方の端部において前記タワー（２）に接続されていて、前記ワイヤ各々はその他方の端部において少なくとも一つの取り付け点に取り付けられている風力発電プラント（１）において、
ワイヤ各々が第一位置と第二位置との少なくとも一方の位置にあるようになっていて、前記第一位置において、前記ワイヤは、運転中における前記タービンブレードが前記タワーに作用する水平力の中心あるいは中心の近くにおける取り付け点から下向きに傾むく角度で延伸していることと、
前記第二位置におけるワイヤ各々が回転面からはずれていて、前記タービンブレードの回転面は前記ワイヤに干渉することとなく垂直軸周囲を旋回できるようになっていることとを特徴とする、
風力発電プラント。
【請求項２】
水中に設置されていて、前記風力発電プラントの下部が一つ又は数個の要素（８ａ）とバラスト（８ｂ）とを含んでいて、けん引ワイヤ（６）なしに前記水中における設置位置に浮かんでいることを特徴とする、請求項１に記載の風力発電プラント。
【請求項３】
ワイヤ（６）がその下端部において水底（５）に取り付けられていることと、さらに少なくとも一本のワイヤ（９）が、その一方の端部において前記風力発電プラント（２）の最下点に取り付けられており、その他方の端部において前記水底（５）に取り付けられていることとを特徴とする、請求項２に記載の風力発電プラント。
【請求項４】
前記風力発電プラント（１）の前記タワー（２）の全部又は一部が、前記タワー（２）の垂直な中心軸をはさんで両側に配置されている柱（１６）を含んでいて、風の主方向における前記柱の風の乱れが前記タービンブレード（４）を前記タービンブレード（４）のハブを通過する垂直線の側に一致させるようになっていることを特徴とする、請求項１−３のいずれか一項に記載の風力発電プラント。
【請求項５】
前記風力発電プラント（１）の前記タワー（２）の全部又は一部が、前記タービンブレード（４）と共に垂直軸の周囲を旋回できるようになっていることを特徴とする、請求項１−４のいずれか一項に記載の風力発電プラント。
【請求項６】
前記風力発電プラント（１）の前記タワー（２）の全部又は一部が、空気の及び／又は水の流体抵抗を低減するフェアリングを備えていることを特徴とする、請求項１−５のいずれか一項に記載の風力発電プラント。
【請求項７】
前記ワイヤ（６）が、ドラム（１２）と少なくとも二つのプーリ（１１）とワイヤ（１４）とを含んでいる装置を用いて前記第一位置と前記第二位置との間を移動されていて、少なくとも二つの制御可能に駆動される前記ドラム（１２）が前記タワー（２）に接続されており、
前記少なくとも二つのプーリ（１１）が前記タワー（２）に接続され、そして前記ドラム（１２）から前記タワーの長手方向に離間して配置されていて、
前記ワイヤ（１４）が前記制御可能に駆動されるドラム（１２）に取り付けられ、前記プーリ（１１）をおおって延伸しそして前記制御可能に駆動されるドラム（１２）に戻ってきており、
そして、前記ワイヤ（６）が調節用のワイヤ（１４）に全長に沿って取り付けられ、前記制御可能に駆動されるドラム（１２）の作動が前記調節用のワイヤ（１４）を前記タワー（２）の長手方向に案内し、そして前記ワイヤ（６）の取り付け点を前記タワー（２）の長手方向に対して上昇又は下降できるようになっていることを特徴とする、請求項１−６のいずれか一項に記載の風力発電プラント。
【請求項８】
前記ワイヤ（６）がドラム（１２）とワイヤ（１４）とを含んでいる装置を用いて前記第一位置と第二位置との間で移動されており、
少なくとも二つの制御可能に駆動される前記ドラム（１２）は、前記タワー（２）に接続され、
前記調節用のワイヤ（１４）は、前記ワイヤ（１４）は制御可能に駆動される前記ドラム（１２）に取り付けられ、
そして、前記調節用のワイヤ（１４）が前記ワイヤ（６）の全長に沿った位置に取り付けられ、前記ワイヤ（６）を前記タワー（２）に向かってけん引することができるようになっていることを特徴とする、請求項１−６のいずれか一項に記載の風力発電プラント。
【請求項９】
風力発電プラント（１）を運転する方法であって、前記風力発電プラントが風力タービンブレード（４）と変更可能な取り付け位置を備えたワイヤ（６）とを有していて、前記ワイヤ（６）は前記取り付け位置において、前記風力発電プラントの運転中に風上位置又は風下位置を選択できるようになっている方法において、
前記取り付け用のワイヤ（６）を前記風力発電プラントの前記タワー（２）における第一の上部位置から第二の下部位置に移動する段階と、
前記風力タービンブレード（４）を垂直軸の周囲で回動させる段階と、
前記タービンブレード回転面が風方向に直交するべく調節される場合、前記風上のワイヤ（６）は前記第二位置から前記第一位置へ移動される段階とを含んでいる方法。
【請求項１０】
前記取り付け用のワイヤ（６）が、前記第二の下部位置において引き締められる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記取り付け用のワイヤ（６）が、前記第一の上部位置において引き締められる、請求項９又は１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電プラント及びその運転方法に関する。本発明の風力発電プラントにおいて、タービンからの軸力は、タービンブレードのハブの高さから表面例えば水中の海底に導びかれる。このことが、従来型の風力発電プラントに比較して、タワーと、タワーの下の構造体とに対してモーメントを作用しない。風力発電プラントは、タワーと、ハウジングと、ハウジングに支持された風下のタービンブレードとを含んでいる。ハウジングはタワーと一体になっているか、タワーの一部分である。タワーとその部品とはタービンブレードと共に回動される。通常運転中、風力発電プラントは少なくとも一本のワイヤにより保持されていて、そのワイヤは風上において、上部位置におけるその一方の端部をタワー又はハウジングの上部に取り付けられていて、その他方の端部において表面、例えば水底に取り付けられている。風下のワイヤはタービンとの干渉をさけるために下部位置に保持されている。
【背景技術】
【０００２】
風力発電プラントは風の運動エネルギを機械的エネルギに変換するために利用されている。このエネルギは、後に電気エネルギに変換される。陸上における標準的な風力発電プラントは地上に固定されたタワーを含んでいて、タワーは最上部にハウジングを備えている。ハウジングには、風に対して能動的に回動する水平軸を備えたタービンブレードが取り付けられている。多くの実施形態が商業的に利用可能であるがほとんど使用できるものではない。１９８０年代から今日までに、１ユニットあたりの出力は数十ＫＷから３−５ＭＷに増加している。同時に、ＫＷｈ当りのコストは下がってきている。現在、我々は陸上及び海上に発電基地を有している。海上に設置された風力発電プラントのほとんどが、浅水域の底に固定されたタワーに配置されている。遠海に風力発電プラントを設置することにより、エネルギ資源の利用が拡大する。というのは、設置場所が広がり、風速が上るからである。その遠海の利用にあたっての多くの問題は減り、そして生命及び財産に損傷を与えるリスクも排除される。風力発電プラントを深海に設置する最も実際的な方法は浮き要素を使用するか海底に固定する方法である。
【０００３】
特許文献１は固定具の周囲を自由に回動で切る風力タービンブレードを開示している。フレームはタワーに取り付けられ、そしてタワーを浮き本体との間に支柱を含んでいて、浮き本体とタワーの上部との間にワイヤを含んでおり、タワーと支柱とワイヤとが三角形を形成している。ある運転状態において、底部ワイヤの方向がさらなる浮き要素をタワーとの間でワイヤが伸びると、タワーのモーメントのない状態となる。この状態における浮き本体及び荷重への要求は著しく低減されたものとなっている。他の運転状態において考りょすべきは、浮力及び多量のバラストによるモーメントである。
【０００４】
特許文献２は、補助フレームに取り付けた海上風力発電プラントを開示している。補助フレームが、浮き要素を浮き要素の下方に取り付けられた柱とを含んでいて、ケーブルが風力発電プラントのタワーに取り付けられ、浮き要素及び／又は柱が海底に取り付けられている。二つの実施形態において、ケーブルが、タービンブレード面の下部におけるタワーに及びハウジングの近くにそれぞれ取り付けられている。後者において、タービンブレード面は水平方向に長い距離を移動し、及び／又はケーブルはタワーに対して鋭角に取り付けられている。タワーとケーブルとの間の鋭角はモーメントを低減し、そして底部ケーブルの浮力、荷重及び／又は引張力への要素を増加させる。
【０００５】
特許文献３は、深海に浮かぶ風力発電プラントを開示していて、風力発電プラントはねじりに強い支柱により海底に固定されている。タワーの傾斜は、浮力の中心が構造体のジョイントの重力中心より上方にあるように制限されている。タービンブレードの力による、例えは構造体の重力中心廻りの大きな曲げモーメントが、浮力と、浮力中心及び重力中心の間のトルクアームとによりもたらされるモーメントに釣合わなければならない。支柱の引張力は、構造体の浮力を構造体の自重より大きなものにする以外の効果はない。
【０００６】
特許文献４は特許文献３を改良したもので、海底における固定点のスイベル（swivel）は、構造体が垂直軸周囲で回転することを可能にしていて、風力タービンブレードはヨーイング装置なしで風下を向くようになっている。タワーの傾斜に関する条件は特許文献３に開示されたものと同一である。
【０００７】
特許文献５は、はしけに取り付けられた海上風力タービンブレードを開示していて、傾斜角を調節するために、充填／排水することのできる数個のタンクを有している。水面上のタワーは、タワーの上部とはしけとの間線により無負荷になっても、タービンブレードの軸力により発生される傾きのモーメントは浮力とバラストとにより解消されねばならない。
【０００８】
特許文献１及び２をのぞいて、海上風力発電プラントの設計が開示されていて、タービンブレードの軸力とタワーによりもたらされる長いアームとによりもたらされるモーメントを解消すべく、バラスト、浮き要素及び／又は付勢された支柱が備えられている。この解決方法の問題は、初期のモーメントに釣り合いをとる種々の方法が記載されているものの、初期のモーメントを低減することについて触れていないことである。本発明は、構造体に対して軸荷重にもとづく負荷をかけないことにより制限を克服しようとするものであって、その軸荷重はハブの位置に作用するものであり、この力を一本又は数本のケーブルにより表面に、例えば水底に伝達するものである。この利点は、モーメントが小さいことから構造体全体を小さくし、重量を低減することができる。
【０００９】
本発明と同様に、特許文献１において、タービンブレードからの軸力を水底に伝達することによりモーメントに関して無負荷となる風力発電プラントが開示されている。しかしながら、特許文献１において、風力発電プラントは固定点の周囲で円を描いて移動する。この円におけるタービンブレードの位置は、常時風向により決定されている。
円形通路に沿って位置再設定することは時間のムダである。さらに、特許文献１において、端部に浮き本体を備えた水平支柱を特徴としている。構造体における本部品は、円形通路に沿った移動方向に直交して配向され、位置再設定時における移動に著しい抵抗がある。さらに、構造体の本部品は波による荷重を受ける。特許文献１に開示されているタービンブレードは、構造体の自己発生するモーメントにより達成するものに比較して横方向の安定性を有していない。問題は、すべての風車が水深により著しく広い面積を必要とすることである。
【００１０】
特許文献２の図６が、底面に取り付けるケーブル取り付け部分をタワーの上部に含んでいることが図示されている。タービンブレード面との干渉は図示されていないが、（タービンブレード）ハウジングが延伸していることは記載されている。この解決方法は、タワーとその下方の構造体におけるモーメントを無負荷にすることを制限している。
深海における風力発電プラントのほとんどの調査結果は、運転中におけるタービンブレードからのモーメントを弱めるのに十分なモーメントを発生する浮き構造体として作られた風力発電プラントにもとづくものである。本構造体において、構造体の５０％以上の重量がモーメントを発生するのに必要なものである。本発明における海上風力発電プラントはモーメントの発生を低減するものであり、重量とコストの低減をもたらすものである。さらに、円を描いて移動する発電所に比較して面積が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ノルウェー国特許出願第２００２６１７９号明細書
【特許文献２】ノルウェー国特許出願第２００２５４４０号明細書
【特許文献３】ノルウェー国特許出願第３１７４３１号明細書
【特許文献４】国際特許公開第２００４／０９７２１７パンフレット
【特許文献５】国際特許公開第０１／７３５２パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、海中構造体に発生するモーメントを低減することである。タービンブレードの水平力成分を直接海底に導びくことであり、同時にタービンブレードはワイヤと干渉することなく回動できるようにすることである。
本発明において、水平力は、特許文献２に開示されているハウジングの設計要求を課することなく、タワーの最上部から導びかれる。特許文献１とは異なって、本発明はこのことを、風力発電プラントが固定点周囲における円形通路を描がくことなく達成している。本発明は、風力発電プラントを同一点に保つことを可能にしていて、そして横方向の安定性を達成するために低位置で引き締められた固定ワイヤを横方向に設置するように風力発電プラントは数点において固定されている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、タワーと、ハウジングと、ハウジングに支持されたタービンブレードとを備えた風力発電プラントに関するものである。タワーは鋼、アルミニウム、複合材料、コンクリート又は他の適切な材料で作られていてもよい。タワーは円柱、フレーム構造又はそれらの組合せとして設計されていて、それらは風力発電プラントの他の要素及び局所的な条件に適合するようになっている。本発明の風力発電プラントは陸上、浅瀬及び遠海で使用されてもよい。遠海において、風力発電プラントは浮かんでいてもよくて、浮力及び／又は荷重および自立モーメントを調節できるようになっている。タービンブレードは風下のタービンブレードである。タービンブレードは固定著しくは可変又は周期的なピッチを有していて、タービンブレードブレードの半径長さで規定される円形の回転面を画成する。タービンブレードは風方向にほぼ直交する位置にヨーイングできるようになっている。少なくとも三本のワイヤ（バックステー（backstay）、支柱、ケーブル、ロープ、チェーン著しくはこれらの組合わせ、又は引張力の荷重に対して適切な装置）が、その一方の端部においてタワー又はハウジングに取り付けられており、他方の端部において、タワーを運転時に設置位置に保持するべく少なくとも一つの取り付け点に取り付けられている。各ワイヤは少なくとも第一位置と第二位置とを備えていて、風上における第一位置において、ワイヤは取り付け点から下向きの傾斜角度で延伸していて、その取り付け点はタービンブレードの運転時にタービンブレードによりタワーに作用される力の中心又は近くである。そして、風下であってタワー右側及び左側における第二位置において、ワイヤの数に応じてワイヤは、タービンブレードの回転面からはずれていて、タービンブレードがワイヤと干渉することなく垂直軸の周囲でヨーイングできるようになっている。このことは、タワーにおける各ワイヤの効果的な取り付け位置をタービンブレード回転面から下げて遠ざけることにより達成され、又はワイヤがタワーに沿って真すぐ下向きに下がるように、かつワイヤがタービンブレードと干渉しないように遠く下方にワイヤをたるませることにより達成されている。ワイヤを下部位置にて安定させるために、第一の場合ワイヤは引き締められ、例えば下げられた取り付け位置に向かってけん引される。ワイヤは必要に応じて中間位置であってもよい。
【００１４】
風力発電プラントが水中に設置されていて、前記風力発電プラントの下部が一つ又は数個の要素とバラストとを含んでいて、けん引ワイヤなしに前記水中における設置位置に浮かんでいる。
【００１５】
ワイヤがその下端部において水底に取り付けられ、さらに少なくとも一本のワイヤが、その一方の端部において前記風力発電プラントの最下点に取り付けられており、その他方の端部において前記水底に取り付けられている。
【００１６】
前記風力発電プラントの前記タワーの全部又は一部が、前記タワーの垂直な中心軸をはさんで両側に配置されている柱を含んでいて、風の主方向における前記柱の風の乱れが前記タービンブレードを前記タービンブレードのハブを通過する垂直線の側に一致させるようになっている。
【００１７】
前記風力発電プラントの前記タワーの全部又は一部が、前記タービンブレードと共に垂直軸の周囲を旋回できるようになっている。
【００１８】
前記風力発電プラントの前記タワーの全部又は一部が、空気の及び／又は水の流体抵抗を低減するフェアリングを備えている。
【００１９】
前記ワイヤが、ドラムと少なくとも二つのプーリとワイヤとを含んでいる装置を用いて前記第一位置と前記第二位置との間に移動されていて、
少なくとも二つの制御可能に駆動される前記ドラムが前記タワーに接続されており、
前記少なくとも二つのプーリが前記タワーに接続され、そして前記ドラムから前記タワーの長手方向に離間して配置されていて、
前記ワイヤが前記制御可能に駆動されるドラムに取り付けられ、前記プーリをおおって延伸しそして前記制御可能に駆動されるドラムに戻ってきており、
そして、前記ワイヤが調節用のワイヤに全長に沿って取り付けられ、前記制御可能に駆動されるドラムの作動が前記調節用のワイヤを前記タワーの長手方向に案内し、そして前記ワイヤの取り付け点を前記タワーの長手方向に対して上昇又は下降できるようになっている。
【００２０】
前記ワイヤがドラムとワイヤとを含んでいる装置を用いて前記第一位置と第二位置との間で移動されており、
少なくとも二つの制御可能に駆動される前記ドラムは、前記タワーに接続され、
前記調節用のワイヤは、前記ワイヤは制御可能に駆動される前記ドラムに取り付けられ、
そして、前記調節用のワイヤが前記ワイヤの全長に沿った位置に取り付けられ、前記ワイヤを前記タワーに向かってけん引することができるようになっている。
【００２１】
代りに、ワイヤがスキッド又は台車を介してタワーに取り付けられていてもよくて、スキッド又は台車はワイヤを上下するためにタワーに沿って凹部又は軌道を移動するようになっている。スキッドは共通の直線アクチュエータ、例えばチェーンにより駆動されている。
【００２２】
風力発電プラントを運転する方法であって、前記風力発電プラントが風力タービンブレードと変更可能な取り付け位置を備えたワイヤとを有していて、前記ワイヤは前記取り付け位置において、前記風力発電プラントの運転中に風上位置又は風下位置を選択できるようになっている方法において、
前記取り付け用のワイヤを前記風力発電プラントの前記タワーにおける第一の上部位置から第二の下部位置に移動する段階と、
前記風力タービンブレードを垂直軸の周囲で回動させる段階と、
前記タービンブレード回転面が風方向に直交するべく調節される場合、前記風上のワイヤは前記第二位置から前記第一位置へ移動される段階とを含んでいる。
【００２３】
前記取り付け用のワイヤが、前記第二の下部位置において引き締められる。
【００２４】
前記取り付け用のワイヤが、前記第一の上部位置において引き締められる。
【００２５】
図面を参照して、本発明を以下に説明する。なお図面は以下のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、基本的な実施形態であって、ワイヤが表面の三点に下がっている。
【図２】図２は、図１と同一の実施形態で風向きが変わった場合のものである。
【図３】図３は、海底に固定された洋上風力発電である。
【図４】図４は、ワイヤを上部位置と下部位置とで移動するための機構である。
【図５】図５は、二タワー式の風力発電プラントである。
【図６】図６は、タービンを用いて向きを変更できる二タワー式の風力発電プラントである。
【図７】図７は、ワイヤを移動及び引き締める装置である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は風力発電プラントを図示していて、風力発電プラントはタワー２と、タービンブレード４を備えたハウジング３と、風力発電プラントを運転するための装置（図示せず）とを含んでいる、ハウジング３は垂直軸の周囲を旋回あるいはヨーイングし、タービンブレードの面が常時風向に対して直交するようになっている。図において、タービンブレードの掃引Ｅ域、タービンブレードの回転面及び複数のタービンブレードブレードが図示されている。タワー２が面５に取り付けられている。ワイヤ６ａ，６ｂ，６ｃの上端部がタワーにそして下端部が面５に取り付けられている。風は左側から吹いていて、上流側のワイヤ６ａ，６ｂはその上部位置に取り付けられており、ワイヤ６ａ，６ｂはそこから面に力を下向きに伝達している。ワイヤ６ｃはその低い位置に取り付けられていて、タービンブレード４と干渉しないようになっている。この位置において、ワイヤ６ｃはタワーから下向きに延伸していて、その水平方向成分が風向とほぼ一致しており、風力発電プラントの安定性に重要なものとなっている。
【００２８】
図２において、図１の実施形態が図示されているが、風は右側から吹いている。この運転モードは、図１とは完全に同一なものではなくてワイヤ６ｃが風の上流側でかつタワーの上部に取り付けられている。ワイヤ６ａ，６ｂは風の下流側でタワーのより低い位置に取り付けられ、横振れを防ぐようになっている。
【００２９】
図３は、水面（例えば海洋）に浮いている風力発電プラント１（以下「水上風力発電プラント」という）を図示している。タワー２が水面７から水中に延伸していて、水面下部分８は浮き要素（floating element）８ａ及びバラスト（ballast）８ｂを含んでいる。ワイヤ６は、その下端部が水底５（例えば海底）に取り付けられている。さらに、少なくとも一本のワイヤ９の一方の端部がタワーの最下点８ｂに取り付けられていて、他方の端部は水底に取り付けられている。波の影響を受けるタワー８の部分を細くすることと共に、このワイヤを付勢することにより、波によりもたらせる垂直方向の移動を制限することが可能である。
【００３０】
図３において風は右側から斜めに吹いている。下流側の二本のワイヤ６ａ，６ｂがタワーのより低い位置に取り付けられている。上流側の二本のワイヤ６ｃ，６ｄは上部に取り付けられ水平及び垂直方向の力を吸収し、横ゆれに対する安定性を保つようになっている。この実施形態において、例えばワイヤの破断時のような風力発電プラントが発電していない場合、風力発電プラントの正立モーメントを安定性を保つのに必要な最少限なものとすることができ、ジョイントの重量を軽量なものとすることができる。適切な海の深さの区画（park）において、数基の風力発電プラントを設置することができて、内部距離に固定することができ固定点を分け合うことができる。図３は斜視図であって、例えば海底のような水底が図示されており、四隅の各々が風力発電プラント用の取り付け部分１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄであり、この取り付け部分１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄはさらに隣接する三つの風力発電プラントのためのものでもある。もし一つがタワーの最下点を固定するのに使用されると、そのような区画の中心部分において追加の風力発電プラント各々のための追加の二つの固定点を必要とする。
【００３１】
水深が深い場合とは、タワー８ｂの下部を水底に、例えば海底に取り付けることは適切ではない。構造体はタービンブレードの垂直軸周囲における旋回、ヨーイングにたいして動きを制御するために許容モーメントを有している。より大きなモーメントに対応するためには、水底における一個又は数個の取り付け点に二本又は数本のワイヤを取り付けることである。同一取り付け点からのワイヤはタワーの垂直軸の両側に取り付けられる。
【００３２】
図４は、水上風力発電プラントの斜視図であって、タワーの上部とタービンブレードとを図示している。海底に関するものであることは図３と同一である。図４においては下に風方向が図示され、そしてワイヤを上部から下部に移動する装置も図示されている。タービンブレード４を備えたハウジング３はタワー２の上部に設置されていて、タービンブレードは垂直軸周囲を回転する。海底における四つの取り付け点１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ（図３参照）各々から二本のワイヤ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄがタワー２の上部に向かって延伸している。各取り付け点からの二本のワイヤはタワーの両側の上部に延伸していて、方位制御のためにモーメントを伝達することを可能にしており、固定力は二本のワイヤに均等に分散されている。代りに、一本のワイヤが取り付け点１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ各々から延伸していて、そして二本のワイヤに分割されタワーの中心軸の両側に取り付けられる。タワーに取り付けられている各ワイヤ６の位置を移動するための装置において、装置が能動式上部ドラム１１とモータ／ギヤボックス１３を備えたモータ駆動の下部ドラム１２とを有している。モータ／ギヤボックスは従来型のものであって、油圧式、空気式電気式のものでよい。調節ワイヤ１４の一方の端部が下部ドラムに取り付けられていて、それに数回巻き付けられそして上部ドラム１１周囲に螺合されそして下部ドラム１２にもどってきて、そこに数回巻き付けられて取り付けられている。ワイヤ６ｃがワイヤ１４に取り付けられ、上下に追従し、そしてモータ／ギヤボックス１３が一方向に長時間回転すると下部ドラムにまで追従する。このことが、ワイヤ６ｃを上部位置から下部位置の間で移動し、そしてワイヤ６ｃを両位置において引き締めることを可能にしている。ドラム１１及びドラム１２におけるワイヤ１４の巻き付け回数は、ワイヤ６ｃを上部位置及び下部位置それぞれでどの位い引き締めるかにより決定される。ワイヤ６ｃを引き締めることによる力及び安定効果はワイヤの弾性と長さとに依存する。共通のモータ／ギヤボックス１３に取り付けられた両ワイヤ６ｃ用の下部ドラム１２が図示されている。ワイヤが下部位置において方位制御のためにより大きなモーメントを必要とされる場合、同一のモータ／ギヤボックス１３を備えたドラム１２各々が上部ドラム１１と同じくタワーの軸の両側に設置されてもよい。方位制御のためのモーメントを提供するために、二つのドラム１２が上部位置における二本のワイヤ６ｃをお互いに独立して引き締める。ドラムの設計には、フランジ、材料、寸法、ワイヤのタイプ及び荷重条件が考りょされる。さらにワイヤを垂直及び水平方向に安定させるプーリも含まれる。ワイヤ位置の制御は方位制御との組合わせられていて、タービンブレードは上部位置においてワイヤと干渉する位置にはヨーイングしないようになっている。このことは、従来の装置におけるインターロック装置として最も単純なものであるが、風力発電プラント全体の制御装置としては以下のものが考りょされねばならない。すなわち、すべてのワイヤ、方位制御、ブレーキそして停止状態におけるタービンブレードの方位角制御、さらに風力発電プラントに取り付けられたセンサからの又は他の情報源、例えば人工衛生による観測から得られる風、波の高さ、天気予報等である。
【００３３】
風力発電プラントのタワーの全体又は一部が、タワーの垂直な中心軸の両側に設置された二つの塔を含んでいてもよい。タワーは周囲に対して固定されているか、又はハウジング及びタービンブレードと共に回動可能である。タワーの構造体は、最初に風の主方向において塔の風の乱れがタービンブレードのハブを通過する垂直線にほぼ対面するように配向される。このことがタービンブレードの動的荷重を低減している。というのは乱れはタービンブレードブレード各々の半径方向全体にわたって同時に作用するからである。乱れの影響はタービンブレードブレードの局所部分で生じ、そしてブレードに関して外向きに移動し、一回転毎に繰返される。
【００３４】
図５は二つのタワーを固定した実施形態を図示している。タービンブレード４を備えたハウジング３はタワー２の上部に設置されていて、タービンブレードは垂直軸の周囲を回転する。ハウジング３の水平方向の長さは単純なタワーの構造体と比較して長いものとなっていて、タービンブレードがタワー２のより広い断面を通過するようになっている。図にはワイヤを上部位置から下部位置に移動する装置も図示されている。海底における四つの取り付け点１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ各々からそれぞれワイヤ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが延伸していて、そのワイヤ各々は、タワー２の上部におけるドラム１１に取り付けられる前に点１６において二つに分割されている。タワーに取り付けられる各ワイヤ６を移動する装置は、モータ駆動の上部ドラム１１とモータ駆動の下部ドラム１２とを含んでいる。独立したワイヤ１５が、固定ワイヤ６ｃの二つに分割される点１６に取り付けられている。ワイヤ６ｃを上部位置から下部位置に移動することにより、分割されたワイヤの引張度合は上部ドラム１１において弱まり、一方下部ドラム１２がワイヤ１５を引き締め、ワイヤ６ｃをタワーに向かってかつ下向きにけん引して、タービンブレードの面が回動する。
【００３５】
タワーは従来型のものであるけれど、二つの塔を含んでいる場合、風力発電プラントのタワーの全体あるいは一部はタワーがタービンブレードと共に垂直軸の周囲を回転するように作られている。タービンブレードは二つの柱を備えたタワーに追従して垂直軸の周囲を旋回／ヨーイングするようになっていて、そしていつでもかつ風がどのような方向であっても、乱れがタービンブレードに対して最小の荷重を与えるような方向にタービンブレードが向くようになっている。固定用ワイヤはその固定方向にかつ固定点を向いて保持されるように、リムに取り付けられていてもよくて、リムはタワーが垂直軸の周囲を回動することには追従しない。
【００３６】
図６は以下の実施形態を図示している。タービンブレード４及びハウジング３が円筒状要素１９に取り付けられていて、円筒状要素１９は二本のタワー区画１６の上部を形成していて、そしてこれに沿って回転／ヨーイングする。円筒状要素１９はリム１７に囲まれていて、そのリム１７は上部ドラム１１の取り付け部分を提供している。タワー２の下部は固定されていて、ヨーイング中にタービンブレード４及びタワー区画１６に追従しない。タワー２の下部の上の部分に下部ドラム１８が取り付けられている。タービンブレードのヨーイング中に、二つのセグメント１６は追従するが、上部ドラムを備えたリム１７と下部ドラムを備えたタワーの下部は固定されてままとなっている。図には、ワイヤを上部位置と下部位置との間で移動させる装置の詳細は図示されていない。
【００３７】
いくつかの装置が取り付けワイヤを上部位置と下部位置との間で移動するために使用されている。最も簡単なものは風力発電プラントが風の方向に移動するようになっている受動的なものであって、風下のワイヤは上部位置に引き出されるまで例えば重量によりたるんでいる。このこと及び他の同様な解決方法は時に安全性を限定し、そして下部位置における引き締めによる固定力を制御できなくなってしまう。上部位置と下部位置とにおける取り付け力の制限方法が図７に図示されている。受動式の上部ドラム１１がタワー２の最上部で、タービンブレードのハブの高さの近くに取り付けられている。二つのモータ駆動による下部ドラム１２がタービンブレードの面の最下点の下方に設置されている。独立したワイヤ１４のその一方の端部が下部ドラムの一つの部品１２にけん引され、数回巻き付けられていて、そして上部ドラム１１の周囲に螺合されそして下部ドラム１２の他の部品１２ｂに下降し数回巻き付けられる。ワイヤ６の端部はワイヤ１４に固定され上下に追従する。図に図示されている位置から、ワイヤ６は、モータ駆動の下部ドラムを反時計廻りに回転させることにより、上部位置に向けてけん引される。その反対に、ワイヤ１４を時計廻りに回転させることにより、ワイヤ６は下部位置に向けてけん引される。この場合、ワイヤ１４が時計方向にさらに引き締められても、受動式のドラム１９はワイヤ６の下部位置を画成している。ドラム１９を含めることの目的は、モータ駆動のドラムの位置とは無関係に下部位置を決めることができることであり、ワイヤを下部位置に引き締めることができることであり、ワイヤ６とワイヤ１４との間のジョイントが精度よくドラムに巻き付けることができることである。この方法により、距離Ｂはワイヤ６とワイヤ１４との間のジョイントを下部ドラム１２に巻き付けることなく引き締めることのできる長さとして画成することができる。距離Ａはタービンブレードの半径にほぼ等しいか大きい。ワイヤ１４が下部ドラム１２ａに正接して入ってくるように、二つの調整ドラム２０が備えられている。図示された装置の部品はすべて風力発電プラント、例えばタワーに取り付けられている。ワイヤ６はその一方の端部がワイヤ１４に取り付けられ、他方の端部は水底、例えば海底の取り付け点に取り付けられている。装置にはいくつもの実施形態があって、主ドラムと補助ドラムの配置は変更可能なものである。
【００３８】
風及び水流が、海面の上方及び海中で海上風力発電プラントに水平力を作用する。海上風力発電プラントが発電中であろうとなかろうと、風はクリティカル・レベル（critical level）より高い構造体に対して水平力を作用する。これらの力を低減するために、タワーにはフェアリング（fairing）が設置される。旋回しないタワーには、タワーに作用する力が低減されるように受動的又は能動的に風に向かって回動するフェアリングを設置してもよい。回動可能なタワーを使用することにより、フェアリングはタワーに固定される。
【００３９】
風が海面より上方の構造体に対して大きな力を作用するのと同じく、海中における構造体に対して、高速の水流が予期せぬ大きな水平力を作用するかもしれない。海面の上方と海中との間における力の大きさ及び方向の予期せぬ不一致をさけるために、タワーが海中にフェアリングを含んでいてもよい。タワーがタービンブレードの方向とは無関係に水流の方向に回動できる場合フェアリングは固定される。タワーが水流の方向に回動できない場合、フェアリングは旋回せずに、受動的に水流の方向に向かって回動されるようになっている。フェアリングの空力中心を通過する垂直軸は、水流方向に見られるフェアリングのサスペンションポイント（suspension point）の回転軸の後方に配置されることを前提としている。
【００４０】
風力発電タービンの方位制御は固定ワイヤによりもたらされる力の非対称な横向きの分布により生じるモーメントにより行なうことができるが、タービンは周期的なピッチ制御を備えていて、ヨーイング（垂直軸周囲におけるタービンの回動）を行なえるようになっている。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成20年12月23日(2008.12.23)
【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】
タワー（２）と、前記タワー（２）に取り付けられたハウジング（３）と、前記ハウジング（３）に支持されたタービン（４）とを備えている風力発電プラント（１）であって、前記タービン（４）は回転面を画成していて、風の方向に直交する位置に回動するようになっており、少なくとも三本のワイヤ（６）がその一方の端部において前記タワー（２）に接続されていて、前記ワイヤ各々はその他方の端部において少なくとも一つの取り付け点に取り付けられている風力発電プラント（１）において、
ワイヤ各々が、前記タワーの長手方向に対してかつ前記タービンブレード（４）の位置に応じて、上部の第一位置と下部の第二位置との少なくとも一方の位置にあるようになっていて、前記第一位置において、前記ワイヤは、運転中における前記タービンブレードが前記タワーに作用する水平力の中心あるいは中心の近くにおける取り付け点から下向きに傾むく角度で延伸していることと、
前記第二位置におけるワイヤ各々が、前記タービンブレードのヨーイングをさまたげることなく、そして前記タービンブレードの回転面からはずれていて、前記タービンブレードは前記第二位置において前記ワイヤ（６）に干渉することとなく前記ワイヤ（６）に向かって回動できるようになっていることとを特徴とする、
風力発電プラント。
【請求項２】
水中に設置されていて、前記風力発電プラントの下部が一つ又は数個の要素（８ａ）とバラスト（８ｂ）とを含んでいて、けん引ワイヤ（６）なしに前記水中における設置位置に浮かんでいることを特徴とする、請求項１に記載の風力発電プラント。
【請求項３】
ワイヤ（６）がその下端部において水底（５）に取り付けられていることと、さらに少なくとも一本のワイヤ（９）が、その一方の端部において前記風力発電プラント（２）の最下点に取り付けられており、その他方の端部において前記水底（５）に取り付けられていることとを特徴とする、請求項２に記載の風力発電プラント。
【請求項４】
前記風力発電プラント（１）の前記タワー（２）の全部又は一部が、前記タワー（２）の垂直な中心軸をはさんで両側に配置されている柱（１６）を含んでいて、風の主方向における前記柱の風の乱れが前記タービンブレード（４）を前記タービンブレード（４）のハブを通過する垂直線の側に一致させるようになっていることを特徴とする、請求項１−３のいずれか一項に記載の風力発電プラント。
【請求項５】
前記風力発電プラント（１）の前記タワー（２）の全部又は一部が、前記タービンブレード（４）と共に垂直軸の周囲を回動できるようになっていることを特徴とする、請求項１−４のいずれか一項に記載の風力発電プラント。
【請求項６】
前記風力発電プラント（１）の前記タワー（２）の全部又は一部が、空気の及び／又は水の流体抵抗を低減するフェアリングを備えていることを特徴とする、請求項１−５のいずれか一項に記載の風力発電プラント。
【請求項７】
前記ワイヤ（６）が、ドラム（１２）と少なくとも二つのプーリ（１１）とワイヤ（１４）とを含んでいる装置を用いて前記第一位置と前記第二位置との間を移動されていて、少なくとも二つの制御可能に駆動される前記ドラム（１２）が前記タワー（２）に接続されており、
前記少なくとも二つのプーリ（１１）が前記タワー（２）に接続され、そして前記ドラム（１２）から前記タワーの長手方向に離間して配置されていて、
前記ワイヤ（１４）が前記制御可能に駆動されるドラム（１２）に取り付けられ、前記プーリ（１１）をおおって延伸しそして前記制御可能に駆動されるドラム（１２）に戻ってきており、
そして、前記ワイヤ（６）が調節用のワイヤ（１４）に全長に沿って取り付けられ、前記制御可能に駆動されるドラム（１２）の作動が前記調節用のワイヤ（１４）を前記タワー（２）の長手方向に案内し、そして前記ワイヤ（６）の取り付け点を前記タワー（２）の長手方向に対して上昇又は下降できるようになっていることを特徴とする、請求項１−６のいずれか一項に記載の風力発電プラント。
【請求項８】
前記ワイヤ（６）がドラム（１２）とワイヤ（１４）とを含んでいる装置を用いて前記第一位置と第二位置との間で移動されており、
少なくとも二つの制御可能に駆動される前記ドラム（１２）は、前記タワー（２）に接続され、
前記調節用のワイヤ（１４）は、前記ワイヤ（１４）は制御可能に駆動される前記ドラム（１２）に取り付けられ、
そして、前記調節用のワイヤ（１４）が前記ワイヤ（６）の全長に沿った位置に取り付けられ、前記ワイヤ（６）を前記タワー（２）に向かってけん引することができるようになっていることを特徴とする、請求項１−６のいずれか一項に記載の風力発電プラント。
【請求項９】
風力発電プラント（１）を運転する方法であって、前記風力発電プラントが風力タービンブレード（４）と変更可能な取り付け位置を備えたワイヤ（６）とを有していて、前記ワイヤ（６）は前記取り付け位置において、前記風力発電プラントの運転中に風上位置又は風下位置を選択できるようになっている方法において、
前記取り付け用のワイヤ（６）を前記風力発電プラントの前記タワー（２）における第一の上部位置から第二の下部位置に移動する段階と、
前記風力タービンブレード（４）を垂直軸の周囲で回動させる段階と、
前記タービンブレード回転面が風方向に直交するべく調節される場合、前記風上のワイヤ（６）は前記第二位置から前記第一位置へ移動される段階とを含んでいる方法。
【請求項１０】
前記取り付け用のワイヤ（６）が、前記第二の下部位置において引き締められる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記取り付け用のワイヤ（６）が、前記第一の上部位置において引き締められる、請求項９又は１０に記載の方法。
【国際調査報告】
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