(57)【要約】  海上用風力タービン(400)は、プラットホーム(420)に取付けられた垂直軸風力タービン(50)を有する。垂直軸風力タービン(50)は、ギヤボックス及び発電機に取付けられた垂直ロータ(52)を有し、垂直ロータは、湾曲した羽根を有する。垂直軸風力タービンは、プラットホームに固定され、又は、プラットホームの上で手動又は自動で横倒し可能である。海上において、垂直軸風力タービンが水面から延び、釣合い重りがプラットホームの下に延びる。プラットホームは、半潜水式でも、水面に浮かんでいてもよい。プラットホームは、垂直軸風力タービンから外方に延びるいくつかのアーム(422)を有する。風力タービンを海上で繋留する繋留システムが、プラットホームを海底に繋留する。潮汐の変化又は嵐によるうねりによる海水レベルの変化に合わせて、浮遊式風力タービンが受動的又は積極的に調節される。
2010539378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸風力タービン及び前記垂直軸風力タービンが取付けられた浮遊式プラットホーム有する海上用風力タービンであって、
前記垂直軸風力タービンは、鉛直方向に延びるロータと、前記ロータに結合された複数の羽根と、前記ロータの回転により電力を発生させる発電機と、を有し
前記浮遊式プラットホームは、前記垂直軸風力タービンを水の上に支持するように水に浮き、
更に、前記海上用風力タービンが海で展開されたときに前記海上用風力タービンを海底に繋留するために、前記浮遊式プラットホームに結合された繋留システムを有する、海上用風力タービン。
【請求項２】
更に、釣合い重りを有し、前記釣合い重りは、前記浮遊式プラットホームの、前記垂直軸風力タービンが取付けられている側と反対の側に結合され、風力に対抗して前記浮遊式プラットホームを安定化させる、請求項１に記載の海上用風力タービン。
【請求項３】
前記繋留システムは、それが海で展開されたときに締結具を用いて前記浮遊式プラットホームを海底に直接取付けるように構成される、請求項１に記載の海上用風力タービン。
【請求項４】
前記繋留システムは、アンカーを有し、前記アンカーは、前記繋留システムが海で展開されたときに海底に直接取付けられることなしに海底の上に載るように構成される、請求項１に記載の海上用風力タービン。
【請求項５】
前記繋留システムは、更に、少なくとも１つの重りを有し、前記重りは、前記繋留システムが海で展開されたときに前記浮遊式プラットホームと前記アンカーの間に配置されるように構成され、前記重りは、少なくとも１本のケーブルを介して前記アンカー及び前記浮遊式プラットホームに結合されるように構成される、請求項４に記載の海上用風力タービン。
【請求項６】
前記繋留システムは、前記浮遊式プラットホームの位置を、海水レベルの変化に合わせて調節することを可能にする、請求項５に記載の海上用風力タービン。
【請求項７】
前記繋留システムは、浮かせたり沈めたりすることが可能である、請求項１に記載の海上用風力タービン。
【請求項８】
前記プラットホームは、前記垂直軸風力タービンから水平方向に拡張された複数の脚部を有する、請求項１に記載の海上用風力タービン。
【請求項９】
前記垂直軸風力タービンは、前記浮遊式プラットホームに対して傾斜可能である、請求項１に記載の海上用風力タービン。
【請求項１０】
前記浮遊式プラットホームは、海水レベルに対する適正な位置を維持するように受動的に又は積極的に調節可能である、請求項１に記載の海上用風力タービン。
【請求項１１】
風力タービン及び前記風力タービンが取付けられる潜水可能なプラットホームを有する海上用風力タービンであって、
前記風力タービンは、ロータと、前記ロータに結合された複数の羽根と、前記ロータの回転により電力を発生させる発電機と、を有し、
前記潜水可能なプラットホームは、それが海で展開されたときに海底に直接取付けられることなしに海底の上に載るように構成され、それにより、前記風力タービンは、水面よりも上に位置する、海上用風力タービン。
【請求項１２】
前記風力タービンは、鉛直方向に延びるロータを有する垂直軸風力タービンである、請求項１１に記載の海上用風力タービン。
【請求項１３】
前記潜水可能なプラットホームは、浮かせたり沈めたりすることが可能である、請求項１１に記載の海上用風力タービン。
【請求項１４】
前記潜水可能なプラットホームは、前記風力タービンから水平方向に拡張された複数の脚部を有する、請求項１１に記載の海上用風力タービン。
【請求項１５】
前記潜水可能なプラットホームは、中空部を有し、前記潜水可能なプラットホームを浮かせたり沈めたりするために、前記中空部に水を満たしたり前記中空部を排水させたりするように構成される、請求項１１に記載の海上用風力タービン。
【請求項１６】
前記ロータの軸線は、前記潜水可能なプラットホームに対して調節可能である、請求項１１に記載の海上用風力タービン。
【請求項１７】
前記潜水可能なプラットホームは、それが海底の上に載っているときに前記風力タービンが鉛直方向のままにするように調節可能である、請求項１１に記載の海上用風力タービン。
【請求項１８】
風力タービンを展開する方法であって、
垂直軸風力タービン、前記垂直軸風力タービンに取付けられた浮遊式プラットホーム、及び前記浮遊式プラットホームに結合可能な繋留システムを有する海上用風力タービンを、海上の所望の位置に浮かせる工程を有し、
前記垂直軸風力タービンは、鉛直方向に延びるロータと、前記ロータに結合された複数の羽根と、前記ロータの回転により電力を発生させる発電機と、を有し、前記浮遊式プラットホームは、前記垂直軸風力タービンを水面上に支持するよう水中で浮き、
更に、前記繋留システムを用いて、前記浮遊式プラットホームを海底に繋留する工程を有する、方法。
【請求項１９】
前記海上用風力タービンは、更に、釣合い重りを有し、前記釣合い重りは、前記浮遊式プラットホームの、前記垂直軸風力タービンが取付けられている側と反対の側に結合される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記浮遊式プラットホームを海底に繋留する前記工程は、締結具を用いて、前記浮遊式プラットホームを海底に直接取付ける工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記繋留システムは、アンカーを有し、
前記浮遊式プラットホームを海底に繋留する前記工程は、前記アンカーを、海底に直接取付けることなしに海底の上に載せる工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
更に、重りを前記アンカーに取付ける工程を有し、
前記重りは、プーリを介して前記浮遊式プラットホームに結合される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記浮遊式プラットホームを海底に繋留する前記工程は、前記アンカーに水を満たす工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記繋留システムは、前記浮遊式プラットホームを受動的に又は積極的に調節することが可能であり、それにより、前記浮遊式プラットホームが水面に対して適正な位置を維持する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記海上用風力タービンを海上の所望の位置に浮かせる前記工程は、前記浮遊式プラットホームと前記繋留システムの両方を別々の物体として又は重ねて浮かせる工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
更に、前記海上用風力タービンを海上の所望の位置から岸の位置まで浮かせておく工程を有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記海上用風力タービンを海上の所望の位置から岸の位置まで浮かせておく前記工程は、前記繋留システムを浮かせておく工程を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
風力タービンを展開する方法であって、
風力タービン及び前記風力タービンが取付けられた潜水可能な形プラットホームを有する海上用風力タービンを海上の所望の位置に浮かせる工程を有し、
前記風力タービンは、ロータと、前記ロータに結合された複数の羽根と、前記ロータの回転により電力を発生させる発電機と、を有し、
更に、前記潜水可能なプラットホームを沈ませ、海底の上に載せる工程を有し、
前記潜水可能なプラットホームは、海底に直接取付けられず、前記風力タービンは、水面上に留まる、方法。
【請求項２９】
前記風力タービンは、鉛直方向に延びるロータを備えた垂直軸風力タービンである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記潜水可能なプラットホームは、前記風力タービンから水平方向に拡張された複数の脚部を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記潜水可能なプラットホームは、中空部を有し、
前記潜水可能なプラットホームを沈ませるステップは、前記中空部に水を充填する工程を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
更に、前記ロータの軸線を、ほぼ鉛直方向にするように、前記沈ませた潜水可能なプラットホームに対して調節する工程を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
更に、前記潜水可能なプラットホームの角度を海底に対して調節し、前記潜水可能なプラットホームをほぼ水平方向にする工程を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
更に、前記海上用風力タービンを浮かせた海上の所望の位置から岸の位置まで移動させる工程を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
移動可能な風力タービンを回収する方法であって、
風力タービン及び前記風力タービンが取付けられた潜水可能なプラットホームを有する海上用風力タービンを、海底から上昇させて海に浮かせる工程を有し、
前記風力タービンは、ロータと、前記ロータに結合された複数の羽根と、前記ロータの回転により電力を発生させる発電機と、を有し、
更に、浮かせた前記海上用風力タービンを岸まで曳航する工程を有する、方法。
【請求項３６】
風力タービンを展開する方法であって、
潜水可能なプラットホームに取付けられた風力タービンを有する海上用風力タービンを、岸で組立てる工程を有し、
組立てられた前記海上用風力タービンを海上の所望の位置に浮かせる工程と、
前記風力タービンが水面上に延びるように、前記潜水可能なプラットホームを海底まで沈める工程と、
前記風力タービンを電力ケーブルに接続する工程と、を有する方法。
【請求項３７】
移動可能な風力タービンを回収する方法であって、
水面上に延びる風力タービン及び海底まで沈められた潜水可能なプラットホームを有する海上用風力タービンを、受電回路から切離す工程と、
前記潜水可能なプラットホームを海底から上昇させて水に浮かせる工程と、
浮かせた前記海上用風力タービンを岸まで曳航する工程と、を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
〔関連出願の参照〕
本願は、２００７年９月１３日に出願された米国仮特許出願第６０／９７２，０９９号及び２００８年１月７日に出願された米国仮特許出願第６１／０１９，１１７号に基づく優先権を主張し、これら両方の米国仮特許出願の内容を本明細書に援用する。
【０００２】
風力タービンは、風力エネルギーを電気に変換する。風力タービンの２つの主要な種類は、水平軸風力タービンと、垂直軸風力タービンである。水平軸風力タービンの２つの主要な種類は、回転羽根が塔の風上に位置する向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）と、回転羽根が塔の風下に位置する追い風用水平軸風力タービン（ＨＡＤＴ）である。垂直軸風力タービンの２つの主要な種類は、回転羽根が揚力発生面を有しない種類のものと、回転羽根が揚力を発生させる翼形を有するダリウス式のものである。
【０００３】
張り（guy）ケーブルなしの向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）１０を図１Ａに示し、湾曲した羽根を有しているが張りケーブルを有していないダリウス式の垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）を図１Ｂに示す。ダリウス式の垂直軸風力タービン２０は、図１Ｂに示す湾曲した羽根を有していてもよいし、１９２９年ジョージ・ダリウス（George Darrieus）の出願時の特許明細書に記載されているような真直ぐな羽根を有していてもよい。
【０００４】
向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）１０は、ロータ１２と、揚力面を含む羽根１４とを有し、羽根１４は、塔１６の頂部において、水平軸に取付けられ且つ風上に向けられる。羽根１４に入った風力エネルギーは、ロータ１２を回転させ、ロータ１２に結合されているギヤボックス及びその他の構成要素（図示せず）が、回転を発電機（図示せず）に伝達し、発電機は、回転を電気エネルギーに変換する。羽根１４が効果的であるために、羽根１４は、風の方向に差し向けられなければならない。従って、向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）１０は、典型的には、羽根１４が塔１６を中心に回転することを可能にするヨー機構（図示せず）を有する。
【０００５】
羽根１４が塔１６の風上に位置しているので、羽根１４は、風によって後方に曲げられて塔１６に当たることがないように、剛性且つ強固な材料で作られなければならない。羽根１４は、剛性の高い材料を要求するので、製造するのに高価であり、しかも重い。加えて、塔のヨー機構は、風力タービンの方向を定め且つ羽根１４を風の方向に差し向けることができるように、強固でなければならない。最後に、塔１６も、その頂部に、重いロータ、ギヤボックス、発電機及びその他の機器を支持することができるように、強固でなければならない。従って、塔１６は、多量の材料を必要とし、作るのに高価であり、しかも重い。
【０００６】
一般的には、図１Ａに示す向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）１０は、剛性の風力タービンであり、多量の材料を必要とし、重く、且つ高重心である。加えて、向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）は、風に面する向きに配置される必要があり、堅固な基礎又はプラットホームを必要とする。従って、重く、高重心であり、且つ非常に安定したプラットホームを必要とする向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）１０を支持する浮遊式プラットホームを作ることは、非常に高価である。
【０００７】
これとは対照的に、図１Ｂに示す垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）２０は、地面から垂直方向（鉛直方向）に延びるロータ２２と、ロータ２２の端部に連結され且つ湾曲した羽根２４を有している。この垂直ロータ２２は、軸受ギヤボックス構成要素２６上に載っており、発電機２８を駆動する。向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）１０と異なり、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）２０は、全方向性であり、風に差し向けられる必要はない。加えて、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）２０は、低重心であり、その重量構成要素、例えば、ギヤボックス、発電機、制動制御システムは、地面の近くに配置される。従って、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）２０は、かかる重量構成要素を支持するのに、向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）の塔（１６；図１Ａ）ほどの剛性のロータ２２を必要としない。先行技術における垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）の例は、ウェブサイトwww.ecopowerusa.com.に見られる。
【０００８】
向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）１０は、世界中の陸上用の風力タービン群（wind farm）に広く用いられている。向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）は、欧州では、海上用風力タービン群にも用いられている。例えば、図２Ａでは、第１の種類の海上向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）３０Ａが、従来構成要素、即ち、ロータ１２と、鉛直方向の塔１６に水平方向に支持された羽根１４を有している。従来構成要素は、海底４０にしっかりと固定された固定支持体３２の上に載せられている。図２Ａに示す海上向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）３０Ａの例は、２００７年２月に発行された特許文献１（米国特許出願公開第２００７／００４０３８８号明細書）、及び２００３年１月１６日に発行された特許文献２（国際公開第０３／００４８７０号パンフレット）に見られる。
【０００９】
図２Ｂでは、別の種類の海上向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）３０Ｂも、従来構成要素、即ち、ロータ１２と、羽根１４と、塔１６を有しているが、これらの従来構成要素は、浮遊式支持体３４の上に載せられ、支持体３４は、ケーブル３６によって海底４０にしっかりと繋がれている。図２Ｂに示す向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）３０Ｂの例は、２００５年３月１０日に発行された特許文献３（国際公開第２００５／０２１９６１号パンフレット）に見られる。特許文献１〜３は、風力タービンの一般的な設計及び作動に関する多くの且つよく知られている具体例の詳細を開示しているので、特許文献１〜３の全体を本明細書に援用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／００４０３８８号明細書
【特許文献２】国際公開第０３／００４８７０号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００５／０２１９６１号パンフレット
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１Ａは、先行技術による陸上向い風用水平軸風力タービンを示す図である。図１Ｂは、先行技術による陸上用垂直軸風力タービンを示す図である。
【図２】図２Ａは、固定式支持体を有する先行技術の海上向い風用水平軸風力タービンを示す図である。図２Ｂは、浮遊式支持体を有する先行技術の海上向い風用水平軸風力タービンを示す図である。
【図３Ａ】垂直軸風力タービン及び深い海域用の釣合い重りを有する、海上用風力タービンの第１の実施形態の側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した、海上用風力タービンの第１の実施形態の平面図である。
【図４Ａ】浅い海域のための、海上用風力タービンの第２の実施形態を上方から見た斜視図である。
【図４Ｂ】浅い海域のための、海上用風力タービンの第２の実施形態を下方から見た斜視図である。
【図５Ａ】ウインチ（図示せず）を用いてアンカーを昇降させるプーリシステムを備えた浮遊式はしけ用アーム端部の平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの浮遊式はしけ用アーム端部の断面図である。
【図６Ａ】海上用風力タービンの第３の実施形態を上方から見た斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示した、海上用風力タービンの第３の実施形態を下方から見た斜視図である。
【図７Ａ】潜水可能な浮遊式プラットホームを有する、海上用風力タービンの第４の実施形態の斜視図である。
【図７Ｂ】張りケーブルを垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）に取付ける変形形態を備えた図７Ａの海上用風力タービンを示す図である。
【図７Ｃ】図７Ａの潜水可能な浮遊式プラットホームの上に設置された水平軸風力タービンを示す図である。
【図７Ｄ】図７Ａの潜水可能な浮遊式プラットホームの上に設置された追い風用水平軸風力タービンを示す図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｃは、図７Ａに開示した海上用風力タービンを岸で組立てて海で展開する工程を示す図である。
【図９Ａ】延長可能な塔を有する、海上用風力タービンの第５の実施形態の側面図及び平面図である。
【図９Ｂ】延長可能な塔を有する、海上用風力タービンの第５の実施形態の側面図及び平面図である。
【図１０】横倒し可能なロータ及び羽根を有する、海上用風力タービンの第６の実施形態の側面図である。
【図１１】開示した海上用風力タービンに用いられる、モジュール化された浮遊式プラットホームを示す平面図である。
【図１２】図１１のモジュール化された浮遊式プラットホーム用の浮揚要素の断面図である。
【図１３】図１３Ａ〜図１３Ｃは、移動可能なアンカーを有する、開示した浮遊式風力タービンの組立工程を示す図である。
【図１４】図１４Ａ〜図１４Ｄは、異なる海面レベルに合わせて調節を行う図４Ａ及び図４Ｂの繋留システムを示す図である。
【図１５】図１５Ａ〜図１５Ｃは、開示した海上用風力タービンのための受動的に調節可能な繋留システムを示す図である。
【図１６】図１６Ａ、図１６Ｂは、開示した海上用風力タービンのための積極的に調節可能な繋留システムを示す図である。
【図１７Ａ】海上の箇所で互いに連結され且つ陸上ステーションに連結された多数の海上用風力タービンの配列を有する風力タービン群マトリックスを示す図である。
【図１７Ｂ】海上の箇所で互いに連結され且つ陸上ステーションに連結された多数の海上用風力タービンの配列を有する風力タービン群マトリックスを示す図である。
【図１８】海上の箇所で互いに連結され且つ脱塩システムに連結された多数の海上用風力タービンの配列を有する風力タービン群マトリックスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書において開示する海上用風力タービンの実施形態は、好ましくは、プラットホームの上に取付けられた垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）を有する。垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）は、ダリウス式であるのがよく、張りケーブルを有していてもよいし、それを有していなくてもよく、浮遊式プラットホームに取付けられていてもよいし、固定式プラットホームに取付けられていてもよい。垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）は、湾曲した羽根又は真直ぐな羽根を備えた垂直ロータを有し、垂直ロータは、ギヤボックス及び発電機に結合される。変形例として、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）は、ギヤボックスを有しないダイレクトドライブ式発電機を有していてもよい。垂直ロータは、浮遊式プラットホーム又は非浮遊式プラットホームに固定され且つそれから延びていてもよいし、手動で又は自動的に下方に傾けられてプラットホームの上に載せられるように構成されていてもよい。プラットホームは、好ましくは、浮力を有し、従って、プラットホームを海上の所望の目的値に浮かせることができ、また、補修及びメンテナンスのために修理用ビーチまで曳航して戻すことができる。
【００１３】
深い海域の場合、プラットホームは、半潜水式のはしけであるのがよく、この場合、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）は、水の外に延び、釣合い重りは、プラットホームの下に延び、風力タービンに作用する風力に対する釣合いをとる。釣合い重りの鉛直方向範囲を収容しない浅い海域の場合、プラットホームは、はしけのように、海面に浮いているのがよい。はしけは、重く、且つ、低コストな鉄筋コンクリートで構成されることが好ましい。材料の使用量を最小にするために、はしけは、矩形でも円形でもないことが好ましく、その代わりに、十字形状、又は、３つ以上のアームを有する星形状を有する。例えば、はしけは、張りケーブルを取付けるために、風力タービンに作用する風力に対する釣合いをとるために、及び、プラットホームの安定に保つために、水平方向延長部分を有することが好ましい。加えて、はしけのアームの各々は、水平方向部分を延長する水平方向延長装置を有し、水平方向延長装置は、その端部に、安定性を増大させる浮遊タンクを有するのがよい。
【００１４】
岸に近い浅い海域の場合でさえも、浮遊式プラットホームの上の垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）は、重いが低コスト材料、例えば鉄筋コンクリートで作られるのがよく、かかる垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）を岸で建造して組立て、海に押入れ、現場まで曳航するのがよい。浮遊式プラットホームの浮遊タンクに水を充填することによって、浮遊式プラットホームを水の中に下降させて、海底、湖底又は川底の上に直接載せてもよい。このように、浮遊式プラットホームは、通常の作動の間、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）の垂直ロータ及び羽根が海面上に延びた状態で、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）のための固定型プラットホーム又は基礎として使用されてもよい。水を浮遊タンクの外にポンプで排出することによって、プラットホームを再び浮かせることができ、その結果、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）及びプラットホームを、補修及びメンテナンスのために、岸まで曳航して戻すことができる。プラットホームを再び浮かせて、それを補修のために曳航する性能により、組立て、設置、補修及びメンテナンスの費用を、これらを海で実施する場合よりも大幅に減少させることができる。
【００１５】
水面上又は水面近くに浮くように構成されたプラットホームを繋留する種々の繋留システムが用いられ、かかる繋留システムは、油田及びガス田の掘削及び産出用の浮遊式プラットホームを繋留するために海上産業でしばしば用いられる懸垂式繋留システム及び引張りレグ式繋留システムを含む。これらの繋留システムの幾つかは、プラットホームを海底に繋留する重り及びプーリを有し、かかる重り及びプーリは、浮遊式風力タービンが潮汐の変化又は嵐によるうねりによる海面の変化に合わせて受動的に調節されることを可能にするのがよい。幾つかの実施形態では、繋留システムは、プラットホームを海底にしっかりと取付けないで、その代わりに、海底の上に単に載せ、それにより、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）の設置及び撤去を容易にする。
【００１６】
〔Ａ．第１の実施形態：深い海域用の釣合い重りを有する浮遊式風力タービン〕
第１の実施形態として図３Ａ及び図３Ｂに示す海上用風力タービン１００は、ダリウス式の垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を有しているが、他の種類のものが用いられてもよい。垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０は、垂直ロータ５２と、複数の湾曲した羽根５４と、ギヤボックス５６と、発電機５８と、内部電気構成要素（図示せず）を有し、これらは各々、先行技術で知られている陸上用垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）に用いられているものと本質的に同じである。
【００１７】
海上用風力タービン１００は、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を海で支持する浮遊式プラットホーム１１０を有している。一般的には、浮遊式プラットホーム１１０の上に取付けられている垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０は、片側支持システムであってもよいし、張りケーブルで上方に保持されていてもよい。図示のように、浮遊式プラットホーム１１０は、それが通常の作動条件下において垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）の羽根５４を水レベルよりも上に保持して風を捕えることができるように、水面下に沈められるのがよい。
【００１８】
釣合い重り１１４を有する中央支柱１１２が、プラットホーム１１０の下に延び、風力タービン１００との釣合いをとり、垂直ロータ５２を水の外にほぼ鉛直方向に差し向けるように保つ。釣合い重り１１４は、高さＨを有する風力タービン１００に働いて風力タービン１００を傾斜させようとする風力Ｆのモーメントに対して釣合いをとる。風による傾斜を最小にするために、重量Ｗを有し且つプラットホーム１１０の下に長さＬだけ延びる釣合い重り１１４は、Ｗ×Ｌが少なくともＦ×Ｈよりも大きくなるように設計されるべきである。
【００１９】
プラットホーム１１０は、中空構造であってもよいし、中実構造であってもよく、種々の材料を用いて構成される。例えば、プラットホーム１１０は、複合材、ガラス繊維、金属、コンクリート又はその他の材料で作られたシェルであるのがよく、空気又はバラスト材料で充填されるのがよい。一般的には、浮遊式プラットホーム１１０は、はしけ又は半潜水式のものであるのがよく、プラットホーム１１０の安定性を増大させる水平方向延長部分を有するのがよい。材料の使用量を最小にするために、例えば、プラットホーム１１０は、矩形又は円筒形のものではなく、その代わりに、プラットホーム１１０の安定性を増大させる水平方向拡張部分を有するのがよい。このように、プラットホーム１１０は、それを水の中で支持する十字形状又は３つ以上のアームを有する星形状を有するのがよい。
【００２０】
海上用風力タービン１００は、種々の水深に使用可能であるけれども、例えば、３０メートルよりも深い水深を有する深い海域で使用されるのに適している。風力タービンのプラットホーム１１０を展開するとき、先行技術で知られ且つ市販されている任意の数の繋留システムを用いて、プラットホーム１１０を海底４０に繋留する。例えば、繋留システムは、海底油田及びガス田の掘削及び産出用の浮遊式プラットホームに用いられる懸垂式繋留システム及び引張りレグ式繋留システムであるのがよい。図示のように、複数のケーブル１１６及び締結具又は繋留アンカー１１７が、ピンと張ったレグ式繋留構成によって、プラットホーム１１０を海底４０に直接取付けているが、懸垂式又はその他の繋留構成を用いてもよい。一般的には、ケーブル１１６は、鎖、スチールワイヤロープ、合成繊維ロープ等であり、締結具又は繋留アンカー１１７は、ドラグ埋込み型アンカー、杭、吸引アンカー、又は当該技術分野において知られている任意その他の種類の繋留アンカーである。浮遊式プラットホーム１１０が回転することを防止するために、浮遊式プラットホーム１１０は、その３箇所以上のところで海底に繋留される。本発明の実施形態に用いることができる種々の繋留システムの詳細を、本明細書において後述する。
【００２１】
海上用風力タービン１００は、当該技術分野において知られている海上向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）と関連したいくつかの問題と無関係である。上述したように、海上向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）は、風の方向に差し向けられなければならず、ロータ、羽根及び塔を水レベルよりも上に支持するために、剛性に構成され且つ安定化されなければならない。これとは対照的に、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０の羽根５４は、風の方向に差し向けられる必要はなく、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）の垂直ロータ５２及び羽根５４は、主として、複合材又はその他の軽量耐腐食材料で構成されるのがよい。加えて、垂直ロータ５２及び羽根５４は、水の上に低輪郭で構成されるのがよく、その結果、海上用風力タービン１００は、低重心になり、重いロータ、羽根、ギヤボックス、発電機及び塔を水よりも高く支持しなければならない海上向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）と異なる。例えば、高さ５０メートルのところにおいて、海上の風は、陸上の風よりもかなり強いことがあり、その場合、海上用風力タービン１００の垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０は、陸上の垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）よりも高いエネルギー出力を有する。要約すれば、海上用風力タービン１００の低重心、全方向性、及び軽量構造は、低コストの浮遊式プラットホームを水の中で安定化させ且つ支持することを容易にする。
【００２２】
〔Ｂ．第２の実施形態：３つ以上の延長アーム及び移動可能なアンカーを備えたプラットホームを有する浮遊式風力タービン〕
第２の実施形態としての海上用風力タービン２００を図４Ａ及び図４Ｂに示す。第１の実施形態と同様、図４Ａに示すように、海上用風力タービン２００は、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を有し、この垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）は、垂直ロータ５２と、湾曲した又は真直ぐな揚力羽根５４と、ギヤボックス（図示せず）及び発電機（図示せず）又はギヤボックスを有しないダイレクトドライブ式発電機と、その他の従来の構成要素とを有している。しかしながら、この実施形態では、垂直ロータ５２及び羽根５４は、浮遊式プラットホーム又ははしけ２２０の表面に取付けられたスタンド２１０から延びている。水の上におけるプラットホーム２２０の安定性を高めるために、プラットホーム２２０は、重いが低コストである材料、例えば鉄筋コンクリートで作られるのがよい。加えて、プラットホーム２２０は、３つ以上の延長アームを備えた水平方向延長部分を有するのがよく、それにより、プラットホーム２２０の安定性を更に高めると共に、張りケーブルが締結されるプラットホームとして機能する。スタンド２１０は、ギヤボックス及び発電機、又は、ギヤボックスを有しないダイレクトドライブ型発電機と、その他の従来の構成要素とを収容するのがよい。張りケーブル２１６は、組立体を安定化させるために、プラットホーム２２０から垂直ロータ５２の頂部に延びている。張りケーブル２１６を用いることによって、垂直ロータ５２及び羽根５４は、軽量材料で作られ且つプラットホーム２２０の近くに取付けられることが可能であり、その結果、低輪郭で低重心の海上用風力タービン２００が与えられる。
【００２３】
プラットホーム２２０は、通常の稼働中、海面上に浮くように構成され、海上用風力タービン２００は、例えば、岸から約１５〜２００メートルの海域に展開される。一般的には、プラットホーム２２０は、垂直ロータ５２の周りに対称的に配置された複数のアーム２２２を有し、この実施形態では、３つのアーム２２２を有しているが、任意の数のアームが用いられてもよい。アーム２２２は、プラットホーム２２０に比較的大きい広がりを与えるにも関わらず、例えばプラットホーム２２０が正方形又は円形の設置面積を有するように構成される場合よりもプラットホーム２２０を構成するのに必要な材料の量を減少させる。好ましくは、プラットホーム２２０の広がりは、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０の高さの少なくとも１．５倍である。
【００２４】
プラットホーム２２０は、大きい広がりを有するだけでなく、好ましくは、プラットホーム２２０が支持する垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０よりも大きい重量を有する。例えば、プラットホーム２２０と垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０との間の重量比は、少なくとも５０：１であるのがよい。１つの実施例では、プラットホーム２２０の重量は、１０００メートルトンであり、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０の重量は、２０メートルトンである。好ましくは、浮遊式プラットホーム２２０は、積層コンクリート又は鉄筋コンクリートで構成され、また、海底油田及びガス田産業等の従来の浮遊式プラットホームを製作する技術を用いて構成されるのがよい。プラットホーム２２０は、このように構成される場合、コンクリートシェルを有するのがよく、コンクリートシェルは、その内部に空気、発泡ポリスチレン又はその他のバラスト媒体を収納し、多数の内部チャンバ又は仕切りを有するのがよい。
【００２５】
プラットホーム２２０は、上述したように構成された場合、鉄筋コンクリート等の低コスト材料で作られ且つ浮遊タンクを有する、水面に浮く重いはしけであるのがよい。水面に浮くはしけ２２０は、好ましくは、その重心よりも距離Ｄだけ高いところに浮力の中心を有し、従って、はしけ２２０は、高い波の中でも安定である。最大直径のところで高さＨを有する垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０において、風力Ｆによる傾斜を最小にするために、好ましくは、はしけ２２０の重量Ｗは、Ｗ×ＤがＦ×Ｈよりもかなり大きくなるように十分重い。加えて、図４Ａに示すように、浮遊式のはしけ２２０は、水平方向延長部分を有するのがよく、水平方向延長部分は、はしけ２２０の安定性を増大させると共に、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０の張りケーブル２１６を取付けるためのベースを構成する。必要な材料を最小にするために、低コストのはしけ２２０は、十字形状、又は、図４Ａに示すように３つ以上のアームを有する星形状であるのがよい。また、低コストで重く且つ浮くはしけ２２０は、張りケーブルを用いて又は用いずに、追い風用水平軸風力タービン（ＨＡＤＴ）又は向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）（図示せず）を支持するのに使用されてもよい。
【００２６】
プラットホームのアーム２２２の各端部は、１対のプーリシステム２５０を有し、多数のアンカーケーブル２３０が、プラットホームのアーム２２２の端部の開口２２４の中を通り、プーリシステム２５０を通る。図４Ｂに示すように、複数のアンカーケーブル２３０の第１の端部は、水中の重り２４０に連結され、重り２４０は、それが展開されたときにプラットホーム２２０及び水面よりも下に支持される。重り２４０は、鉄筋コンクリートで構成されるのがよく、その重量は、約３００〜５００トンであるのがよい。アンカーケーブル２３０の反対側の端部は、移動可能なアンカー２７０に連結され、移動可能なアンカー２７０は、それが展開されたときに海底の上に載る。プーリシステム２５０及びアンカーケーブル２３０の二重構成が、過剰の目的で、プラットホームのアーム２２２の各々に使用されているけれども、他の実施例では、単一のプーリシステム２５０が各アーム２２２に用いられてもよい。
【００２７】
図示のように、移動可能なアンカー２７０は、プラットホーム２００の３つのアームを反映した三角形状を有するのがよいが、このことは、厳密に必要であるわけではない。詳細には、移動可能なアンカー２７０は、３つの足部２７２を有し、３つの足部２７２は、クロスビーム２７６によって互いに連結されている。足部２７２は、その頂部に、アンカーケーブル２３０に結合可能なコネクタ２７３を有し、その底面に、海中に位置決めされるときに海底に係合する滑り止め２７４を有する。足部２７２は、移動可能なアンカー２７０が曳航されるときに浮くことを可能にする中空部２８０を有するのがよい。後で詳細に説明するように、プラットホーム２２０、重り２４０及び移動可能なアンカー２７０を海上で展開するのにいくつかの技術を利用することができるけれども、後で詳細に説明するように、いったん展開された移動可能なアンカー２７０及び重り２４０の操作により、プラットホーム２２０を海底に対して上下に移動させることを可能にする。この性能は、プラットホーム２２０が、潮汐又は嵐によるうねりに起因した海面レベルの変化に合わせて受動的に調節されることを可能にする。
【００２８】
〔Ｃ．プラットホーム用プーリシステム〕
図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ、浮遊式プラットホームのアーム２２２の端部の平面図及び断面図であり、プーリシステム２５０の更なる詳細を明らかにしている。プーリシステム２５０の各々は、アンカーケーブル２３０用の開口２２４に隣接してプラットホーム２２０に取付けられた第１のプーリ２５２を有している。アンカーケーブル２３０は、沈められた重り２４０（図４Ｂ参照）から延び、開口２２４の中を通り、第１のプーリ２５２の上を通って、差し向けじょうご部２５４に延びている。差し向けじょうご部２５４は、アンカーケーブル２３０を第２のプーリ２５８に差し向け、アンカーケーブル２３０は、第２のプーリ２５８の上を通って、海底の上の海中アンカー２７０（図４Ｂ参照）まで下方に延びている。第２のプーリ２５８は、差し向けじょうご部２５４に回動可能に連結されたヘッド２５６に取付けられているので、第２のプーリ２５８は、差し向けじょうご部２５４に対して回動する。このように、水中でのプラットホーム２２０の任意の傾斜の間、第２のプーリ２５８が回動しながら、アンカーケーブル２３０が第１のプーリ２５２及び第２のプーリ２５８の上に位置したままである。
【００２９】
また、プラットホーム２２０の一部分の構成を図５Ｂに示す。特に、図示のプラットホーム２２０は、積層コンクリート又は鉄筋コンクリートで構成された外側シェル２２１と、内側チャンバ２２３とを有している。プーリシステム２５０は、外側シェル２２１から延びる先端部に支持されている。外側シェルの内側チャンバ２２３に、空気、発泡ポリスチレン、又は任意適当なバラスト媒体を充填するのがよく、内側チャンバ２２３は、その中に、分割されたチャンバ又はその他の仕切りを有するのがよい。
【００３０】
〔Ｄ．第３の実施形態：４つのアーム、重り及びアンカーを有する浮遊式風力タービン〕
図６Ａ及び図６Ｂに示す第３の実施形態としての海上用風力タービン３００は、図４Ａ及び図４Ｂの海上用風力タービン２００と同様であるので、同様の構成要素に同じ参照符号を用いている。再び、海上用風力タービン３００は、水深が約１０ｍ〜５０ｍの海域における展開に適しており、図４Ａ及び図４Ｂの海上用風力タービン２００と同様な仕方で展開されるのがよい。海上用風力タービン３００の実施形態では、プラットホーム２２０は、３つではなく、４つのアーム２２２を有している。海上用風力タービン３００は、４つのアーム２２２を有し、その各々が２本の張りケーブルを有しているので、荒れた天候、例えばハリケーン又は台風に良好に対処することができる。図６Ｂに示すように、海上用風力タービン３００と一緒に使用される移動可能なアンカー２７０は、好ましくは、正方形パターンの４つの足部２７２を有し、４つの足部２７２は、プラットホーム２２０の形状を反映する種々のクロスビーム２７６によって互いに連結されている。アンカー２７０が曳航されるときアンカー２７０が浮くことを可能にするように、足部２７２も中空部２８０を有するのがよい。
【００３１】
〔Ｅ．第４の実施形態：岸の近くの浅い海域用の浮遊式風力タービン〕
図７Ａに示す第４の実施形態としての海上用風力タービン４００は、海岸線の近くに存在することがある水深が１５メートルまでの浅い海域で展開されるのに適している。再び、海上用風力タービン４００は、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を有し、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０は、垂直ロータ５２と、湾曲した羽根５４と、その他の従来の構成要素とを有している。垂直ロータ５２は、短いスタンド４１０の上に取付けられ、スタンド４１０は、従来の構成要素の幾つかを収容し、張りケーブル２１６により、垂直ロータ５２をプラットホームに対して安定化させる。
【００３２】
短いスタンド４１０は、岸近くの浅い海域の海底の上に載るように構成された潜水可能な（沈めることが可能な）浮遊式プラットホーム４２０上に載っている。このプラットホーム４２０は、スタンド４１０及び垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を支持する中央部材４３０と、クロスビーム４２２によって中央部材４３０に連結された複数の先端部４４０とを有している。プラットホーム４２０は、好ましくは、鉄筋コンクリートで構成され、比較的軽量の垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０よりも重い重量を有する。プラットホームの先端部４４０は、その底部に、海底に係合する滑り止め４４２を有し、その頂部に、張りケーブル２１６に連結するためのタレット４４４を有している。
【００３３】
図７Ａでは、張りケーブル２１６がプラットホームの先端部４４０から延びているけれども、図７Ｂに示すように、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）の垂直ロータ５２から延びる張りケーブル２１６が、パイプアンカー４６０等を用いて、海底に連結されていてもよい。海上用風力タービン４００が展開されるとき、張りケーブル２１６がまだ設置されていないので、好ましくは、垂直ロータ５２をプラットホーム４２０に支持するために、一時的なブラケット及び支持バーが用いられる。いったんプラットホーム４２０を海底まで沈めたら、一時的なブラケット及び支持バーを取外し、張りケーブル２１６及びパイプアンカー４６０を設置して、垂直ロータ５２を支持するのがよい。２つのかかる風力タービン４００を互いに隣接して海底の上に展開するとき、隣接したプラットホーム４２０上の隣接した垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０は、それらの垂直ロータ５２を支持するために、１つ又は２つ以上のパイプアンカー４６０を共有するのがよい。
【００３４】
垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を有する海上用風力タービン４００を示したけれども、変形例として図７Ｃに示すように、海上用風力タービン４００は、プラットホーム４２０の上に取付けられた向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）４０又は追い風用水平軸風力タービン（ＨＡＤＴ）４５を有してもよい。向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）４０及び追い風用水平軸風力タービン（ＨＡＤＴ）４５は両方とも、ロータ４２と、羽根４４と、塔４６を有するのがよく、張りケーブル（図示せず）を有していても有していなくてもよく、浮遊式プラットホーム４２０の上に支持されるのがよい。張りケーブルが用いられる場合、張りケーブルは、塔４６をプラットホーム４２０又は海底に連結するのがよい。
【００３５】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、海上用風力タービン４００を、海岸線４２の近くの岸で段階的に組立てるのがよい。例えば、工程Ａ，工程Ｂ，工程Ｃにおいて、組立作業者は、潜水可能なプラットホーム４２０、塔４１０、垂直ロータ５２及び羽根５４を組立てると共に、組立体をレール、ローラ等４６に沿って海岸線４２に向かって押す。工程Ｄにおいて、海上用風力タービン４００を海の中に押し、浅い箇所に浮かせる。最後に、工程Ｅにおいて、垂直ロータ５２及び羽根５４が水から延びて風をとらえることができるように、潜水可能なプラットホーム４２０を水の中に沈めて、海底４０の上に載せる。
【００３６】
工程Ｄにおいて、潜水可能なプラットホーム４２０を水に浮かせるために、一時的な浮揚装置（図示せず）、例えば、ブイ及びケーブルを、潜水可能なプラットホーム４２０に結合し、潜水可能なプラットホームを岸の近くの所望の箇所に浮かせ、その箇所で、潜水可能なプラットホーム４２０を海底４０まで下降させる。変形例として、潜水可能なプラットホーム４２０は、それが浮くことを可能にするために、中空部を内側に有していてもよい。
【００３７】
例えば図７Ａに示すように、各先端部４４０及び中央部材４３０は、中空部４５０を有するのがよい。中空部４５０は、１つ以上のバルブ４５２を備えた内張りタンクであるのがよい。中空部４５０に空気を充填することにより、海上用風力タービン４００が水の上に浮くことを可能にし、従って、海上用風力タービン４００を岸の近くの現場まで、またそこから曳航することができる。しかしながら、中空部４５０に水を充填すると、海上用風力タービン４００は、浅い海域に沈み、図８Ａ及び図８Ｂの工程Ｅに最終的に示すように、垂直ロータ５２及び羽根５４が水から鉛直方向に延びたまま、先端部４４０の滑り止め４４２が海底に係合する。
【００３８】
図８Ｃに示すように、プラットホーム４２０Ａが水平に配置され、且つ、垂直ロータ５２が水から鉛直方向に延びるように、風力タービン４００Ａは、海底４０の比較的平らな領域の上に展開されるのがよい。所望の箇所の海底４０は、完全に平らで水平であるわけではないので、海上用風力タービンは、それが用いられる特定の箇所のために、垂直ロータ５２が水面から鉛直方向に延びるように修正されるのがよい。例えば、風力タービン４００Ｂによって示すように、潜水可能なプラットホーム４２０Ｂは、１つ以上の尖端部４４０Ｂで構成され、かかる尖端部４４０Ｂは、他の先端部から傾斜した平面内にあり、潜水可能なプラットホーム４２０Ｂを、水平でない海底４０上に、垂直ロータ５２が鉛直方向に延びる所定の向きで取付けることができる。
【００３９】
図８Ｃの海上用風力タービン４００Ｃによって示すように、作業者は、所望の箇所における海底４０の調査結果を利用して、所望の角度で傾斜した垂直ロータ５２及び／又はスタンド４１０を構成してもよく、所望の角度は、潜水可能なプラットホーム４２０Ｂを水平でない海底４０の上に載せたときに垂直ロータ５２が水面から鉛直方向に延びる角度である。変形例として、垂直ロータ５２とスタンド４１０との間の連結、又は、スタンド４１０と潜水可能なプラットホーム４２０Ｃとの間の連結は、ヒンジ機構等（図示せず）により調節可能であるのがよく、その結果、海上用風力タービン４００を、理想的な水平及び平らではない非水平の海底の上に展開する場合、垂直ロータ５２を、それが鉛直方向に延びるように修正する（傾斜させる）ことができる。
【００４０】
海上用風力タービン４００を垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０と関連して示したけれども、より厳密な構成及び浮かない潜水可能なプラットホーム４２０の使用により、この設計が、水平軸風力タービン（例えば、向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ））を含むように変更されることを可能にする。しかしながら、図７及び図８Ａ〜図８Ｃの風力タービン４００における向い風用水平軸風力タービン（ＨＡＷＴ）の使用を、簡単化のために図示しない。
【００４１】
〔Ｆ．延長可能な先端部及び他の特徴を有する第５の実施形態〕
第５の実施形態としての海上用風力タービン５００を図９Ａ及び図９Ｂに示す。上述した実施形態と同様、海上用風力タービン５００は、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を有し、この垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）は、垂直ロータ５２と、湾曲した羽根５４と、ギヤボックス（図示せず）と、発電機（図示せず）と、他の従来の構成要素とを有している。海上用風力タービン５００はまた、４つのアーム５２２を備えた浮遊式プラットホーム５２０を更に有し、浮遊式プラットホーム５２０は、通常の作動中、垂直ロータ５２を海面上に且つ鉛直方向に支持するように、水面に浮くように構成されている。図示のように、短い塔５１０が、プラットホーム５２０上の垂直ロータ５２を支持し、複数の張りケーブル５１６が垂直ロータ５２の遠位端部をプラットホーム５２０の縁部に連結して、過剰の安定性を垂直ロータ５２に付与する。
【００４２】
追加の安定性を得るため、アーム５２２の端部に設けられた延長可能な先端部５２４が、浮揚要素５２６を支持するのがよく、浮揚要素５２６は、海面上のプラットホームの広がりを更に増大させ、プラットホームの安定性及び浮力を更に増大させる。海上用風力タービン５００を所望の海上の箇所に移動させ、作動の準備が整った後、モータを用いて、先端部５２４及び浮揚要素５２６を延長させるのがよい。
【００４３】
〔Ｇ．第６の実施形態：横倒し可能な垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）を有する浮遊式風力タービン〕
本明細書の海上用風力タービン（例えば、１００，２００，３００，４００，５００）は、風力タービンのプラットホームから常に鉛直方向に延びるようにプラットホームの上にしっかりと支持された垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を有するのがよい。変形例として、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０は、プラットホームの上に横倒しされるように設計されてもよく、このことは、海上用風力タービンを曳航しているとき、又は、強風状態中の垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を保護するときに役立つ。
【００４４】
例えば、図１０は、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を有する海上用風力タービン６００を示し、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０は、海上用風力タービンのプラットホーム６２０の上で横に倒したり起こしたりすることができる。塔又はスタンド６１０の一方の縁部に設けられた枢動結合部６１２、及び、反対側の縁部に設けられた解放可能な結合部６１４により、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０をプラットホーム６２０に結合させる。海上用風力タービン６００を運搬するとき、又は、強風が生じているとき、塔６１０を、解放可能な結合部６１４のところで分離し、枢動結合部６１２を中心に回動させ（傾斜させ）、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）の垂直ロータ５２及び羽根５４をプラットホーム６２０の上に横倒しにするのがよい。同様に、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）の垂直ロータ５２及び羽根５４を起こすとき、垂直ロータ５２を枢動結合部６１２を中心に回動させ（傾斜させ）、塔６１０を解放可能な結合部６１４に再び結合させ、垂直ロータ５２をその鉛直方向位置でプラットホーム６２０の上に固着させる。
【００４５】
垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０をプラットホーム６２０上で横に倒したり起こしたりすることを、手動で行ってもよいし、遠隔自動式に行ってもよい。例えば、嵐が近づく前、プラットホーム６２０の上に一時的に又は永続的に設けられたウインチ６２８により、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を横に倒すのがよい。作業者は、ウインチ６２８をプラットホーム６２０上に一時的に取付け、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を低くし、次いでウインチ６２８を別の海上用風力タービンに一時的に移すのがよい。変形例として、岸又は近くの船からの遠隔通信により、解放可能な結合部６１４を作動させ、プラットホーム６２０（又は延長可能な先端部）の上に永続的に取付けられたウインチ６２８を作動させてもよい。
【００４６】
いずれの場合でも、ウインチ６２８を作動させるとき、ウインチ６２８は、張りケーブル６１６を用いて、垂直ロータ５２を枢動結合部６１２を中心に回動させ、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を起こしたり低くしたりする。例えば、遠隔制御ウインチ６２８を用いて、互いに反対側に位置して２つの組をなす２本の張りケーブル６１６の長さを調整しながら、互いに反対側に位置して他の２つの組をなす２本の張りケーブル（図示せず）をぴんと張ったままにすることによって、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を低くして、浮遊式プラットホーム６２０の上に横にして平らにする。このように、暴風が海上用風力タービン６００の領域で生じた場合、作業者は、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を遠隔操作で横に倒して、それにより、損傷を防止すると共に、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０に作用する強風及び波の影響を最小にするのがよい。強風が通過した後、作業者は、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を起こすのがよい。用いられるウインチ６２８は、プラットホーム６２０の上に直接取付けられていてもよいし、プラットホーム６２０から延びる延長部６２４の上に取付けられていてもよい。
【００４７】
〔Ｈ．モジュール化されたプラットホーム構造〕
上述したように、本明細書において開示した海上用風力タービン（例えば１００，２００，３００，４００，５００）の種々の実施形態に用いられるプラットホームは、任意適当な材料、例えば積層コンクリート又は鉄筋コンクリートで構成されるのがよく、また、空気又はバラスト材料で充填されたシェルとして構成されるのがよい。加えて、開示したプラットホーム、例えば図４Ａ及び図６Ａのプラットホーム２２０は、１つのユニット又は一部品として構成されるのがよい。変形例として、開示したプラットホームは、モジュール構造を有するのがよい。
【００４８】
例えば、図１１に示すように、モジュール構造のプラットホーム７２０は、互いに連結され且つ所望の構成で互いに取付けられた複数の浮揚要素７３０を有し、この例では、所望の構成は、３アーム形状である。垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）（図示せず）を支持するための中央の浮揚要素７４０が、３つのアームの中央に示されている。浮揚要素７３０を用いたプラットホーム７２０のモジュール構造により、プラットホーム７２０の製造及び組立てを安価にし且つ比較的容易にする。浮揚要素７３０は、任意適当な材料で構成されるのがよく、本明細書において開示するように中空構造又は中実構造を有している。例えば、図１２では、浮揚要素７３０は、コンクリート製のシェル７３２を有し、シェル７３２は、発泡ポリスチレン又はその他のバラスト材料で構成されたコア７３４で充填されている。充填されたシェル７３２は、その端と端及び側面と側面を、ボルト、ケーブル、ロッド等のコネクタ７３６で互いにボルト止めされ、結ばれ又はその他の方法で締結されるのがよく、コネクタ７３６は、図示のように内部に取付けられていてもよいし、表面に取付けられていてもよい。
【００４９】
〔Ｉ．浮遊式風力タービンの展開及び組立て〕
図７Ａの浅い海域のための海上用風力タービン４００を組立てて展開する詳細を、図８Ａ〜図８Ｃを参照して上述した。プラットホーム２２０及びアンカー２７０を有する図４Ａ、図４Ｂ及び図６Ａ、図６Ｂの垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）２００，３００は、互いに異なる組立工程及び展開工程を必要とし、かかる工程のいくつかを図１３Ａ〜図１３Ｃに示す。これらの例示の工程において組立てられる海上用風力タービンは、図４Ａ及び図４Ｂの３アーム型海上用風力タービン２００であるが、同じ工程を、図６Ａ及び図６Ｂの４アーム型海上用風力タービン４００に適用してもよい。海上用風力タービン２００の組立ては、図１３Ｂに示すように岸４２の上で直接行われてもよいし、図１３Ｃに示すように水の中に延びている傾斜路を有するドック４４で行われてもよい。
【００５０】
第１の組立工程Ａにおいて、組立作業者は、プラットホーム２２０とアンカー２７０を互いに隣接して製作する。組立作業者は、組立体をレール、ローラ等４６に沿って海岸線４２に向かって移動させ、次いで、工程Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて、スタンド２１０をプラットホーム２２０に追加し、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０のロータ５２、羽根５４及びその他の構成要素を組立体として取付け、組立体を海岸線の近くまで移動させる。
【００５１】
工程Ｅにおいて、組立作業者は、アンカー２７０及びプラットホーム２２０を水に浮かべる。上述したように、プラットホーム２２０は、水に浮くように構成され、アンカー２７０は、それを展開したときに海底４０の上に載るように構成されている。アンカー２７０を浮かせるために、アンカー２７０に結合される一時的な浮揚装置（図示せず）、例えば、ブイを用いる。変形例として、図４Ｂに示すように、アンカー２７０は、その足部２７２に、中空部２８０を有し、中空部２８０により、アンカー２７０を浮かせてもよい。中空部２８０は、１つ以上の弁（図示せず）を有する内張りタンクであるのがよく、アンカーを沈めたり浮かせたりするように、内張りタンクに水を満たしたりそれから排水したりするのがよい。変形例として、中空部２８０は、空気を取込んでアンカー２７０を浮かせることができるように、且つ、水を満たしてアンカー２７０を沈ませることができるように開口した、単なる足部２７２の底部であってもよい。いずれの場合でも、アンカー２７０を水に浮かせ、所望の箇所で、海底４０まで沈める。これらの可能な事項及びその他の可能な事項を使用してもよい。工程Ｆにおいて、組立作業者は、アンカー２７０を展開現場で海底４０に展開する。
【００５２】
プラットホーム２２０及びアンカー２７０を、アンカー２７０を海底４０まで下降させる展開現場まで曳航するいくつかの技術を利用することができる。第１の技術では、プラットホーム２２０及びアンカー２７０を、水面に且つ互いに近くに浮かせ、展開現場まで一緒に曳航する。次に、組立作業者は、アンカー２７０の足部の中空部２８０を充填することによって、アンカー２７０を海底４０まで沈める。詳細には、組立作業者は、アンカー２７０の１つの足部２７２に水を満たして、それを海底４０に触れさせ、次いで、他の足部２７２に水を完全に満たして、アンカー２７０を海底４０の上に載せる。アンカー２７０を沈める際、組立作業者は、浮きを、アンカー２７０に連結されたケーブル２３０に取付け、ケーブル２３０を水面で回収するのがよい。アンカー２７０が海底４０の上に載っている状態で、組立作業者は、プラットホーム２２０を、沈めたアンカー２７０の上に浮かせ、浮きが付いたケーブル２３０を回収し、ケーブル２３０をアンカー２７０からプーリシステム２５０に通し、ケーブル２３０を重り２４０に連結する。最後に、組立作業者は、重り２４０をプラットホーム２２０の下に沈め、ケーブル２３０をぴんと張り、設置を終了する。
【００５３】
第２の技術では、最初、アンカー２７０を、陸上又は浅い海域でプラットホーム２２０の下に重ね、次いで、積重ねたアンカー２７０及びプラットホーム２２０を、水面上の展開現場まで一緒に曳航する。展開現場において、組立作業者は、ケーブル２３０をプラットホーム２２０からアンカー２７０に通し、ウインチ（図示せず）を用いて、アンカー２７０を海底４０まで下降させる。この方法は、プラットホーム２２０の周りのステージで、多数の工程を必要とすることがあり、かかる工程は、ケーブル２３０を滑車にかけたり、緩めたり、解いたりする工程である。組立作業者は、停止部をケーブル２３０に取付けた後、ウインチのケーブル２３０を重り２４０に連結し、重り２４０をプラットホーム２７０の下に下降させ、ケーブル２３０の緩みをとる。組立作業者は、最後に、停止部を解放し、重り２４０をプラットホーム２２０の下に完全に下降させ、それにより、設置を終了する。組立作業者は、海上用風力タービン２００を展開したら、ウインチを別のプラットホームに持っていき、別の組立体の展開工程を繰返す。
【００５４】
海上用風力タービン２００を補修する必要がある場合、作業者は、ウインチを用いて、重り２４０をプラットホーム２２０の下から持上げ、ケーブル２３０を重り２４０及びプーリシステム２５０から取外し、浮きをケーブル２３０に取付け、それにより、アンカー２７０を後で再び配置するのがよい。次いで、取外したプラットホーム２２０を、補修のために岸まで曳航する。アンカー２７０も回収する必要がある場合、作業者は、ウインチを用いて、アンカー２７０を海底４０から持上げ、次いで、組合わされたプラットホーム２２０及びアンカー２７０を岸まで曳航する。また、アンカー２７０の中空部２８０に空気を充填し、アンカー２７０を浮かせるのがよい。
【００５５】
〔Ｊ．受動的に調節可能な繋留システム〕
図４Ａ、図４Ｂ及び図６Ａ、図６Ｂの海上用風力タービン２００，３００は、繋留システム（即ち、ケーブル２３０、重り２４０、プーリシステム２５０及びアンカー２７０）を有し、前記繋留システムは、潮汐変化又は嵐によるうねりに起因した海面レベルの変化に合わせて、受動的に調節可能である。この受動的調節の詳細を、図１４Ａ〜図１４Ｄに示し、図１４Ａ〜図１４Ｄには、海面レベルの変化に合わせて調節される図６Ａ及び図６Ｂの海上用風力タービン３００が示されている。海面レベルが上昇したり（図１４Ａ〜図１４Ｃ）下降したりすると（図１４Ｃ〜図１４Ａ）、プラットホーム２２０は、ケーブル２３０、重り２４０、プーリシステム２５０及びアンカー２７０に繋留されたまま、水面に従って上昇したり下降したりする。嵐の間、かなり大きなうねりが発達すると、プラットホーム２２０は、図１４Ｃに示すように、アンカーケーブル２３０の全範囲まで持上げられる。図１４Ｄに示すように、海水レベルが更に上昇すると、海水レベルは、プラットホーム２２０及び垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）のロータ５２及び羽根５４さえも越え、嵐又は潮汐による波が生じている間、プラットホーム２２０及び垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）のロータ５２及び羽根５４は、保護のために、少なくとも部分的に海水レベルの下に沈んだままになる。
【００５６】
上述した繋留システムに加えて、本明細書において開示した海上用風力タービンの種々の実施形態は、例えば、図１４Ａ〜図１５Ｃに示すように、その他の受動的に調節可能な繋留システムを使用してもよい。図１５Ａの調節可能な繋留システム８４０Ａは、プラットホーム８２０に取付けられた複数のプーリ８４６を使用する。多数のアンカーケーブル８４４が、複数のプーリ８４６を通り、海底において、別々の重り８４２を別々のアンカー８４８に相互に連結する。プラットホーム８２０を海底４０に繋留するために、プラットホーム８２０が、その周りに対称的に連結された幾つかの繋留システム８４０Ａを有するのがよいことを認識すべきである。
【００５７】
図１５Ｂに示す受動的に調節可能な別の繋留システム８４０Ｂは、多数のアンカーケーブル８４４、プーリ８４６及びアンカー８４８を有する１つの共通の重り８４３を使用する。同様に、図１５Ｃに示す受動的に調節可能な繋留システム８４０Ｃは、共通の重り８４３を使用するが、単一のアンカーケーブル８４５を使用し、単一のアンカーケーブル８４５は、重り８４３に設けられたプーリ８４７及びプラットホーム８２０に設けられたプーリ８４６に通されている。本発明の開示の利益を有する、重り、ケーブル、プーリ及びアンカーのその他の構成を使用して、プラットホーム８２０を繋留してもよいことを認識すべきである。
【００５８】
〔Ｋ．積極的に調節可能な繋留システム〕
上述した種々の繋留システムは、海面レベルの変化と共に、プラットホームを昇降させるように受動的に作用する。追加の実施形態では、本発明の浮遊式の海上用風力タービンは、積極的に調節可能な繋留システムを使用し、かかる繋留システムは、過酷な天候条件の間の保護のために、海上用風力タービンを水面下に一時的に引入れることが可能である。
【００５９】
例えば図１６Ａ及び図１６Ｂでは、積極的に調節可能な繋留システム８４０Ｄは、１つ以上の機械式ウインチ８４１をプラットホーム８２０の上に有し、機械式ウインチ８４１は、アンカー８４８を用いて海底４０に繋留されているアンカーケーブル８４６に結合されている。ウインチ８４１は、アンカーケーブル８４６を用いて、海上用風力タービン８００を海面レベルに対して昇降させるように作動可能である。このように、作動状態のウインチ８４１は、強風又は高い波が生じたとき、アンカーケーブル８４６の長さを短くして、海上用風力タービン８００を水面下に引き（図１６Ｂ）、風又は波が通過した後、アンカーケーブル８４６を放出して、海上用風力タービン８００が水面に又はその近くに浮くことを可能にする（図１６Ａ）。このウインチシステムは、水面に浮くように構成されたプラットホーム８２０及び固定されたアンカー８４８と共に使用されるように図示されているが、ウインチシステムは、図示しないけれども、本明細書において開示した任意の様々なプラットホーム及びアンカーと共に使用されてもよい。
【００６０】
垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０は、水面下に引込まれている間、プラットホーム８２０上で鉛直方向位置に固定されたままであるのがよい。変形例として、図１６Ｂに示すように、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を、プラットホーム８２０の上で図１０に示したように横倒しにしてもよい。この構成であれば、高い波が発達したとき、図１６Ｂに示すように、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０をプラットホーム８２０の上で横に倒し、海上用風力タービン８００及びプラットホーム８２０全体を、保護のために、ウインチで水面下に引込むのがよい。垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を横倒しにすることによって、海上用風力タービン８００を水面下に引込むのに必要なウインチ巻上げ量を減少させることができる。
【００６１】
〔Ｌ．垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）のマトリックス〕
典型的な実施例では、上述した多数の風力タービンが、海上の箇所の風力タービン群(wind farm)マトリックスで使用される。風力タービンは、互いに近くに繋留され、共通の電気ケーブルを用いて相互に連結されるのがよい。第１の例において、図１７Ａ及び図１７Ｂは、多数の風力タービンを互いに連結するための１つの構成を有する風力タービン群マトリックス９００の一部分を示す。この例では、マトリックス９００は、図４Ａ及び図４Ｂの浮遊式海上用風力タービン２００を用いているが、それと同様に、本明細書に開示した任意その他の風力タービン、例えば図７Ａ〜図７Ｄの非浮遊式風力タービンを用いてもよい。例えば、マトリックス９００の１つの実施例では、各海上用風力タービン２００が、３００ｋＷの能力の垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０を有し、垂直軸風力タービン（ＶＡＷＴ）５０は、海の風を低コストで電気に変換する。例えば、毎秒９メートルの年平均風速を有する海上の強風領域では、各海上用風力タービン２００は、毎年１００万ｋＷの電気を発生させる。
【００６２】
マトリックス９００では、電力線９５２により、風力タービン２００を電力用はしけ９５０に連結する。電力用はしけ９５０は、図１７Ｂに最もよく示すように、電力ケーブル９５４によって互いに結合されるのがよい。電力用はしけ９５０は、それに連結されている少なくともいくつかの浮遊式海上用風力タービン２００から電力（即ち、電流）を受取り、かかる電力を、１つ以上の共通に割当てられたケーブル９５４によって、陸上ステーション９５６又はその他の電力シンクに伝達する。
【００６３】
マトリックス９００を海上に設置するために、上述した任意の方法を用いて、各海上用風力タービン２００を組立て、曳航し、適所に繋留した後、各海上用風力タービン２００を送電網（例えば、電力用はしけ９５０）に接続して、電気を発生させる。同様に、修理及びメンテナンスのために、マトリックス９００全体に影響を及ぼすことなしに、各海上用風力タービン２００をマトリックス９００から容易に切離し、曳航して岸に戻す。これに関し、海上用風力タービン２００を海底にしっかりと取付けない繋留システム及び方法を使用することは、非常に有利である。例えば、図４、図６及び図７の各実施形態において、海底４０の上に単に載せるだけの繋留システムが使用され、繋留システムを浮かすことにより、特定の海上用風力タービンのマトリックス９００への容易な設置又はマトリックス９００からの容易な取外しを可能にする。
【００６４】
電力用はしけ９５０は、浮遊式風力タービンのプラットホームと同様、水面で又はその近くで浮き、浮遊式海上用風力タービン２００のプラットホームと同様に構成されるのがよい。電力用はしけ９５０が、浮遊式海上用風力タービン２００が接続される電気ハブとして作用するに過ぎず、海上用風力タービン２００と異なり、従来のコネクタ及びケーブルの向こう側に重要なハードウェアを支持する必要がないので、電力用はしけ９５０は、海上用風力タービン２００を海底に繋留するのと同じ程度の労力で海底４０に繋留される必要はない。例えば、図１７Ａに示すように、電力用はしけ９５０は、単一のケーブル９５１及びアンカー９４８だけを使用してもよく、電力用はしけ９５０の相対深さを受動的にも積極的にも調節することができなくてもよい。別の実施例では、電力用はしけ９５０は、全く繋留されず、その代わりに、適度に頑丈なコネクタ（図示せず）によって、電力ケーブル９５２を電力用はしけ９５０に連結すれば、電力ケーブル９５０だけに頼って、電力用はしけ９５０を、繋留され且つ浮遊式海上用風力タービン２００に対する適正な位置に保ってもよい。いずれにしても、電力用はしけ９５０は、アンカーを有していなくてもよいし、それ自体の複数のアンカーを有していてもよいし、ケーブルによって海上用風力タービン２００のアンカーに結合されてもよいし、本明細書において開示した種々の任意の繋留システムを使用してもよい。
【００６５】
図１８に示す別の構成例では、マトリックス９００は、電力をプラットホーム９７０又はその他の電力シンクに伝達するために、近くの海上プラットホーム９７０に結合される。例えば、海上プラットホーム９７０が油田探査に用いられるならば、海上プラットホーム９７０は、淡水を海上プラットホーム（図示せず）のボーリング孔の下部に注入するのに用いられる脱塩システム９６０を有する。プラットホーム９７０上では、脱塩システム９６０は、逆浸透法を利用して、海水から淡水を生産することができ、従って、淡水を充填、フレーシング（fracing）又はその他のプラットホーム作業に用いることができる。脱塩システム９６０が作動のために多量のエネルギーを必要とすることがあるので、風力タービン群マトリックス９００を脱塩システム９６０の近くで使用して電力を得ることは、海上掘削作業を非常に容易にする。
【００６６】
好ましい実施形態及び他の実施形態についての上述の説明は、本出願人の考える発明の技術的思想の範囲又は利用性を制限し又は制約するものではない。本明細書の開示の恩恵により、本明細書において開示した一実施形態に関して説明した詳細は、本明細書において開示した他の実施形態と組み合わせることができ又はこれに使用することができる。ただし、かかる組み合わせ又は使用例は、本明細書において明確に示され又は説明されていない場合がある。本明細書に記載された発明の技術的思想を開示する交換条件として、本出願人は、特許請求の範囲により得られるあらゆる特許権を所望している。従って、特許請求の範囲は、あらゆる改造例及び変形例を、これらが特許請求の範囲に記載された本発明の範囲又はその均等範囲に属する限り、含むものである。
【図１Ａ−１Ｂ】
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【図２Ａ−２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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2010539378.tif 000041
2010539378.tif 000042
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