(57)【要約】風力発電システムは、浮揚式支持体上に支持された風力タービンと、複数の取り付け点で上記システムに接続され、上記システムを定着させる手段と、を含む。システムは浮揚式支持体の水線の上方に複数の取り付け点を持ち上げる手段をさらに含む。この持ち上げ手段は、所与の風速を受ける風力タービンの転倒モーメントを相殺するように定められた水線に対する高さまで複数の取り付け点を持ち上げる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電システムであって、浮揚式支持体上に支持された風力タービンと、複数の取り付け点で前記システムに接続され、前記システムを定着させる手段と、を含む風力発電システムにおいて、
前記システムは前記浮揚式支持体の水線の上方に前記複数の取り付け点を持ち上げる手段を含み、この持ち上げ手段は、所与の風速を受ける前記風力タービンの転倒モーメントを相殺するように定められた前記水線に対する高さまで前記複数の取り付け点を持ち上げることを特徴とする、風力発電システム。
【請求項２】
前記複数の取り付け点は、前記浮揚式支持体の乾舷よりも上方に位置していることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記持ち上げ手段は、複数の梁、または複数の梁と複数のケーブルを含む、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記梁は、管状の金属支持体、変断面の金属支持体、またはトラス梁である、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記持ち上げ手段は、前記風力タービンのタワーに機械的に接続されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
複数の前記持ち上げ手段は、前記持ち上げ手段に曲げ剛性を与えるように、複数の梁または複数のケーブルによって互いに機械的に接続されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記持ち上げ手段は、浮体の複数の柱の延長部からなる、請求項１から６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の取り付け点が互いに異なる高さに位置する、請求項１から７のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の対象は、浮揚式支持体上の沖合風力タービンに関し、特に、風で生じた力がタービンに掛かっている状態で浮揚式支持体を安定化するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
標準的な５ＭＷの風力タービンの場合、ナセルは（例えば長さ約６０ｍの）３つのブレードから構成されたロータを保持することができる。ロータはギア減速機を介して、発電機の回転部分の他、ブレードの方向調整システム、変圧器、油圧システム、換気システムなどの付属品を駆動する。ナセル構造は、タワーによって支持された旋回リングに支持されている。
【０００３】
ロータ面は風に向けられる。従って、ナセルは、リングギアと共働する１つ（または複数）のモータ駆動ギアによって、タワーの軸に関して回転動を行うことができる。ナセルの全重量は２００から３００トンのオーダになり得る。
【０００４】
５０ｍよりも深い水深の場合、ナセルを支持する高さ約１００ｍのタワーは、アンカー線によって所定の位置に保持された浮揚式支持体の上に支持される。
【０００５】
浮揚式風力タービンは浮揚式支持体と様々な種類のアンカーシステムを含んでいる。アンカーシステムの１つの目的は、海洋環境の作用（風、潮流、波）下で、タービンの移動や加速を制限することである。しかしながら、浮揚式風力タービンに特有の問題は、ほぼナセルに掛かる作動中のローラのスラスト力によって、著しい転倒モーメントが生じることである。風力タービンが停止するとスラスト力は低下し、その作用点は下方にずれる。
【０００６】
実際には、風力タービンのロータは、風速に関連した多くの力や応力を受ける。これによって、スラスト軸受けで支持されたロータにスラストが生じる。風の方向を向いたこのスラスト力の値は、風の方向に対するブレードの角度（傾斜）に依存する。
【０００７】
風力タービンは比較的小さな傾き（典型的には数度）を超えると動作することができないため、浮揚式風力タービンの寸法を決定するうえでの１つの重要なパラメータは、浮体（従ってロータ）の傾きである。
【０００８】
従って、傾斜とトリム角、それにもましてピッチング運動とローリング運動を制限するように浮体とそのアンカーシステムを設計することが必要である。
【０００９】
特に風力タービンによって生じる転倒モーメントの影響下で、ピッチング運動とローリング運動を制限するように寸法が定められた、あらゆる種類の浮揚式支持体（半水中型、スパーまたはＴＬＰ）が知られている。これらの浮体は、それぞれ、流体静力学的な応力、重量またはアンカーの張力の作用下での反作用モーメントの発生に依存している。従って、従来の風力発電システムでは、浮体は、荷重の影響下で傾きを制限するために要求される流体静力学的な剛性を与える。
【００１０】
しかしながら、浮体の寸法に依存すると、使用条件によっては例外的な条件（強風等）下で過大なサイジングとなる場合があり、過小なサイジングにすらなる場合がある。
【００１１】
本発明の目的は、特には所与の浮揚式支持体に対して風力タービンによって生じる転倒モーメントの影響下で、傾斜及びトリム、並びにピッチング運動とローリング運動を制限するように、アンカー手段の特別な配置を提供することである。
【発明の概要】
【００１２】
一般的には、本発明は、風力発電システムであって、浮揚式支持体上に支持された風力タービンと、複数の取り付け点でシステムに接続され、システムを定着させる手段と、を含む風力発電システムに関する。システムは浮揚式支持体の水線の上方に複数の取り付け点を持ち上げる手段をさらに含み、この持ち上げ手段は、所与の風速を受ける風力タービンの転倒モーメントを相殺するように定められた水線に対する高さまで複数の取り付け点を持ち上げる。
【００１３】
本発明によれば、複数の取り付け点は、浮揚式支持体の乾舷よりも上方に位置していてよい。
【００１４】
一実施形態によれば、持ち上げ手段は、複数の梁、または複数の梁と複数のケーブルを含んでいる。梁は、管状の金属支持体、変断面の金属支持体、またはトラス梁であってよい。
【００１５】
一実施形態によれば、持ち上げ手段は、風力タービンのタワーに機械的に接続されている。
【００１６】
別の実施形態によれば、複数の持ち上げ手段は、持ち上げ手段に曲げ剛性を与えるように、複数の梁または複数のケーブルによって互いに機械的に接続されている。
【００１７】
本発明によれば、持ち上げ手段は、浮体の複数の柱の延長部からなっていてよい。
【００１８】
最後に、複数の取り付け点が互いに異なる高さに位置していてよい。
【００１９】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照し、非限定的な例による以下の実施形態の説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る風力発電システムの一例を概略的に示している。
【図２】様々な力と風力タービンの転倒モーメントを示すことによって本発明の原理を示している。
【図３】複数の梁（ＰＯ）、または複数の梁と複数のケーブルを含む持ち上げ手段を示している。
【図４】複数の梁または複数のケーブルなどの機械的手段（ＣＯ）によって風力タービンのタワーに接続された持ち上げ手段を示している。
【図５】持ち上げ手段に曲げ剛性を与えるように、複数の梁または複数のケーブル（ＬＰ）によって互いに機械的に接続された持ち上げ手段を示している。
【図６】例えばトラス形の延長部の形状を有する、浮体の複数の柱の延長部からなる持ち上げ手段を示している。
【図７】アンカー手段を浮揚式支持体ではなくタワーに直接接続するようにタワーに固定された機械システムからなる持ち上げ手段を示している。
【図８】異なる高さにアンカー手段を取り付けるための複数の取り付け点をシステムが含んでいる実施形態を示している。
【図９】取り付け点の高さ（Ｈ）が傾斜（ＰＳ）に与える影響を、３つの異なる線密度について示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明に係る沖合風力発電システム（１）の例を示している。このようなシステムは、風力タービン（２）と、風力タービンが支持される浮揚式支持体（３）と、アンカー手段（４）と、を含んでいる。アンカー手段は、従来は浮揚式支持体の高さで、取り付け点を介してシステムに接続されている。
【００２２】
速度Ｖの風のタービンへの作用（水平方向力Ｆ）によって生じる風力タービンの転倒モーメント（Ｍｈ）に、浮揚式支持体のサイズ（Ｂ）を増大させることなく打ち勝つために、このシステムには、取り付け点を浮体の水線（ＬＦ）の上方に持ち上げる持ち上げ手段（５）が付加されている。そして、取り付け点は水線の上方の高さＨのところで接続されている。この高さは、所与の風速Ｖに対する風力タービンの転倒モーメントをアンカー手段が可能な最善の方法で相殺するように定められる。
【００２３】
多種の公知の浮揚式支持体（半水中型、スパーまたはＴＬＰ）及び多種のアンカー手段（懸垂線、半緊張線または緊張線）がある。
【００２４】
従来、アンカー手段は、
−従来は浮体の高さにある、線を緊張させるための緊張システム
−１つまたは複数の鎖及び／または複数のケーブル区間から構成することができるアンカー線
−水線の下方で浮揚式支持体に固定され、線を外殻に沿って緊張システムへ案内するフェアリーダ。フェアリーダは、アンカー手段を浮揚式支持体に固定するための取り付け点である。
−アンカー線を海底に固定する固定手段（アンカー、杭等）
を含んでいる。
【００２５】
発明の本質
目的は、タービンへの風の作用によって生じる転倒モーメントの影響下で、浮揚式支持体の傾斜を制限することにある。
【００２６】
本発明を、長さＢの浮揚式支持体の場合について述べる。浮揚式支持体は、２つのアンカーによって定着され強さＦの水平方向の力がかかった平面内にあり、この水平方向の力は風速Ｖに依存してナセルに印加される（図２参照）。この力は、風速Ｖの作用の下でのロータのスラストを意味する。
【００２７】
従って、浮体は、その重心にかかる重量Ｐと、浮心Ｃ（排除水の塊の重心）にかかる浮力Ａと、外部応力と、アンカーの反力と、を受ける。ＣとＰの相対位置は、浮体が動いたときに、浮体外の応力の作用に関連した転倒モーメントと釣り合う流体静力学的なトルクを生成する。
【００２８】
Ｌは、力Ｆの作用点と浮心Ｃとの間の鉛直方向の距離であり、ｚは、浮体へのアンカー取り付け点と浮心との間の鉛直方向の距離である。ｚは、取り付け点が浮心の上にあれば正であり、下にあれば負である。図２では、アンカー取り付け点は、水線の下に位置している。
【００２９】
次に、定着された浮体のバランスを検討する。転倒モーメントＭｈは、
Ｍｈ：転倒モーメント
Ｆ：水平方向の力の強さ
Ｌ：力Ｆの作用点と浮心の間の鉛直方向の距離
ｚ：浮心に対する取り付け点の高さ
Ｔｖ２：アンカー線２に生じる張力Ｔの鉛直成分
Ｔｖ１：アンカー線１に生じる張力Ｔの鉛直成分
Ｂ：浮揚式支持体の長さ
を用いて、以下のように書くことができる。
【００３０】
Ｍｈ＝Ｆ＊（Ｌ−ｚ）＋（ＴＶ２−ＴＶ１）＊Ｂ／２
転倒モーメントを減少させるためには、距離Ｌ−ｚを減少させる必要がある。
【００３１】
従って、本発明によれば、浮体の水線の上方に取り付け点を持ち上げる手段が用いられ、これによって、高さｚが増大する。好ましくは、持ち上げ手段は、取り付け点を、浮揚式支持体の乾舷の上方に位置させることができる。乾舷は、水位（水線）と浮揚式支持体の上部との間の距離と理解される。
【００３２】
これらの持ち上げ手段の寸法は、所与の風速を受けるタービンの転倒モーメントを相殺するように、水線に対して所定の高さだけ取り付け点を持ち上げるように決定される。
【００３３】
持ち上げ手段
図３に示された実施形態によれば、持ち上げ手段は、複数の梁（ＰＯ）、または複数の梁と複数のケーブルを含んでいる。梁は、管状の金属支持体、変断面の金属支持体、またはトラス梁であってよい。
【００３４】
図４に示された実施形態によれば、持ち上げ手段は、複数の梁または複数のケーブルなどの機械的手段（ＣＯ）によってタワーに接続されている。
【００３５】
図５に示された実施形態によれば、持ち上げ手段は、持ち上げ手段に曲げ剛性を与えるように、複数の梁または複数のケーブル（ＬＰ）によって互いに機械的に接続されている。
【００３６】
図６に示された実施形態によれば、持ち上げ手段は浮体の柱の延長部からなり、その形態は例えばトラス形の延長部である。
【００３７】
図７に示された実施形態によれば、持ち上げ手段は、アンカー手段を浮揚式支持体ではなくタワーに直接接続することができる機械システムからなる。
【００３８】
図８に示された実施形態によれば、システムは、互いに異なる高さにアンカー手段を取り付ける複数の取り付け点を含んでいる。例えば、システムは、持ち上げ手段の位置にある取り付け点と、水線の下方にある取り付け点と、を含むことができる。
【００３９】
図９は、取り付け点の持ち上げ手段を備えた本発明によるシステムの優位性を、トライフローター(tri-flotteurs)型の浮揚式支持体について示している。図９は、取り付け点の高さ（Ｈ）（水線から上の測定高さ）が傾斜（ＰＳ）に与える影響を、同一の張力について、３つの異なる線密度（点線は１００ｋｇ／ｍ、破線は４５０ｋｇ／ｍ、実線は９００ｋｇ／ｍ）に対して示している。
【００４０】
この場合、どのアンカー特性（線密度）についても、予張力を同一として３０メートルアンカーを持ち上げたときに傾斜がほぼ半減することが観察される（図９）。
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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