(57)【要約】風力タービン用浮き基盤が開示されており、基盤は、本質的に、海面上部に完全に位置する共通のノード部材で風力タービンのタワーの下側の端部に結合されている三つの水中に潜った浮力ボデー群を備えている。浮力ボデー群は比較的に薄い脚部分によってノード部材に結合されており、それによって、基盤への波荷重が減少される。本発明による基盤を適用することによって、ノード部材におけるストレス集中とトルクは減少され、それによって、比較的軽い重量で且つそれゆえに安いノード部材を適用することが可能になる。構造物の全ての重量はそれによって減少され且つそれゆえに構造物の全ての重量に対向するために必要な浮力ボデー群のボリュームは減少される。
2006513344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
適切なアンカー手段（８）によって現場に維持されることができる浮力構造物が設けられた基盤に支持されるタワー（３）を備えている浮き基盤を有する風力タービンにおいて、上記浮力構造物は、実質的に海面（９）上方の位置でタワー（３）の下側の端部に結合されている少なくとも三つの別個の浮力ボデー群を備えていることを特徴とする浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項２】
タワー（３）の下側の端部への結合は、共通のノード部分によって行われることを特徴とする請求項１に記載された浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項３】
前記ノード部分は、別個のノード部材（４）であることを特徴とする請求項２に記載された浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項４】
別個の浮力部材（６）とノード部分の間の前記結合は、脚部材（５）であることを特徴とする請求項２に記載された浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項５】
前記脚部材（５）は、円形の横断面であることを特徴とする請求項４に記載された浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項６】
前記ノード部分は、海の表面（９）上方のタワーの全高の少なくとも３０％であるところの海の表面上方の距離に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載された浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項７】
前記浮力ボデー群（６）はシリンダー状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載された浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項８】
浮力ボデー群（６）の縦方向軸は、対応する脚部分（５）の縦方向軸と一致することを特徴とする請求項７に記載された浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項９】
浮力ボデー群（６）は、円錐形状の移行部材（１０）を経て対応する脚部分（５）に結合されていることを特徴とする請求項７または８に記載された浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項１０】
タワー（３）に対する別個の浮力部材（４）の前記結合は、タワー（３）を通る垂直軸Ｚに対する角度が４０度と５０度の間であるという下で行われることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載された浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項１１】
タワー（３）に対する別個の浮力部材（４）の前記結合は、水平面内において均等に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載された浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項１２】
別個の浮力ボデー（６）の各々は、現場に基盤を維持するためのアンカー手段（８）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載された浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項１３】
近接する浮力ボデー（６）は、張力部材（７）の手段によって互いに連結されていることを特徴とする請求項１に記載された浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項１４】
前記張力部材（７）は予め張力を与えられているワイヤーであることを特徴とする請求項１３に記載された浮き基盤を有する風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮き基盤を備えた風力タービンに関し、さらに特別には、より大きな水深の沖で且つ設置された構造物が重い風力荷重と波の動きからの大きくダイナミックな力の両方を受けることとなる条件の下で使用されるような風力タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力エネルギーを電力に変換するための風力タービンは公知であり且つ何年もの間使用されてきたが、ここ２０年間は代替エネルギー源として印象的に増大した使用が認められている。特定のエリア内にしばしば百を超える数の風力タービンの大きなグループと共に風力タービンを設置することが常識となっている。風力タービンのそのような大きな集合は風景の美的観点とまたそれらが発生する避けられない騒音問題の両方からの望ましい解決を環境保護の見地からは少なくしか提供できない。さらにまた、風力タービンの羽根が例えば丘、森、建物その他のために常に得られるわけではない空気の薄層流の中に配置されることが望ましいことなので、陸上における風力タービンの配置はいつも最善の設置にはならない。それゆえに、海底に設けられている基盤に風力タービンがしっかりと固定されることを水深が許容する位置で海岸から遠く離れていない沖に風力タービンのグループを配置することが一般になってきている。海上では、空気流は上述したような種々の障害物の存在によって邪魔されることがなく、さらにまた、そのような配置は景観の環境的見地からも利点がある。
【０００３】
この頃の風力タービンの大きな寸法のために―回転翼の寸法と風力タービンが提供できる電力の最大値との間の関係でさらにまた増大する傾向にあるところの寸法―風力タービンが安定した基盤を提供されるということがきわめて重要である。このことは地上に配置される風力タービンにとっては原則として問題ではないが、沖合風力タービンという関連では問題となる。ある先行技術の解決は基部及びグリッドからなる適切な構造物に風力タービンのタワーを取り付けることであり、この構造物は海底上の安定した基盤に固定されている、しかしこの解決は高価であり且つ比較的に浅い海域、例えば水深約２５mまでで概ね適用可能である。
【０００４】
大きい水深で配置される沖合風力タービンの関係での適用に対しては、浮き基盤が種々の先行技術文献に説明されている。このように、例えば、DE １００３４８４７A１は、１００mまでの水深用に設計されている例えば沖合風力タービン用浮き基盤を開示している。この浮き基盤は、一般に正方形のような基部を備えたピラミッド状の浮力ボデー（或いはむしろ構造物）からなり、この浮力構造物は複数のシリンダー状ボデー或いはチューブから形成されている。浮力構造物は、正方形のような基部の四つのコーナーの各々に固定されている四つの引張り力を与えられたつなぎ綱によって位置を維持されている。タワーはそれ自身海面を貫通し且つ浮力構造物の基部に伸びている。
【０００５】
浮き沖合風力装置がWO ０１/７３２９２A１に説明されている。装置は、その上端部に風力タービンを備えているタワーを支持するための相互に連携して平行に配置されている浮力ボデーとして活動する二つのシリンダー状支持ポンツーンを有する浮台を備えている。タワーは一般にシリンダー状ポンツーンに向けて広がっており、タワーとポンツーンの間の結合の十分な安定性を達成するために、緊張ワイヤーがポンツーンの一端とタワーの上端部付近のポイントとの間に広がっている。しかしながら、浮力ボデーとタワーの最上部との間のワイヤーは、ナセル（nacelle）がタワーに対して連結可能でなければならないシステムにおいて適用されることができず、タワーを通る縦方向軸に関する浮力ボデー群の回転を防止する方法で浮力ボデー或いは浮力ボデー群が海底に固定されるときに、それは必要である。それゆえ、この文献に開示されている解決手段は本発明による風力タービンに対しては適用可能ではない。そのようなワイヤー補強材は、高いタワーとそれゆえに長いワイヤーを伴うシステムにおいて十分な安定性の解決手段をいかなる程度においても提供しないだろう。
【発明の開示】
【０００６】
上記した背景に基づき、張力脚タイプの浮き基盤を備えた風力タービンを提供することが本発明の目的であり、それにおいて改良された構造的安定性が達成され且つそれによって浮力ボデーを備えた風力タービンのタワーに結合している構造の部分の重要な重量の減少がそれにもかかわらず得ることができる。この重量減少は、基盤の価格の重要な減少において他の事情の中に生じており、そして、それは、また、現場への構造物の最後の設置の間と同様に港から沖合の設置現場への移動中の構造物の取り扱いを支援する。
【０００７】
基盤上の波による荷重が減少されるところの基盤を提供することが本発明の更なる目的である。
【０００８】
これらの或いは他の目的は請求項１の特徴のある条項に従った風力タービン用浮き基盤により達成される。
【０００９】
本発明によれば、このように、少なくとも三つの水中に潜った浮力ボデー群を備えた浮き基盤が提供され、その各々は別個の結合部材或いは脚部分で風力タービンのタワーに結合されており、このため少なくとも三つの脚部分は、回転翼及びタワー上の風荷重のためにノード部材により受け入れられる力及びノード部材上に及ぼされるトルクが先行技術の構造に比較して著しく減少されるところの浮力ボデー群に対してそのような方法で配置されている共通の中央ノード部材の手段でタワーと結合されており、そのために、水面を貫通しそれゆえに波荷重を受けさせられる基盤の部分は可能な限り広さにおいて制限されるように保たれており、それゆえに、例えばタワーがそれ自身水面を貫通する基盤に比較して、基盤上の波荷重の影響を減少している。
【００１０】
本発明の現在選択された実施形態によれば、上記ノード部材はタワー及び基盤に対して適切な結合手段で設けられている別個のボデーとして形成されているが、しかし、原則として、ノード部材をタワー或いは基盤のいずれかと一体の部材として形成することも可能である。どの解決手段が選択されるかは、風力タービンの特別な寸法、沖合の現場への移動及び現場への設置に関連する特別な問題に依存している。
【００１１】
本発明によれば、このように、中央のノード部材の寸法及び必要な強さを減少する大変重要な利点が得られる。それが全体の構造物の重量に対向するために必要なノード部材の重量及びそれゆえにまた浮力ボデーの寸法を減少するので、この観点は重要である。それゆえに、ノード部材を製作するコストは減少され且つこの部材の取り扱いは容易になる。
【００１２】
本発明による張力脚基盤を備えた風力タービンは例えば浮力ボデー群の各々から海底に伸びている適切なアンカー手段或いはつなぎ綱による方法で現場に維持されている。好ましくは、一つのつなぎ綱が浮力ボデー群の各々から伸ばされており、にもかかわらず、原則として、各浮力ボデーは更なるつなぎ綱を提供されることができる。水平方向の力が基盤に働いていないときは、つなぎ綱は浮力ボデー群から実質的に垂直に伸びているが、しかし、原則として、回転翼及びタワーへの風荷重及び基盤に働くその他の水平方向力のために、つなぎ綱は垂直に対してある角度で伸びている。本発明による基盤の基本的特徴は、このように、風荷重から回転翼に及ぼされるトルクがつなぎ綱群の対の力によって対向され、全体の浮力と構造物の全ての重量との間の比率は、つなぎ綱群が全ての環境下で張力の下に保たれているようにあるべきであるということに注目することが重要である。
【００１３】
基盤の基本的な構成要素の重量を減少することによって、基盤の一層少ない浮揚力が要求され、それは全体の構造のコスト削減という観点から大いに有益である。
【００１４】
例えば上述したそして原則として図１に見られる従来技術の構造物に比較した本発明による基盤の重要な新しい観点は以下のとおり：
１．中央のノード部材は完全に海面より上の位置に向けて移されており、それによって回転翼に及ぼされる風荷重は基盤の脚部分における一対の力として取り込まれており、それは構造物の重量の重要な減少を導いている。また、中央のノード部材上のトルクは著しく減少され、その減少は部材の幾何学的形状によって決定され、それは重要なことであり、この部材はさもなければ非常に重く高価になってしまう。このように、ノード部材におけるトルクを減少することによって、この部材のより少量のしっかりした構造を適用することが可能になり、そしてそれゆえにそれをより軽くより安く作成する。
２．ノード部材の好ましい幾何学的設計によってノード部材における比較的均質な力の配分を得ることが可能になり、それによって比較的適度のストレスの集中がノード部材において発生する。このようにして、脚部材がタワーに対して概ね４０〜５０度の範囲の角度を形成するような方法においてノード部材を設計することによって、上記のストレス集中は、図１に斜視的に見られるようにタワーと脚との間の角度が概ね９０度であるところのこれらの先行技術の基盤に比較して強烈に減少されることができる。本発明により達成されるもう一つの更なる利点は、図１におけるＳ及びＷで指摘されているような種々の強化手段の使用を避けることが可能であるということである。それによって、基盤の全ての重量が減少され−構造物の重量に対向するために必要な浮力ボデー群のボリュームの減少が同時に起こることで−そして構造物の全ての単純化が得られる。
３．前記少なくとも三つの別個の浮力ボデー群を備えた本発明による基盤では、浮力の大部分はつなぎ綱の上部の領域に移されており、その結果として、浮力は浮力ボデー群とノード部材の間の結合部材において重要なトルクを導かない。
４．本発明による基盤では、海面は複数の別個の比較的薄い結合部材或いは脚部分によってのみ貫通されており、基盤への波荷重は、好ましい寸法及び形状にされた結合部材による、タワー自体が海面を貫通するところの基盤に比較して減少させられることができる。また、この観点で、上記したような減少された構造物の全ての重量は重要な役割を演じている。
【００１５】
発明は、ここで添付図面を参照して詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明による風力タービンのための浮き張力脚基盤の実施形態の詳細な説明がなされる。
【００１７】
本発明の現在の選択された実施形態が図２及び３に示されている。回転翼１及びナセル（nacelle）２を備えている風力タービンはタワー３の上端部に配置されている。タワー３の下端部はノード部材４に結合されており、ノード部材からは三つの脚部分５がタワー３を通る垂直軸Ｚに関して角度βで下向きに伸びている。図３に見られるように、三つの脚部分は全く同一の１２０度の角度間隔で水平面内に配置されている。
【００１８】
脚部分５の端部には、実施形態に見られるように円錐形状の移行部分１０経由で脚部分５に結合されているシリンダー状ボデーの形式で、浮力ボデー群６が提供されている。一つの個別の浮力ボデーは脚部分の各々に結合されている。浮力ボデー群はこの実施形態においてはシリンダー状ボデーとして示されているが、他の適当な形状の浮力ボデーがまた使用されることができるということが理解される。さらにまた、図２及び３に示されている実施形態によれば、近接する浮力ボデー群は、張力部材７、例えば、予め張力が与えられているワイヤーの形によって結合されている。さらにまた、示されている実施形態によれば、個別のシリンダー状浮力ボデーの各々は、脚部分５の縦方向軸に一致する縦方向軸を有しているが、本発明はこれに限定されない。
【００１９】
浮力ボデー群６の各々は、実際には回転翼１及び構造物の他の部分への風荷重のために垂直線に関して角度αで下向きに伸びているところの適切なアンカーチェイン或いはつなぎ綱８によって海底にアンカーされている。上述したように、基盤の全部の浮力とこれの全重量との間の差が、つなぎ綱８が全ての状況、例えば、構造物への風荷重と波荷重のいかなる組み合わせの下でも張力に基づいて保たれているということを確かめるために十分な大きさとなるべきであるということが実際においては重要である。
【００２０】
示されている実施形態によれば、垂直軸Ｚに対する角度βは実質的に４５度であり、それは、ノード部材に及ぼされる力が比較的に均等に配分され、結果としてノード部材において穏やかなストレス集中となるのが最も望ましい。図１に見られる構造物において、そこでは脚とタワーの間の角度は９０度であり、ノード部材における相当に大きいストレスが回転翼及びタワーに対する重い風邪荷重に基づき発生している。
【００２１】
本発明による張力脚基盤を備えた風力タービンの寸法はもちろん特別な状況によって変化するけれども、典型的な寸法は次のとおり：概ね７０ｍの海面９上のナセル２の全高、そのタワー自体は４５〜５０ｍを占める。ノード部材４は海面９の上部の概ね２０〜２５ｍに配置されることができ、そして脚部分５の各々の長さは−垂直軸Zに対する角度βが概ね４５度に等しいという仮定の下に−概ね３５〜４０mである。円錐形状の移行部材１０を含んでいる浮力ボデー群６の各々の典型的なボリュームは、つなぎ綱を張力下にいつも保つために十分な浮力を確かめるために、概ね２５０立方メートルである、もちろん前述のように全構造物の全ての重量に依存するが。ノード部材４の典型的な重量は３０トンのオーダーの中にすることができる。
【００２２】
本発明の現在の選定された実施形態は詳細にされた説明のこれまでの部分において示され且つ説明されたけれども、当業者は、以下のクレームによって定義されている発明の範囲から離れることなしに本発明の他の実施形態を考えつくことができる。このように、例えば、脚部分及び対応する浮力ボデー群の他の数が上記で示した３に変えて使用されるかもしれず、そして、ノード部材が−説明したように−タワー或いは基盤のいずれかとの一体部分として構成されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】先行技術の浮き基盤の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態による浮き基盤である。
【図３】図２のA―A線で示される部分を上から見た場合の図２に見られる浮き基盤である。
【図１】
2006513344.tif 000003
【図２】
2006513344.tif 000004
【図３】
2006513344.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月19日(2005.1.19)
【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】
適切なアンカー手段（８）によって現場に維持される浮力構造物が設けられた基盤に支持されるタワー（３）を備えている浮き基盤を有する風力タービンにおいて、上記浮力構造物は、別個の脚部材（５）によって実質的に海面（９）上方の位置でタワー（３）の下側の端部に各々結合されている少なくとも三つの別個の浮力ボデー群を備えていることを特徴とする浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項２】
タワー（３）の下側の端部への前記結合は、共通のノード部分によって行われることを特徴とする請求項１に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項３】
前記ノード部分は、別個のノード部材（４）であることを特徴とする請求項２に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項４】
前記脚部材（５）は、円形の横断面であることを特徴とする請求項１に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項５】
前記ノード部分は、海の表面（９）上方のタワーの全高の少なくとも３０％であるところの海の表面上方の距離に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項６】
前記浮力ボデー群（６）はシリンダー状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項７】
浮力ボデー群（６）の縦方向軸は、対応する脚部分（５）の縦方向軸と一致することを特徴とする請求項６に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項８】
浮力ボデー群（６）は、円錐形状の移行部材（１０）を経て対応する脚部分（５）に結合されていることを特徴とする請求項６または７に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項９】
タワー（３）に対する別個の浮力部材（４）の前記結合は、４０度と５０度の間であるタワー（３）を通る垂直軸Ｚに対する角度の下で行われることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項１０】
タワー（３）に対する別個の浮力部材（４）の前記結合は、水平面内において均等に配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項１１】
別個の浮力ボデー（６）の各々は、現場に基盤を維持するためのアンカー手段（８）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項１２】
近接する浮力ボデー（６）は、張力部材（７）の手段によって互いに連結されていることを特徴とする請求項１に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項１３】
前記張力部材（７）は予め張力を与えられているワイヤーであることを特徴とする請求項１２に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月16日(2005.12.16)
【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】
適切なアンカー手段（８）によって現場に維持される浮力構造物が設けられた基盤に支持されるタワー（３）を備えている浮き基盤を有する風力タービンにおいて、上記浮力構造物は、別個の脚部材（５）によって実質的に海面（９）上方の位置でタワー（３）の下側の端部に各々結合されている少なくとも三つの別個の浮力ボデー群を備えていることを特徴とする浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項２】
タワー（３）の下側の端部への前記結合は、共通のノード部分によって行われることを特徴とする請求項１に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項３】
前記ノード部分は、別個のノード部材（４）であることを特徴とする請求項２に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項４】
前記脚部材（５）は、円形の横断面であることを特徴とする請求項１に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項５】
前記ノード部分は、海の表面（９）上方のタワーの全高の少なくとも３０％であるところの海の表面上方の距離に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項６】
前記浮力ボデー群（６）はシリンダー状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項７】
浮力ボデー群（６）の縦方向軸は、対応する脚部分（５）の縦方向軸と一致することを特徴とする請求項６に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項８】
浮力ボデー群（６）は、円錐形状の移行部材（１０）を経て対応する脚部分（５）に結合されていることを特徴とする請求項６または７に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項９】
タワー（３）に対する別個の浮力部材（６）の前記結合は、４０度と５０度の間であるタワー（３）を通る垂直軸Ｚに対する角度の下で行われることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項１０】
タワー（３）に対する別個の浮力部材（６）の前記結合は、水平面内において均等に配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項１１】
別個の浮力ボデー（６）の各々は、現場に基盤を維持するためのアンカー手段（８）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項１２】
近接する浮力ボデー（６）は、張力部材（７）の手段によって互いに連結されていることを特徴とする請求項１に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【請求項１３】
前記張力部材（７）は予め張力を与えられているワイヤーであることを特徴とする請求項１２に記載の浮き基盤を有する風力タービン。
【国際調査報告】
2006513344.tif 000006
2006513344.tif 000007
2006513344.tif 000008