(57)【要約】  本発明による海上風力タービンプラント（１）は、風力タービンタワー（１０）と、それを支持する少なくとも１つの浮遊体（５）を有する。風力タービンタワーは、ロータ（１１）と、風によるエネルギーの生産に必要な構成要素を収容する機械ハウジング（１２）を有する。浮遊体（５）は、浮力体（１５）と、スペーサ（２０）と、バラスト構造体（２５）を有する。浮遊体（５）は、かじ取りアーム（３０）に連結され、かじ取りアームは、連結構造体（３５）に連結され、連結構造体は、ターンテーブル（３６）を有し、ターンテーブルは、係留ライン（３７）に連結され、係留ライン（３７）は、海底アンカーに連結される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービンタワー（１０）と、それを支持する少なくとも１つの浮遊体（５）を有し、
前記風力タービンタワーは、ロータ（１１）と、風によるエネルギーの生産に必要な構成要素を収容する機械ハウジング（１２）とを有し、
前記少なくとも１つの浮遊体（５）は、浮力体（１５）と、スペーサ（２０）と、バラスト構造体（２５）とを有し、
前記浮遊体（５）は、かじ取りアーム（３０）に連結され、前記かじ取りアームは、連結構造体（３５）に連結され、前記連結構造体は、ターンテーブル（３６）を有し、前記ターンテーブルは、係留ライン（３７）に連結され、前記係留ライン（３７）は、海底アンカーに連結される、海上風力タービンプラント（１）。
【請求項２】
前記浮力体（１５）は、実質的に管状の構造体であり、海に面する平らな又は湾曲した外面を有し、前記浮力体の内部は、水平方向及び垂直方向の防水コンパートメントと、風力タービンタワー（１０）を受け入れる遷移部品（１６）に分割される、請求項１に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項３】
前記バラスト構造体（２５）は、閉鎖され又は部分的に開放されたボックス構造体であり、固体の形態のバラストを収容する少なくとも１つのコンパートメント（２６）を有する、請求項１又は２に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項４】
前記バラスト構造体（２５）は、矩形の形態を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項５】
前記バラスト構造体（２５）は、円形の形態を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項６】
前記スペーサ（２０）は、バー要素と張力要素の組合せからなる骨組（２１）の形態を有し、
前記浮力体（１５）及び前記バラスト構造体（２５）はそれぞれ、前記スペーサ（２０）の上端部及び下端部に取付けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項７】
前記スペーサ（２０）は、閉鎖パイプ構造体（２４）の形態を有し、
前記浮力体（１５）及び前記バラスト構造体（２５）はそれぞれ、前記スペーサ（２０）の上端部及び下端部に取付けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項８】
前記バラスト構造体（２５）は、海への開口（２７）を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項９】
前記浮力体（５）は、全体的に沈められ、前記風力タービンタワー（１０）のみが海面上に位置する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項１０】
前記風力タービンタワー（１０）は、前記浮力体（５）の上領域に配置され、
前記風力タービンタワー（１０）は、前記風力タービンタワーの中心軸線上に位置する箇所と前記連結構造体の垂直方向回転軸線上に位置する箇所との間の水平方向距離が前記風力タービンタワー（１０）の高さ位置が増大するにつれて増大するように傾けられる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項１１】
前記風力タービンタワー（１０）は、傾斜した張力要素（４０）に連結され、前記傾斜した張力要素は、前記連結構造体（３５）の頂部に連結される、請求項１０に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項１２】
前記海上風力タービンプラント（１）は、２つの浮遊体（５，６）を有し、浮遊体（５，６）は各々、風力タービンタワー（１０，１３）を有し、２つの風力タービンタワー（１０，１３）は、同一の平面内で互いに対して傾けられ、前記２つの風力タービンタワー（１０，１３）の間の水平方向距離は、高さ位置が増大するにつれて増大し、
前記風力タービンタワー（１０，１３）は、水平方向張力体（４２）に連結され、前記連結構造体（３５）の頂部に連結された張力要素（４０，４１）に連結され、反対側の浮遊体（５，６）に連結された張力要素（４３，４４）に連結される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項１３】
前記浮遊体（５，６）と前記連結構造体（３５）の間の前記かじ取りアームは、少なくとも１つの空間的な骨組を有する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項１４】
前記ターンテーブル（３６）は、フランジ（３８）によって終端しているパイプの形態を有し、前記フランジは、前記連結構造体の残部よりも低い高さ位置にあり、且つ、前記係留ライン（３７）のための連結箇所を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項１５】
前記連結構造体（３５）及び前記浮遊体（５，６）は各々、ポンプによって作動される少なくとも１つの水バラストタンクを有する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項１６】
前記かじ取りアーム（３０）は、前記浮遊体（５，６）と前記連結構造体（３５）との間に設けられた一体形接近トンネルを有する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項１７】
前記かじ取りアーム（３０）は、前記浮遊体（５，６）の間に設けられた一体形接近トンネルを有する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【請求項１８】
前記連結構造体（３５）は、傾斜した張力要素を介して前記浮遊体（５，６）の下部に連結される、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の海上風力タービンプラント（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ロータと、風によるエネルギーの生産に必要な構成要素を収容する機械ハウジングとを含む風力タービンタワーを支持する少なくとも１つの浮遊体を有する海上風力タービンプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
浮遊式海上風力タービンプラントのための種々の技術が知られている。
【０００３】
ノルウェー国の文献「テクニスク・ウケブラット（Teknisk Ukeblad）」（非特許文献１），第１５５巻，第２６号（２００８年８月発行）の第９２〜９７頁には、海上風力タービンプラントのための３つの新しいノルウェー式設計図、即ち、ハイウインド式（Hywind）、スウェイ式（Sway）及びウインドシー式（Windsea）のものが記載されている。ウインドシーの設計図は、３つのパイロンを有する浮遊式プラットホームと、タービンと、ロータとからなる。パイロンの間の水平方向距離は、高さ位置が増大するにつれて増大する。このプラットホームは、フレーム構造に連結された３つの円筒形脚を有し、且つ、タレットを介して海底に固定されており、タレットは、設備が風に向かって向きを変えることができるように構成されている。幾つかのアンカーが、ユニットの中心においてタレットに連結されている。アンカーシステム及び岸までの基礎設備は、付属ケーブルによってタレットに連結される。プラットホームの脚部は、脚部よりも大径の取付け底板を有している。
【０００４】
浮遊式風力タービンプラントは、例えば、船舶／はしけの伝統的な船体、又は、大きな喫水を有する浮遊プラットホームの上に設置されることがある。
【０００５】
浮遊式風力タービンプラントの重要な特性は、浮遊安定性である。風力タービンプラントは、強風や高波の場合であっても、損傷をうけることなしに安定性を保つ必要がある。
【０００６】
浮遊式海上風力タービンプラントは、時として、嵐によって引き起こされた海上の大きい波にさらされることがある。したがって、発生した波に対する応答特性も、浮遊式風力タービンプラントの更なる重要な特性である。
【０００７】
支柱安定ユニットは、波によって引き起こされる動きが、船舶／はしけの船体よりも少なく、大きい喫水を備えた浮きプラットホームは、海上の大きい波が通過する影響が少ない変形例である。
【０００８】
風力タービンロータは、ロータのすぐ風下の風速がロータの風上の風速及びロータの範囲の外側を平行に通る空気流の速度に対してかなり減少するという意図的な効果を有している。風のエネルギーは、風速の２乗によって定められる。このため、風力タービンパークにおいて、風力タービンが互いに対する陰（シャドウ）の問題を生じさせず、それにより、エネルギーの生産量を減少さない仕方で、風力タービンが配置されることが重要である。ロータが互いに近づきすぎた状態で配置された場合、乱流は、エネルギーの生産ロスに加えて、風力タービンの問題を生じさせる場合がある。乱流は、摩耗による損傷の恐れを増大させ、コストを増大させる。
【０００９】
上述したことに関して、既存の風力タービンパーク内の風力タービンは、互いに対する距離が大きい位置に配置され、互いに対する典型的な距離は、ロータ直径の約５倍である。海上での風力タービンプラントのロータ直径は、１２０ｍ以上であることがある。
【００１０】
ハイウインド式／スウェイ式は、風力タービンロータを１つだけ有する浮遊概念である。したがって、かかるユニットで構成される風力タービンパークでは、陸上の風力タービンパークで昔ながらに行われている仕方と同様、ユニットの間の距離が大きくなるように教示されている。このため、ハイウインド式／スウェイ式は、海底へのアンカーライン及びケーブルを備えた包括的なシステムを含む広い面積を必要とする。
【００１１】
ウインドシー式の概念は、１つの共通の浮遊ユニットに取付けられた３つの風力タービンロータに関する。陰（シャドウ）に関する問題を許容レベルに制限するため、この設計図では、ユニットは、大きな物理的寸法を有し、それに伴ってコスト高になる。ウインドシー式はまた、ある状況に敏感である場合があり、かかる状況は、波及び流れがユニットの向きに不利な仕方で影響を及ぼす状況である。波及び流れは、しばしば、支配的な風の方向と異なる方向から来ることがある。そのような場合、選択された係留方法であれば、ウインドシー式において、浮遊式プラントがプラントの作動に不利益な向きになる。選択された場所における局所的な条件に応じて、ウインドシー式の概念の作動の課題のリスクが存在し得る。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】「テクニスク・ウケブラット（Teknisk Ukeblad）」，第１５５巻，第２６号，２００８年８月，第９２〜９７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、海上風力タービンプラントを提供することにあり、かかる海上タービンプラントは、海上風力タービンプラントの既知で最も実際的な概念と比較して、波、風及び流れに対する好ましい保護を行い、且つ、輸送及び現場への設置に有利であり、しかも、作動コストを節約に有利である技術的方法を備えたものである。
【００１４】
本発明の第２の目的は、所定のサイズの風力タービンパークのために必要な面積を既知の方法よりも小さくすることにある。
【００１５】
本発明の第３の目的は、風力タービンプラントが既知の方法よりも作動コストが低く、しかも費用効果の良いものであることである。
【００１６】
本発明の第４の目的は、「ウインドシャドウ」が風力タービンプラントに対して問題とならないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の目的は、海上風力タービンプラントであって、風力タービンタワーと、それを支持する少なくとも１つの浮遊体を有し、風力タービンタワーは、ロータと、風によるエネルギーの生産に必要な構成要素を収容する機械ハウジングとを有し、少なくとも１つの浮遊体は、浮力体と、スペーサと、バラスト構造体とを有し、浮遊体は、かじ取りアームに連結され、かじ取りアームは、連結構造体に連結され、連結構造体は、ターンテーブルを有し、ターンテーブルは、係留ラインに連結され、係留ラインは、海底アンカーに連結され、海上風力タービンプラントによって達成される。
【００１８】
風力タービンプラントの好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００１９】
以下において、添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】風力タービンタワーをそれぞれ備えた２つの浮遊体を有する、海上風力タービンプラントの第１の実施形態を示す図である。
【図２】１つの風力タービンタワーを備えた１つの浮遊体を有する、海上風力タービンプラントの第２の実施形態を示す図である。
【図３】第１及び第２の実施形態と異なる浮遊体を有する、風力タービンタワー用に設計された浮遊体の第３の実施形態を示す図である。
【図４】第１〜第３の実施形態と異なる浮遊体を有する、風力タービンタワー用に設計された浮遊体の第４の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１を参照すると、２つの浮遊体５，６を有する海上風力タービンプラント１が示されており、浮遊体５，６は、風力タービンタワー１０，１３を支持している。風力タービンタワー１０，１３は、ロータ１１，１４と、それぞれの機械ハウジング１２，１２を有し、機械ハウジング１２は、風によるエネルギーの生産に必要な構成要素を収容している。浮遊体５，６は、浮力体１７，１５と、スペーサ２２，２０と、バラスト構造体２８，２５とを有している。浮遊体５，６は、かじ取りアーム３０に連結され、かじ取りアーム３０は、連結構造体３５に連結され、連結構造体３５は、ターンテーブル３６を有し、ターンテーブル３６は、係留ライン３７に連結され、係留ライン３７は、海底アンカーに連結されている。
【００２２】
風力タービンタワー１０，１３は、同一平面内で互いに傾けられ、２つの風力タービンタワー１０，１３の間の水平方向距離は、その高さ位置が増大するにつれて増大している。風力タービンタワー１０，１３は、更に、水平方向張力体４２と、傾斜した張力要素４０，４１と、張力要素４３，４４に連結され、傾斜した張力要素４０，４１は、連結構造体３５の頂部に連結され、張力要素４３，４４は、反対側の浮遊体５，６に連結されている。
【００２３】
浮力体１５，１７は、ほぼ管状の構造体であり、海に面する平らな又は湾曲した外面を有し、内部が水平方向及び垂直方向の防水コンパートメントと、風力タービンタワー１３，１０を受け入れる遷移部品１６，１６に分割されている。スペーサ２０，２２は、図１に示す実施形態では、バー要素と張力要素の組合せからなる骨組２１，２３の形態を有している。スペーサ２０，２２の下端部は、バラスト構造体２５，２８に取付けられている。
【００２４】
バラスト構造体２５，２８は、図１に示す実施形態では、部分的に開放したボックス構造体として形成され、固体の形態のバラストを収容するコンパートメント２６を有している。図１に示す実施形態では、バラスト構造体２５，２８は、正方形の形態を有している。
【００２５】
浮遊体５，６は、かじ取りアーム３０に連結され、かじ取りアーム３０は、連結構造体３５に連結されている。浮遊体５，６と連結構造体３５の間に位置するかじ取りアーム３０は、少なくとも１つの空間的な骨組からなる。
【００２６】
連結構造体３５のターンテーブル３６は、パイプの形態をしており、このパイプは、連結構造体３５の上部よりも低いレベルに設けられたフランジ３８で終端し、フランジ３８は、係留ライン３７のための連結箇所を有している。
【００２７】
連結構造体３５及び浮遊体５，６は各々、ポンプによって作動される少なくとも１つのバラスト用水タンクを有している。これにより、プラントの浮上、喫水の調整を可能にする。
【００２８】
かじ取りアーム３０は、浮遊体５，６と連結構造体３５との間に設けられた一体形接近トンネルを備えている。かじ取りアーム３０は、更に、浮遊体５，６の間に設けられた一体形接近トンネルを備えている。接近トンネルは、点検／保守のための通り道であると共に、ユニットのための機器ケーブル／機器の通り道である。
【００２９】
かじ取りアーム３０は、構造体の水平方向平面のうちの少なくとも１つにおいて構造体要素に取付けられたパネルを有する。パネルは、空気抵抗を増大させるために取付けられ、かくして、風及び波によって引き起こされる動的挙動を減少させる。
【００３０】
連結構造体３５は、傾斜した張力要素を介して、浮遊体５，６の下部に連結されている。このことは、剛性を増大させるのに寄与し、且つ、張力を係留ラインから主構造体に伝える。
【００３１】
風力タービンタワー１０は、傾斜した張力要素４０を介して、連結構造体３５の頂部に連結されている。傾斜した風力タービンタワーは、タワー構造体自体の下部に作用する応力を減少させるための支持バーを有している。風によって引き起こされる風力タービンタワーの剪断力は、直接、係留箇所に向けられる。
【００３２】
図２に示す風力タービンプラント１の第２の実施形態は、図１の実施形態とほぼ同じ構成要素を有しているが、異なる点は、第２の実施形態が、付属の風力タービンタワー１０を備えた浮遊体５を有している点である。かくして、第２の実施形態のかじ取りアーム３０は、１つの浮力体１５だけをターンテーブル３６に連結しているので、別の設計である。
【００３３】
図３は、第３の実施形態の風力タービンプラントの浮遊体を示している。第３の実施形態の浮遊体５は、異なる設計のスペーサ２０及びバラスト構造体２５を有している。第３の実施形態では、スペーサ２０は、閉鎖パイプ構造体２４の形態をしている。バラスト構造体２５は、この実施形態では、正方形の形態の閉鎖ボックス構造体である。バラスト構造体２５は、海への開口２７を有していてもよい。
【００３４】
図４は、第４の実施形態の風力タービンプラントの浮遊体を示し、スペーサ２０は、図３の実施形態と同様の形態を有している。
【００３５】
バラスト構造体２５は、第４の実施形態では、閉鎖された又は部分的に開放されたボックス構造体であり、円形の形態を有している。浮力体１５は、矩形の中央部分と、丸くなった又は半円形の端部を有している。
【００３６】
図３及び図４に示す実施形態は、図２に示す実施形態と同じ仕方で、かじ取りアーム３０及び付属機器を備えた連結構造体３５を有している。風力タービンタワーを備えた実施形態（図２、図３及び図４）を参照すれば、風力タービンタワー１０は、傾けられ、風力タービンタワーの中心軸線に位置する箇所と連結構造体の垂直方向の回転軸線に位置する箇所の間の水平方向距離が、風力タービンタワー１０内の高さ位置が増大するにつれて増大している。このことは、かじ取りアーム３０だけの長さを越える長さのトルクアームを可能にする。それにより、風力がロータに一層効率的に作用することを達成し、且つ、浮遊式プラントが実際の風向きに対して直角の位置にあることに寄与する。
【００３７】
浮力体５は、全体的に沈められ、風力タービンタワー１０のみが海面上に位置する。これにより、波によって引き起こされる風力タービンタワーの動きは、極めて小さく、その結果、かかる動きが浮遊式プラントのロータ羽根及び機器に偶発的に悪影響を及ぼさない。
【００３８】
連結構造体３５は、その下部に、少なくとも１つの外部リムを有している。外部リムは、空気抵抗を増大させ、それにより、風及び波によって引き起こされる動的挙動を減少させることを可能にする。
【００３９】
ターンテーブルに連結された係留ライン及び機器ケーブルは、海面に標識ブイを有し、ターンテーブルから適当な距離のところにジョイントを有する。それにより、プラントは、簡単な仕方で、係留システムとの一体性から解放され、船舶の助けで陸に向かって曳航される。
【００４０】
係留テーブルの各々の上で、少なくとも１つの重りがターンテーブルの連結箇所と海底のアンカーの連結箇所の間に連結される。それにより、係留ラインを海底に対して移動させたり、風下に位置していて負荷が加えられていない係留ラインを、浮遊体と衝突しないように操縦したりすることが達成される。
【００４１】
固体の形態のバラスト用に設計されたバラストコンパートメントは、充填及び排出ゲートを有している。バラストコンパートメントは、点検用船及びＲＯＶ（有索無人潜水艦）の使用により充填／排出が行なわれる。バラスト材料は、再使用される。これにより、保護水域における保守／点検と関連した費用効果の良いバラストの積み降ろしが可能になる。
【００４２】
水バラストのためのバラストコンパートメントは、移動可能なポンプを有し、このポンプは、風力タービンタワーの内側の適正なレベルまで案内される作動チューブを有している。ポンプは、更に、充填／排出のためのチューブ、タンクのための空気ダクト（風管）、及び、ポンプの作動のための追加の電力及び制御ケーブルを有している。
【００４３】
本発明を、好ましい実施形態によって示したが、これに関し、１つの実施形態の構成要素を別の実施形態に移してこれに組合せてもよいことは言うまでもなく、例えば、第３及び第４の実施形態のバラスト構造体２５を、第１及び第２の実施形態の風力タービンプラント１に利用してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2012517558.tif 000008
2012517558.tif 000009
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