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  • 特許-浮動の風力タービン支持体 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-19
(45)【発行日】2024-07-29
(54)【発明の名称】浮動の風力タービン支持体
(51)【国際特許分類】
   F03D 13/25 20160101AFI20240722BHJP
   B63B 35/00 20200101ALI20240722BHJP
【FI】
F03D13/25
B63B35/00 T
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2021535770
(86)(22)【出願日】2019-12-19
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-10
(86)【国際出願番号】 EP2019086418
(87)【国際公開番号】W WO2020127804
(87)【国際公開日】2020-06-25
【審査請求日】2022-12-09
(31)【優先権主張番号】18214142.4
(32)【優先日】2018-12-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】506364042
【氏名又は名称】シングル・ブイ・ムーリングス・インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100103034
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信久
(74)【代理人】
【識別番号】100179062
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 正
(74)【代理人】
【識別番号】100199565
【弁理士】
【氏名又は名称】飯野 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100219542
【弁理士】
【氏名又は名称】大宅 郁治
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100162570
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 早苗
(72)【発明者】
【氏名】ボナフォー、ギヨーム
(72)【発明者】
【氏名】ドゥカラン、モルガン
(72)【発明者】
【氏名】ボドット、バンジャマン
(72)【発明者】
【氏名】フォーディリ、ニコラ
(72)【発明者】
【氏名】モワナール、アレクシ
(72)【発明者】
【氏名】ル・コティ、アントワーヌ
(72)【発明者】
【氏名】メリ、セシル
(72)【発明者】
【氏名】ボードウィン、クリスティアン・レイモン
【審査官】高吉 統久
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2017/157399(WO,A1)
【文献】米国特許出願公開第2006/0070568(US,A1)
【文献】特開2010-234980(JP,A)
【文献】欧州特許出願公開第2708742(EP,A1)
【文献】国際公開第2016/207427(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B63B 35/00
F03D 13/25
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
中央支持部材(1)と、半径方向コネクタビーム(5,6)を介して前記中央支持部材に接続され、横方向コネクタビーム(7)を介して相互に接続されている少なくとも3つの浮力アセンブリ(2~4)とを備える、風力タービン用の浮動支持体であって、各浮力アセンブリが、2つの半径方向側部(11,12)と、外側横方向側部(13)と、内側横方向側部(14)とを有するコネクタ本体(10)を備え、2つの横方向コネクタビーム(7,9)及び半径方向コネクタビーム(5)が、前記コネクタ本体(10)の前記内側横方向側部(14)から離れる方向に延在し、固定手段(16,17)が、前記コネクタ本体の前記外側横方向側部(13)に又は前記外側横方向側部(13)の近くに設けられており、前記コネクタ本体の前記半径方向側部(11,12)が各々、それぞれの浮力要素(20,21)に接続され、前記浮力要素(20,21)の中央線を接続する線は、前記固定手段(16,17)よりも前記中央支持部材(1)の近くに位置していることを特徴とする、浮動支持体。
【請求項2】
前記コネクタ本体は、少なくとも1つの、好ましくは少なくとも2つの枢動チェーンコネクタを、前記外側横方向側部で又は前記外側横方向側部(13)の近くで担持する、請求項1に記載の浮動支持体。
【請求項3】
前記中央支持部材(1)に取り付けられたチェーン張力付与装置(23)と、前記浮力要素(20,21)間の前記チェーンコネクタ(16,17)から前記チェーン張力付与装置(23)に延在する実質的に直線のチェーン引張経路とを備える、請求項2に記載の浮動支持体。
【請求項4】
前記中央支持部材は、垂直部(24)と、前記垂直部に沿って前記コネクタ本体よりも上方の所定の高さから各コネクタ本体(10)に延在する傾斜した半径方向相互接続ビーム(25)とを備える、請求項1~3のいずれか一項に記載の浮動支持体。
【請求項5】
前記浮力要素(20,21)は、円周溶接によって相互接続された強化円筒セグメント(41,42,43)のスタック(40)を備えた円筒形状のものである、請求項1~4のいずれか一項に記載の浮動支持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、中央支持部材と、半径方向コネクタビームを介して中央支持部材に接続され、横方向コネクタビームを介して相互に接続されている少なくとも3つの浮力アセンブリとを備える、風力タービン用の浮動支持体に関する。
【0002】
本発明はまた、浮動支持体に使用するための浮力アセンブリと、そのような浮力アセンブリを製造する方法とに関する。
【背景技術】
【0003】
上述したタイプの浮き基礎は、欧州特許第1583907号明細書から知られており、そこには、海面の上方に延在するそれぞれの脚部分を介して中央柱に取り付けられた3つの水中円筒形浮力部材が記載されている。中央柱は、風力タービンのナセル及び回転翼を担持する。円筒形浮力部材は、カテナリーアンカーチェーン、テンションレッグ、又はつなぎ綱を介して海底に取り付けられている。
【0004】
風力タービン用の浮き基礎のサイズは、高さ30メートルで幅70m以上であり得る。浮力部材の体積は約250mであり、これは、直径約6m、高さ約10mの円筒体によって提供される。
【0005】
国際公開第2017/157399号は、円柱ブイの形態の浮体式風力タービン基礎を記載しており、そこでは、横方向ブレース及び径方向ブレースが、横方向ノードにおいて相互接続されている。各ノードは、一組の船体浮力タンクを担持し、係留索に接続されている。
【0006】
Villaespesa、Gonzalez、及びMartinによる「Transportation and Installation of the TetraSpar Floating Offshore Wind turbine」(2018年6月15日)では、ノードに及び中央垂直柱に取り付けられている曳航索によって、半径方向ビームの1つの方向に、バラスト除去された平衡錘を有する、スケールモデルを使用したテスト構成で、四面体の風力タービン基礎の曳航が記載されている。
【0007】
本発明の目的は、経済的な方法で構築することができる風力タービン用の安定した浮き基礎を提供することである。本発明の更なる目的は、効果的かつ信頼性の高い方法でその配備場所に輸送することができる風力タービン用の浮き基礎を提供することである。本発明の更なる目的は、海底に確実に固定することができる風力タービン用の浮き基礎を提供することである。
【発明の概要】
【0008】
これに関して、本発明による浮動支持体は、各浮力アセンブリが、2つの半径方向側部と、外側横方向側部と、内側横方向側部とを有するコネクタ本体を備え、2つの横方向コネクタビーム及び半径方向コネクタビームが、コネクタ本体の内側横方向側部から離れる方向に延在し、固定手段が、コネクタ本体の外側横方向側部に又はその近くに設けられており、コネクタ本体の半径方向側部が各々、それぞれの浮力要素に接続されていることを特徴とする。
【0009】
浮力要素をコネクタ本体の半径方向側部上の間隔を空けた位置に配置することによって、半径方向ビーム、横方向ビーム、及びアンカー索が、浮力要素と直接相互作用することなくコネクタ本体を介して強固に相互接続され得る。これにより、強力な相互接続が実現するが、浮力要素は、大きな構造荷重又は固定力にさらされないため、比較的軽量の浮力構造で形成されることができる。
【0010】
浮動支持体を海底に固定するとき、間隔を空けて配置された浮力要素により、アンカー索のアクセスを遮るものはなく、隣接する浮力要素の間を通って、例えばチェーンロッカーなどのコネクタ本体上の固定手段に到達することができる。アンカー荷重は、浮力部材を通過する必要なく、コネクタ本体に完全に伝達される。
【0011】
更に、間隔を空けて配置された浮力部材により、浮力要素を通り過ぎる必要なく、コネクタ本体上の固定手段から、アンカー索に必要な張力を加えるための、中央柱に設置されている張力付与装置へと上向きに延在する張力付与ケーブルを介して、アンカー索の上部を接続することができる。これにより、アンカー索の張力付与中に浮力部材が力を受けることはなく、中央柱上の張力付与装置とコネクタ本体との間の経路が実質的に直線の経路となり得るため、アンカー索の張力付与が容易になる。
【0012】
一実施形態では、コネクタ本体は、少なくとも1つの、好ましくは少なくとも2つの枢動チェーンコネクタを、それらの外側横方向側部で又はその近くで担持する。枢動チェーンコネクタを介して、係留力がコネクタ本体に直接伝達され、そこから半径方向コネクタビーム及び横方向コネクタビームに伝達される。
【0013】
中央支持部材は、チェーン張力付与装置と、実質的に直線の経路に沿って浮力要素間のチェーンコネクタから張力付与装置に延在するチェーン引張経路とを担持し得る。
【0014】
中央支持部材は、垂直部と、垂直部に沿ってコネクタ本体よりも上方の所定の高さから各コネクタ本体の上面に延在する半径方向相互接続ビームとを備え得る。このようにして、コネクタ本体がベース平面のコーナーに位置している四面体形状のフレームが形成される。
【0015】
本発明による浮動支持体の更なる実施形態では、コネクタ本体の第2の端部は、2つの浮力要素の周囲に接触している平面からある距離だけ突出する。この構造では、コネクタ本体に接続されている係留索又は曳航索は、浮力要素と干渉することなく、対称面に対してより大きい横方向角度で延在することができる。
【0016】
浮力要素は、好ましくは、円周溶接によって相互接続された強化円筒セグメントのスタックを備えた円筒形状のものである。このコネクタ本体では、浮力部材の単純な補強を使用することができるため、製造コストが削減される。
【0017】
本発明による浮力アセンブリを製造する方法は、以下のステップを含む:
強化円筒セグメントを積み重ねることによって2つの円筒形の浮力要素を形成するステップ、
円周溶接によって隣接する環状セグメントを相互接続するステップ、
コネクタ本体を設けるステップ、及び
2つの浮力要素をコネクタ本体のそれぞれの半径方向側部に接続するステップ。
【0018】
自動円周溶接プロセスを使用して相互接続することができる単純な補強構造体で環状セグメントの浮力要素を構築することによって、物流の簡略化及びコストの削減が達成される。
【0019】
補強ブラケットは、セグメントを互いに溶接する前に、環状側板及び補強パネルの内側に接続され得る。
【0020】
浮力要素に要求される強度に応じて、2つ以上の補強パネルを任意の1つの環状側板内に収めることができる。
【0021】
本発明による浮動支持体のいくつかの実施形態は、非限定的な例として、添付の図面を参照して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】本発明による支持体を備える浮体式風力タービンを示す図である。
図2】本発明によるコネクタ本体及び浮力部材の拡大詳細平面図である。
図3】本発明による浮力アセンブリの斜視図を示す。
図4】環状セグメントのスタックで構成されているブイ40の概略図を示す。
図5図4に示されるセグメントの平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図1は、風力タービン用の四面体形状の浮動支持体1を示し、支持体1は、中央円筒形本体1’と、中央本体1’から外向きに延在する半径方向コネクタビーム5,6を介して中央本体1’に接続されている3つの浮力アセンブリ2,3,4とを備える。横方向コネクタビーム7,8,9は、支持体1のベース平面のコーナーポイントを形成する、隣接する浮力アセンブリ2~4の間に円周方向に延在する。
【0024】
円筒形本体1’は、支持体1を海底30に固定する張力を係留索27,28にかけるための張力付与部材23を備えた垂直マスト24を担持する。マスト24は、開放型の管状トラスフレーム構造であり得る。浮力アセンブリ2~4よりも上方のマスト24上の位置から、傾斜した半径方向接続ビーム25,26が浮力アセンブリまで下方に延在する。マスト24の上には、ナセル32及びブレード33,34,35を担持する風力タービンの柱31が設置されている。
【0025】
図2及び図3に示されるように、各浮力アセンブリ2,3,4は、それぞれのコネクタ本体10の対向する半径方向側部11,12に取り付けられている2つの円筒形ブイ20,21を備える。コネクタ本体10は、それらの内側横方向側部14に沿って、半径方向コネクタビーム5,6、横方向コネクタビーム7,8,9、及び傾斜したコネクタビーム25,26に取り付けられている。コネクタ本体10の外側横方向側部13では、チェーンストッパ部材を有する枢動チェーンコネクタ16,17などのアンカー索コネクタ部材が係留索27,28の上部に接続されている。係留索27,28は、カテナリーチェーン、合成アンカー索、又は合成アンカー索とチェーン部との組合せから形成され得る。
【0026】
配備場所において、係留索27,28は、引張索29を介してそれらの上部を、ジャッキもしくはウィンチ又は任意の他の好適な張力付与装であり得る張力付与装置23に接続し、実質的に直線の引張経路に沿って係留索を引き込むことによって張力がかけられる。浮力アセンブリ及び中央本体1’が、例えば30mなどの所望の深さまで沈められると、張力付与装置23は、係留索の上部から切り離される。ブイ20,21及び中央支持部材1’は、ブイ及び支持部材の中空体に水が進入するのを許可にすることによってバラスト可能となり得る。
【0027】
浮動支持体1は、補助ブラケットを介して2つの隣接する浮力アセンブリに曳航索部を取り付け、曳航索部の接続点を主曳航索に接続することによって、曳航方向にYの脚を有するY構成で配備場所まで曳航され得る。
【0028】
代替的に、主曳航索は、円筒形ブイ20,21に対する曳航荷重を回避しながら配備場所まで曳航するために、補助的な取付補助器具を必要とせずに、浮力アセンブリ2,3,4のうちの1つのコネクタ本体10に取り付けられ得る。
【0029】
ブイ20,21の高さは、8mから20mの間、好ましくは約15mであり、直径は、4mから14mの間、好ましくは約6mであり得る。
【0030】
半径方向コネクタビーム5,6の長さは、25mから50mの間であり、横方向コネクタビーム7の長さは、40mから90mの間、好ましくは約65mである。
【0031】
中央支持部材1’の高さは、5mから20mの間であり、直径は、4mから15mの間である。
【0032】
垂直部24の高さは、中央支持体1’の上部の上方20mから50mの間であり得、張力付与部材は、中央支持体1’の上部の上方約30mの高さに、好ましくは傾斜した相互接続ビーム25,26のすぐ上に設置され得る。
【0033】
風力タービンの柱31は、80m以上の長さであり得、ブレード34,35,36の長さは、60m以上、例えば85m~110mであり得る。
【0034】
図4は、スタック40、又は、円周溶接部44に沿って溶接することによって相互接続された環状セグメント41,42,43を概略的に示す。各環状セグメント41~43は、環状側板45と内部補強部材46とから構成される。
【0035】
図5は、中央ハブ48に接続された、いくつかの補強ブラケット47,49を有するセグメント41の平面図を示す。少なくともいくつかのセグメント41~43がこのように補強される。
【0036】
本発明によるコネクタ本体10を使用することによって、ブイ20、21は、比較的単純な構造となり得、比較的単純な方法かつ高速でセグメントから作られることができ、大規模な沖合風力発電所の設置に見合った生産率を提供することができる。
ここに、出願当初の特許請求の範囲の記載事項を付記する。
[1] 中央支持部材(1)と、半径方向コネクタビーム(5,6)を介して前記中央支持部材に接続され、横方向コネクタビーム(7)を介して相互に接続されている少なくとも3つの浮力アセンブリ(2~4)とを備える、風力タービン用の浮動支持体であって、各浮力アセンブリが、2つの半径方向側部(11,12)と、外側横方向側部(13)と、内側横方向側部(14)とを有するコネクタ本体(10)を備え、2つの横方向コネクタビーム(7,9)及び半径方向コネクタビーム(5)が、前記コネクタ本体(10)の前記内側横方向側部(14)から離れる方向に延在し、固定手段(16,17)が、前記コネクタ本体の前記外側横方向側部(13)に又はその近くに設けられており、前記コネクタ本体の前記半径方向側部(11,12)が各々、それぞれの浮力要素(20,21)に接続されていることを特徴とする、浮動支持体。
[2] 前記コネクタ本体は、少なくとも1つの、好ましくは少なくとも2つの枢動チェーンコネクタを、それらの外側横方向側部で又はその近くで担持する、[1]に記載の浮動支持体。
[3] 前記中央支持部材(1)に取り付けられたチェーン張力付与装置(23)と、前記浮力要素(20,21)間の前記チェーンコネクタ(16,17)から前記チェーン張力付与装置(23)に延在する実質的に直線のチェーン引張経路とを備える、[2]に記載の浮動支持体。
[4] 前記中央支持部材は、垂直部(24)と、前記垂直部に沿って前記コネクタ本体よりも上方の所定の高さから各コネクタ本体(10)に延在する傾斜した半径方向相互接続ビーム(25)とを備える、[1]~[3]のいずれか一項に記載の浮動支持体。
[5] 前記浮力要素(20,21)は、円周溶接によって相互接続された強化円筒セグメント(41,42,43)のスタック(40)を備えた円筒形状のものである、[1]~[4]のいずれか一項に記載の浮動支持体。
[6] 円周溶接によって相互接続された強化円筒セグメント(41,42,43)のスタック(40)から各々形成されている2つの円筒形の浮力要素(20,21)を備える浮力アセンブリ(2,3,4)であって、前記浮力要素(20,21)は、2つの半径方向側部(11,12)と、外側横方向側部(13)と、内側横方向側部(14)とを有するコネクタ本体(10)によって相互接続されており、前記コネクタ本体は、コネクタビームが前記コネクタ本体(10)の前記内側横方向側部(14)から延在するように、2つの横方向コネクタビーム(7,8,9)及び半径方向コネクタビーム(5,6)に取り付けるための取付位置を備え、固定手段(16,17)は、前記コネクタ本体(10)の前記外側横方向側部(13)に又はその近くに設けられており、前記コネクタ本体の前記半径方向側部(11,12)は各々、それぞれの浮力要素(20,21)に接続されている、浮力アセンブリ。
[7] 浮力アセンブリ(2,3,4)を製造する方法であって、
-強化円筒セグメント(41,42,43)を積み重ねることによって2つの円筒形の浮力要素(20,21)を形成するステップと、
-円周溶接によって隣接する環状セグメント(41,42;42,43)を相互接続するステップと、
-2つの半径方向側部(11,12)と、外側横方向側部(13)と、内側横方向側部(14)とを有するコネクタ本体(10)を設けるステップと、前記コネクタ本体は、コネクタビームが前記コネクタ本体の前記内側横方向側部(14)から延在するように、2つの横方向コネクタビーム(7,8,9)に及び半径方向コネクタビーム(5,6)に取り付けるための取付位置を備え、固定手段(16,17)は、前記コネクタ本体の前記外側横方向側部(13)に又はその近くに設けられている、
-前記2つの浮力要素(20,21)を前記コネクタ本体(10)のそれぞれの半径方向側部(11,12)に接続するステップと
を含む方法。
[8] 少なくともいくつかのセグメント(41,42,43)は、環状側板(45)と、前記環状側板の内部で接続された補強構造体(46)とから形成されており、前記方法は、2つのセグメントの前記環状側板(45)を軸方向に当接した関係で配置し、当接する前記環状側板を円形輪郭に沿って互いに溶接して円筒形スタック(40)を形成するステップを含む、[7]に記載の方法。
[9] 前記セグメントを互いに溶接する前に、補強ブラケット(47,49)を前記環状側板(45)の内側に接続するステップを含む、[8]に記載の方法。
[10] 1つの環状側板(45)内に2つ以上の補強パネルを設けるステップを含む、[8]又は[9]に記載の方法。
図1
図2
図3
図4
図5