特表 2023-536872 構造の基礎および構造の設置方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-30

(54)【発明の名称】構造の基礎および構造の設置方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 27/52 20060101AFI20230823BHJP

【ＦＩ】

E02D27/52 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023507251

(86)(22)【出願日】2021-08-09

(85)【翻訳文提出日】2023-02-01

(86)【国際出願番号】 EP2021072191

(87)【国際公開番号】W WO2022034037

(87)【国際公開日】2022-02-17

(31)【優先権主張番号】20190346.5

(32)【優先日】2020-08-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518399243

【氏名又は名称】オルステッド・ウィンド・パワー・エー／エス

【氏名又は名称原語表記】Ｏｒｓｔｅｄ Ｗｉｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ａ／Ｓ

【住所又は居所原語表記】Ｋｒａｆｔｖａｅｒｋｓｖｅｊ ５３，７０００ Ｆｒｅｄｅｒｉｃｉａ，Ｄｅｎｍａｒｋ

(74)【代理人】

【識別番号】100137095

【弁理士】

【氏名又は名称】江部 武史

(74)【代理人】

【識別番号】100091627

【弁理士】

【氏名又は名称】朝比 一夫

(72)【発明者】

【氏名】シュプ， ジェンス

(72)【発明者】

【氏名】ペダーセン， ジャン

【テーマコード（参考）】

2D046

【Ｆターム（参考）】

2D046DA62

(57)【要約】

構造（７）の基礎（１）は、側面（１１）と、土壌（２）に挿入するための遠位端（１０）とを有する本体（８）を含む。側面（１１）の少なくとも一領域は、第一の電極を形成する。一つまたは複数の第二の電極（９）は、本体（８）上に設けられ、側面（１１）と同一平面であるか、または側面（１１）から盛り上がる。各第二の電極（９）は、側面（１１）の周りに横方向に延在し、それぞれの第二の電極と側面との間に設けられる絶縁ストリップ（１２）によってそこから電気的に絶縁される。設置中、電気浸透効果を誘発するために電極全体に電圧を印加して、設置抵抗を低減することができる。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造の基礎であって、
側面および土壌への挿入のための遠位端を有する本体であって、前記側面の少なくとも一領域が第一の電極を形成する、本体と、
前記本体上に設けられ、前記側面と同一平面である、または前記側面から盛り上がる、一つまたは複数の第二の電極であって、それぞれが、前記側面の周りに横方向に延在し、前記それぞれの第二の電極と前記側面との間に設けられる絶縁ストリップによって、そこから電気的に絶縁される、一つまたは複数の第二の電極とを含む、構造の基礎。

【請求項2】

前記一つまたは複数の第二の電極が、前記本体を横切るバンドとして設けられる複数の第二の電極を含む、請求項１に記載の基礎。

【請求項3】

各絶縁ストリップが、前記本体を横切るバンドとして設けられる、請求項１または２に記載の基礎。

【請求項4】

各絶縁ストリップが、そのそれぞれの第二の電極よりも幅広である、請求項１～３のいずれかに記載の基礎。

【請求項5】

前記本体が、前記第一の電極として機能するために導電性である、請求項１～４のいずれかに記載の基礎。

【請求項6】

前記絶縁ストリップが、前記本体の前記側面上に設けられ、各第二の電極が、そのそれぞれの絶縁ストリップ上に設けられる、請求項５に記載の基礎。

【請求項7】

前記第二の電極が、横方向平面における前記基礎の外側境界を画定する、請求項６に記載の基礎。

【請求項8】

前記絶縁ストリップとそれらのそれぞれの第二の電極との間の境界に設けられるくさび要素をさらに含み、各くさび要素が、前記絶縁ストリップから前記それぞれの第二の電極へ半径方向外側に先細りする、請求項１～７のいずれかに記載の基礎。

【請求項9】

前記本体が、前記土壌への挿入のために、前記遠位端で終結する挿入領域を含み、
前記複数の第二の電極が、前記挿入領域に沿って軸方向に分布される、請求項１～８のいずれかに記載の基礎。

【請求項10】

前記第一および前記第二の電極を電源に接続するための端子をさらに含む、請求項１～９のいずれかに記載の基礎。

【請求項11】

前記複数の第二の電極のうちの一つまたは複数が、一つまたは複数の他の第二の電極とは独立して前記電源に接続可能である、請求項１０に記載の基礎。

【請求項12】

各絶縁ストリップが、前記第一の電極と第二の電極との間の電界強度の空間分布を調節するために、そのそれぞれの第二の電極のどちらの側にも軸方向に延在する抵抗的にテーパー領域を含む、請求項１～１１のいずれかに記載の基礎。

【請求項13】

前記複数の第二の電極のうちの一つまたは複数の表面に流体を供給するための複数の流体ポートをさらに含む、請求項１～１２のいずれかに記載の基礎。

【請求項14】

風力タービンであって、
風から電気を発生するための発電機アセンブリーと、
前記発電機アセンブリーを支持するための請求項１～１３のいずれかに記載の基礎と、を含む、風力タービン。

【請求項15】

請求項１～１３のいずれかに記載の基礎を設置する方法であって、
前記第二の電極がアノードとして機能するために前記複数の第二の電極の一つまたは複数を電源の正端子に接続することと、
前記第一の電極がカソードとして機能するために、前記第一の電極を前記電源の負端子に接続することと、
電気浸透効果を生成して、前記土壌中の水を前記第一の電極に引き付けるために、前記本体の前記遠位端を前記土壌内に挿入し、電位差を前記第一の電極、および前記第二の電極の少なくとも一つ、にわたって印加し、それによって前記本体を前記土壌へ挿入することを容易にすることと、を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、構造のための基礎および構造を設置する方法およびシステムに関する。特に、本発明は、建物、壁、シートパイル壁、洋上構造物、風力タービンなどの支持構造物のために土壌に挿入することができる以下のような構造基礎に関する。つまり、パイル、管状のパイル、閉鎖端パイル、モノパイル、バケット基礎、吸引バケット基礎サクションパイル基礎吸引ケーソン基礎吸引アンカーシートパイル、スパッドキャン、浅いまたは重力ベース基礎、および他の種類の一時的および恒久的な浅いまたは深い基礎である。本発明の基礎は、多くの場合、海洋、深海、および海岸の場所に関連し、通常高粘土またはシルトの含有量を持つ低透過性の土壌に最も適している。

【背景技術】

【0002】

構造基礎は、土壌の中へと基礎を移動するために、一連の軸方向衝撃をかけるために、パイルハンマーを使用して基礎を地面の中に移動させることによって設置されることが多い。それが移動されるとき、土壌は基礎のパイルによって排除され、それによって周囲の土壌を圧縮し、基礎の本体に沿って軸方向摩擦力を増加させる。これによって、基礎の軸方向耐荷重能力が増大する。しかしながら、基礎を土壌を通して移動する一方で、せん断力が非常に高いので、いくつかの問題が生じる。まず、パイル移動に必要な高衝撃力は、設置中の不具合を避けるために基礎自体に有意な機械的要件を課すことになる。さらに、衝突によって生成される騒音は極めて高くなり得る。海洋設置の場合、このことは、洋上での生活に対し、特に著しい環境の危険がある。

【0003】

これに関して、洋上構造物の基礎の設置は、海洋生物に対する有害な物理的および動作的影響を引き起こす可能性がある。近年、こうした設置の間に発生した騒音を軽減するために重要な努力が行われている。例えば、気泡カーテンやパイルインパイルシステムは、多くの場合、杭打ち場所から放出される騒音のレベルを下げる必要がある。しかしながら、こうしたノイズ緩和手段の使用により、洋上構造物の設置にかなりの費用がかかる。さらに、これは、大きな基礎に対する特定の問題であり、大きな寸法の場合、現在の騒音緩和の選択肢が不十分であり得る。

【0004】

上記に対処するために、カソードとして作用する基礎本体に向かって土壌の水を引き寄せることにより、海洋設置におけるパイルの移動抵抗を減少させるために、電気浸透性を使用して、研究がなされてきた。基礎本体と周囲の土壌との間の界面における間隙水圧が蓄積し、効果的な応力を低減し、それによって土壌粒子と基礎表面の摩擦を低減する。これは、基礎を地面に下方に移動するために必要なせん断抵抗を低減することによって潤滑効果を有する。これにより、より少ない衝撃／ハンマーエネルギーで、またはハンマーを必要とせずにのみバラストのみを使用することによって、設置を達成することができる。これにより、より迅速な設置およびノイズ妨害の低減が促進され得る。

【0005】

米国特許第４，１５７，２８７号明細書は、電気浸透を使用した一つのこうしたパイル駆動システムを開示す。米国特許第４，１５７，２８７号明細書では、導電性管状のパイルには、その外部側面上に電気絶縁コーティングが設けられ、その内部側面はカソードを形成するために露出されたままである。その後、一つまたは複数のアノードをパイルに隣接して海底に配置し、直流を印加して、水を、パイルの外側を下に、底部の開放端でカソード内部に向かって土壌の中を移動させる。ただし、この配置にはいくつかの問題がある。第一に、米国特許第４，１５７，２８７号明細書システムは、パイルに隣接して海底にアノードを設置する必要がある。これは、設置のセットアップ時間および費用を相当に増大させる。第二に、電気浸透効果を達成するために十分な電界強度を生成するために、電極間の長い距離のため非常に高い電圧が必要とされ、それ自体が危険である。第三に、高電圧のため、短絡を避けるためにパイルの外部全体にわたる電気絶縁の完全性が必須となる。これにより、このシステムで使用するためのこのようなパイルの製造が高価となり、欠陥に対してより耐容性が低くなる。実際、これは、この技術は商業的に頼るにはリスクが大きすぎることを意味し、設置中にコーティングが失敗した場合、気泡カーテンおよびより大きなハンマーが依然として不測の事態として必要となる。そのため、潜在的なコスト削減は否定される。

【0006】

これらの問題に直面して、この分野における出願人自身の開発は、ＷＯ２０１８／１１５１７６に開示される発明につながった。この場合、アノードは、基礎が設置されるときにアノード表面と土壌との間にギャップを形成するためのスペース形成物として使用される凹部または突出部を有する、基礎の本体に固定されたストリップとして設けられた。使用において、本体はカソードとして作用し、両方の電極が基礎自体に効果的に組み込まれたため、これにより、海底に別個のカウンター電極を提供および設置する必要性を回避した。同時に、アノードの周りの土壌は脱水するが、スペース形成物は脱水された土壌との付着を防止するように作用した。

【0007】

ＷＯ２０１８／１１５１７６で教示された概念は効果的であることが証明されるが、その商業的採用にはいくつかの実用的な課題があった。第一に、スペース形成物は、実施が困難であることが実証される。一部の実施形態は、土壌とのギャップを提供するためにアノードを凹部に着座させることを提案したが、必要なスペースを作るために十分な奥行きの凹部をモノポール本体内に機械加工することは比較的高価である。他の実施形態は、モノパイル本体のメイン側面に取り付けられるスペース突出部としての駆動シューの使用を含む。しかしながら、このような突出部は損傷を受けやすく、多くの土壌条件下では、それらがアノードから十分に分離された土壌を維持するのに効果的ではないことが示される。

【0008】

従って、本発明は従来技術が有する上記問題を対処することを求めたものである。

【発明の概要】

【0009】

本発明の第一の態様によれば、側面および土壌内への挿入のための遠位端を有する本体であって、側面の少なくとも一領域が第一の電極を形成する、本体と、本体上に設けられ、側面と同一平面であるか、または側面から盛り上がる、一つまたは複数の第二の電極であって、それぞれが、側面の周りに横方向に延在し、それぞれの第二の電極と側面との間に設けられる絶縁ストリップによってそこから電気的に絶縁される、第二の電極と、を含む、構造の基礎が提供される。

【0010】

このようにして、本発明は、基礎アセンブリー自体が第一および第二の電極の両方を含み、それによって、別のカウンター電極を海底に提供し設置する必要性を回避する配置を提供する。同時に、第二の電極が、側面と同一平面に、またはそれから盛り上がる円周バンドを提供するため、比較的大きな電極表面積が、基礎本体に対する全くない、または非常に最小限の修正で提供され得る。これは、深い凹部を本体に機械加工する必要があったか、または駆動シュー突出部の後ろにシェルターされるより小さな垂直電極を使用した以前のソリューションとは対照的である。そのため、本発明の実施形態は、直接的かつ費用効果の高い方法で実施され得る。

【0011】

使用中、基礎自体を取り囲む土壌の異なる領域間に電位差が確立され、それによって電気浸透が誘発され、従って土壌を通して水が汲み上げられる。同時に、基礎の異なる領域間で電位差を確立することができるため、電極間の距離は比較的短くなり、それによって、電気浸透流を誘導するために十分に強い電界を依然として生成しながら、より低い電圧を使用することが可能となる。第二の電極がアノードであり、本体がカソードである基礎設置の間、周囲の土壌中の水は本体に引き寄せられ、土壌を軟化させ、その側面上に潤滑フィルムを形成する。これにより、基礎をより簡単に動かすことができる。第二の電極の周りの脱水された土壌の付着はこれに対抗するが、正味の利益は、設置抵抗の有意な全体的な減少である。さらに、複数の電極が、本体の拡大領域にわたって電気浸透効果を確立するために、本体に沿って軸方向に分布されて提供され得る。

【0012】

実施形態では、一つまたは複数の第二の電極は、本体を横切るバンドとして設けられる複数の第二の電極を含む。このように、各第二の電極は、金属の連続的なシートから形成されてもよく、次に、側面に適合するように、本体の全体または部分または周囲の周りに巻かれる。これにより、製造が簡略化され得る。

【0013】

実施形態では、各絶縁ストリップが、本体を横切るバンドとして設けられる。これは、各絶縁ストリップが、例えば、押出成形ポリマーまたは繊維強化プラスチックシートなどの絶縁材料の狭い部分から形成され、その後、側面に接着され得るため、製造を簡素化し得る。あるいは、絶縁ストリップは、例えば、本体の側面上に絶縁塗料を直接塗装することによって形成され得る。このような場合、絶縁塗料は、第二の電極を固定する接着剤を提供し得る。

【0014】

実施形態では、各絶縁ストリップは、そのそれぞれの第二の電極よりも幅広である。このように、第二の電極の上下の絶縁ストリップの露出した領域は、電極間の境界に絶縁緩衝を提供し、それによって電極間の電界を調節するのに役立つ。すなわち、絶縁体の幅は、電流密度を制限するように設計される。例えば、これは、そうでなければ接着剤を軟化させ得る安全な温度レベルを維持するのに役立つ。

【0015】

実施形態において、本体は第一の電極として機能するため導電性である。このように、基礎本体のバルク材料は、共通の第一の電極を形成し得る。例えば、本体は、本体に接触するエンティティの安全性の問題を最小限に抑えるために、０Ｖで接地されても良い。

【0016】

実施形態では、絶縁ストリップは、本体の側面上に設けられ、各第二の電極は、そのそれぞれの絶縁ストリップ上に設けられる。このようにして、絶縁ストリップは、絶縁材料上に実装された第二の電極とともに、本体に直接塗布され得る。

【0017】

実施形態では、第二の電極は、横方向平面における基礎の外側境界を画定する。このようにして、第二の電極は、基礎本体の追加のカスタマイズを必要とせずに、標準基礎の外部表面に固定され得る。

【0018】

実施形態では、基礎は、絶縁ストリップとそれらのそれぞれの第二の電極との間の境界に設けられるくさび要素をさらに含み、各くさび要素は、絶縁ストリップからそれぞれの第二の電極に半径方向外側に先細りする。このようにして、第二の電極の露出した縁は、基礎設置プロセス中に第二の電極固定具の剥離を防止するように保護され得る。

【0019】

実施形態では、本体は、土壌内への挿入のために遠位端で終結する挿入領域を含み、複数の第二の電極は、挿入領域に沿って軸方向に分布している。

【0020】

実施形態では、複数の第二の電極のうちの一つまたは複数は、一つまたは複数の他の第二の電極とは独立して、電力供給部に接続可能である。従って、第二の電極は、それぞれの第二の電極が土壌表面より下になるまで、それらの動作を制限するために選択的に起動され得る。いくつかの実施形態では、複数の第二の電極は、使用時に異なる電位を有するように構成される。例えば、中空の基礎の内側と外側の両方に電極が設けられている場合、電極の電位を調整して、表面間に異なるレベルの潤滑を提供することができる。例えば、プラグリフトの問題に対処するためにバケット基礎の内部および外部を制御し得る。吸引補助接地段階の間の吸引力が十分に高く、砂層にかぶさる粘土層がバケット内部で持ち上げられるとき、プラグリフトが発生する。これに対処するために、バケットの外側の潤滑は、要求される吸引圧力を低減するためにより高い電位を使用することによって最大化され得る。同時に、バケットの内側に対する潤滑は、プラグが上向きにスライドするのを防止するためプラグおよびバケット基礎の内側の間に十分な摩擦があるように、より低いレベルで設定され得る、または逆に設定され得る。

【0021】

実施形態では、各絶縁ストリップは、第一の電極と第二の電極との間の電界強度の空間分布を調節するために、そのそれぞれの第二の電極のどちらの側にも軸方向に延在する抵抗的にテーパー領域を含む。

【0022】

実施形態では、基礎は、複数の第二の電極のうちの一つまたは複数の表面に流体を供給するための複数の流体ポートをさらに含む。このように、第二の電極が設置中にアノードとして機能している場合、流体が第二の電極に供給されて、水が電極から離れて土壌内にポンプで送り込まれる、電解質の伝導性を維持することができる。安定化作業中に第二の電極がカソードとして機能するとき、流体は第二の電極部位から離れて引き出され、排出を通して他の場所にポンプで送り出され得る。これにより、第二の電極を囲む土壌中の過剰な軟化を避けることができる。流体ポートは、流体ポートと流体ポンプとの間の流体連通を設けるために流体パイプシステムに接続されることが好ましい。流体パイプシステムは、基礎の近位端に延伸することが好ましい。流体パイプシステムは、短絡を防止するための電気絶縁穴を含むことが好ましい。設置後、流体ポートおよび配管システムは、グラウトまたは樹脂でシールされて、基礎が周期的負荷を受ける間、水をこの領域まで引き出されるのを阻止することができる。
さらに、実施形態では、流体を循環できるように、第二の流体ポートおよび第二の配管システムも設けられ得る。これは、電気浸透効果または電気化学的土壌セメント化を最適化するための電解質を循環するために使用することができる。

【0023】

実施形態において、本体は管状である。例えば、基礎はモノパイルであってもよく、１０ｍまたは２０ｍの長さを超える細長い管状本体を持ち得る。その他の実施形態では、基礎は円形の底面積を有するバケット基礎であってもよく、バケット基礎は直径４～１６メートルおよび鉛直長さ２～３０メートル、好ましくは７～１２メートルの直径および２～９メートルの貫通深さを持ち得る。本体が中空の空洞を持つ実施形態では、内側側面を含み得る。

【0024】

本発明のさらなる態様によれば、風から電気を発生するための発電機アセンブリーと、発電機アセンブリーを支持するための上記による基礎とを含む風力タービンが設けられる。このように、基礎は、風力タービンのベースを設け、風力タービン発電機アセンブリーのナセルおよびロータが基礎上に支持され得る。風力タービンは、例えば海上で設置され得る。

【0025】

本発明のさらなる態様によれば、上記記載のいずれか一つによる基礎を設置する方法が提供され、方法は、複数の第二の電極の一つまたは複数を電源の正端子に接続して、第二の電極をアノードとして機能させることと、第一の電極を電源の負端子に接続して、第一の電極をカソードとして機能させることと、電気浸透効果を生成して、土壌中の水を第一の電極に引き付けるために、本体の遠位端を土壌内に挿入し、電位差を第一の電極、および第二の電極の少なくとも一つ、にわたって印加し、それによって本体を土壌へ挿入することを容易にすることと、を含む。このようにして、基礎はより簡単に土壌の中に移動することができる。

【0026】

本発明のさらなる態様によると、上記の基礎の設置プロセスを停止する方法であって、第二の電極がカソードとして機能するために、第二の電極を電源の負端子に接続することと、第一の電極がアノードとして機能するために、第一の電極を電源の正端子に接続することと、電気浸透効果を生成して、土壌中の水を第一の電極からはじくために、電位差を第一および第二の電極にわたって印加することと、を含む、方法が設けられる。この点において、基礎がバラストを使用して設置される場合、設置速度は主に提供されるダウンフォースによって支配される。同時に、設置速度が速いほど抵抗が大きくなり、逆も同様である。そのため、基礎上にバラストが多すぎることが多いため、目標浸透深度が達成されるとすぐに設置プロセスを完全に停止することが難しくなる場合がある。例えば、バラストは、例えば１０００ｔの持ち上げ可能なバラストユニットの数を使用して、多くの場合、基礎に印加される。標的設置深度が達成されると、それゆえ、基礎が貫通を完全に停止するほど十分に低いレベルにダウンフォースを減少させるために、十分なユニットを迅速に取り外すことは困難であり得る。すなわち、たとえ一部のバラストユニットが取り除かれても、基礎は大幅に低減された速度であるが、浸透し続ける。このように、停止方法は、極性を逆転させることによって潤滑効果を迅速に停止する働きをする。以前はアノード電極が部分的に潤滑された状態であったが、面積比は、設置抵抗を増加させることに適している。さらに、一部の土壌条件下では、設置中に第二の電極に焼き付きされた土壌は、極性が逆転したときにこの領域における潤滑を許容しえない。

【0027】

本発明のさらなる態様によると、上記の基礎を安定化する方法であって、第二の電極がカソードとして機能するために、第二の電極を電源の負端子に接続することと、第一の電極がアノードとして機能するために、第一の電極を電源の正端子に接続することと、電気浸透効果を生成して、土壌中の水を第一の電極からはじくために、電位差を第一および第二の電極にわたって印加することと、を含む、方法が設けられる。このようにして、基礎の本体を囲む土壌は、基礎本体と土壌の間のせん断抵抗を強化するために強固され得る。これにより、基礎を安定させることができる。実際に、土壌と基礎との間の界面の強度は、通常のレベルに復元されるばかりでなく、追加的な土壌強固の影響によって界面強度がこれを超えて改善され得る。さらに、この効果はまた、基礎のすぐ近くを越えて延伸し得る。さらに、安定化プロセスは、設置プロセス中に土壌内で生成された可能性のある酸性度を少なくとも部分的に中和するのにも役立ち得る。つまり、第二の電極がカソードとして作用する状態で、ＯＨ^－イオンが、設置プロセスから残るＨ^＋を中和することができる周囲の土壌内の間隙水で生成される。

【0028】

本発明のさらなる態様によると、土壌に挿入された上記の基礎を調整する方法であって、第二の電極がアノードとして機能するために、第二の電極を電源の正端子に接続することと、第一の電極がカソードとして機能するために、第一の電極を電源の負端子に接続することと、電気浸透効果を生成して、土壌中の水を第一の電極に引き付けるために、電位差を第一および第二の電極にわたって印加することと、本体を土壌内に動かすこととを含む、方法が設けられる。このようにして、基礎は、例えば基礎が土壌から退避することを可能にするように、より簡単に調整され得る。この方法は、例えば、極端な負荷によって移動した基礎をリセットするために、基礎の位置を調整するためにも使用され得る。これは、特に、摩擦を減少させて構造を真っ直ぐにするためのバケットを再水平化することによって、バケット基礎に関連し得る。強力な粘土タイプの土壌において、バケット基礎の再水平化の従来的な方法は、バケットリスクを取り除くために必要な水圧が下の土壌に亀裂をいれるリスクがあったので、非常に困難であり得る。多くの場合、これは傾いたバケット基礎を救済できないことを意味し、バケットはそれを除去するためにマッドラインで切断する必要がある。従って、本発明の実施形態は、構造が許容限界を超えて傾斜した後に修正される単一のバケットの上昇を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0029】

ここで、本発明の例示的実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

【図1】図１は、本発明の第一の実施形態による設置中の基礎の概略断面図を示す。

【図2】図２は、図１に示す基礎本体の挿入領域の拡大図を示す。

【図3】図３は、第一の実施形態による第二の電極を通る断面図を示す。

【図4】図４は、図３に示す第二の電極を通る等角断面図を示す。

【図5】図５Ａ～図５Ｃは、本発明の実施形態による基礎、システム、および方法を使用して設置される海洋風力タービンの概略図を示す。

【図6】図６は、電界線が示される、本発明の第一の実施形態による基礎が設置される概略図を示す。

【図7】図７は、第二の実施形態による第二の電極を通る断面図を示す。

【図8】図８は、図７に示す第二の電極を通る等角断面図を示す。

【図9】図９は、第三の実施形態による第二の電極を通る断面図を示す。

【図10】図１０は、図９に示す第二の電極を通る等角断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0030】

図１は、本発明の第一の実施形態による設置中の基礎の概略断面図を示す。本実施形態では、基礎１は、海洋風力タービン７に対するモノパイルである。基礎１は、水位３の上方に風力タービン７を支持するための近位端と、土壌２に挿入された遠位端１０とを有する中空管状本体８を含む。本体８は、その外側側面１１が第一の電極として機能することを可能にするために導電性である。本実施形態では、本体８は、材料全体に導電性を提供するための金属で形成されるが、他の構成が可能である。例えば、他の材料を使用してもよく、および／または、導電性コーティングを露出表面に塗布することによって導電性領域を形成し得る。第一の端子４は、端子４を電源（図示せず）に電気的に接続するための、本体８の近位端に設けられる。

【0031】

以下でさらに詳細に説明するように、複数の第二の電極９は、本体の挿入領域の上にその下側の遠位端に向かって形成される。第二の電極９は、外部側面１１の周りに延在し、配線（図示せず）によって本体８の近位端で第二の端子アレイ５に個別にスイッチ可能に接続される円周バンドとして形成される。このように、第二の電極９はそれぞれ、電気浸透回路の一部として起動することができる。

【0032】

図２は、本体８の挿入領域の拡大図を示す。示されるように、第二の電極９は、複数の円周バンドとして本体８の外部側面１１を横切って横方向に延在する。第二の電極は、本体８から第二の電極９を電気的に絶縁するために、本体の側面１１上に設けられた絶縁材料の横方向絶縁ストリップ１２に固定される。示されるように、絶縁ストリップ１１は、絶縁材料が第二の電極９の上下の境界のどちらの側にも鉛直に延在するように、第二の電極９のバンドよりも幅広である。使用中、第二の電極９は、第二の端子アレイ５内の端子を介して電源に電気的に接続するように選択的に起動され、それによって起動された各第二の電極９と第一の電極として機能する本体８との間に電位差を確立することができる。これに関して、生成された電界は、起動された第二の電極からの軸方向距離が増加するにつれて減少する。従って、二つの同一の隣接する第二の電極９が同じ電圧で起動される場合、土壌の均質性に応じて、電極間の中間点の周りの最も低い電界強度で、二つの間に電圧勾配が形成される。従って、第二の電極９間の距離、ならびに絶縁ストリップ１２の幅は、挿入領域の長さに沿って十分な電界強度を達成するために電圧勾配を最適化するように構成されてもよく、またそうでなければ、土壌の過度の加熱をもたらす電流密度スパイクを制限し得る。

【0033】

図３および図４は、第二の電極９を通る断面および等角断面図を示す。本実施形態では、絶縁ストリップ１２は、エポキシ接着剤を使用して本体８の側面１１の周りの横方向バンドとして適用されるガラス強化プラスチックシートとして設けられる。ガラス強化プラスチックシートは、厚さ１～２ｍｍであることが好ましく、本実施形態では、厚さ１．３ｍｍである。他の実施形態では、絶縁塗料を側面１１に塗布して、絶縁ストリップを形成し得る。

【0034】

エポキシ接着剤の二つのくさび形状形成物１４が、絶縁ストリップ１２の上部および下部境界に設けられ、表面間に先細の接合部を提供し、それによって、使用中の剥離のリスクを軽減する。第二の電極９は、絶縁ストリップ１２に接着され、本体の側面１１の周りに適合するアルミニウムシートとして設けられる。このように、第二の電極９は、側面から盛り上がる。エポキシ接着剤の二つのさらなるくさび形状形成物１３が、第二の電極９の上下の境界に設けられて、剥離のリスクを軽減するために、絶縁層１２の表面と第二の電極９との間に先細の接合部を提供する。本実施形態では、第二の電極９は、その底部から上部境界まで幅２００ｍｍであり、一方で絶縁ストリップ１２は、その底部から上部境界まで幅５００ｍｍである。このように、絶縁ストリップ１２は、第二の電極１２の上方および下方の両方で軸方向に延在し、側面１１と第二の電極９との間に二つの絶縁バンドを形成する。このように、電位差が電極にわたって印加されると、絶縁材料の露出領域は、電界を方向づけて電流密度を制限するための緩衝として機能する。

【0035】

図５Ａ～５Ｃは、設置される図１～２の基礎の概略図を示す。図５Ａに示すように、基礎１の本体８は、設置用ベッセル１６のクレーン１５によって配置され、その遠位端１０が土壌２にわずかに浸される。以下でさらに詳細に説明するように、第一の第二の電極９が土で覆われると、設置用ベッセル１６上のＤＣ電源を使用して、第一および第二の端子４および５を介して電位差を印加して、電気浸透効果を確立することができる。次いで、本体８は、土壌と本体８の横方向面との間のせん断抵抗が減少するにつれて、土壌２内により深く浸透し得る。浸透は、基礎自体の重量の下で、または追加のバラストまたはパイル駆動ハンマー衝撃を適用することによって促進され得る。有利なことに、本発明の意図の実施形態では、設置抵抗は、ハンマー衝撃を加える必要なく設置を達成できるほど十分に低減され得る。

【0036】

図５Ｂに示すように、基礎の遠位端５が必要な深さに達すると、電源をオフにすることによって土壌２と本体８との間のせん断抵抗を回復させることができる。これにより、電気浸透効果が停止し、その潤滑を減少させることによって基礎を安定化する。しかしながら、この安定化は時間がかかり得る。これは、粘土が非常に低い透過性を持ち、そのため、基礎のとなりの過剰な間隙圧力が、土壌に消散するのに時間がかかり得るからである。従って、安定化は、本体８がアノードとして作用し、第二の電極９がカソードとして機能するように、電源の極性を一時的に逆転することによってさらに強化され得る。これにより、間隙水が本体８の側面１１から遠ざかるように電界を逆にし、それによって、本体８と土壌２との間の界面の付着強度を強化する。図５Ｃに示すように、風力タービン７が、次に、基礎１上に設置され得る。当然のことながら、この安定効果は、周期的負荷の間に蓄積された可能性のある軸方向またはモノパイル基礎の周りの過剰な間隙圧力を除去するためにも使用され得る。安定化メンテナンスは、代替的に、一つまたは複数の遠隔アノードを使用して実施され得る。

【0037】

図６は、設置プロセス中の基礎１のセクションの概略図を示す。このように、電界線２４は、第二の電極９と側面１１との間に示される。

【0038】

上述のように、設置プロセス中、本体８は、クレーン１５によって所定位置に持ち上げられ、バラスト１７は、その近位端に適用されて、土壌２への侵入を容易にし得る。本体８の遠位端が押し下げられると、第二の電極９が、土壌２に埋没するにつれて順次起動されてアノードとなる。このために、電位差は、設置用ベッセル上に設けられ、ＡＣ発電機２０によって供給されるＤＣ電源ユニット１９によって印加される。第二の電極９の順次起動により、電極９が依然として土壌２の上方にある設置の初期段階の間に、海水を通して過剰な電流を引き込むことを回避するのに役立つ。従って、第二の電極９は、安全に土壌線より下になるまで帯電しないままであり、その後、その領域で電気浸透効果を生成するためにＤＣ電源ユニット１９に接続され得る。

【0039】

これに関して、具体的には、ＤＣ電源ユニット１９は、０Ｖ電位を有し、それによってカソードとして機能し得るように、第一の電源ケーブル２３を通して本体８を接地するために使用される。本体８自体が電位ゼロであるので、設置中に他の体との接触からの安全上の危険は存在しない。同時に、好ましくは約＋４０Ｖ～＋４００Ｖの正電圧、および最も好ましくは約＋２００Ｖ未満が、第二の電源ケーブル２２を通して各起動された第二の電極９に印加される。電圧が＋８０Ｖ未満の電圧では、電圧は有利なことに危険なレベルより低い。さらに、第二の電極９の選択的な起動の結果として、基礎の帯電領域は、土壌２の下に埋められる本体の設置領域に分離される。各起動された第二の電極９と本体８との間の電位差の印加は、それらの間の土壌を通して電界２４を生成する。

【0040】

潅がいポンプ１８はまた、流体チャネル２１を通して流体を第二の電極９内またはその近傍に設けられるポートに供給するために、設置用ベッセル上に設けられてもよい。この流体は、例えば、海水であり、その送達は、第二の電極９の表面摩擦および土壌の固着を低減するのに役立つことができる。

【0041】

図６に示される電界の効果は、電気浸透効果が、基礎の周りの土中の電界２４によって誘発されることである。具体的には、土壌内で、負帯電した土壌粒子は、二重層内および／または粒子間の結合していない水域内にある間隙水流体によって囲まれる。電界２４の印加は、この間隙水の一部を、本体８の側面１１によって提供される負に帯電したカソードに向かって移動させる。これにより、側面１１に隣接する土壌中の土壌水分を増加させる効果がありそれによって本体８と土壌２の間の界面を潤滑する。

【0042】

同時に、上述したように、第二の電極９によって設けられる正に帯電したアノードは、間隙水をそれからはじく働きをする。その結果、周囲の土壌の土壌水分が減少し、脱水領域が第二の電極９の表面に付着し、最終的にはそれに焼き付く。しかしながら、この増加した土壌付着は、本体８の設置に対する軸抵抗を増加させるが、側面１１のバルクにわたる全体的な減少界面抵抗がこれを補うよりも多いことが予期せず、見出された。すなわち、土壌が第二の電極９に付着し得るが、出願人による試験によれば、基礎本体の挿入領域の残りの部分にわたる潤滑が、設置抵抗の有意な正味の減少をもたらすことを示す。例えば、付着は、各第二の電極９を囲む土壌の水平環状に限定される。

【0043】

有利なことに、第二の電極は、土壌から離間する必要がなく、基礎本体８のメイン側面１１上にあっても、その上から盛り上がってもよいため、凹部またはスペース突出部を提供するために基礎をカスタマイズする必要はない。そのため、信頼性が向上するだけでなく、基礎コストも低減され得る。例えば、従来的なモノパイルは、接着剤を使用して絶縁ストリップ１２および第二の電極９をその表面１１に固定することによって、容易に修正され得る。

【0044】

代替的な構成が、第一の実施形態に関連して上述したものと実質的に同じ方法でこれらの機能を有する、第二の電極９に使用され得ることが理解されよう。図７および図８は、例えば、本発明の第二の実施形態による第二の電極を通る断面および等角断面図を示す。この場合、絶縁ストリップ１２は、絶縁塗料の１．５ｍｍ層として塗布され、第二の電極９は、側面内に設けられた凹部内に着座する。このように、第二の電極９は、基礎本体８のメイン側面１１と実質的に同一平面に位置する。奥行きがわずか３～５ｍｍであり得る浅い凹部のこの提供により、隣接する土壌とのギャップを作るためにそうでなければ必要とされるであろうより深い凹部を必要とせずに、本体８からの剥離から第二の電極９を保護するために作用し得る。

【0045】

図９および図１０は、本発明の第三の実施形態による第二の電極を通る断面および等角断面図を示す。本実施形態では、第二の電極２６は、内向きの空洞２７と、外側面までの複数のスリットとを含む機械加工されたアルミニウム片から形成される。カバー２５は、第二の電極２６の外側面上に嵌合され、不織布ケブラー（アラミド繊維）頂部シートで覆われた非不織布アラミド繊維を含む。本実施形態では、第二の電極２６は、メイン側面１１に塗布される絶縁ストリップ１２を形成する絶縁塗料層に接着される。他の実施形態では、電極は、代替的に凹部に着座することができる。使用時に、流体は、潅がいポンプ１８を使用して空洞２７に供給されてもよく、これは次にスロットを通して引き出される。カバー２５は、流体をはじくように作用し、それによって、流体を露出表面上に分散およびリリースする。このように、ケブラートップは、第二の電極２６への汚れの焼付を防止するよう作用する。同時に、流体の送達は、それぞれの第二の電極２６に隣接する土壌を再水和し、それによってアノードとカソードとの間の電解質流体接続を維持するのに役立つ。いくつかの実施形態では、添加剤が例えば、その導電率を高めたり、化学的安定性を提供したりするために、潅がいポンプ１８からポンプ送られた流体にさらに導入され得る。他の実施形態では、流体ポートを使用して、グラウトまたは同様の材料を供給して配管システムを密閉し、空洞２７に閉じ込められた残りの水を移動させることにより、設置を完了することができる。

【0046】

これに関連して、第二の電極２６での流体の送達は、アノードで生成された酸性度を中和または希釈するために使用され得る。すなわち、電気浸透効果に加えて、電解質はそれぞれアノードおよびカソードで化学的酸化および還元反応をもたらす。可能性のある反応の範囲は、どのイオン種が利用可能であるか、または存在するかに依存し、従って、調整されたコンディショニング剤の導入は、特定の反応を増強または抑制するために役立ち得る。一例として、不活性電極を有する純水において、Ｈ２ガスおよびＯＨ^－陰イオンはカソードで生成され、およびＯ２ガスおよびＨ^＋陽イオンはアノードで生成される。電界の結果として、陽イオンおよび陰イオンはそれぞれカソードおよびアノードに向かって移動する。Ｈ^＋陽イオンの可動性が高いため、関連する酸性前面は一般的に、水酸化物陰イオンによって一掃する場合に比べ、大きい量の土壌を一掃する。土壌中のこの酸性度は、生物活性を減少させ、土壌の電気浸透の透過性を低下させ、基礎自体の腐食を加速させることを含む、いくつかの望ましくない効果を持ち得る。これらの効果に対抗するために、化学的コンディショニング流体を、ポートからポンプで送り込んで、正に帯電したＨ^＋イオンを中和または希釈することができる。さらに、コンディショニング流体は、粘土粒子の表面化学を修正するため、または空孔内でセメントを沈殿させるために選択され得る。そのような変化は、土壌の強度および剛性を増加させることができる。例えば、通常の極性の段階の間、ライムまたは塩化カルシウム溶液は変性剤としてポートを通して導入されてもよく、逆極性のとき、このようなコンディショナーはケイ酸ナトリウムを含んでセメンテーション反応で沈殿することができる。

【0047】

図９および図１０に示す配置は、能動的かんがいを伴わずに使用され得る。この点において、設置中、基礎はまず土壌に貫通するまえに水を通して降下する。このステップは、第二の電極２６の空洞２７を海水で部分的に充填するように作用する。同時に、空洞２７に残っている空気は圧縮される。このように、電気浸透の間に空洞２７から海水が引き出されると、圧縮空気は再び膨張し、それによって空洞２７内に真空が直ちに形成されるのを防ぐ。

【0048】

理解されるように、本明細書に開示される本発明の配置により、基礎位置で必要とされるセットアップ時間を大幅に伸ばすことなく、基礎が土壌内へ移動するのがより簡単になされる。これにより、コストが削減され、より安定した基礎が得られ、パイル基礎において設置ノイズが軽減されることが可能になり、これは海洋への適用にとって特に重要である。同時に、本発明の実施形態は、既存の基礎設計に実質的な修正を必要とせずに、容易に実施され得る。

【0049】

上述の実施形態は、例示の目的のためにのみ本発明の適用を示すことが理解されよう。実際には、本発明は、多くの異なる構成に適用されてもよく、詳細な実施形態は、当業者にとって実施することが簡単である。

【0050】

例えば、上記の例示的な実施形態では、基礎はモノパイルなどの中空本体であったが、本発明は、バケット基礎、軸杭およびシートパイル、スパッドカン、および重力ベースの基礎などの他の基礎に適用することができる。

【0051】

風力タービンだけでなく、本発明は海洋プラットフォームやシート壁またはドルフィンパイルなどのその他の構造に使用され得る。

【0052】

さらに、上記の例示的実施形態では、システムは設置用ベッセル上に設けられる電源を使用して説明されてきたが、その他の配置が可能であることが理解されよう。例えば、基礎または構造自体に位置する電池または発電機が、電源として使用され得る。

【0053】

さらに、本発明は海洋場所を参照して説明してきたが、本発明は、土壌が電気浸透に対し十分に高い含水量を有する他の場所で使用され得ることを理解されたい。これには、例えば、微粒子の粘着性の粘土堆積物、低透過性問題のある土壌、膨張性土壌、分散性土壌、高圧縮性粘土、海洋粘土、繊細な粘土、クイック粘土、塩水／ナトリウム土壌、およびソフトな泥炭が含まれ得る。このようなソフト粘土土壌は、多くの場合、肋骨土壌、ならびに河口、川、湖の場所に関連する。

【0054】

また、本発明は、水を本体からはじき、および第二の電極で収集された水を排水するために電気浸透効果を再活性することにより、基礎の周りの土壌の周期的な再強化を可能にすることが理解されるであろう。同様に、本発明は、電気浸透効果を再起動して、本体の上に流体潤滑フィルムを形成し、それによって土壌からのその取り出しを容易にすることにより、撤去中に、基礎を退避させることを簡略化し得る。

【0055】

これに関して、本発明では、基礎の異なる部分にわたりＤＣ電圧を印加することにより、周囲の土壌において二つの電気浸透効果が生成される。第一に、電気浸透は、流れの方向に応じて、閉じた境界で土壌を弱めたり強化したりするように作用する水の動きを引き起こす。そのため、設置または撤去の間、土壌／基礎界面を水膜で潤滑するために、過剰な土壌間隙圧力を生成し得る。別の方法として、負圧の間隙圧力を使用して、基礎を安定化させるための土壌構造および境界面摩擦を回復または改善し得る。例えば、軟質の粘土または他の粘着性土壌は、水を土壌から電気的に押し出すことによって、強度のため基礎の周りに統合され得る。電気浸透の第二の効果は、基礎に対し、土壌内のイオンを動かす働きをすることである。イオン効果はまた、接合用電解質の浸透が基礎を本来の位置に強固にするのを可能にするが、これは粒状土壌に特に有用であり得る。

【0056】

絶縁ストリップはまた、第二の電極のどちらの側にも鉛直に延在する先細の抵抗領域をさらに含み得る。先細の抵抗領域は、本体と第二の電極との間に生成される土壌中の電界強度分布を制御するように作用し得る。すなわち、電位差が電極にわたって印加されると、先細りの抵抗領域は、電極間の距離が比較的小さいため、絶縁ストリップと本体との間の接合部に隣接する領域における過度に高い電界強度を回避するように、電界強度を低減または軽減し得る。いくつかの実施形態では、絶縁ストリップを形成する絶縁材料は、第二の電極からの距離が増加するにつれて徐々に変化し、抵抗効果を漸減させることができる。このように、抵抗を徐々に下げることは、近接のために増大する電界強度を徐々に阻止するために使用し、第二の電極から延伸するより均一な電界を達成することができる。

【0057】

最後に、例示的実施例は、外部側面上に第二の電極を有する本発明の実施形態を示すが、中空基礎については、第二の電極が内部側面上に設けられ得ることが理解されよう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】