特表 2024-505494 風力発電プラント

(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】2024-02-06

(54)【発明の名称】風力発電プラント

(51)【国際特許分類】

   B63B 35/44 20060101AFI20240130BHJP

   B63B 35/00 20200101ALI20240130BHJP

【ＦＩ】

B63B35/44 C

B63B35/00 T

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023544667

(86)(22)【出願日】2022-01-26

(85)【翻訳文提出日】2023-09-12

(86)【国際出願番号】 SE2022050075

(87)【国際公開番号】W WO2022164368

(87)【国際公開日】2022-08-04

(31)【優先権主張番号】2100014-6

(32)【優先日】2021-01-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】SE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523280035

【氏名又は名称】ショーロロ アクチエボラグ

【氏名又は名称原語表記】ＴＪＯＬＯＬＯ ＡＢ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100149249

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(72)【発明者】

【氏名】ベルティル モーリッツ

(57)【要約】

半潜水型風力発電プラットフォーム（１３）は、タワー（１）と、タワーを安定させる複数のアーム（６）であり、それぞれが係留力を受けるフロート（１１）を有する複数のアーム（６）とを備える。各アーム（６）は、タワー（１）の一部と共に三角形を形成する２つの長尺要素（８、９）からなり、長尺要素の少なくとも一方は、カテナリ要素である。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タワー（１）と、該タワーを安定させる複数のアーム（６）であり、係留力を受けるフロート（１１）をそれぞれ有する複数のアーム（６）とを備えた、半潜水型風力発電プラットフォーム（１３）であって、各前記アーム（６）は前記タワー（１）の一部と共に三角形を形成する２つの長尺要素（８、９）からなり、該長尺要素の少なくとも一方はカテナリ要素であることを特徴とする、半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項2】

請求項１に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、各前記フロート（１１）は、該フロートの長さの１０％～２０％の範囲の断面を有する円柱を含む中間部（２２）を含む長尺容器を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、第１長尺要素（８）はカテナリ要素を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、第２長尺要素（９）はカテナリ要素を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項5】

請求項１～３のいずれか１項に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、前記第２長尺要素（９）はストラット要素（７）を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項6】

請求項５に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、前記ストラット要素（７）は空気を充填した長尺容器を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、前記タワー（１）は、係留索（２５）又は前記長尺要素（８、９）の弛みを回避するように前記アーム（６）を短縮する短縮手段（１０、３５）を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、前記フロート（１１）は、（定置）繋留システム（１３）のドッキング可能な繋留要素（１９）とドッキングする手段（３１、３２）を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項9】

主フロート（５）を含むタワー（１）と、係留力を受けるフロート（１１）をそれぞれが含む複数のアーム（６）をと備えた、半潜水型風力発電プラットフォーム（１３）を設計する方法であって、２つの長尺要素（８、９）及び前記タワーの一部からなる三角形を含むように各アームを形成するステップと、少なくとも１つの長尺要素をカテナリ要素として設計するステップとを特徴とする方法。

【請求項10】

請求項９に記載の方法において、前記フロートの底部に該フロートを安定させるバラストウェイトを設けるステップと、長尺容器を含むように各フロート（１１）を設計するステップと、前記容器に空気・水混合体を充填して、海中で所定の浮上高さを達成するステップとをさらに含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する浮体式風力発電プラントに関する。特に、本発明は、安定した位置及び向きで海上に繋留される風力発電機を含む浮体式プラットフォームに関する。特に、風力発電プラントは、半潜水型プラットフォームを備える。

【背景技術】

【0002】

風力タービンは、風からの運動エネルギーを機械エネルギーに変換してから電気エネルギーに変換する回転機を備える。陸上設備用及び洋上用の風力タービンが開発されている。最も一般的な風力タービンは、水平に配置された主ロータ軸を有する。これらの風力タービンは、風の方を向いた水平ロータ軸を有する。水平軸風力タービンは、概してタワーとタワーの上部に結合された発電機とを有する。発電機は、直接又はギアボックスを介してハブアセンブリ及びタービンブレードに結合され得る。

【0003】

風力タービンは、洋上用途にも用いられてきた。以前から、洋上タワーシステムは海底に取り付けられてきた。これらは、通常は最大３０メートルの浅い水深に制限される。しかしながら、安定性向上のために枠組み構造等のより広い基礎を用いることにより、浅い水深要件は僅かだが広がる。深い水深では、浮体式システムのみが経済的に実現可能であると予想される。風力エネルギーを洋上で十分に利用するためには、深い水深用の経済的解決手段を見出す必要がある。浅い水深での資源は限られており、洋上の風力資源のごく一部でしかない。海岸付近の風力タービンは、海岸の眺望を遮り、航行障害となり、船舶及び航空機にとって危険をもたらす可能性もあり得る。

【0004】

洋上浮体式風力タービンプラットフォームの概念は複数あることが知られている。概して、これらは、スパー、テンションレグプラットフォーム（ＴＬＰ）、及び半潜水型システムという３つの主要カテゴリに分類される。

【0005】

半潜水型システムは、海面を貫通した複数の浮力体によりバランスを保たれる安定没水構造上の風力発電機担持タワーを備える。異なるタイプの洋上風力タービン構造を比較すると、考慮すべき性能の要素は、波及び風による動きだけではない。経済的側面が重要な役割を果たす。したがって、製造、設置、コミッショニングコスト、及び保守方法へのアクセスの容易さを慎重に考慮することが重要である。操業及び運送状態で喫水が浅く安定性が良好な半潜水型の概念は、曳航、設置、及びコミッショニングが大幅に安価である。

【0006】

特許文献１（是松）から、浮体式風力発電装置及び浮体式風力発電装置を係留する方法が既知である。当該風力発電装置の目的は、浮体に作用する漂流力及び旋回モーメントに対して安定的に浮体を係留することができる浮体式風力発電装置を提供することである。当該風力発電装置は、風力発電機及び浮体を備える。さらに、主風向の風上側に位置して発電機が設置される第１コラムを備える。第１コラムよりも主風向の風下側に位置する第２コラム及び第３コラムが、２つのロワーハルで第１コラムに接続される。複数の係留索が浮体をアンカーに接続する。複数の係留索の少なくとも２つは、第１コラムに接続される。複数の係留索の少なくとも１つは、それぞれ第２コラム及び第３コラムにそれぞれ接続される。複数の係留索のそれぞれが、平面視において互いに交差しないように浮体から放射状に延在して配置される。

【0007】

特許文献２（Roddier）から、洋上風力タービンの支持のための水エントラップメントプレート及び非対称的係留システムを伴う、コラムで安定化された洋上プラットフォームが既知である。当該浮動風力タービンプラットフォームは、水平の主ビームと相互に連結された３本のコラムを有する浮きフレームを備える。風車タワーが、タワー支持コラムの上に取り付けられて、システム構築を単純化し構造強度を高める。タービン羽根は、タワーの頂上で回転するナセルに連結されている。タービンのギアボックスの発電機及び他の電気ギアは、伝統的にナセル内、又はタワー内の下部に又はタワー支持コラムの頂上のいずれかに取り付けることができる。浮きフレームは、風速に拘わらず、タワーを垂直整列に維持するためにコラム間に水を押し出す水バラストシステムを備える。水エントラップメントプレートは、波による浮きフレームの回転運動を最少にするためにコラムの底部に取り付けられている。プラットフォームは、各コラムからの係留索により海底に接続される。

【0008】

特許文献３（Sirnivas）から、可撓性の水上下部構造が既知である。風車タワーを担持する浮体式プラットフォームの複数の実施形態が提示されている。説明により最もよく理解されるように、図４Ａに示す例は好ましい実施形態である。この指定の実施形態は、端部に浮力容器を有する３つのアームにより支持されたコラムを示す。各アームは、ビーム・ワイヤシステムで設計される。ビームは、コラムに溶接又は接合され、その外端に浮力容器を有している。ビームの外端は、タワーの径方向両側で、２つのワイヤでコラムの上端に、２つのワイヤでコラムの下端に接続される。浮力容器は、ガスを収容する浮上タンクを含む。タワー及び機器の重量は、各アームの外端にある複数の浮力容器でバランスを取られる。

【0009】

図示の実施形態では、ワイヤはプレストレスを与えられ、したがってビームに圧力荷重がかかる。大きな下部構造の場合、この圧力は非常に大きく、下部構造が風及び波からの負荷を受けるとさらに大きくなり得る。したがって、ビームは、安定性が非常に高く重いものにしなければならない。ビームは、自重に耐えることができなければならないだけでなく、長手方向の圧力により生じる座屈破断に抵抗しなければならない。非常に大きな下部構造の場合、断面が非常に大きくなるので、ビームの寸法が扱いにくくなり得る。上記文献に示す下部構造によれば、このような解決手段又は設計は説明されておらず、言及もされていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】欧州特許第２７８９８４８号明細書

【特許文献2】米国特許第８４７１３９６号明細書

【特許文献3】国際公開第２０１９／１５２４７７号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明の主な目的は、海上に係留された浮体式風力発電プラットフォームを改良する方法を追求することである。特に、本発明は、タワー及び複数の安定化アームを備えた軽量の浮体式風力発電プラットフォームを改良する方法を追求する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

この目的は、本発明によれば、独立請求項１の特徴を特徴とする浮体式風力発電プラットフォームにより、又は独立請求項１のステップを特徴とする方法により達成される。好ましい実施形態を従属請求項に記載する。

【0013】

本発明によれば、浮体式風力発電プラットフォームの各安定化アームは、２つの長尺要素及びタワーの一部からなる三角形構成である。各アームはフロートを含む。長尺要素の少なくとも一方はカテナリ要素である。カテナリ要素は、好ましくは完全に可撓性だが牽引力を伝達可能であり２つの固定点から自由に吊下する、均一な密度及び断面のコードがとる曲線により規定される。

【0014】

本発明の一実施形態において、各アームの２つの長尺要素は、第１長尺要素及び第２長尺要素を含む。一実施形態において、第１長尺要素はカテナリ要素を含む。カテナリ要素は、ワイヤ、ロープ、ライン、索、管、ホース、又は引張力に抵抗可能な任意の要素を含むことができ、好ましくは金属、プラスチック、合成繊維等からなり得る。一実施形態において、第２長尺要素はストラット要素を含む。ストラット要素は、ビーム、枠組み等を含み得る。ストラット要素は、定義上は圧縮に抵抗するよう設計されるが、引張力にも抵抗することができる。したがって、ビーム等のストラット要素は、自重のみに耐えるような寸法であり得る。そのため、このようなビームは細長い設計であり得る。

【0015】

プラットフォームは、海上に係留又は繋留することができ、アームの方向に各フロートに作用する繋留力を利用してタワーを安定させる。したがって、十分な繋留力が各フロートに作用することにより、両方の長尺要素は伸長状態を保ち、それによりタワーの鉛直配置を維持する。タワーは、その底部に主フロートを含む。各アームは、その遠位端にフロートを含む。各フロートは、浮力を調節するために空気・水混合体を充填することができる容器を含む。一実施形態において、フロートの底部は、フロートを鉛直方向に安定させるバラストを含む。バラストは、鉄鉱等の高密度のウェイトを含み得る。したがって、タワーの主フロート及びアームのフロートの浮力のバランスを取ることにより、プラットフォームは海中で安定した構成をとることができる。

【0016】

容器に空気を充填するか又は水を送り出すことにより、浮力が増加し、フロートが海中のその位置を上昇させる。あるいは、フロートは水中で静止するが、より大きな力に抵抗する。したがって、主フロートの浮力を増加させてフロートの浮力を減少させることにより、第１長尺要素の引張力が増加し、それによりタワーが直立位置に保たれる。一実施形態において、フロートは錘として働く。主フロート及びフロートの浮力を調節することにより、プラットフォームの高さ位置を輸送位置からプラットフォームが半没水された運転位置に調整することができる。

【0017】

一実施形態において、ストラット要素は、内部空洞を有するビームを含む。一実施形態において、この空洞は、水・空気混合体を収容する。プラットフォームが半没水運転位置にある場合、ストラット要素は水面下に位置決めされる。この位置で、水及びガスの混合物は、浮力がストラット要素の重量を相殺するように調節され得る。したがって、浮力を有し且つ長さに沿って圧力を受けない水中ストラット要素では、ストラット要素の設計が非常に細くなり得る。水中位置では、ストラット要素は、波からのスラミング力による影響をあまり受けない。一実施形態において、ビームは２つの対向する円錐を含む。

【0018】

全ての長尺要素の伸張状態を保つために、アンカーからの引張力を第１及び第２長尺要素の力よりも大きくすることができる。アンカーの力ベクトルは、鉛直成分と水平成分とに分割され得る。鉛直成分は、フロートの浮力により均衡される。水平成分は、第１及び第２長尺要素に沿ったベクトルにより均衡される。本発明によれば、長尺アームを有する浮体式プラットフォームの実現可能な設計は、係留力の増加により均衡され得る。

【0019】

各力をベクトルで表す力の多角形を検討すると、アンカー力の水平成分が第１及び第２長尺要素の水平成分と等しくなければならないことが分かる。力の多角形から、タワーの浮力効果が多角形の力を均衡させ得ることがさらに分かる。しかしながら、係留力が大きいほど、タワーの浮力の影響が小さい。したがって、十分な係留力及び方向を適用することにより、第１及び第２長尺要素のそれぞれは、引張力のみを受けるようになり得る。

【0020】

本発明の一実施形態において、フロートは長尺容器を含む。容器には、部分的にガスが充填され、部分的に浮遊媒体が充填される。ガスは、空気であるのが好都合であり、浮遊媒体は水であり得る。一実施形態において、容器は、容器に対する空気の出入りを調節する弁を含む。容器内のガス部分を調節することにより、海中の没水位置だけでなくフロートの浮力が制御される。一実施形態において、フロートは、フロートを鉛直位置に保つバラストウェイトを底部に含む。このウェイトは、好ましくは水よりも大きな密度を有しなければならない。一実施形態において、バラストウェイトは鉄鉱を含み得る。便宜上、曳船に、現場でフロートのガス体積を調節又は調整する空気ポンプ設備が設けられる。

【0021】

プラットフォームは、その運転位置に達するために、運転レベルまで海中に沈められる。この運転レベルでは、波により生じるヒーブ運動を減らすために、フロートの組立て断面積が最小化される。没水した運転レベルは、水をフロートに充填することにより達成される。フロートの体積は、運転位置に達するために部分的に充填するだけでよいようになっている。しかしながら、フロートは、水面から突出するほど十分に鉛直方向に長尺である必要がある。フロートの設計は、アルキメデスの原理を利用している。したがって、下方移動時に、フロートは、変位した水の体積に等しい上向きの力を受ける。上方移動時には、フロートは、変位していない水の体積に等しい下向きの力を受ける。

【0022】

３つのアームがタワーの周りに対称に広がっているので、タワーの反対側同士では常に等しい量の安定力がある。よって、タワーが風力により傾くと、風下側のフロートが上昇力を及ぼすと同時に、風上側のフロートは牽引力を及ぼす。したがって、所与の瞬間に、タワーの各側のフロートは逆向きの力を及ぼすことで、タワーを直立位置にする旋回効果をもたらす。

【0023】

したがって、タワーを直立位置に保つのに必要な安定力は、タワーの浮力及びフロートの浮力により提供される。係留力もタワーの安定化を助ける。一実施形態において、フロートの浮力は負である。一実施形態において、タワーの浮力は、フロートがアームにより水中で持ち上げられるようなものである。したがって、この実施形態では、フロートは錘として働く。これにより、カテナリ要素である第１長尺要素の張力が増加する。

【0024】

小さな断面積の使用により、水中のインプリントが小さくなり、したがってプラットフォームの挙動が小さなヒーブ運動で滑らかになる。フロートが海中で平衡状態から上下動している場合、変位した水量が浮力を引き起こす。したがって、フロートが上方に移動しているときは浮力が下向きになり、逆もまた同様である。この力は、断面積がばね定数であるばねのように働く。

【0025】

運転現場において、プラットフォームは、フロートに接続された複数の係留索により繋留又は係留される。水平面に対する係留索の角度は小さい。一実施形態において、フロートに対する係留索の向きは略水平である。したがって、係留索は、張設されて各フロートに強い引張力を及ぼす。本発明によれば、これらの略水平方向の引張力は、引張抵抗要素のみを用いてタワーを安定させるのに十分である。したがって、アーム毎に、係留力は第１及び第２長尺要素の引張力により均衡される。係留力の水平成分は、アームの第１及び第２長尺要素に分割される。したがって、３つのアームを有するプラットフォームは、３つのアンカーにより係留され得るが、ビーム等のいかなる圧力抵抗要素も用いずに安定させることができる。

【0026】

本発明の一実施形態において、タワーは、枢動式ナセルを担持する中空構造であり、主フロートを含む。主フロートは、タワーの下端に位置決めされて空気・水混合体を収容していることが好都合である。一実施形態において、タワーは部分的に枠組み構造である。主フロートは、タワー及びその機器並びに発電機及びロータの重量を支えるよう設計されることが好ましい。プラットフォームの没水位置は、主フロート内の空気の一部を抜いてそれを水で置き換えることにより達成され得る。それにより、各フロートは、自重、タワーの一部、及びアンカーからの力の鉛直成分を支えるだけでよい。フロートに対する空気又は水の送り込み及び送り出しにより、プラットフォームの通常の運転位置で上側の長尺要素に所定の引張力を与えるようにアームのバランスを取ることができる。

【0027】

本発明によれば、公平な妥協点は、アームをタワーの高さと略同じ長さにすることである。本発明の一実施形態において、フロートは円柱形である。一実施形態において、フロート又はフロートの一部は円錐形又は漏斗形である。このような設計により、断面積はフロートの没水により増加し、したがって非線形に増加するフォアが生じる。このような設計は減衰として効果的に働く。

【0028】

浮体式風力発電プラットフォームの組立て、輸送、及び整備のために、係留索から漏れた力が補償され得る。本発明の一実施形態において、タワーとフロートとの間に補助的又は一時的なストラット要素が位置決めされている。一実施形態において、下側の長尺要素は細長いストラット要素である。いかなるストラット要素も引張力に抵抗するのに適している。ストラット要素は、定義上は圧力に抵抗可能でもある。しかしながら、この場合、ストラット要素は、プレストレスを与えられておらず大きな圧力の影響の受けていない。本発明によれば、このようなストラット要素を用いて、力が小さい輸送中にタワーを安定させることができる。

【0029】

本発明の一実施形態によれば、フロートはドッキング手段を含む。この実施形態では、浮体式プラットフォームは、定置繋留システムへの繋留に適するようになっている。繋留システムは、海上に係留される複数の浮体式繋留要素を含む。好都合なのは、繋留システムが浮体式プラットフォームのフロートの数と同数の繋留要素を含むことである。浮体式プラットフォームの繋留時に、フロートのそれぞれが繋留要素の前に位置決めされる。ドッキング手段の使用により、各フロート及び繋留要素が密着連結されて一体化する。フロート及び繋留要素のドッキングにより、繋留要素はアームによりタワーを安定させるフロートの一体部分となり得る。この実施形態により、プラットフォームのフロートは、輸送時にのみ安定力を提供するよう設計され得るが、繋留要素の助けにより、フロート及び繋留要素の組み合わせは、あらゆる気象条件でプラットフホームを安定させることができる。フロート及び繋留要素の組み合わせは、全ての係留力を伝達する。

【0030】

第１態様において、タワーと、タワーを安定させる複数のアームであり、係留力を受けるフロートをそれぞれが有する複数のアームとを備えた、半潜水型風力発電プラットフォームであって、各アームはタワーの一部と共に三角形を形成する２つの長尺要素からなり、長尺要素の少なくとも一方はカテナリ要素である、半潜水型風力発電プラットフォームにより、目的が達成される。さらなる態様において、各フロートは、フロートの長さの１０％～２０％の範囲の断面を有する円柱を含む中間部を含む長尺容器を含み、第１長尺要素はカテナリ要素を含み、第２長尺要素はカテナリ要素を含み、第２長尺要素はストラット要素を含み、ストラット要素は空気を充填した長尺容器を含み、タワーは、係留索又は長尺要素の弛みを回避するようにアームを短縮する短縮手段を含み、フロートは、繋留システムのドッキング可能な繋留要素とドッキングする手段を含む。

【0031】

第２態様において、主フロートを含むタワーと、係留力を受けるフロートをそれぞれが含む複数のアームとを備えた、半潜水型風力発電プラットフォームを設計する方法であって、２つの長尺要素及びタワーの一部からなる三角形を含むように各アームが形成され、少なくとも１つの長尺要素がカテナリ要素として設計される方法により、目的が達成される。さらなる態様において、方法は、フロートの底部にフロートを安定させるバラストウェイトを設けるステップと、長尺容器を含むように各フロートを設計するステップと、容器に空気・水混合体を充填して、海中で所定の浮上高さを達成するステップとを含む。

【0032】

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明から当業者にはより明確になるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明による浮体式風力発電プラットフォームの側面図である。

【図2】浮体式風力発電プラットフォームの平面図である。

【図3】フロートに作用する力のベクトル図及び力の多角形である。

【図4】本発明の一実施形態による浮体式風力発電プラットフォームの側面図である。

【図5】繋留システムの繋留要素とドッキングするための浮体式プラットフォームのアームの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

本発明による浮体式風力発電プラットフォーム１３を図１及び図２に示す。プラットフォームは、枢動式ナセル２に収容された風力発電機を担持するタワー１を備える。発電機は、複数のブレード４を有するロータを備えたハブ３を含む。図示の実施形態において、ロータは３つのブレードを有するが、本発明によれば任意の数のブレードがあり得る。プラットフォームはさらに、複数の安定化アーム６を備える。タワーは、主フロート５を含む。図示の実施形態では、３つのアームがある。各アームは、第１長尺要素８、第２長尺要素９、及びフロート１１からなる。図示の実施形態では、長尺要素はワイヤ等のカテナリ要素８を含む。フロート１１は、アームの遠位端に取り付けられる。第１長尺要素８は、フロートと、タワーの中間の第１接続点１４とに接続される。第２長尺要素９は、フロートと、タワーの第２接続点１５とに接続される。

【0035】

図示の実施形態では、第２接続点は、押し下げることができるピストン体３５を含む。その移動は油圧ポンプにより達成することができる。この下方突出動作により、アームの長さを短縮することができる。浮体式プラットフォームが繋留システムに繋留される実施形態では、アーム長のこの短縮は、繋留索及び係留索を引き締めるのに有益であり得る。

【0036】

図１に示す実施形態では、フロート１１は長尺構造である。プラットフォームの鉛直運動又はヒーブ周波数を低減するために、フロート１１の断面積を小さく抑えなければならない。この状況では、小さいという表現は構造の長さの約１０％を意味する。したがって、フロートの中央部２２は、断面積が小さい長尺円柱を含む。図示の実施形態では、フロート１１の上部は漏斗形の胴体２１を含む。この漏斗形の胴体は、海面のヒーブ運動時に減衰効果を発揮する。図示の実施形態では、フロートの下端は、中央部よりも断面が大きい円柱状の胴体２３を含む。しかしながら、円柱状の胴体２３は、中央部２２と同じ寸法を有していてもよい。この胴体は、円形又は正方形の断面を有し得る。円柱状の胴体も、海面のヒーブ時に減衰効果を発揮する。

【0037】

フロートの全ての部分が、バランスを取るために水・空気混合体を充填される共通の空洞を形成する。フロートの底部は、フロートを鉛直の向きで安定させるためのバラストウェイト３６を含み得る。一実施形態において、バラストは鉄鉱を含む。図示の実施形態によれば、フロート１１は、係留索２５によりアンカー（図示せず）に係留される。一実施形態において、フロートは、定置繋留システムに繋留又はドッキングするための機器を含む。図示の実施形態では、係留索は、スパン装置２４によりフロートに接続される。一実施形態において、フロートは直円柱を含む。

【0038】

図２に示す実施形態によれば、３つのアーム６ａ、６ｂ、及び６ｃが、タワー１の周りに対称に配置され、係留索２５により伸長状態に保たれる。プラットフォームをさらに安定させるために、各フロートは、接続ワイヤ１２で相互に接続される。接続ワイヤにより、アームはタワーの周りに均等に広がる。全てのアーム６が係留索２５からの引張力を受けるので、タワー１は、その中心軸Ｃ周りの回転を妨げられる。タワーの向きをさらに安定させるために、アーム６ａの第２長尺要素９は、主フロート５の両側に交差して接続された第１ワイヤ９ａ及び第２ワイヤ９ｂに分割される。このタワー回転防止装置は、アームの端と第１フロートとの間のスパン手段も含む。

【0039】

図３のベクトル図には、フロートに作用する主要な力が含まれている。第１及び第２長尺要素は、タワーの一部と共に、フロートに取り付けられた三角形構造を形成する。全ての力の均衡を保つために、アンカーからの引張力は、第１及び第２長尺要素の引張力及びフロートの浮力に等しくなければならない。タワーの浮力も、ベクトル図に影響する。Ｆａで示す力は係留索２５の力を表し、Ｆｂはフロート１１の鉛直方向の浮力を表す。Ｆ１で示す力は第１長尺要素８の引張力を表し、Ｆ２は第２長尺要素９の引張力を表す。図には、タワーの重力であるＦｔで示す力もある。しかしながら、タワーは主フロートを含むので、タワーの重力はゼロに均衡され得る。図示の実施形態では、Ｆｔは下向きに示される。これは、タワーがフロートに荷重効果を及ぼすことを意味する。

【0040】

図３の下部において、全ての力が力の多角形で接続される。各力をベクトルで表す力の多角形を検討すると、係留力Ｆａの水平成分が第１及び第２長尺要素の水平成分Ｆ１及びＦ２に等しくなければならないことが分かる。タワーの荷重の影響を小さく抑えなければならないという結論にもなり得る。フロートがタワーの重量にも耐えなければならない場合、力の多角形は、上側の長尺要素に引張力が全くないことを示す。しかしながら、タワー自体が浮くようにバランスを取ることにより、多角形は、第１及び第２長尺要素に引張力のみが生じることを明確に示す。したがって、十分な係留力及び方向を適用することにより、第１及び第２長尺要素のそれぞれが引張力のみを受けることができる。

【0041】

図４に示す本発明の一実施形態において、第２長尺要素９はストラット要素７を含む。ビーム等のストラット要素は、圧力だけでなく引張力にも抵抗することができる。通常運転時には第２長尺要素９に圧力が全く又は僅かにしか存在しないので、ストラット要素は細くすることができる。第２長尺要素には圧力が存在しないが、ストラット要素は、定義上は圧力に抵抗することができる。この能力は、保守又は交換のためのプラットフォームの輸送時に非常に便利である。ストラット要素は、水中に位置決めされる。これは、波からのスラミング力がストラット要素に影響し得ないので有益である。ストラット要素の設計は、空気を充填した空洞を含み得る。これらの空気ポケットの浮力効果により、ストラット要素は水中であまり重くない。したがって、ストラット要素は非常に細くすることができる。図示の実施形態では、ストラット要素は、２つの対向する円錐を含む空気充填容器として構成されたビームを含む。

【0042】

構造が大きいほど、構造が波の力に曝されるようになる。したがって、波が起こる領域での構造の露出面を最小化することは、浮体式風力発電プラントにとってよい設計の実践となる。したがって、必要な部分のみが水面を貫通する没水プラットフォームが、波により生じるスラミング力を低減するのに有益である。本発明の一実施形態において、下側の長尺要素は水中に位置決めされ、タワー及び３つのフロートのみが水面を突き抜ける。これら全ての突出構造の水平断面を小さく抑えることにより、プラットフォーム全体の海での動きが穏やかになる。

【0043】

輸送のためには、フロートから水を抜いてプラットフォームをフロート位置に上昇させる。輸送位置では、全てのフロートに空気が充填され、プラットフォームは図４に破線Ｂで示すレベルに上昇する。輸送中にプラットフォームを安定させるために、図４に示すストラット要素７が役立ち得る。ストラット要素は、その運転モードでは引張力しか受けない。しかしながら、穏やかな気象条件での輸送の場合、ストラット要素は、プラットフォームを安定させるのに十分な耐圧能力を提供する。運転現場に輸送されると、プラットフォームは、従来の方法で係留されるか、又は事前に位置決めされた繋留システムの一組の繋留要素に繋留されることができる。このような場合、フロートには、このような常設の繋留システムに繋留するドッキング手段が設けられる。

【0044】

接続ワイヤ１２は、取外し可能であり、２つのアームの一時的な角度回転を容易にするように調整され得る。一実施形態において、２つの隣接するアームは、直線状になり、保守のためにタワーを岸壁に接近させることができる。一実施形態において、２つのアームは、第１アームに対して好ましくは垂直な角度を形成するよう折り曲げられることで、短い岸壁への繋留を可能にする。したがって、タワーは、確実な繋留及び保守のために岸壁に接近することができるようになる。

【0045】

本発明によれば、浮体式プラットフォームは、図５に示すドッキング手段を備えた定置繋留システムに繋留され得る。図示の実施形態は、フロート１１を有する浮体式プラットフォーム１３の一部と繋留システムの繋留要素１９とを示す。浮体式プラットフォームは、主フロート５、第１長尺要素８、第２長尺要素７、及びフロート１１を有するタワー１を備える。図示の実施形態では、第１長尺要素８はカテナリ要素であり、第２長尺要素７はストラット要素である。フロートは、共通の空洞を共に形成する漏斗形の胴体２１、中央部２２、及び下側胴体２３を含む。

【0046】

浮体式プラットフォームは、フロート１１及び主フロート５の内部空洞から水２０を抜くことにより輸送レベルに上昇する。図示の実施形態では、フロートは、フックの形態のドッキング手段３１を含む。繋留システムは、細い円柱状の中間部２９及びより大きな円柱状の下側胴体３０を有する複数の繋留要素１９を含む。繋留要素は、係留索２５及び２つの位置決めワイヤ２６により所定位置に保持される。ワイヤ及び索の両方が、スパン２４により繋留要素に取り付けられる。安定化のために、フロート及び繋留要素の両方が底部にバラストウェイト３６を含む。図５に示すように、繋留要素は、外部電気ケーブル３３を内部電気ケーブル３４に接続する接続手段も含み得る。

【0047】

本発明の一実施形態において、プラットフォームは、アームを短縮する手段を備える。図４及び図５に示す実施形態では、タワーは、全ての長尺要素が接続される接続環１０を含む。本発明によれば、接続環はタワー上で上下に変位可能である。上述のように、２つの長尺要素は、タワーと共に三角形を形成する。したがって、環を上昇させることにより、三角形の幅が変わる。図１に示す実施形態では、短縮手段は、主フロート５の下から突出するピストン３５を含む。この実施形態では、第２長尺要素の全てがピストンに接続され、したがってピストンの移動によりアームの長さが調整される。この特性はドッキング時に役立ち得る。したがって、全てのフロートが繋留要素とドッキングされると、アームの長さが短縮されて、係留索又は長尺要素の弛みが回避され得る。

【0048】

繋留要素は、フロートのドッキング手段３１を引っ掛ける横棒の形態のドッキング手段３２を含む。図示の実施形態では、繋留要素は、繋留要素１９の共通の空洞に水２０を充填することによりレベルＢに下げられる。この位置で、繋留要素１９はフロート１１を受け止めることができる。フロート及び繋留要素が対向して位置決めされると、ドッキング手段は、フロート及び繋留要素の相対鉛直移動によりドッキングされ得る。したがって、フロートのフックは、繋留要素の横棒を受け入れることができる。フロート内の水２０の量と繋留要素とのバランスを取ることにより、２つの要素を大きな締結力でドッキングすることができる。一実施形態において、フロート又は繋留要素のいずれかがロック手段（図示せず）を含んでいてもよい。図５に示すように、繋留要素は、外部電気ケーブル３３を内部電気ケーブル３４に接続する接点手段も含み得る。

【0049】

浮体式風力発電プラットフォームの軽量構成により、構成を非常に大きくすることができる。本発明によれば、ロータの直径は２００ｍであり得る。第１フロートを含むタワーの全高は１３０ｍ～１５０ｍであり得る。アームの長さは９０ｍ～１２０ｍの範囲であり得る。よって、アームとタワーとの間の比は略１である。フロートの高さは２０ｍ～５０ｍの範囲、中間部の断面は２ｍ～５ｍの範囲であり得る。本発明によれば、プラットフォームの輸送位置は没水位置よりも約３０ｍ高い。輸送中のプラットフォームの喫水は９メートル未満であり得る。

【0050】

好適であるとはいえ、本発明の範囲は、提示された実施形態に限定されるのではなく、当業者には自明の実施形態も含むべきである。例えば、４つ以上の安定化アームがある可能性もある。ワイヤは、引張特性が良好な任意の種類の材料を含み得る。フロートは、ヘリコプターのランディングパッドを含み得る。プラットフォームは、任意に複数のアンカー及び係留索により従来の方法で繋留され得る。タワーは、変圧器、ＨＶＤＣ機器、及び／又は他の電気機器を収容し得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2023-09-28

【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】

タワー（１）と、該タワーを安定させる複数のアーム（６）であり、係留力の影響を受けるフロート（１１）をそれぞれ有する複数のアーム（６）とを備えた、半潜水型風力発電プラットフォーム（１３）であって、各前記アーム（６）は前記タワー（１）の一部と共に三角形を形成する２つの長尺要素（８、９）からなり、該長尺要素の少なくとも一方はカテナリ要素であることを特徴とする、半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項2】

請求項１に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、各前記フロート（１１）は、円柱を含む中間部（２２）を含む長尺容器を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、第１長尺要素（８）はカテナリ要素を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、第２長尺要素（９）はカテナリ要素を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項5】

請求項１～３のいずれか１項に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、前記第２長尺要素（９）はストラット要素（７）を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項6】

請求項５に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、前記ストラット要素（７）は空気を充填した長尺容器を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、前記タワー（１）は、係留索（２５）又は前記長尺要素（８、９）の弛みを回避するように前記アーム（６）を短縮する短縮手段（１０、３５）を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の半潜水型風力発電プラットフォームにおいて、前記フロート（１１）は、（定置）繋留システム（１３）のドッキング可能な繋留要素（１９）とドッキングする手段（３１、３２）を含む半潜水型風力発電プラットフォーム。

【請求項9】

主フロート（５）を含むタワー（１）と、係留力を受けるフロート（１１）をそれぞれが含む複数のアーム（６）をと備えた、半潜水型風力発電プラットフォーム（１３）を設計する方法であって、２つの長尺要素（８、９）及び前記タワーの一部からなる安定三角形を含むように各アームを形成するステップと、少なくとも１つの長尺要素をカテナリ要素として設計するステップとを特徴とする方法。

【請求項10】

請求項９に記載の方法において、長尺容器を含むように各フロート（１１）を設計し、前記容器に空気・水混合体を充填して、海中で所定の浮上高さを達成することをさらに含む方法。

【国際調査報告】