JP7524191B2 - 浮動の風力タービン支持体 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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^３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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 本発明による浮力アセンブリの斜視図を示す。 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４に示されるセグメントの平面図を示す。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (5)

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。
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。
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。
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。
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。

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