JP2001509565A - 風力タービンを備えた人工アイランド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、フレーム（５，６，７）内に取り付けられた複数の風車（１）を具備した設備に関するものであって、この場合、フレームには、浮き部材（１５）が設けられていて、フレームは、風の方向に応じて風車の向きを回転させるために、鉛直軸回りに回転可能とされている。風車を鉛直状態に維持するために、例えば底面にアンカー止めされた部材（１６）といったような支持手段が、風車面から少し離れたところに配置されている。さらに、メンテナンスを容易に行うための手段が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、風力エネルギーを電気エネルギーに変換するための設備に関するも
のであって、この設備は、実質的に水平とされたシャフト回りに回転する複数の
翼を有した多数の風車を備えている。この場合、水平シャフトは、ゴンドラ内の
ベアリングによって支持されており、ゴンドラ内には、発電機が収容されている
。設備は、また、翼どうしが実質的に同一平面内において回転するようにして、
複数のゴンドラと実質的に互いに平行とされた複数の水平シャフトとを支持する
ためのフレームを備えている。設備は、さらに、フレームに対して取り付けられ
、設備を漂遊状態に維持するよう機能する浮き部材を備えている。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】

上記種類の設備は、文献によって公知である。これら文献においては、このよ
うな設備の構成に関して様々な提案がなされている。しかしながら、とりわけ大
きな寸法とされた風車が使用される場合に、それから派生する様々な問題点を解
決するための手段については、示唆されていない。これら問題点とは、特に、翼
に対してのまたフレームに対しての風力負荷によって引き起こされる問題点であ
る。このような風力負荷によって、フレームが傾斜してしまうことがあり、問題
である。

【０００３】

【課題を解決するための手段】

上記問題点を解決するために、本発明においては、フレームに対して連結され
た支持手段が設けられていて、この支持手段は、共通平面から所定距離だけ離間
して配置されるとともに、共通平面を実質的に鉛直方向に維持するよう機能する
。これにより、設備が安定的に支持される。

【０００４】 改良された形態においては、支持手段は、ゴンドラの近傍において、フレーム
に対して連結される。このことは、設備の安定性をさらに向上させるとともに、
設備の重量低減に寄与する。

【０００５】 ある実施形態においては、フレームには、上下方向において少なくとも２つの
水平列をなすようにして、少なくとも２列の風車付きゴンドラが設けられる。ゴ
ンドラを上下２列に配置することにより、構造内に多数の風車を組み込むことが
でき、設備からの出力を増大させることができる。

【０００６】 本発明のある改良においては、フレームには、少なくとも１つの水平列をなす
ようにして、少なくとも１列のゴンドラが設けられ、各列が、少なくとも３つの
風車付きゴンドラを備えている。この形態においても、設置する風車数を増加さ
せることができる。

【０００７】 ある実施形態においては、浮き部材が、共通平面の一側方かつ近傍に配置され
た少なくとも２つの浮き部材を備え、支持手段は、共通平面の他側方に配置され
る。２つの浮き部材を使用することにより、風車のための、十分な浮力を確保す
ることができる。一方、風や波に対しての浮き部材の流体抵抗は、小さい。支持
手段を、浮き部材が配置されているのと同じ側ではなく共通平面に関して反対側
に配置することにより、少なくとも３点での支持を行って、安定な浮遊構造を得
ることができる。

【０００８】 ある実施形態においては、支持手段が、底面に対してアンカー止めされた部材
を備え、この部材に対しては、ベアリングを介して連結部材が取り付けられてお
り、この連結部材は、鉛直方向の第１回転軸回りに回転可能とされるとともに、
フレームに対して固定的に連結されている。この構成により、浮遊フレームは、
実質的に固定位置に配置される。

【０００９】 ある実施形態においては、アンカー止めされた部材は、部分的には水面下にお
いてかつ部分的には水面上において浮遊しているとともに、アンカーによって底
面に対して固定されている。この構成により、波や水位変化に対して、単純な形
態で追従することができる。

【００１０】 ある実施形態においては、アンカー止めされた部材は、底面に対して固定され
、ベアリングが、１つまたは２つの水平方向回転軸回りに回転可能とされている
。これにより、設備の安定的なアンカー止めを行うことができるとともに、ベア
リングによって変位可能性がもたらされることのために、設備は、水面レベルで
の風や潮流の変化によってもたらされた動きに追従することができる。

【００１１】 ある実施形態においては、アンカー止めされた電力ケーブルに対して、フレー
ム上において発電されたエネルギーを伝送するための伝送手段を、ベアリングが
備えている。よって、単純かつ公知の方法で、エネルギーを、海岸へと伝送する
ことができる。

【００１２】 本発明の他の見地においては、フレームには、フレームを鉛直方向第１回転軸
回りに回転させるための駆動手段が設けられている。これにより、単純な様式で
、フレーム内に位置している風車の向きを、風に対向する向きへと回転させるこ
とができる。このことは、風力だけでは、このような向き変化を得るには不十分
であることから、重要である。実際、フレームは、流れや波による他の力に曝さ
れており、一方、風車の下側列のレベルにおける風向は、必ずしも上側列のレベ
ルにおける風向とは必ずしも同じではない。

【００１３】 ある実施形態においては、フレームを回転させるための駆動手段は、機械的に
駆動される船舶用のプロペラであって水中に配置されたプロペラを備えている。
このことは、機構を回転させるための単純な構成をもたらす。

【００１４】 他の実施形態においては、アンカー止めされていない浮き部材の流体抵抗が、
第２方向よりも第１方向においてより大きく、該浮き部材は、鉛直方向第２回転
軸を有したベアリングを介してフレームに対して取り付けられている。このこと
は、流れによってフレームに対してもたらされる力を最小化するようにして、浮
き部材を配置することを可能とする。

【００１５】 他の改良においては、浮き部材は、鉛直方向第２回転軸回りに駆動されること
によって、実質的に互いに平行な相対関係を維持しつつ回転される。このことは
、流れによる影響によって設備が鉛直方向第１回転軸回りに回転することを可能
とする。その理由は、浮き部材が漂遊している流れの方向が、流体抵抗が最小で
ある方向と平行ではない場合には、一方の浮き部材が、他方の浮き部材よりも大
きな力を受けるからである。実際、浮き部材が漂遊している流れの方向は、流体
抵抗が最小である方向と平行ではない。この力の差の結果として、フレームは、
鉛直方向回転軸回りのトルクを受け、その結果、フレームは、その軸回りに回転
し始める。

【００１６】 本発明の他の見地においては、フレームには、風車を取り付けたり取り外した
りするための取付手段が設けられている。水上では困難であるような特に海上で
は困難であるような風車のメンテナンスには、この取付手段を使用する。風車ア
イランド上に少数の風車が互いに近接して配置されていることにより、設備上に
そのような手段を設置しておくことは、重要である。その結果、メンテナンスコ
ストが、大いに削減されることとなる。

【００１７】 ある実施形態においては、取付手段は、共通平面に対して平行に延在している
クレーン軌道と、クレーンと、を備えている。設備内にクレーンを組み込むこと
により、移動型の海上用クレーンを借りるコストを、節約することができる。

【００１８】 本発明の他の見地においては、フレームには、物品を搬入したり搬出したりす
るためのプラットホームが設けられている。この手段は、設備のメンテナンスを
さらに簡略化する。

【００１９】 本発明の他の見地においては、フレームは、長期にわたってのメンテナンス作
業員の宿泊のための、作業員用宿舎を備えている。これにより、例えば悪天候時
であっても、設備上への作業員の常駐が可能とされる。

【００２０】

【発明の実施の形態】

本発明につき、添付図面を参照しつつ実施形態を例に挙げて、以下詳細に説明
する。

【００２１】 図１は、風車アイランドを示す正面図である。 図２は、図１の風車アイランドを示す側面図である。 図３は、図１の風車アイランドを示す平面図である。

【００２２】 図１〜図３に示す風車アイランドは、スチール構造のものであって、この場合
、回転体１は、複数の翼を備えている。翼は、ゴンドラ２内のベアリングによっ
て支持されている。複数のゴンドラ２は、上下２列に整列された２つの水平列と
して配置されている。この場合、上列は、７個の回転体１と７個のゴンドラ２と
を備えており、下列は、６個の回転体１と６個のゴンドラ２とを備えている。複
数の翼を備えた回転体の寸法は、例えば約５０ｍである。この場合、各風車は、
１〜２メガワットを発電することができる。風車アイランド全体で発電できる総
電力量は、したがって、１５〜２５メガワットである。

【００２３】 風車アイランドの構成は、以下のようである。プラットホーム２５上には、第
１柱２１と第２柱２４とが設置されている。これら柱は、スチールフレーム構造
を支持している。フレーム構造は、複数の上側支持チューブ５によって相互連結
された上梁６と下梁７とから構成されている。上列の風車のゴンドラ２は、上梁
６に対して固定されている。下列の風車のゴンドラ２は、上列のゴンドラに対し
ては、各ゴンドラあたりについて２本の鉛直面内支持チューブ４を介して固定さ
れているとともに、下梁に対しては、下側支持チューブ３を介して固定されてい
る。図示の実施形態においては、２個のプラットホーム２５が設けられている。
各プラットホームは、連結チューブ１２を介して、連結部材２６に対して連結さ
れている。連結部材２６は、また、鉛直面内支持チューブ４に対しておよび下梁
７に対して、斜め支持部材１１を介して連結されている。

【００２４】 各プラットホーム２５は、ベアリング１４を介して、回転可能な浮き部材１５
に対して連結されている。連結部材２６は、ベアリング１７を介して、アンカー
止めされた浮き部材１６に対して連結されている。アンカー止めされた浮き部材
１６は、海底または湖底に対して、多数のアンカーケーブル２３によってアンカ
ー止めされている。連結部材２６は、ベアリング１７を介することにより、アン
カー止めされた浮き部材１６に対して、自由に回転することができる。エンジン
ルーム１９内に設置されたモータによって駆動されるプロペラ２０は、浮遊アイ
ランドを、ベアリング１７の鉛直軸回りに回転させることができる。これにより
、風車の大面積部分が風Ｗに対向するように、風車の向きを変えることができる
。

【００２５】 風車アイランドは、例えば風や潮流の影響で流れの方向Ｓが変化しそのため流
れの方向が必ずしも風の方向Ｗには対応しないような海にアンカー止めすること
ができる。風車アイランドに対してかかる力およびアンカーに対してかかる力を
最小限に維持するために、回転可能な浮き部材１５は、例えば船の船体の形状と
いったように、一方向に関しての流体抵抗が最小であるような形状に構成されて
いる。回転可能な浮き部材１５は、流れ方向Ｓに沿う方向へと、駆動ユニット（
図示せず）によって、プラットホーム２５に対して相対回転することができる。
回転可能浮き部材１５どうしをほぼ同一方向とすることを確実に行うために、例
えば制御ユニットの形態とされたものを設置することができる。風車アイランド
がアンカー止めされているところの水の流れが十分に強力である場合には、制御
ユニットを使用して回転可能浮き部材１５のフレームに対しての相対位置を維持
することによって、流れによって浮き部材１５に対してもたらされる力を使用し
て、フレームが風の方向Ｗに対して垂直に延在するようにフレームを回転させる
ことができ、結局、風車アイランドを風の方向Ｗに向けて回転させることができ
る。

【００２６】 図示実施形態においてはアンカー止め浮き部材１６が水面近傍において浮遊し
ているけれども、実施形態によっては、浮遊するアンカー止め部材１６に代えて
、底面（海底または湖底）上に配置された固定構造とすることもできる。その場
合には、ベアリング１７は、波や水位変化によって引き起こされる動きを補償し
得るよう連結部材２６が１つまたは複数の水平軸回りに回転可能であるように、
構成されることとなる。その場合、ベアリング１７は、例えば、球状ベアリング
である。

【００２７】 例示された構造は、主に、スチールチューブから形成されている。しかしなが
ら、構造の一部を、例えばコンクリートといったような他の材料から形成するこ
ともできる。また、構造の大部分をなすスチールチューブに代えて、公知の支持
ワイヤを使用することもできる。

【００２８】 風車アイランドを使用して発電されたエネルギーは、アンカー止め浮き部材１
６に対して接続された電力ケーブル２２を使用して送電される。公知なように、
ベアリング１７には、エネルギー伝送のためのコレクタリング等を設けることが
できる。しかしながら、コレクタリングを使用する代わりに、直接的に連続した
ケーブルを使用することもできる。その場合には、制御ユニットは、フレームが
ベアリング１７の鉛直方向回転軸回りの一方向に関して所定回数だけ回転すると
ともにその後逆方向にフレームを回転させるような、手段を備えることができる
。これは、風速の弱い時に行われ、例えばプロペラ２０によって逆方向回転が行
われる。

【００２９】 クレーン８を移動させることのできるクレーン軌道が、上梁６および下梁７上
に設置されている。これは、風車のメンテナンス作業を行うためのものである。
クレーン８には、ゴンドラから翼を取り外し得るようにまたゴンドラからモータ
を取り外し得るように、クレーンジブ１０を有したアーム９が設置されている。
取り外された翼やモータは、どちらかのプラットホーム２５上に配置されること
となる。プラットホーム２５には、船を停泊させるための手段が設置される。ま
た、ヘリコプター着陸用のプラットホーム１３が設置されている。作業員を収容
するための作業員用の宿舎１８が、一方のプラットホーム２５上に設けられてい
る。これにより、必要なメンテナンス作業を行うために、風車アイランド上に作
業員を常駐させることができる。このようにして、天候条件によってアイランド
にアクセスできないことがあったにしても、作業に支障をきたすことがない。

【００３０】 例示されている構造は、メンテナンス作業のために、すべてのゴンドラに対し
て作業員が容易にアクセスし得るための多数の設備を備えている。その目的のた
めに、フレームの様々な部分に、通路やエレベータや渡り板を設けることができ
る。

【００３１】 図示実施形態においては風車アイランドは２列に配置された風車を備えている
けれども、本発明の範囲内において様々な変形を加えることができる。例えば、
風車の寸法は、大きくすることもまた小さくすることもでき、また、一列を構成
する風車の数を変えることができ、また、風車がなす列数を変えることができる
。

【００３２】 図示実施形態においては、回転体の回転軸は、互いに平行なものとされている
。翼が形成する面を通常の鉛直面とすることに代えて、わずかに円筒状の面とす
ることにより、改良を得ることができる。また、空気動力学的特性が向上するの
であれば、また、他の条件が向上するのであれば、鉛直面とすることに代えて、
わずかに傾斜した面を使用することもできる。また、上記の変形や他の変形を組
み合わせ得ることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 風車アイランドを示す正面図である。

【図２】 図１の風車アイランドを示す側面図である。

【図３】 図１の風車アイランドを示す平面図である。

【符号の説明】

１ 回転体（風車） ２ ゴンドラ ６ 上梁 ７ 下梁 ８ クレーン ９ アーム １０ クレーンジブ １３ プラットホーム １４ ベアリング １５ 浮き部材 １６ 浮き部材 １７ ベアリング １８ 作業員用宿舎 ２０ プロペラ ２２ 電力ケーブル ２３ アンカーケーブル（アンカー） ２５ プラットホーム ２６ 連結部材

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 風力エネルギーを電気エネルギーに変換するための設備であ
   って、 実質的に水平とされたシャフト回りに回転する複数の翼を有した多数の風車（
   １）を具備し、前記水平シャフトは、ゴンドラ（２）内のベアリングによって支
   持され、前記ゴンドラ（２）内には、発電機が収容され、 前記翼どうしが実質的に同一の共通平面内において回転するようにして、複数
   の前記ゴンドラと実質的に互いに平行とされた複数の前記水平シャフトとを支持
   するためのフレームを具備し、 前記フレームに対して取り付けられ、前記設備を漂遊状態に維持するよう機能
   する浮き部材（１５，１６）を具備し、 この場合において、 前記フレームに対して連結された支持手段であって、前記共通平面から所定距
   離だけ離間して配置されるとともに、前記共通平面を実質的に鉛直方向に維持す
   るよう機能する支持手段を具備していることを特徴とする設備。
2. 【請求項２】 請求項１記載の設備において、 前記支持手段が、前記ゴンドラの近傍において、前記フレームに対して連結さ
   れていることを特徴とする設備。
3. 【請求項３】 請求項１記載の設備において、 前記フレームには、上下方向において少なくとも２つの水平列をなすようにし
   て、少なくとも２列の風車付きゴンドラが設けられていることを特徴とする設備
   。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３記載の設備において、 前記フレームには、少なくとも１つの水平列をなすようにして、少なくとも１
   列のゴンドラが設けられ、 各列が、少なくとも３つの風車付きゴンドラを備えていることを特徴とする設
   備。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の設備において、 前記浮き部材が、前記共通平面の一側方または近傍に配置された少なくとも２
   つの浮き部材（１５）を備え、 前記支持手段（１６）は、前記共通平面の他側方に配置されていることを特徴
   とする設備。
6. 【請求項６】 請求項４または５記載の設備において、 前記支持手段が、底面に対してアンカー止めされた部材（１６）を備え、 該部材（１６）に対しては、ベアリング（１７）を介して連結部材（２６）が
   取り付けられており、 該連結部材（２６）は、鉛直方向の第１回転軸回りに回転可能とされるととも
   に、前記フレームに対して固定的に連結されていることを特徴とする設備。
7. 【請求項７】 請求項６記載の設備において、 前記アンカー止めされた部材は、部分的には水面下においてかつ部分的には水
   面上において浮遊しているとともに、アンカー（２３）によって底面に対して固
   定されていることを特徴とする設備。
8. 【請求項８】 請求項６記載の設備において、 前記アンカー止めされた部材は、底面に対して固定され、 前記ベアリングが、１つまたは２つの水平方向回転軸回りに回転可能とされて
   いることを特徴とする設備。
9. 【請求項９】 請求項６、７または８記載の設備において、 アンカー止めされた電力ケーブル（２２）に対して、前記フレーム上において
   発電されたエネルギーを伝送するための伝送手段を、前記ベアリングが備えてい
   ることを特徴とする設備。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかに記載の設備において、 前記フレームには、該フレームを鉛直方向第１回転軸回りに回転させるための
    駆動手段（１５，２０）が設けられていることを特徴とする設備。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の設備において、 前記フレームを回転させるための前記駆動手段が、機械的に駆動される船舶用
    のプロペラであって水中に配置されたプロペラ（２０）を備えていることを特徴
    とする設備。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれかに記載の設備において、 アンカー止めされていない前記浮き部材の流体抵抗が、第２方向よりも第１方
    向においてより大きく、該浮き部材は、鉛直方向第２回転軸を有したベアリング
    （１４）を介して前記フレームに対して取り付けられていることを特徴とする設
    備。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の設備において、 前記浮き部材は、前記鉛直方向第２回転軸回りに駆動されることによって、実
    質的に互いに平行な相対関係を維持しつつ回転されることを特徴とする設備。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれかに記載の設備において、 前記フレームには、前記風車を取り付けたり取り外したりするための取付手段
    が設けられていることを特徴とする設備。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の設備において、 前記取付手段（８，９，１０）が、前記共通平面に対して平行に延在している
    クレーン軌道と、クレーン（８，９，１０）と、を備えていることを特徴とする
    設備。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１５のいずれかに記載の設備において、 前記フレームには、物品を搬入したり搬出したりするためのプラットホーム（
    １３，２５）が設けられていることを特徴とする設備。
17. 【請求項１７】 請求項１〜１６のいずれかに記載の設備において、 前記フレームは、長期にわたってのメンテナンス作業員の宿泊のための、作業
    員用宿舎（１８）を備えていることを特徴とする設備。