JP2014533218A - 係留構成、及び、水中において浮体式ユニットを係留するとともに係留を解除する方法 - Google Patents

Abstract

水中において浮体式ユニット（１）を係留する係留構成（４０）。係留構成（４０）は、浮体式ユニット（１）、及び、細長い基礎（４２）の長手方向軸（Ｌ１）が底質（４４）から水面に向かう向きであるように底質（４４）にしっかりと取り付けられる基礎（４２）を含む係留要素（３０）を含む。係留要素（３０）は、基礎（４２）に回転配置されている変位部材（５０）、及び、変位部材（５０）と浮体式ユニット（１）の第１の部分（２２ａ）との間に接続部を形成するようになっている接続部材（５２）を更に含む。【選択図】図３

Description

本発明は、水中において浮体式ユニットを係留する係留構成に関する。係留構成は、浮体式ユニット、好ましくは浮体式の風力発電ユニット、及び、細長い基礎の長手方向軸が底質から水面に向かう向きであるように底質にしっかりと取り付けられる基礎を含む係留要素を含む。

本発明はさらに、係留構成及び係留構成の使用によって水中において浮体式ユニットを係留する方法に関する。

水中において浮体式ユニットを係留する従来技術の係留構成は、底質に取り付けられるいかり等の基礎へのワイヤー、チェーン、ロープを含む。ワイヤーは浮体式ユニット又はブイに直接的に取り付けられる。ブイは、浮体式ユニットが基礎又はブイの周りで回動することを可能にする。

従来技術の係留構成に関連する問題は、浮体式ユニットが、特に浅瀬において係留されるときに、基礎又はブイに接続されているワイヤーに絡まる可能性があることである。このことによって、浮体式ユニットが基礎又はブイの周りで回動できなくなる可能性があり、このため浮体式ユニットの使用が妨げられる可能性がある。例えば、浮体式ユニットが風力発電ユニットを含む場合、浮体式ユニットが基礎又はブイの周りで回動できなくなることに起因して、電気エネルギーの生産が低減するか又は終了する可能性がある。さらに、ワイヤーが絡まることによって基礎／ブイと浮体式ユニットとの間の接続部又は取り付け構成が損傷を受ける可能性がある。

従来技術の係留構成に関連する更なる問題は、ブイに対するケーブルの相対移動である。浅瀬では、鉛直方向及び水平方向の双方のオフセットであるブイの移動は、水深と同じ大きさである可能性がある。このことによって、ケーブルを大きな歪み及び応力から解放する特別な構成が必要となる。

従来技術の係留構成に関連する更なる問題は、いかり（単数又は複数）等の基礎が、基礎の長手方向軸に沿って方向付けられる曲げ力を受け、この場合、基礎を、そのような鉛直な力に耐えるように設計しなければならないことである。鉛直な力を回避するために長いワイヤーを必要とする代替的なカテナリー係留システムが用いられている。水中に配置される浮体式ではない風力発電ユニットの場合、基礎はその位置を維持するために用いられる。基礎は、格子塔又はモノパイル式基礎のいずれかである。これらの基礎は、風及び水による水平方向の力が底質から或る距離においては非常に大きいため、かなりの曲げ力を受ける。

特許文献１は、風力発電ユニットを含む浮体式ユニットを開示している。浮体式ユニットは、上述した従来技術の構成に従って底質に係留される。

スウェーデン特許第５３２８８６号

本発明の目的は、従来技術の前述した問題を特に解決する改良された係留構成を提供することである。

本発明の第１の目的は、浮体式ユニットと基礎とが絡まるリスクを低減する係留構成を提供することである。本発明の第２の目的は、従来技術に比して浮体式ユニットを係留するのに底質における基礎のあまり剛性ではない取り付けしか必要としない係留構成を提供することである。上記の目的は、浮体式ユニットを係留する方法、及び係留構成の使用によっても達成される。

これらの目的は、請求項１によって規定される、水中において浮体式ユニットを係留する係留構成によって達成される。係留構成は、係留要素が、基礎に回転配置されている変位部材、及び、変位部材と浮体式ユニットの第１の部分との間に接続部を形成するようになっている接続部材を更に含むことを特徴とする。

接続部材は、変位部材と浮体式ユニットの第１の部分との間に剛性の接続部を形成する。好ましくは、接続部材は、受ける力に対して実質的に可撓性ではなく屈曲可能ではないように構成される。

変位部材は、ワイヤー又は同様のものを用いることなく接続部が変位部材の付近に配置されるという点において、浮体式ユニットが絡まるリスクなく基礎の周りを回転することを可能にする。

本発明の１つの実施形態によると、変位部材は、第１の位置と第２の位置との間で上記長手方向軸に沿って変位可能に配置されており、第１の位置は、底質から、第２の位置よりも更に離れて位置付けられ、接続部材は、変位部材が第１の位置にあるときに変位部材と浮体式ユニットの第１の部分との間に剛性の接続部を形成するようになっており、変位部材は、浮体式ユニットの第１の部分に接続されている間に、第１の位置から第２の位置に移動されるようになっている。

係留要素は、変位部材と浮体式ユニットの第１の部分との間に剛性の接続部を形成する接続部材によって、浮体式ユニットの第１の部分を第１の位置において変位部材に接続することを可能にする。変位部材の第１の位置は、浮体式ユニットの第１の部分が変位部材に接続されているときに浮体式ユニットが水面に浮くことが可能であるように位置付けられる。

変位部材と浮体式ユニットの第１の部分との間に接続部が形成された後で、変位部材は、浮体式ユニットが変位部材に接続されたままで、第１の位置から第２の位置に変位するようになっている。したがって、浮体式ユニットの第１の部分は、変位部材とともに第１の位置から第２の位置に沈む。変位部材の第２の位置は、浮体式ユニットの係留された状態を提供する。

浮体式ユニットの第１の部分は、変位部材の第１の位置よりも底質により近く位置付けられる変位部材の第２の位置のレベルにおいて基礎に係留される。したがって、従来技術に比して基礎に対する曲げ力が低減する。それによって、基礎は主に、長手方向軸から離れるように方向付けられるせん断力を受ける。このことによって、底質における基礎の取り付けに対する要件を、対応するサイズの浮体式ユニットを係留するための係留要素の従来技術の取り付けに比して低減することが可能である。したがって、浮体式ユニットの係留を提供するコストが、従来技術の係留に比して低減される。

本発明の１つの実施形態によると、第１の位置は水面に又は水面付近に位置付けられる。これによって、浮体式ユニットが水面に浮いている間に浮体式ユニットの第１の部分と変位部材との間に接続を確立することが可能となる。

本発明の１つの実施形態によると、第２の位置は底質に又は底質付近に位置付けられる。それによって、基礎に対する可能性のある曲げ力が最小限に抑えられ、基礎の取り付け部に対する要件が最小限に抑えられる。

本発明の１つの実施形態によると、変位部材は、浮体式ユニットの第２の部分が浮いたままである間に、浮体式ユニットの第１の部分の浮力を低減することによって第１の位置から第２の位置に変位するようになっている。したがって、浮体式ユニットの第１の部分のみが変位部材の第２の位置に沈む。浮体式ユニットの残りの部分は浮いたままである。

本発明の１つの実施形態によると、係留要素は、浮体式ユニットの第１の部分が変位部材に接続されている間に、第２の位置への変位部材の締結部を形成するようになっている係止部材を更に含む。

浮体式ユニットの第１の部分が変位部材に接続されている状態で変位部材が第２の位置に位置付けられているとき、変位部材は係止部材によって第２の位置に締結される。したがって、浮体式ユニットの第１の部分は、変位部材とともに変位部材の第２の位置において締結される。それによって、変位部材及び浮体式ユニットは、底質から離れる鉛直方向に変位することが防止される。

本発明の１つの実施形態によると、係留要素は、変位部材の第２の位置を画定するようになっている止め部材を含む。

本発明の１つの実施形態によると、接続部材は、変位部材が第１の位置にあるときに変位部材と浮体式ユニットの第１の部分との間に解放可能な接続部を提供する。本発明の１つの実施形態によると、係止部材は、第２の位置への変位部材の解放可能な締結を提供する。

変位部材は、浮体式ユニットの第１の部分に接続されている間に、第２の位置から締結を解除され、第２の位置から第１の位置に移動され、第１の位置において浮体式ユニットの第１の部分から分離されるようになっている。

接続部材及び係止部材は、浮体式ユニットの第１の部分の変位部材への解放可能な接続、及び、変位部材の第２の位置への解放可能な締結をそれぞれ可能にするように構成されている。したがって、浮体式ユニットは、浮体式ユニットの係留プロセスを逆にすることによって係留要素から解放されるようになっている。それによって、係留要素は、浮体式ユニットを係留要素における係留から解放することを可能にする。浮体式ユニットのそのような解放は、例えば、浮体式ユニットのメンテナンスのために浮体式ユニットをサービス設備まで曳航することを可能にするために必要である。

本発明の１つの実施形態によると、基礎は外側包絡面を含み、変位部材は、外側包絡面の周りに配置されている本体を含み、本体は、外側包絡面に向かって方向付けられる内側包絡面を含み、外側包絡面は、内側包絡面と接触することによって第１の位置と第２の位置との間での変位部材の変位を誘導するようになっている。

外側包絡面は、長手方向軸に沿って延び、基礎の中心から離れるように方向付けられる。好ましくは、内側包絡面及び外側包絡面は円筒状の面である。基礎は、変位部材の第１の位置と第２の位置との間で変位を誘導する誘導部材として働く。特に重要であるのは、係止部材が第２の位置への変位部材の締結を形成することを可能にするように変位が第２の位置まで誘導されることである。本発明の好ましい実施形態によると、変位部材の本体はリング形状である。

本発明の１つの実施形態によると、係留要素は、変位部材が基礎に対して回動することを可能にする第１の回動部を含み、第１の回動部は、基礎の長手方向軸と平行に配置されている第１の回転軸を含む。

第１の回動部は浮体式ユニットが基礎の周りで回動することを可能にする。このことは、浮体式ユニットが使用中に風及び波等によって回動することを可能にする。それによって、浮体式ユニットの第１の部分と変位部材との間の接続部に対する歪みが、基礎の周りで回動することがないものに比して低減される。

本発明の１つの実施形態によると、第１の回動部は、変位部材が基礎に対して回転することを可能にするように配置されている外側包絡面及び内側包絡面を含む。この実施形態は、外側包絡面及び内側包絡面が変位部材を第１の位置と第２の位置との間で誘導する上で協働し、浮体式ユニットを基礎の周りで回動させる、単純かつコスト効果的な第１の回動部を提供する。

本発明の１つの実施形態によると、変位部材及び接続部材のうちの少なくとも一方は、浮体式ユニットが変位部材に対して回転することを可能にする第２の回動部を含み、第２の回動部は、基礎の長手方向軸に対して垂直に配置されている第２の回転軸を含む。

第２の回動部は、浮体式ユニットの第１の部分が変位部材に接続されている間に第２の回転軸の周りで回動することを可能にする。それによって、第２の回動部は、浮体式ユニットの第１の部分が水中の波及び流れを受けると上下に移動することを可能にする。

本発明の１つの実施形態によると、変位部材及び接続部材のうちの少なくとも一方は、浮体式ユニットが変位部材に対して回動することを可能にする第３の回動部を含み、第３の回動部は、第１の回転軸及び第２の回転軸に対して垂直に配置されている第３の回転軸を含む。

第３の回動部は、浮体式ユニットの第１の部分が変位部材に接続されている間に第３の回転軸の周りで回動することを可能にする。それによって、第３の回動部は、浮体式ユニットが水中の波及び流れを受けると水面に対して回転することを可能にする。

本発明の１つの実施形態によると、基礎は、基礎が底質に取り付けられると底質から少なくとも水面まで延びることを可能にする長さを有する。好ましくは、係留要素は、基礎が底質から水面上まで延びるように配置されている。それによって、浮体式ユニットの第１の部分は、浮体式ユニットが水面に浮いている間に変位部材に容易に接続される。

本発明の１つの実施形態によると、浮体式ユニットは、浮体式ユニットの第１の部分に第１の浮き部材を含み、第１の浮き部材は、浮体式ユニットの第１の部分が浮くことを可能にする第１の浮力を浮き部材が提供する第１の状態、及び、浮体式ユニットの第１の部分が底質に向かって沈む第２の浮力を浮き部材が提供する第２の状態を有し、変位部材は、浮体式ユニットの第２の部分が浮いている間に、第１の浮き部材を第１の状態から第２の状態に変化させることによって第１の位置から第２の位置に、及び、第１の浮き部材を第２の状態から第１の状態に変化させることによって第２の位置から第１の位置に変位するようになっている。

変位部材は、第１の浮き部材を第１の状態から第２の状態に変化させることによって第１の位置から第２の位置に変位するようになっている。それによって、浮体式ユニットの第１の部分は、浮体式ユニットの第２の部分が浮いたままである間に底質に向かって沈む。

浮体式ユニットの第１の部分は変位部材の第２の位置に沈み、浮体式ユニットは、変位部材の第２の位置にある第１の部分と、第２の位置の上、好ましくは水面上に浮いている浮体式ユニットの第２の部分との間に配置される。それによって、基礎は主に曲げ力を受ける。このことによって、底質における基礎の取り付けに対する要件を、対応するサイズの浮体式ユニットを係留するための係留要素の従来技術の取り付けに比して低減することが可能である。

本発明の１つの実施形態によると、変位部材は、第１の浮き部材の浮力を調節することによって第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に調整されるようになっている。

本発明の１つの実施形態によると、第１の部分と第２の部分との間の距離は、変位部材の第１の位置と第２の位置との間の距離よりも長い。

本発明の１つの実施形態によると、第１の部分と第２の部分との間の距離は、底質と水面との間の深さよりも長い。

係留構成は浅瀬における係留に特に適している。「浅瀬」という用語は、第１の部分と第２の部分との間の長さが底質と水面との間の深さよりも長いことを指す。それによって、係留構成は、浮体式ユニットの第１の部分を、底質近くに位置付けられる変位部材において保持することを可能にし、この結果、基礎が受ける曲げ力が大幅に低減する。

本発明の１つの実施形態によると、第１の浮き部材はスペースを形成する壁セクションを含み、第１の浮き部材は、上記スペースへの水の導入及び上記スペースからの水の除去によって第１の状態と第２の状態との間で変化するようになっている。水をスペース内に導入することを可能にするとともにスペース内の水の量を調節することによって、第１の状態と第２の状態との間で第１の浮き部材の浮力が調整可能である。

本発明の１つの実施形態によると、構成は、第１の浮き部材のスペースに水を導入するとともにスペースから水を除去する手段を含む。水を導入するとともに除去する手段は、例えば、スペース内の水位を制御するポンプ、弁を含む。それによって、第１の浮き部材を第１の状態と第２の状態との間で変化させるためにスペース内の空気と水との関係が調節される。

本発明の１つの実施形態によると、浮体式ユニットは、浮力を提供する骨組み、及び浮体式ユニットの第２の部分に第２の浮き部材を含み、第２の浮き部材は、第２の浮き部材が第１の質量を有する第３の状態、及び、第２の浮き部材が第２の質量を有する第４の状態を含み、第２の質量は第１の質量よりも大きく、第２の浮き部材は第３の状態と第４の状態との間で調整可能である。

骨組みの浮力は、浮体式ユニットの第１の部分が変位部材の第２の位置まで沈んでいるときに浮体式ユニットの第２の部分が水面に浮くことを確実にする。

第２の浮き部材は、浮体式ユニットがその係留位置に、及びその係留位置から輸送されるときには第３の状態に配置されるようになっており、この場合、第２の浮き部材は、浮体式ユニットに更なる安定性を提供する。第２の浮き部材は、浮体式ユニットの第１の部分が変位部材の第２の位置に配置されているときには第４の状態に配置されるようになっている。第４の状態では第３の状態に比して第２の浮き部材の質量がより大きいことによって、浮体式ユニットの固有振動数が低減するという点で水中での浮体式ユニットの移動が低減する。変位部材と浮体式ユニットの第１の部分との間の接続部から或る距離に質量を加えることによって、相当する質量が第１の浮き部材に加えられた場合と比較して浮体式ユニットの固有振動数がより大きく低減する。

本発明の１つの実施形態によると、第２の浮き部材は、浮体式ユニットの第１の部分が変位部材の第２の位置にあるときに水面上に位置付けられるようになっている。したがって、第２の浮き部材は、係留位置では、浮体式ユニットの浮力には寄与せず、浮体式ユニットを安定させる。

本発明の１つの実施形態によると、第２の浮き部材は第１の浮き部材の対応する特徴を含む。したがって、第２の浮き部材は、第２の浮き部材のスペースへの水の導入及びスペースからの水の除去によって第３の状態と第４の状態との間で調節される。本発明の１つの実施形態によると、水を導入するとともに除去する手段は、第２の浮き部材における水位を調節するように構成されている。

本発明の１つの実施形態によると、基礎は、長手方向軸に沿って延びる中空のスペースを含み、係留構成は、底質から上記中空のスペースを通って水面上まで延びる電力ケーブルを含む。

電力ケーブルは海底に位置決めされ、基礎の中空のスペースを通って延びる。電力ケーブルは例えば風力発電プラントを送電網に接続するのに用いられる。電力ケーブルの接続は、浮体式ユニットを基礎に接続した後で水面上において確立される。これに関連する利点は、浮体ユニットがブイに係留される解決策と比較して電力ケーブルが骨組みの移動に起因して水中で移動しないことである。

本発明の１つの実施形態によると、第１の浮き部材は、スペースへの水の導入／スペースからの水の除去用の、壁セクションの開口、並びに、上記水の導入及び除去を制御する弁を含む。好ましくは、水は、弁を開くことによって導入され、水は開口を通して除去される。

本発明の１つの実施形態によると、第１の浮力は、変位部材が第１の位置にあるときに変位部材への接続を可能にするように浮体式ユニットの第１の部分が浮くことを可能にし、第２の浮力は、浮体式ユニットの第１の部分が変位部材とともに変位部材の第２の位置まで沈むことを可能にする。

本発明の１つの実施形態によると、浮体式ユニットは電気エネルギーを発生させる風力発電ユニットを含む。浮体式ユニットの風力発電ユニットは風を受け、したがって、係留構成によって提供される改良された係留構成は、風力発電ユニットをその係留位置において適所に保持するのに適している。

前述した本発明の目的は、請求項１５に記載の、水中において浮体式ユニットを係留する方法によって更に達成される。本方法は、細長い基礎の長手方向軸が底質から水面に向かう向きであるように底質にしっかりと取り付けられる基礎を含む係留要素、及び、第１の位置と第２の位置との間で上記長手方向軸に沿って変位可能な変位部材であって、第１の位置は、底質から、第２の位置よりも更に離れて位置付けられる、変位部材の使用を伴う。本方法は：
−浮体式ユニットの第１の部分を変位部材に接続するステップ、
−変位部材を浮体式ユニットの第１の部分とともに第１の位置から第２の位置に変位させるステップを含む。

本方法によって、浮体式ユニットは基礎に対する曲げモーメントを低減するように係留される。それによって、基礎は主に、長手方向軸から離れるように方向付けられるせん断力を受ける。このことによって、底質における基礎の取り付けに対する要件を、対応するサイズの浮体式ユニットを係留するための係留要素の従来技術の取り付けに比して低減することが可能である。

本発明の１つの実施形態によると、浮体式ユニットは、浮体式ユニットの第１の部分に第１の浮き部材を含み、第１の浮き部材は、第１の浮力を有する第１の状態及び第２の浮力を有する第２の状態を有し、第２の浮力は第１の浮力よりも小さく、本方法は、
−第１の浮き部材を第１の状態から第２の状態に変化させることによって変位可能な部材を第１の位置から第２の位置に変位させること
を含む。

変位部材を第１の位置から第２の位置に変位させることは、第１の浮き部材を第１の状態から第２の状態に変化させることによって実現される。それによって、浮体式ユニットの第１の部分は変位部材に作用し、変位部材の第２の位置への変位を誘発する。

本発明の１つの実施形態によると、第１の浮き部材は、第１の浮き部材に水を少なくとも部分的に導入することによって第１の状態から第２の状態に変化する。

本発明の１つの実施形態によると、本方法は：
−変位部材を第２の位置に締結すること
を更に含む。

本発明の前述した目的は、請求項１９に記載の水中において浮体式ユニットの係留を解除する方法によって更に達成される。本方法は：
−変位部材を、変位部材に接続されている浮体式ユニットの第１の部分とともに第２の位置から第１の位置に変位させるステップ、及び
−浮体式ユニットの第１の部分を変位部材から分離するステップ
を含む。

本方法によって、浮体式ユニットは、浮体式ユニットの係留を確立する方法と逆の方法で係留から解放されることが可能となる。それによって、浮体式ユニットは解放されてメンテナンスのためにサービス設備まで曳航されることが可能となる。

本発明の１つの実施形態によると、本方法は、
−変位可能な部材を、第１の浮き部材を第２の状態から第１の状態に変化させることによって第２の位置から第１の位置に変位させること
を含む。

変位部材を第１の位置から第２の位置に変位させることは、第１の浮き部材を第２の状態から第１の状態に変化させることによって実現される。それによって、浮体式ユニットの第１の部分は変位部材に作用し、変位部材の第１の位置への変位を誘発する。

本発明の１つの実施形態によると、第１の浮き部材は、第１の浮き部材から水を少なくとも部分的に除去することによって第２の状態から第１の状態に変化する。

本発明の１つの実施形態によると、本方法は、
−変位部材を第２の位置から締結を解除すること
を含む。

本発明の１つの実施形態によると、浮体式ユニットは、浮体式ユニットの第２の部分に第２の浮き部材を含み、第２の浮き部材は、第２の浮き部材が第１の質量を有する第３の状態、及び、第２の浮き部材が第２の質量を有する第４の状態を含み、第２の質量は第１の質量よりも大きく、さらに、本方法は、
−浮体式ユニットを係留要素に係留するときに第２の浮き部材を第３の状態から第４の状態に変化させること
を含む。

本発明の１つの実施形態によると、本方法は：
−浮体式ユニットを係留要素から取り外すときに第２の浮き部材を第４の状態から第３の状態に変化させること
を含む。

本発明の１つの実施形態によると、第２の浮き部材は、第２の浮き部材への水の導入／第２の浮き部材からの水の除去によって第３の状態と第４の状態との間で変化する。

本発明の前述した目的は、水中において浮体式ユニットを係留する、請求項１〜１３に記載の係留構成の使用によって更に達成される。

ここで、本発明の様々な実施形態の説明により、添付の図面を参照して本発明をより詳しく説明する。

風力発電プラントを含む浮体式ユニットの斜視図である。 第１の位置において係留要素の変位部材に接続されている浮体式ユニットを含む係留構成の側面図である。 第２の位置において係留要素の変位部材に接続されている浮体式ユニットを含む図２の係留構成の側面図である。 底質に取り付けられている係留要素の側面図である。 浮体式ユニットを係留要素に係留する方法のフローチャートである。 浮体式ユニットを係留要素から解放する方法のフローチャートである。

ここで、図１〜図５を参照して本発明を説明する。図１〜図３は風力発電プラント２を含む浮体式ユニット１を示している。浮体式ユニット１は海上に係留されるようになっており、ここで、風力発電プラント２が風力エネルギーを電気エネルギーに変換する。風力発電プラント２は複数の風力タービン２ａ、２ｂを含む。この実施形態では、風力発電プラント２は２つの風力タービン２ａ、２ｂを含む。しかし、本発明の別の実施形態では、風力発電プラント２は３つ以上の風力タービンを含むことができる。

風力発電プラント２は、風力タービン２ａ、２ｂを支持するようになっている少なくとも２つの支持要素３ａ、３ｂを含む骨組みを備える。支持要素３ａ、３ｂは細長い。この実施形態では、支持要素３ａ、３ｂは、互いから或る距離を置いて配置されている２つの中空のチューブである。風力タービン２ａ、２ｂは支持要素の上側端に機械的に接続されている。風力発電プラント２は、プラント２の動作時に支持要素３ａ、３ｂが鉛直に配置されるように設計されている。

浮体式ユニット１は、支持要素３ａ−ｂ間に配置されている細長いユニット４を更に含む。細長いユニット４もチューブ形状である。細長いユニット４は支持要素の下側端に機械的に接続されている。別の実施形態では、３つ以上の風力タービンを支持するように３つ以上の支持要素を有することが可能である。例えば、支持要素３ａ−ｂ及び細長いユニット４はチューブによって作製される。チューブは、特定の浮力及び転動方向における安定化に寄与する。

骨組みは、支持要素３ａ−ｂを支えるために、支持要素に接続されている筋交い５を更に含む。支持要素を安定させ、骨組みにおける応力を低減するために筋交いを用いることが有利である。当然ながら、支持要素を支えるために他のタイプの構成を用いることが可能である。

浮体式ユニット１は、以下では支持桁と称される細長い桁９を含む。細長い桁９は、支持要素３ａ−ｂ間で浮体式ユニット１の第１の部分２２ａから浮体式ユニット１の第２の部分２２ｂまで延びるように配置されている。支持要素３ａ−ｂ及び細長いユニット４は平面を形成する。桁９は、平面に対して角度をなして配置されている。支持桁９は、平面に対して垂直でも平面と平行でもない。好ましくは、桁は、３０°〜８０°、好ましくは５０°〜７０°の間隔内にある角度αで平面に対して配置されている。

骨組みは、支持桁９を骨組みに機械的に接続するために、桁と骨組みとの間に配置される好ましくはステンレス鋼製の複数のワイヤーケーブル１４ａ−ｈを更に備える。桁９及び支持要素には、ワイヤーケーブルの取り付けを容易にする複数のケーブル取り付け部が設けられている。ケーブル取り付け部は例えばループ又はリングである。ケーブルワイヤーの端にも対応する取り付け部、例えばフックが設けられている。ワイヤーケーブルを有する構成は、最適な材料の使用を達成し、したがって風力発電プラント２の重量を低減する。

図１〜図３に示されている実施形態では、８本のワイヤーケーブルが桁と骨組みとの間に配置されている。ワイヤーケーブルのうちの４本１４ａ−ｄは、骨組みと、桁９の端との間に配置されており、ワイヤーケーブルのうちの４本１４ｅ−ｈは、骨組みと桁９の反対端との間に配置されている。この実施形態では、ケーブルワイヤー１４ａ及び１４ｃは桁９の第１の端と支持要素３ａとの間に接続されており、ケーブルワイヤー１４ｂ及び１４ｄは桁９の第１の端と支持要素３ｂとの間に接続されている。ケーブルワイヤー１４ｅ及び１４ｇは、桁９の第２の端と支持要素３ａとの間に接続されており、ケーブルワイヤー１４ｆ及び１４ｈは桁９の第２の端と支持要素３ｂとの間に接続されている。図１から分かるように、支持桁９には骨組みがなく、すなわち、骨組みと接触しておらず、ワイヤーケーブル１４ａ−ｈを通じてのみ骨組みに接続されている。支持桁９は、ワイヤーケーブル１４ａ−ｈを通じて以外は骨組みへの接続部を有しないため、ケーブルワイヤーの端に移動が導入されず、これによって桁及び骨組みにおける応力が低減される。

図２は、係留要素３０に接続されている浮体式ユニット１を示している。浮体式ユニット１及び係留要素３０は係留構成４０を更に構成する。

浮体式ユニット１は輸送位置にあり、この位置では、浮体式ユニット１を係留要素３０から分離した後で、浮体式ユニット１をその係留位置から離すように曳航することが可能である。浮体式ユニット１は、浮体式ユニット１の第１の部分２２ａに第１の浮き部材２０ａを、浮体式ユニット１の第２の部分２２ｂに第２の浮き部材２０ｂを含む。第１の浮き部材２２ａ及び第２の浮き部材２２ｂによって、浮体式ユニット１は、係留位置まで及び係留位置から輸送されるときに水面に浮く。

図３では、浮体式ユニット１は係留要素３０に係留されている。図２及び図３では、浮体式の部材が係留要素３０の変位部材５０に接続されており、変位部材５０は図２では第１の位置にあり、図３では第２の位置にある。図２及び図３については、図４及び浮体式ユニット１を係留する方法に関連して更に詳細に説明する。

図４は、本発明の一実施形態による係留要素３０の断面の側面図である。係留要素３０は、底質４４にしっかりと取り付けられるようになっている細長い基礎４２を含み、それによって、基礎４２の長手方向軸Ｌ１が底質４４から水面に対して実質的に垂直に延びる向きとなる。

基礎４２は、円筒状に構成されている外側包絡面を含む。基礎４２は例えば均質なロッド又はパイプである。基礎４２は、特にせん断応力に対して高い強度を有する材料から作製される。基礎４２の材料は例えば鉄筋コンクリート、鋼、ステンレス鋼である。基礎４２は例えば中空のチューブである。

基礎４２の第１の端４６は、底質４４内に配置され、底質４４とともに、基礎４２を適所にしっかりと保持する取り付け部を形成するようになっている。基礎４２の第１の端４６は、基礎４２の残りの部分に比してより厚い部分を有して構成されている。基礎４２の第２の端４８は、水面付近にあるようになっている。図４では、基礎４２の第２の端４８は水面の上に位置付けられている。

係留要素３０は、第１の位置と第２の位置との間で第１の長手方向軸Ｌ１に沿って変位可能である変位部材５０を含む。変位部材５０の第１の位置は、底質４４から、第２の位置よりも更に離れて位置付けられている。図４では、第１の位置は、変位部材５０を実線により示すことによって示されており、第２の位置は点線により示されている。変位部材５０の第２の位置は止め部材５１によって画定されている。

変位部材５０は内側包絡面を含むリングを形成する本体を含む。変位部材５０の本体は、基礎４２の外側包絡面及び変位部材５０の内側包絡面が互いに接触することによって変位部材５０が第１の位置と第２の位置との間で誘導されるように配置されている。

係留要素３０は、変位部材５０と浮体式ユニット１の第１の部分２２ａとの間の剛性の接続部を形成するようになっている接続部材５２を更に含む。例えば、接続部材５２は、浮体式ユニット１の桁９が変位部材５０に接続されることを可能にする。

接続部材５２は、浮体式ユニット１の第１の部分２２ａと変位部材５０との間に解放可能な接続部を提供する。本発明の一実施形態によると、接続部材５２は、接続部材５２のそれぞれの開口及び浮体式ユニット１の第１の部分２２ａに係合することで解放可能な接続を可能にするようになっている係止ピンを含む。

係留要素３０は、第２の位置への変位部材５０の締結部を形成するようになっている係止部材５４を更に含む。係止部材５４は、変位部材５０が第２の位置に維持されることを係止部材５４が確実にする係合状態、及び、変位部材５０が第１の位置と第２の位置との間で変位することを係止部材５４が可能にする離脱状態を含む。

図４では、係止部材５４は、変位部材５０が第２の位置にある係合状態、及び変位部材５０が第１の位置にある離脱状態で示されている。

係止部材５４によって、浮体式ユニット１の係留中に変位部材５０が第２の位置に維持されることが確実となる。係止部材５４は、第２の位置への変位部材５０の解放可能な締結部を提供する。したがって、係止部材５４は、変位部材５０を第２の位置に締結すること、及び第２の位置から締結を解除することを可能にする。

係止部材５４は例えば、係合状態では基礎４２の包絡面に係合し、それによって、変位部材５０が第２の位置から離れるように変位することを防止し、離脱状態では包絡面と接触せず、それによって、変位部材５０が第１の位置と第２の位置との間で変位することを可能にする係止リングである。

係留要素３０は、変位部材５０が第１の回転軸Ｒ１によって基礎４２の外側包絡面の周りで回動することを可能にする第１の回動部６０を含む。第１の回転軸Ｒ１はしたがって基礎４２の長手方向軸Ｌ１と平行である。

変位部材５０のリングを形成する本体によって、基礎４２の外側包絡面は、変位部材５０が第１の回転軸Ｒ１によって回動することを可能にするように変位部材５０の内側包絡面に当接する。第１の回動部６０は、浮体式ユニット１が、係留要素３０と浮体式ユニット１との間でいずれのワイヤーとも絡まるリスクなく係留要素３０の周りに回動可能に配置されることを確実にする。

係留要素３０は、接続部材５２が、長手方向軸Ｌ１に垂直に配置されている第２の回転軸Ｒ２によって変位部材５０に対して回動することを可能にする第２の回動部６２を更に含む。第２の回動部６２は、浮体式ユニット１が変位部材５０の周りに回動可能に配置され、それによって、浮体式ユニット１が波及び風の影響を受けると浮体式ユニット１が自由に移動することを可能にすることを確実にする。

係留要素３０は、接続部材５２が、第１の回転軸Ｒ１及び第２の回転軸Ｒ２に垂直に配置されている第３の回転軸Ｒ３によって変位部材５０に対して回動することを可能にする第３の回動部６４を更に含む。

本発明はまた、浮体式ユニット１を係留要素３０に係留するとともに浮体式ユニット１を係留要素３０から解放する方法に関する。本方法のステップは、浮体式ユニット１を係留要素３０に係留するフローチャートを開示する図５ａ、及び、浮体式ユニット１を係留要素３０から解放するフローチャートを開示する図５ｂを参照して説明する。

浮体式ユニット１を係留要素３０に係留する方法は、ステップ１００において、浮体式ユニット１の第１の部分２２ａを変位部材５０に接続することを含む。この接続は、変位部材５０が第１の位置にあり、浮体式ユニット１が浮体式ユニット１の骨組み、第１の浮き部材２０ａ及び第２の浮き部材２０ｂによって水面上で浮いているときに接続部材５２によって確立される。それによって、浮体式ユニット１の第１の部分２２ａは変位部材５０にしっかりと取り付けられる。ステップ１００の状況は図２によって示されている。

ステップ１１０では、本方法は、変位部材５０を第１の位置から第２の位置に変位させることを含む。変位部材５０は、基礎４２の長手方向軸Ｌ１に沿って、第２の位置を画定する止め部材５１まで変位する。

本発明の一実施形態では、変位部材５０は、浮体式ユニット１の第２の部分２２ｂが浮体式ユニット１の骨組みの上に浮いている間に、第１の浮き部材２０ａの浮力を第１の状態から第２の状態に変化させることによって第１の位置から第２の位置に変位する。第１の浮き部材２０ａの浮力は、水を第１の浮き部材２０ａに導入することによって変化する。それによって、浮体式ユニット１の第１の部分２２ａは、浮体式ユニット１の第２の部分２２ｂが水面に浮いたままである間に、変位部材５０とともに変位部材５０の第２の位置まで沈む。

図３に示されている実施形態によると、第２の浮き部材２０ｂは、浮体式ユニット１の第１の部分２２ａが変位部材５０の第２の位置にあるときには水面の上に位置決めされている。第２の浮き部材２０ｂを第３の状態から第４の状態に変化させることによって、浮体式ユニット１の安定性が改善される。第４の状態では、第２の浮き部材２０ｂは、第３の状態におけるよりも大きい質量を有する。それによって、浮体ユニット１の固有振動数が低減される。

ステップ１２０では、本方法は、変位部材５０を第２の位置に締結することを含む。この締結は、離脱状態から係合状態に変化する係止部材５４によって確立される。それによって、変位部材５０は、第１の部分２２ａが第２の位置において変位部材５０に保持されている間は第２の位置に係止される。ステップ１２０の状況は図３によって示されており、浮体式ユニット１の係留状態を示す。

係留点が底質４４に近いことに起因して、係留要素３０に対する曲げ応力が大幅に低減され、したがって、支柱のみを主に小さい曲げ移動によるせん断力に関して寸法決めする必要がある。

骨組み及び桁９は、プラントが係留されると、支持要素３ａ−ｂが実質的に鉛直であり、タービンの平面が鉛直面と平行であるように設計されている。

ステップ１３０では、本方法は、浮体式ユニット１を係留要素３０に係留するときに第２の浮き部材２０ｂを第３の状態から第４の状態に変化させることを含む。第３の状態から第４の状態への変化は、第２の浮き部材２０ｂのスペース内に水を導入することによって実現される。この変化の結果、第２の浮き部材２０ｂの質量が増大するため、浮体式ユニット１の固有振動数が低減する。

浮体式ユニット１を係留要素３０から解放する方法は、ステップ２００において、変位部材５０を第２の位置から締結を解除することを含む。変位部材５０の締結を解除することは、係止部材５４を係合状態から離脱状態に変化させることによって実現される。それによって、変位部材５０は、基礎４２の長手方向軸Ｌ１に沿って第１の位置と第２の位置との間で自由に変位する。この状況は図３によって示されている。

ステップ２１０において、本方法は、変位部材５０を第２の位置から第１の位置に変位させることを含む。変位部材５０は、基礎４２の長手方向軸Ｌ１に沿って、水面に又は水面付近に位置付けられている第１の位置まで変位する。

本発明の一実施形態では、変位部材５０は、第２の浮き部材２０ｂの浮力が維持されている間に、第１の浮き部材２０ａの浮力を第２の状態から第１の状態に変化させることによって第２の位置から第１の位置に変位される。好ましくは、第１の浮き部材２０ａの浮力は、第１の浮き部材２０ａから水を除去することによって変化する。それによって、浮体式ユニット１の第１の部分２２ａは、浮体式ユニット１の第２の部分２２ｂが水面に浮いたままである間に、水面に向かって変位部材５０とともに変位部材５０の第１の位置まで上昇する。

ステップ２２０において、本方法は、変位部材５０が第１の位置にあるときに浮体式ユニット１を変位部材５０から分離することを含む。浮体式ユニット１の第１の部分２２ａと変位部材５０との間の接続は接続部材５２によって解放される。それによって、浮体式ユニット１は輸送位置になり、この位置では、浮体式ユニット１をメンテナンス等のためにその係留位置から離すように曳航することが可能である。ステップ２２０の状況は図２によって示されている。

ステップ２３０では、本方法は、浮体式ユニット１を係留要素３０から解放するときに第２の浮き部材２０ｂを第４の状態から第３の状態に変化させることを含む。第４の状態から第３の状態への変化は、第２の浮き部材２０ｂのスペースから水を除去することによって実現される。この変化の結果として、第２の浮き部材２０ｂの質量が低減し、第２の浮き部材２０ｂは再び浮力を提供する。

電力ケーブル１６が底質４４に位置決めされており、係留要素３０を通って延びる。電力ケーブル１６は、支柱に接続された後で水面上において風力発電プラントに接続される。これに関連する利点は、電力ケーブル１６が骨組みの移動に起因して水中で移動しないことである。

本発明の一実施形態では、浮体式ユニット１は大きく、例えば桁９の長さは約１５０ｍである。係留要素３０に向かう方向に延びる桁９の部分は、例えば約１００ｍであり、反対方向に延びる桁の部分は例えば約５０ｍである。

本発明による風力発電プラント２を含む浮体式ユニット１に関連する利点は、浮体式ユニット１を浅瀬において係留することが可能であることである。従来技術の発電プラントと比較した別の利点は、風力タービンが、風力タービンのローターの中心に対して１つの支持要素しか有しないことである。この構成は、骨組みの動的な寸法決めに関連する外乱及び問題を低減する。

本発明は開示された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の範囲内で変形及び変更することができる。

Claims (23)

1. 水中において浮体式ユニット（１）を係留する係留構成（４０）であって、前記浮体式ユニット（１）、及び、細長い基礎（４２）の長手方向軸（Ｌ１）が底質（４４）から水面に向かう向きであるように前記底質（４４）にしっかりと取り付けられる前記基礎（４２）を含む係留要素（３０）を含み、
   前記係留要素（３０）は、前記基礎（４２）に回転配置されている変位部材（５０）、及び、該変位部材（５０）と前記浮体式ユニット（１）の第１の部分（２２ａ）との間に接続部を形成するようになっている接続部材（５２）を更に含むことを特徴とする、係留構成。
2. 係留構成（４０）であって、前記変位部材（５０）は、第１の位置と第２の位置との間で前記長手方向軸（Ｌ１）に沿って変位可能に配置されており、前記第１の位置は、前記底質（４４）から、前記第２の位置よりも更に離れて位置付けられ、前記接続部材（５２）は、前記変位部材（５０）が前記第１の位置にあるときに前記変位部材（５０）と前記浮体式ユニット（１）の第１の部分（２２ａ）との間に剛性の接続部を形成するようになっており、前記変位部材（５０）は、前記浮体式ユニット（１）の前記第１の部分（２２ａ）に接続されている間に、前記第１の位置から前記第２の位置に移動されるようになっている、請求項１に記載の係留構成。
3. 係留構成（４０）であって、前記係留要素（３０）は、前記浮体式ユニット（１）の前記第１の部分（２２ａ）が前記変位部材（５０）に接続されている間に、前記第２の位置への前記変位部材（５０）の締結部を形成するようになっている係止部材（５４）を更に含む、請求項３に記載の係留構成。
4. 係留構成（４０）であって、前記接続部材（５２）は、前記変位部材（５０）が前記第１の位置にあるときに前記変位部材（５０）と前記浮体式ユニット（１）の前記第１の部分（２２ａ）との間に解放可能な接続部を提供する、請求項２又は３に記載の係留構成。
5. 係留構成（４０）であって、前記基礎（４２）は外側包絡面を含み、前記変位部材（５０）は、前記外側包絡面の周りに配置されている本体を含み、該本体は、前記外側包絡面に向かって方向付けられる内側包絡面を含み、前記外側包絡面は、前記内側包絡面と接触することによって前記第１の位置と前記第２の位置との間での前記変位部材（５０）の変位を誘導するようになっている、請求項２〜４のいずれか一項に記載の係留構成。
6. 係留構成（４０）であって、前記係留要素（３０）は、前記変位部材（５０）を前記基礎（４２）に対して回転配置する第１の回動部（６０）を含み、該第１の回動部（６０）は、前記基礎（４２）の前記長手方向軸（Ｌ１）と平行に配置されている第１の回転軸（Ｒ１）を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の係留構成。
7. 係留構成（４０）であって、前記変位部材（５０）及び前記接続部材（５２）のうちの少なくとも一方は、前記浮体式ユニット（１）が前記変位部材（５０）に対して回動することを可能にする第２の回動部（６２）を含み、該第２の回動部（６２）は、前記基礎（４２）の前記長手方向軸（Ｌ１）に対して垂直に配置されている第２の回転軸（Ｒ２）を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の係留構成。
8. 係留構成（４０）であって、前記変位部材（５０）及び前記接続部材（５２）のうちの少なくとも一方は、前記浮体式ユニット（１）が前記変位部材（５０）に対して回動することを可能にする第３の回動部（６４）を含み、該第３の回動部（６４）は、前記第１の回転軸（Ｒ１）及び前記第２の回転軸（Ｒ２）に対して垂直に配置されている第３の回転軸（Ｒ３）を含む、請求項７又は８に記載の係留構成。
9. 係留構成（４０）であって、前記基礎（４２）は、該基礎（４２）が前記底質（４４）に取り付けられると該底質（４４）から少なくとも前記水面まで延びることを可能にする長さを有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の係留構成。
10. 係留構成（４０）であって、前記浮体式ユニット（１）は、該浮体式ユニット（１）の第１の部分（２２ａ）に第１の浮き部材（２０ａ）を含み、該第１の浮き部材（２０ａ）は、前記浮体式ユニット（１）の前記第１の部分（２２ａ）が浮くことを可能にする第１の浮力を該浮き部材が提供する第１の状態、及び、前記浮体式ユニット（１）の前記第１の部分（２２ａ）が前記底質（４４）に向かって沈む第２の浮力を該浮き部材が提供する第２の状態を有し、
    前記変位部材（５０）は、前記浮体式ユニット（１）の第２の部分（２２ｂ）が浮いている間に、前記第１の浮き部材（２０ａ）を前記第１の状態から前記第２の状態に変化させることによって前記第１の位置から前記第２の位置に、及び、前記第１の浮き部材（２０ａ）を前記第２の状態から前記第１の状態に変化させることによって前記第２の位置から前記第１の位置に変位するようになっている、請求項２〜９のいずれか一項に記載の係留構成。
11. 係留構成（４０）であって、前記第１の浮き部材（２０ａ）はスペースを形成する壁セクションを含み、前記第１の浮き部材（２０ａ）は、前記スペースへの水の導入及び前記スペースからの水の除去によって前記第１の状態と前記第２の状態との間で変化するようになっている、請求項１０に記載の係留構成。
12. 係留構成（４０）であって、前記第１の浮力は、前記変位部材（５０）が前記第１の位置にあるときに前記変位部材（５０）への接続を可能にするように前記浮体式ユニット（１）の前記第１の部分（２２ａ）が浮くことを可能にし、前記第２の浮力は、前記浮体式ユニット（１）の前記第１の部分（２２ａ）が前記変位部材（５０）とともに該変位部材（５０）の前記第２の位置まで沈むことを可能にする、請求項１０又は１１に記載の係留構成。
13. 係留構成（４０）であって、前記浮体式ユニット（１）は、浮力を提供する骨組み、及び該浮体式ユニットの第２の部分（２２ｂ）に第２の浮き部材（２０ｂ）を含み、該第２の浮き部材（２０ｂ）は、該第２の浮き部材（２０ｂ）が第１の質量を有する第３の状態、及び、該第２の浮き部材（２０ｂ）が第２の質量を有する第４の状態を含み、該第２の質量は前記第１の質量よりも大きく、前記第２の浮き部材（２０ｂ）は前記第３の状態と前記第４の状態との間で調整可能である、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の係留構成。
14. 係留構成（４０）であって、前記基礎（４２）は、前記長手方向軸（Ｌ１）に沿って延びる中空のスペースを含み、前記係留構成（４０）は、前記底質（４４）から前記中空のスペースを通って前記水面上まで延びる電力ケーブル（１６）を含む、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の係留構成。
15. 細長い基礎（４２）の長手方向軸（Ｌ１）が底質（４４）から水面に向かう向きであるように前記底質（４４）にしっかりと取り付けられる前記基礎（４２）を含む係留要素（３０）、及び、第１の位置と第２の位置との間で前記長手方向軸（Ｌ１）に沿って変位可能な変位部材（５０）であって、前記第１の位置は、前記底質（４４）から、前記第２の位置よりも更に離れて位置付けられる、変位部材（５０）によって、水中において浮体式ユニット（１）を係留する方法であって：
    −前記浮体式ユニット（１）の第１の部分（２２ａ）を前記変位部材（５０）に接続するステップ、
    −前記変位部材（５０）を前記浮体式ユニット（１）の前記第１の部分（２２ａ）とともに前記第１の位置から前記第２の位置に変位させるステップ
    を含む、方法。
16. 前記浮体式ユニット（１）は、該浮体式ユニット（１）の前記第１の部分（２２ａ）に第１の浮き部材（２０ａ）を含み、該第１の浮き部材（２０ａ）は、第１の浮力を有する第１の状態及び第２の浮力を有する第２の状態を有し、前記第２の浮力は前記第１の浮力よりも小さく、前記方法は、
    −前記第１の浮き部材（２０ａ）を前記第１の状態から前記第２の状態に変化させることによって前記変位可能な部材を前記第１の位置から前記第２の位置に変位させること
    を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１の浮き部材（２０ａ）は、該第１の浮き部材（２０ａ）に水を少なくとも部分的に導入することによって前記第１の状態から前記第２の状態に変化する、請求項１５又は１６に記載の方法。
18. 前記方法は：
    −前記変位部材（５０）を前記第２の位置に締結すること
    を更に含む、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 細長い基礎（４２）の長手方向軸（Ｌ１）が底質（４４）から水面に向かう向きであるように前記底質（４４）にしっかりと取り付けられる前記基礎（４２）を含む係留要素（３０）、及び、第１の位置と第２の位置との間で前記長手方向軸（Ｌ１）に沿って変位可能な変位部材（５０）であって、前記第１の位置は、前記底質（４４）から、前記第２の位置よりも更に離れて位置付けられる、変位部材（５０）によって、水中において浮体式ユニット（１）の係留を解除する方法であって：
    −前記変位部材（５０）を、該変位部材（５０）に接続されている前記浮体式ユニット（１）の第１の部分（２２ａ）とともに前記第２の位置から前記第１の位置に変位させるステップ、及び
    −前記浮体式ユニット（１）の前記第１の部分（２２ａ）を前記変位部材（５０）から分離するステップ
    を含む、方法。
20. 前記方法は、
    −前記変位可能な部材を、前記第１の浮き部材（２０ａ）を前記第２の状態から前記第１の状態に変化させることによって前記第２の位置から前記第１の位置に変位させること
    を含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記第１の浮き部材（２０ａ）は、該第１の浮き部材（２０ａ）から水を少なくとも部分的に除去することによって前記第２の状態から前記第１の状態に変化する、請求項１９又は２０に記載の方法。
22. 前記方法は、
    −前記変位部材（５０）を前記第２の位置から締結を解除すること
    を含む、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 水中において浮体式ユニット（１）を係留するための、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の係留構成（４０）の使用。