JP2015218723A - 移動式洋上風力タービン - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率を向上させるために、風向が変化した時に動かすことができる移動式洋上風力タービンを提供する。
【解決手段】移動式洋上風力タービンは３００は、カラム３１０、ベース３２２、３２４および複数のブレード面が帆の形状に似ているタービンブレード３３０を備えており、風向がタービンブレードのブレード面に対して十分に平行である時、洋上風力タービンを風向に沿って移動するように構成されており、風向がタービンブレードのブレード面に対して実質的に平行でない場合には、タービンブレードは風により駆動され、電気を生成するためにカラムを駆動する。別の実施形態では、風向を検出し、移動式風力タービンの移動方向を制御するコントローラをさらに備えていてもよい。
【選択図】図３

Description

本発明は、洋上風力タービンに関するものであり、より具体的には、発電効率を向上させるため、風向が変化した時、動かすことができる移動式洋上風力タービンに関するものである。

洋上風力発電というのは、水域内での風力発電所の建設を意味し、風から電気を生成するものである。陸上において風力発電所に適した場所を見つけることがますます困難になってきている。主に、風力タービンにより発生する騒音と、風力タービンの設置による景観破壊という問題点のため、多くの場合、風力タービンの設置には、反対意見が多い。さらに、風力タービンを効率的に動作させるには、風が強く、樹木や建物などのないひらけた土地が必要とされるが、大抵の場合、入手するのは容易ではない。

最近、海岸近く（沿岸近く）の海や洋上に風力タービンや風の公園が設置されることが一般的になっている。洋上風力タービン用に、より広い領域が利用できるようになり、風は、陸上に比べて海上の方が、より一定であり、より速いことが多く、概してウィンドシア（急激な風速・風向の変動）は低減される。また、騒音問題が減少し、風力タービンを高速で回転することも可能である。

さらに、洋上風力発電は、エネルギー輸入を減らし、大気汚染や温室効果ガスの削減、再生可能な電力基準を満たし、さらに、雇用及びローカルビジネス機会を増やすのに有効である。また、風は、海岸から離れるとはるかに強くなり、陸上の風とは異なり洋上の風は人々が最も電気を使用している時に合致して、午後に強いことが多い。洋上タービンはまた、電力消費が激しい海岸沿いの人口集中地点の近くに配置することができ、これによって、新しい陸上送電線の必要がなくなる。

しかしながら、洋上風力発電は、そのスケールのため、最も高価なエネルギー生成技術と考えられている。例えば、非浮体式洋上風力タービンにおいて、洋上での修理やメンテナンスの費用は、旅費、距離、ダウンタイム、風力発電所の閉鎖と廃止後の基盤などの除去のために、より高くなる。また、非浮体式洋上風力タービンは、悪天候に脆弱であり、その設置場所に近づきにくいという弱点がある。さらに、基盤が固定されている洋上風力発電所は、水深が最大で約30メートルの水域での商業的な利用のみ可能であり、これは、地球規模で利用可能な洋上風力エネルギーのごく一部だけが利用可能である。

最近では、浮体式風力タービンが開発され、海岸からさらに離れた遠海で使用されている。米国特許Roddierらの米国特許第8471396(以下”396特許”）は、以下の点を開示している。浮体式風力タービンのプラットホームは少なくとも三つのカラムとアクティブのバラストシステムを備えている。バラストシステムは、図1に示すように、水バラストをカラム間で移動させて、タワーの垂直性を維持する。さらに、'396特許は、非対称係留システムとアクティブなバラストシステムのような、1つ以上の特徴をさらに開示している。それにより、他のプラットフォームの設計に比べて、環境負荷に耐えるだけでなく、比較的軽量であり、且つ、エネルギー生産の点において優れた経済性をもたらす構造を作り出すことが容易になる。しかし、'396特許に開示されているような浮体式風力タービンでさえ、移動度が非常に限られている。また、浮体式風力タービンを構築するための製造コストは依然として非常に高い。さらに、浮体式風力タービンは、悪天候に対していまだ脆弱であろう。

図2に示すように、Moiretの米国特許第2013/0266453は、プラットフォームと複数の脚部を備える洋上風力タービンの基盤を開示している。そのプラットフォームは、中央に風力タービンタワーの支持部と、その周辺に複数の脚部ガイドを備え、複数の脚部は、輸送用の上昇位置と、海底での静止用の下降位置との間を移動可能である。'396特許により開示された浮体式風力タービンと同様に、Moiretが開示する風力タービンも移動度が制限されており、それは、悪天候条件に対する脆弱性につながる可能性がある。したがって、上述の問題を克服するため、風力タービンを新しく改良する必要がある。

本発明の目的は、発電効率を向上させるために、風向が変化した時、動かすことができる移動式洋上風力タービンを提供することである。

本発明の別の目的は、製造コストを低減するために、移動式洋上風力タービンを提供することである。

本発明のさらなる目的は、悪天候による損傷を避けるための安全な場所に移動させることができる移動式洋上風力タービンを提供することである。

一実施形態では、移動式洋上風力タービンは、カラム、ベースと複数のタービンブレードを備えてもよい。一実施形態では、カラムは、ベースの中央部分に配置され、さらに、タービンブレードと接続するように、複数の連結ロッドがカラムから放射状に延びている。ベースは、ベースの安定性向上の為、中央部分の両側に配置された側面部を備えてもよい。タービンブレードは、帆の形状に似ているブレード面を有し、タービンブレードが回転自在となるように、対応する接続ロッド上に配置され、カラムと垂直に並んでいる。

別の実施形態では、風向がタービンブレードのブレード面に対して実質的に平行であるとき、事実上、風により、移動式風力タービンが風向に沿って移動するように駆動される。コントローラは、風向を検出し、移動式風力タービンの移動方向を制御するために、タービンブレード上に配置されてもよい点に留意されたい。

さらに別の実施形態では、風向がタービンブレードのブレード面に対して実質的に十分に平行でない時、各タービンブレードは風により駆動され、電気を生成するためにカラムをさらに駆動する。より具体的には、各タービンブレード上のコントローラは、風向に応じてブレード面の向きが変えられるように構成されている。それにより、タービンブレードが連続的に回転して、カラムが駆動する。例示的な実施形態では、各タービンブレード上のコントローラは、電力生産を最大にするためにコントロールセンターによって全て制御されることも可能である。

従来の浮体式風力タービンと比較すると、本発明は次のような利点がある。
（１)風向がタービンブレードのブレード面に対して実質的に平行であるとき、洋上風力タービンは移動式となる。事実上、風により、風力タービンが風向に沿って移動するように駆動される。
（２）コントローラは、ブレード面の向きを制御できるように各タービンブレード上に配置され、電力生産が最大となるように、タービンブレードが連続的にカラムを駆動し、回転させることができる。
（３）気象条件の変化がある時、コントローラは、悪天候による損傷を避けるため安全な場所に風力タービンを移動させることができる。

図１は、開示されている浮体式風力タービンのプラットホームの従来技術であり、少なくとも3つのカラムと、タワーの垂直性を保つ為に、カラム間で水バラストを移動させることができるアクティブなバラストシステムを備えている。

図２は、洋上風力タービンの基盤を開示する他の従来技術である。

図３は、本発明における移動式洋上風力タービンの概略上面図を示す。

図４は、風力タービンが風向に沿って移動している時の本発明における移動式洋上風力タービンの概略図を示している。 図５は、風力タービンが風向に沿って移動している時の本発明における移動式洋上風力タービンの概略図を示している。

図６は、タービンブレードが電気を生成するために回転している時の本発明における移動式洋上風力タービンの概略図を示している。 図7は、タービンブレードが電気を生成するために回転している時の本発明における移動式洋上風力タービンの概略図を示している。 図8は、タービンブレードが電気を生成するために回転している時の本発明における移動式洋上風力タービンの概略図を示している。

以下の詳細な説明は、本発明の態様に従って提供される本装置の例を説明するものとして意図されており、本発明を作成でき、または利用できる唯一の形態を表すことを意図するものではない。むしろ、同一または同等の機能および構成要素は、本発明の精神および範囲内に含まれることを意図している種々の実施形態によって達成され得ることを理解されるべきである。

別段の定義がない限り、本明細書で用いるすべての技術用語および科学用語は、一般的に、本発明が属する技術分野の当業者に理解されるのと同じ意味を有する。記載のものと類似または同等の任意の方法、装置、及び、材料を本発明の実施または試験に用いることができるが、例示的な方法、装置および材料をここに記載する。

言及されているすべての刊行物は、例えば、本明細書に記載の発明に関連して使用され得る、刊行物に記載されている設計および方法論を記述および開示する目的で参照により組み込まれる。上記、下記、さらに本文を通して挙げられ、又は述べられている刊行物は、本願の出願日前に開示されているものについてのみ提供されている。本明細書にある先行発明の開示により、本発明者らに権利を与えられないということを認めたものとして解釈されるべきものではない。

上述したように、浮体式風力タービンは開発され、海岸から離れた遠海で使用されてきた。しかし、浮体式風力タービンの移動度は非常に限られており、その製造コストが依然として高い。また、制限された移動度のために、浮体式風力タービンは悪天候に対して脆弱である。本発明の目標、特徴、効果をさらに理解するために、図面に沿って多数の実施形態を以下のように示す。

図3に示すように、移動式洋上風力タービン300は、カラム310、ベース320および複数のタービンブレード330を備えてもよい。一実施形態では、カラム310は、ベース320の中央部分322に配置され、さらに、タービンブレード330と接続するように複数の連結ロッド312がカラム310から放射状に延びている。ベース320は、また、ベース320の安定性向上の為、中央部分322の両側に配置された側面部324を備えてもよい。タービンブレード330は、帆の形状に似ているブレード面332を備え、さらに、タービンブレード330が回転自在となるように、対応する接続ロッド312上に配置され、カラム310と垂直に並んでいる。

図４と５を参照し、別の実施形態おいては、風向がタービンブレード330のブレード面332に対して実質的に平行であるとき、実際、風により、風力タービンが風向に沿って(移動するように)駆動される。コントローラ334は、風向を検出し、移動式風力タービン300の移動方向をさらに制御するために、タービンブレード330上に配置されてもよい点に留意されたい。さらに別の実施形態において、コントローラは、制御センタ(図示せず）に検出結果を送信することができ、制御センタは、移動式風力タービンのための最適化されたルートを生成するために、検出結果及び気象条件を組み込むことができる。

図６から図８を参照し、さらに別の実施形態において、風向がタービンブレード330のブレード面332に対して実質的に平行でない時、各タービンブレード330は風により駆動され、電気を生成するためにカラム310をさらに駆動する。より具体的には、各タービンブレード330上のコントローラ334は、風向に応じてブレード面332の向きが変えられるように構成されている。それにより、タービンブレード330は連続的に回転して、カラム3010は駆動される。例示的な実施形態では、各タービンブレード330上のコントローラ334は、電力生産を最大にするためにコントロールセンターによって全て制御されることも可能である。

気象条件の変化がある時、コントローラ334は、風向を検出することができ、図８から図３にあるブレード面332を変えてもよい。それによって、風力タービン300は、悪天候により損傷を避けるため、風向に沿って、安全な場所に移動できる。同様に、各タービンブレード上のコントローラ334は、一括してコントロールセンターによって制御されることもでき、それにより、移動式風力タービンの動きを適切に管理できる。

上述の実施形態によれば、本発明は次のような利点がある。
（１）風向がタービンブレード330のブレード面332に対して十分に平行であるとき、洋上風力タービン300は移動式となる。実際、風により、風力タービン300が風向に沿って(移動するように)駆動される。
（２）コントローラ334は、ブレード面332の向きを制御できるように各タービンブレード330上に配置され、電力生産を最大となるように、タービンブレード330は連続的にカラム310を駆動し、回転させることができる。
（３）気象条件の変化がある時、コントローラ334は、悪天候による損傷を避けるために安全な場所に風力タービン300を移動させることができる。

上記の説明および例示によって本発明を説明したが、これらは本発明の例示であり、限定するものと考えるべきではないことが理解されるべきである。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されると考えらるべきではなく、任意の等価物を含むと考えれるべきである。

Claims (8)

1. 移動式洋上風力タービンであって、
   中央部分と中央部分の両側に配置された両側部分を有するベースと、
   ベースの中央部分に配置されたカラムと、及び、
   ブレード面を有する複数のタービンブレードを備え、
   タービンブレードと接続するように複数の接続ロッドがカラムから放射状に延び、タービンブレードが回転自在となるように、対応する接続ロッド上に配置され、カラムに垂直に並んでいる
   ことを特徴とする移動式洋上風力タービン。
2. 前記移動式洋上風力タービンは、前記タービンブレード上に配置され、風向を検出し、移動式風力タービンの移動方向をさらに制御するコントローラをさらに備えること
   を特徴とする、請求項1に記載の移動式洋上風力タービン。
3. 風向が前記タービンブレードの前記ブレード面に対して十分に平行である時、前記洋上風力タービンを風向に沿って移動するように構成されていることを特徴とする、請求項2に記載の移動式洋上風力タービン。
4. 前記コントローラは前記移動式風力タービンのための最適化されたルートを生成する検出結果及び気象条件を組み込むために、制御センタに検出結果を送信するように構成されていることを特徴とする、請求項2に記載の移動式洋上風力タービン。
5. 前記コントローラは前記移動式風力タービンのための最適化されたルートを生成する検出結果及び気象条件を組み込むために、制御センタに検出結果を送信するように構成されていることを特徴とする、請求項3に記載の移動式洋上風力タービン。
6. 風向は、前記タービンブレードの前記ブレード面に対して実質的に平行でない場合には、各タービンブレードは、風により駆動され、電気を生成するためにカラムをさらに駆動することを特徴とする、請求項2に記載の移動式洋上風力タービン。
7. 前記各タービンブレード上の前記コントローラは、風向に応じて前記ブレード面の向きを変えることができるように構成され、それにより、前記タービンブレードを連続的に回転して前記カラムを駆動できることを特徴とする、請求項6記載の移動式洋上風力タービン。
8. 前記各タービンブレード上の前記コントローラは、電力生産を最大化するために、一括して制御されるように構成されていることを特徴とする、請求項7に記載の移動式洋上風力タービン。