JP2018501428A - 水中で使用可能な電気系統の変位システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 潮力式のタービンシステム（１２）などの水中で使用可能な電気系統の変位システム（１０）。変位システム（１０）は、タービン（１２）又は関係する電気部品のための基礎（１４）と、浮力体（２０）及び浮力体に対して上昇位置と下降位置との間でそれぞれ変位可能な少なくとも３つの剛体の脚部を有するベッセル（１８）とを備えており、基礎は、基礎（１４）が脚部（２２）を用いて海底に配備され又は海底から回収されることを可能にするために、３つの脚部（２２）に固定されると共にこれらによって変位可能であるように適応され、脚部は、ベッセル（１８）の浮力体を上昇させて水域から出し、配備現場の上方に安定的な作業プラットホームを提供するためにも利用可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、水域内において水力発電タービン等の水中で使用可能な電気系統を変位するシステム及び方法に関し、このシステム及び方法は、そのような電気系統が海底又は他の水中支持体に配備されること及び海底から回収されることと、安定的なプラットホームを提供してそこからそのようなタービンシステムの試運転、保守、及び撤去との関連で様々な動作が実行され得るようにすることと、を可能にする。

再生可能エネルギーの一形態として、潮力発電は極めて魅力的な提案であり、一定で予測可能であり、且つ、豊富なエネルギーの供給を提供する可能性を有している。

しかしながら、潮力発電の可能性を実現するためには、克服すべき重大な困難及び障害がある。圧倒的な困難は、エネルギー発生の可能性を生じさせる条件そのものである強い潮流の速さに起因し、これはタービン及び基礎又は関係する水中で使用可能な電気設備の初期配備と試験、保守、回復、修理等との両方において、現場での大規模海上設置の作業も極めて挑戦的なものにする。潮流の方向の絶え間ない変化は、変化の合間の潮流の速さと共に、タービン及び／又は基礎を海底に下降させようとするとき、及びその後の電気接続を確立するときに、重大な問題を呈する。
一般的に必要であるように複数のベッセル（vessel）を用いる場合には、工程はさらに複雑である。なぜなら、上述の条件下でベッセルの間の固定的な距離及び配向を維持することは、絶えず修正を必要とするし、それでもなお非常に困難であるためである。

既存の配備方法は、配備の動作を単一の潮流周期、約６時間の枠内の範囲で完了しようとするものであるが、これは行われるべき動作の種類及び対処すべき現場の条件に対して非常に短い期間である。

したがって、本発明の目的は、上述した問題のうちいくつかを克服することである。

本発明の第一の態様によれば、水中で使用可能な電気系統の変位システムが提供され、この変位システムは、基礎と、浮力体及びこの浮力体に対して上昇位置と下降位置との間でそれぞれ変位可能な少なくとも３つの剛体の脚部を有するベッセルとを備えており、基礎は、３つの脚部に固定されると共にこれらによって変位可能であるように適応される。

好適には、このシステムは、脚部と基礎との中間に設置可能なフレームを備える。

好適には、フレームは、脚部の相互間の変位を制限するように適応される。

好適には、フレームは、脚部の各々の自由端との接続を確定するための継手を備える。

好適には、フレームは、基礎との接続を確定するための継手を備える。

好適には、フレームは、脚部の各々の自由端との接続を確定するためのコネクタを備える。

好適には、基礎は、基礎が脚部の下に固定されたときに各々が脚部のうち１つと一致するように位置決めされた３つの接地足部を備える。

好適には、システムは、脚部のうち少なくとも１つと連動する穿孔システムを備える。

好適には、システムは、脚部のうち少なくとも１つと連動するグラウチングシステムを備える。

好適には、ベッセルは、揚重システムを備える。

好適には、揚重システムは、ベッセルからのそれぞれのケーブルを上昇及び下降させるように動作可能な１つ以上のウィンチを備える。

好適には、基礎は、上昇されて水域から出たときに脚部にかかるベッセルの荷重に耐えるように設計されている。

好適には、脚部のうち１つ以上は、ベッセルの浮力体に対して独立に変位可能である。

本発明の第二の態様によれば、水域内において水中で使用可能な電気系統を変位させる方法が提供され、この方法は、配備ベッセルの少なくとも３つの剛体の脚部の下に電気系統のための基礎を固定するステップと、水域内において基礎を変位させるために脚部をベッセルの浮力体に対して変位させるステップと、を含む。

好適には、この方法は、脚部の各々の自由端と基礎との中間にフレームを位置決めするステップを含む。

好適には、この方法は、ベッセルの浮力体に対する脚部の変位を通じ、基礎を変位させて水中支持体と接触させるステップを含む。

好適には、この方法は、基礎の水中支持体との接触の後、ベッセルの浮力体に対する脚部のさらなる変位を通じ、ベッセルの浮力体を上昇させて水域から出すステップを含む。

好適には、この方法は、ベッセルの浮力体が上昇されて水域から出ている間に電気系統に関する１つ以上の動作を実行するステップを含む。

好適には、この方法は、脚部のうち１つ以上を独立に変位させるステップを含む。

好適には、この方法は、脚部を利用して、基礎の１つ以上の接地足部を、配備する支持体に少なくとも部分的に貫入するように押し付けることを含む。

本明細書において用いられる場合、「電気系統」という用語は、水中、とりわけ海洋環境で使用される電気系統を意味することが意図されており、これは潮力式のタービン及び／又は１つ以上のそのようなタービンからの電気の発生を管理及び／又は調整する１つ以上の電気部品を含み得るもので、この電気系統は、当初はタービン又は電気部品が取り付け可能な基礎のみを備えていてもよく、基礎はタービン／電気系統と電気ケーブルとの間の電気的接続点又はインタフェースとして役立ち得る。

本明細書において用いられる場合、「揚重」という用語は、物体をある高さ又は位置からより高い高さ又は位置へと上昇させることを意味すること共に、物体をある高さ又は位置からより低い高さ又は位置へと制御下で下降させることを意味することが意図されている。

配備現場の上方に配備に備えて設置される、水力発電タービン等の水中で使用可能な電気系統の変位システムを示す図である。 電気系統が海底に配備されている、図１の変位システムを示す図である。 配備済みの電気系統が分離されている、図１及び２に示される変位システムを示す図である。 電気系統のための代替的な基礎を備えた図１〜図３の変位システムを示す図である。 電気系統のためのさらなる代替的な基礎を備えた図１〜図３の変位システムを示す図である。

次に本発明の実施形態を、添付の図面を参照して説明する。

次に添付の図面のうち図１〜図３を参照すると、本発明の第一の実施形態による変位システムが図示されており、全体が１０として表示されている。変位システム１０は、水中で使用可能な電気系統、例えば、水力発電タービンシステム１２についての配備、回収、試験、修理、及び他の動作の実行における使用を意図している。

図示される実施形態においては、電気系統１２は、好適には重力式基礎の形態であるがこれに限られない基礎１４と、基礎１４に取り付け可能な潮力式のタービン１６とを備える。ただし、変位システム１０の構成及び動作について以下の説明からは、基礎１４が任意の他の適当な形態であり得ること、そして、例えば、ピン打ち、杭打ち、接合、又は任意の他の適当な手段によって能動的に海底に固定されるように配置され得ることが理解されるであろう。同様に、タービン１６は、例えば、並設された１つ以上のタービン１６から発生された電気の伝送及び／又は調整に使用される、任意の他の適当な代替的な電気部品と置換され得ることが察知されるであろう。同様に、タービンの種類は、説明され図示される例示的なタービン１６のものとは大きく異なってもよい。

変位システム１０は、さらに、浮揚性のある本体２０と、この本体２０と連動し、且つ好適には図１に図示される上昇位置と図２に図示される下降位置との間で本体２０に対して変位可能である少なくとも３つの剛体の脚部２２とを有するベッセル１８を備える。脚部２２の上昇及び下降は、任意の好適な手段によって達成されてもよく、例えば、脚部２２を直線変位させるために、各脚部２２にラック（図示省略）を設けると共に本体２０に対応する従動ピニオン（図示省略）を設けることによって達成され得る。もっとも、上述の機能性を達成するためには任意の他の適当な配置が採用され得ることが察知されるであろう。

本体２０は、浮力があり、図示される好適な実施形態においては、互いに離隔し第１のクロスメンバ２６及び第２のクロスメンバ２８によって結合された一対の双胴式のハル（hull）２４を備えている。任意の他の適当な構成が採用されてもよいが、一対の離隔したハル２４は、タービンシステム１２がハル２４の直下で基礎１４と固定されること、及びタービン１６がハル２４の間の空間に設置されて、この位置にある間、タービン１６の視認性及びアクセスが提供されることを可能にする。

変位システム１０は、タービンシステム１２が脚部２２に固定されることを可能にするように適応されるので、タービンシステム１２は、脚部２２と共に、例えば、図１に図示される上昇位置から図２に図示される下降又は配備位置へと変位され得る。このようにして、変位システム１０は、タービンシステム１２又は任意の他の関係する電気系統がベッセル１８を用いて配備現場へと輸送されること、及び、その後、３つの脚部２２の下降によって海底又は他の配備する水中支持体へと下降されることを可能にする。脚部２２とタービンシステム１２との間には、タービンシステム１２が脚部２２に及び好適には脚部２２の下にしっかりと保持されること、並びに、例えば、タービンシステム１２が完全に海底に配置されたときに必要に応じてそこから適当に分離されることを可能にするために、任意の適当な接続が提供され得る。

図示される好適な実施形態においては、変位システム１０はフレーム３０を備えており、このフレーム３０は、脚部２２の間、そして、最も好適には脚部２２の下側に固定可能であると共に、基礎１４とも係合可能であり、この場合には、脚部２２とタービンシステム１２との中間に設置される。フレーム３０は、配備、回収、及び他の動作にあたって３つの脚部２２を補剛するために、脚部２２、及び特にその下方自由端を、互いに対して不動化するように作用する。フレーム３０は、さらに、基礎１４を係合及び保持する１つ以上の継手３２を運ぶのに便利な運搬手段を提供する。図３を参照すると、継手３２は、基礎１４の３つの接地足部３４の１つずつに設置可能であるように位置決めされた従来のボール掴み部の形態をとり得る。継手３２は、好適には、例えばベッセル１８の本体２０から遠隔で作動可能である。フレーム３０は、タービンシステム１２が脚部２２と係合されるときに継手３２が接地足部３４又は他の適当な揚重点と整列することを確実にする補剛型板を定める。

フレーム３０は、タービンシステム１２が海底に配備された後、脚部２２の自由端に保持されてもよく、脚部２２は、図３に図示されるように、タービンシステム１２を海底に残すべく引っ込められる。したがって、フレーム３０は脚部２２に補剛強化を提供し続け、これは、ベッセル１８が配備済みのタービンシステム１２を海底から回収するために利用される場合には特に有益であって、やはり継手３２と基礎１４の接地足部３４又は他の揚重点との整列を確実にするであろう。フレーム３０は、脚部２２のそれぞれに対応する３つのコネクタ３６を組み込んでおり、これらは図示される実施形態においては、中に各脚部２２が挿通され得る中空の円筒形スリーブの形態をしていて、内部に脚部２２の自由端を保持するために適当な係止手段（図示省略）が設けられている。そのような係止手段は、好適には遠隔で作動可能である。

このように、使用の際には、変位システム１０は、脚部２２によってタービンシステム１２が浮揚性のある本体２０の下に固定された状態で、配備現場へと輸送される。配備現場に着くと、脚部２２が本体２０に対して下方に変位され、タービンシステム１２を海底又は他の配備する水中支持体に向かって変位させ得る。基礎１４が海底にしっかりと設置され、配備動作が完了すると、フレーム３０の継手３２は基礎１４から遠隔で解除され、脚部２２が上昇されて、タービンシステム１２を海底の所定の位置に残し得る。

しかしながら、海底に配備された後で、タービンシステム１２に対して追加的な動作を実行するのが望ましいこともある。その動作は、従来、配備現場に存在する高速の潮流によって困難にされており、そのような動作が実施される間、ベッセル１８を定位置に維持するためには、絶えず修正が必要となる。変位システム１０は、この問題を、ベッセル１８の本体２０が上方に上昇され水から出て、もはや存在する潮流の速さにさらされないことを可能にし、それによって安定的な一段高いプラットホームを提供してそこから多数の動作が実行され得るようにすることで、克服する。これは、図２に図示されるようにタービンシステム１２を海底に配備すると共に、この地点でフレーム３０を基礎１４に固定されたままにして、脚部２２を本体２０に対してさらに変位させることによって達成され得る。この工程は、本体２０を上昇させて水域から出すように作用し、それ自体海底に支持されている基礎１４の上で本体２０を効果的にジャッキアップする。このように、脚部２２は、中間のフレーム３０を介して基礎１４を下方に圧迫するが、基礎１４が海底にあって脚部２２がそれ以上下降され得ないため、本体２０と脚部２２との間のさらなる相対移動は、上述したように本体２０を上昇させて水域から出すことになる。よって、基礎１４は、ベッセル１８の荷重に耐える十分な強度を有していなければならない。このため、図２からわかるように、脚部２２は、ベッセル１８によって発生された荷重が接地足部３４を通じて垂直に下方に海底へと伝達されることを可能にするべく、基礎１４の接地足部３４と一致しているのが有益である。

本発明の変位システム１０は、上昇された本体２０という形でベッセル１８が安定的なプラットホームを確立することを可能にするので、配備現場でかなりの時間を割くことができ、追加的な動作が実行されることが可能になる。例えば、基礎１４を海底に能動的に固定するための穿孔動作又はグラウチング動作が実行され得る。したがって、脚部２２のうち１つ以上又はフレーム３０と連動する１つ以上の穿孔システム（図示省略）又はグラウチングシステム（図示省略）が提供されてもよく、この場合、このシステムは、遠隔操作されて必要な動作を実行し得る。上昇された本体２０は安定的なプラットホームを提供し、そこからはタービン１６についての電気接続、試運転、撤去、修理、又は他の試験動作も実行され得る。タービン１６が基礎１４から分離され、ハル２４の間の位置へと上昇されて、そこからタービン１６について多数の動作が直接実行され得ることも想定される。タービン１６の上昇は、ベッセル１８に設けられた追加的な揚重システム（図示省略）、例えば、必要に応じてタービン１６を上昇／下降させるために用いられ得る１つ以上のウィンチ（図示省略）によって達成され得る。そのような動作は、安定的なプラットホームを保証するべく脚部２２が基礎１４上に起立したままである間に実行されてもよい。

図４を参照すると、代替的な設計の基礎１１４及びフレーム１３０を備えた変位システム１０が図示されている。この代替的な設計において、基礎１１４は３つの接地足部１３４を備えており、これらの接地足部１３４もやはりベッセル１８の３つの脚部２２と一致するように位置決めされている。このようにして、基礎１１４は、脚部２２の下側に直接固定され、上述のように上昇及び下降され得る。フレーム１３０は、もはや脚部２２と基礎１１４との仲介物ではなく、フレーム１３０の３つの継手１３２が接地足部１３４とは別の基礎１１４に形成された３つの揚重点４０と係合するように寸法決めされる。この場合、フレーム１３０は、揚重システム（図示省略）のウィンチ（図示省略）から供給される多数の下降するケーブルＬによって本体２０に繋がれていてもよい。したがって、フレーム１３０は、脚部２２及び基礎１１４に依存せずにベッセル１８に対して上昇及び下降され得る。よって、フレーム１３０は、基礎１１４に依存せずにタービン１６を上昇及び下降させるために用いられてもよいし、又は、脚部２２が基礎１１４から外れて上昇位置へと変位された後で、基礎１１４を含むタービンシステム１２全体を上昇及び下降させるために用いられてもよい。

さらなる代替的な設計の基礎２１４及びフレーム２３０が図５に図示されている。この配置において、基礎２１４及びフレーム２３０は、脚部２２の間に設置されるように、しかしながら、揚重システム（図示省略）の揚重するケーブルＬによってベッセル１８に対して変位可能であるように、設計されている。したがって、脚部２２は、純粋に、配備現場で海底にベッセル１８を立たせるのに役立つものであって、上述のように上昇されて水から出た本体２０によって定義される安定的なプラットホームは提供するが、基礎２１４は圧迫しない。本体２０の上昇されたプラットホームが確立されると、揚重システム（図示省略）は、タービンシステム１２全体又はタービン１６を基礎２１４に依存せずに上昇若しくは下降させるために利用可能となる。基礎２１４は、フレーム２３０の継手２３２による係合のための揚重点４０として３つの接地足部２３４を使用し、するとフレーム２３０は、タービンシステム１２又はタービン１６を、上昇及び下降させるための運搬手段として使用され得る。

したがって、本発明の変位システム１０は、単一のベッセル１８を提供するものであり、このベッセル１８は、水力発電タービンシステム１２などの電気系統を海底に運搬及び配備し、及び／又はこれを海底から回収することが可能であると同時に、さらに、安定的なプラットホームを提供してそこからタービンシステム１２について様々な動作が実行され得るようにすることが察知されるであろう。

Claims (20)

1. 水中で使用可能な電気系統の変位システムであって、基礎と、浮力体及び前記浮力体に対して上昇位置と下降位置との間でそれぞれ変位可能な少なくとも３つの剛体の脚部を有するベッセルとを備え、前記基礎は前記３つの脚部に固定されると共にこれらによって変位可能であるように適応される、変位システム。
2. 前記脚部と前記基礎との中間に設置可能なフレームを備える、請求項１に記載の変位システム。
3. 前記フレームは、前記脚部の相互間の変位を制限するように適応される、請求項２に記載の変位システム。
4. 前記フレームは、前記脚部の各々の自由端との接続を確定するための継手を備える、請求項２又は３に記載の変位システム。
5. 前記フレームは、前記基礎との接続を確定するための継手を備える、請求項２〜４の何れかに記載の変位システム。
6. 前記フレームは、前記脚部の各々の自由端との接続を確定するためのコネクタを備える、請求項２〜５の何れかに記載の変位システム。
7. 前記基礎は、前記基礎が前記脚部の下に固定されたときに各々が前記脚部のうち１つと一致するように位置決めされた３つの接地足部を備える、請求項２〜６の何れかに記載の変位システム。
8. 前記脚部のうち少なくとも１つと連動する穿孔システムを備える、請求項１〜７の何れかに記載の変位システム。
9. 前記脚部のうち少なくとも１つと連動するグラウチングシステムを備える、請求項１〜８の何れかに記載の変位システム。
10. 前記ベッセルは、揚重システムを備える、請求項１〜９の何れかに記載の変位システム。
11. 前記揚重システムは、前記ベッセルからのそれぞれのケーブルを上昇及び下降させるように動作可能な１つ以上のウィンチを備える、請求項１０に記載の変位システム。
12. 前記基礎は、上昇されて水域から出たときに前記脚部にかかる前記ベッセルの荷重に耐えるように設計されている、請求項１〜１１の何れかに記載の変位システム。
13. 前記脚部のうち１つ以上は、前記ベッセルの前記浮力体に対して独立に変位可能である、請求項１〜１２の何れかに記載の変位システム。
14. 水域内において水中で使用可能な電気系統を変位させる方法であって、
    配備ベッセルの少なくとも３つの剛体の脚部の下に前記電気系統のための基礎を固定するステップと、
    前記水域内において前記基礎を変位させるために前記脚部を前記ベッセルの浮力体に対して変位させるステップと、を含む方法。
15. 前記脚部の各々の自由端と前記基礎との中間にフレームを位置決めするステップを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記ベッセルの前記浮力体に対する前記脚部の変位を通じ、前記基礎を変位させて水中支持体と接触させるステップを含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
17. 前記基礎の前記水中支持体との接触の後、前記ベッセルの前記浮力体に対する前記脚部のさらなる変位を通じ、前記ベッセルの前記浮力体を上昇させて前記水域から出すステップを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ベッセルの前記浮力体が上昇されて前記水域から出ている間に前記電気系統に関する１つ以上の動作を実行するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記脚部のうち１つ以上を独立に変位させるステップを含む、請求項１４〜１８の何れかに記載の方法。
20. 前記脚部を利用して、前記基礎の１つ以上の接地足部を、配備する支持体に少なくとも部分的に貫入するように押し付けることを含む、請求項１５〜１９の何れかに記載の方法。