JP2019536691A - 浮体式風力タービンの係留ブイ - Google Patents

Abstract

本発明は、浮体式基礎10を有する浮体式風力タービン100と、浮体式風力タービン100の浮体式基礎10に接続することができる浮揚係留ブイ20であって、係留ブイ20を水域の海底に係留する少なくとも1つの係留手段30を有する、浮揚係留ブイ20とを備えるユニットに関し、このユニットは、浮体式風力タービン100の浮体式基礎10が、係留ブイ20を保持するための穴12を有することを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、浮体式風力タービンのアンカーブイ（係留ブイ）であって、風力タービンの未来位置に事前に設置されるとともに、海底に固定される複数の接続部材を用いて所望の位置に保持される、ブイに関する。このブイは、浮体式風力タービンに取外し可能に接続されるとともに、エネルギー送達ケーブルを収容する。

陸上での確立された風力エネルギーの使用に加えて、洋上タービンもますます多く構築されている。これらのタービンには、低い保守要件、信頼性、タービンのサイズ及び環境の影響に関して、特別な要求が課されている。現在、専ら地表に固定される洋上タービンが使用されており、この洋上タービンは、鋼管によって下に延在する表面に固定接続される。

これらのタービンの設置には、使用するのに特に費用がかかる大型の輸送船及び建造船が必要とされる。また、地表に固定されるタービンの場合、水深が制限されるとともに、その地面が特定の性質を有している必要がある。

その一方で、以前から、海底にいくぶん堅固に接続される浮体式洋上風力タービンもますます多く検討されてきた。

これらの浮体式タービンは、チェーンシステムを介して地面に接続されるが、上述した欠点を有せず、より深い水深で使用することもできる。そのため、風力タービンの使用範囲を実質的に拡大することができる。

この僅かに浮く風力タービンは、通常、所定位置でチェーンによって海底に固定接続される。これらのチェーンは、アンカーによって地面に規則的に配置される。風力タービンをその場所に設置するためには、風力タービンがタグボートを用いて移動され、次に、チェーンがそれぞれの浮きに直接取り付けられる。

これは、通常は非常に迅速に実行されるものであり、したがって、現場での調整を必要とする多種多様な大型船が必要とされる。これには費用がかかるだけでなく、時間もかかる。さらに、大きな波高に対処することは専ら困難であるため、このような活動に適した天気の期間は、非常に短い。

その一方で、浮体式風力タービンの機械的な固定と同時に海中ケーブルへの電気的な結合とを可能にする、チェーンによって海底に係留される浮体が、特許文献1から既知である。

しかしながら、水面に浮く風力タービンが、水面に浮く浮体に接続される必要がある場合、問題が存在し、この特許文献1は、この接続の実施方法に関して未解決のままである。

国際公開第2016/000681号

したがって、本発明の目的は、安全、迅速かつ容易に実行される浮体式風力タービンの係留を提供することである。

この目的は、本発明により、請求項1に記載の特徴を有する風力タービン及び係留ブイから形成されるユニットによって達成される。従属請求項は、本発明の有利な実施形態を示している。

したがって、好ましくは円錐形の外面を有するブイが使用され、円錐の小径部は、上方を向く。ブイは、注水及び内容物を排出することができる輪形の水タンクを備えることが好ましい。輪形ブイの内部は空いている。回転接続部は、外輪において水密にブイに接続され、中央領域に配置される。このベアリングの内輪は、カバープレートに接続されるか、又は、それ自体がカバープレートとして製造される。したがって、このカバープレートは、ブイに対して回転可能である。

回転接続部は、有利には3列のローラー回転接続部であり、海水が侵入しないように、特別なシールを介してシールされる。

ベースプレートは、中央穴を有し、電力ケーブルがこの中央穴に通して導かれるとともに海水に対してシールされる。好ましくはワイヤーケーブルである係留部材のための穴は、ベースプレートの外側領域に設けられる。その数は、許可要件及びウィンドパークの幾何学的構成によって決まる。通常は少なくとも5つの係留部材が使用されるが、3つ、4つ及び6つの係留部材も例外的ではない。冗長性の理由で、この数の倍数を使用することもできる。また、係留部材は、所望の位置でベースプレートに恒久的に固定される。

地面取付け部材は、風力タービンの所望の位置の周りで、好適な間隔を置いて水域の海底に導入され、通常はアンカー及びブイまでの部分におけるケーブル部材としてのチェーンである接続部材が、中央に、すなわち風力タービンの後の時点での位置に設置される。ブイは、この位置まで移動されて、接続部材に接続される。また、まとめられた可撓性高圧ケーブルが、ブイに接続される。ブイは、この作業の間、水上に浮いている。

風力タービンが完成したら、風力タービンは、タグボートによってブイの位置まで牽引される。この場合、浮体式風力タービンは、水中から牽引位置に浮上される。風力タービンは、浮体式基礎の前側部において、浮き部材の下側に円錐形の開口を有する。この開口の幾何学的構成は、ブイの外形に適合されている。

電力ケーブルに後の時点で接続されるスリップリング体は、この円錐形の開口の上で中央に配置される。スリップリング体は、輸送状態では、喫水線の上の水の無い空間に配置される。

上記位置に到達したら、ブイを浮体式風力タービンに接続するために、水タンクの遠隔制御により（ベース）バルブを開くことによって、ブイに海水が注入され、この所定の深さまで沈められ、風力タービンは、測位システムを使用して、沈められたブイの上方にベースの開口が正確に配置されるように牽引される。これに対応するセンサーが設けられる。その後、例えば、圧縮空気タンクに収容された圧縮空気によって、バラスト水が排出され、ブイは、ゆっくりと上昇するように再び移動され、風力タービンの基礎の好ましくは円錐形の開口に挿入される。その後、特にねじによって、ブイと風力タービンとの間に固定接続部が形成される。

損傷から保護するために、ブイは、ラバーマット等のような緩衝表面で覆うことができる。ブイとタービンとを接続した後、ブイとタービンとの間の空間には混入した水が存在せず、排水されている。上記接続部は、水が恒久的にこの介在空間に入らないように維持するシールを備える。このとき、電力ケーブルは、その上に配置されているスリップリング体に接続され、ネットワークへの結合が確立される。その後、タービンは、動作深さまで下降され、稼働される。

この手順は、修理の目的でタービンを港に戻す場合には逆順に行うことができ、必要に応じて実施することができる。したがって、大規模な修理の場合に、煩雑、危険かつ費用のかかる洋上での作業を行う必要がなく、むしろ、タービンは、2つの小型の費用効率の良いタグボートを用いて港まで運ぶことができ、同時に、電力生成のために、新たな又は修理されたタービンを利用可能なブイに接続することができる。このことは、浮体式洋上タービンの現存のシステムでは提供されていない。

したがって、本発明によれば、浮体式基礎を有する浮体式風力タービンと、係留ブイを水域の海底に係留する少なくとも1つの係留手段を有する、浮体式風力タービンの浮体式基礎に接続可能な浮揚係留ブイとを備えるユニットが提供され、浮体式風力タービンの浮体式基礎は、係留ブイを収容する凹部を有し、係留ブイの凹部は、基礎の下側からアクセス可能であり、係留ブイの外形に少なくとも部分的に相補的であるように形成される。

風力タービンと係留ブイとの間の正確な位置決め及び形状嵌合は、力の伝達に関して原理的に有利であるが、これは、特に係留ブイが円錐形に形成される（また凹部がそれに対して相補的であるように形成される）場合に達成される。

係留ブイ自体は、中空筒部を形成する、円錐形に先細りになっている壁と、中空筒部を片側において閉鎖するベースプレートとから形成されることが好ましく、係留ブイの壁は、ベースプレートに対して回転可能であるように取り付けられる。

特に、本質的にベースプレートに配置される、海中ケーブルを通すための第1のフィードスルーが、特にベースプレートに設けられる。特に、係留手段を通すための少なくとも1つの更なる第2のフィードスルーが、ベースプレートに配置されることが有利である。

ブイの潜水及び浮上を実行することを可能にするために、バラスト水タンクが係留ブイに、好ましくは係留ブイの壁に設けられる。バラスト水タンクには、周囲環境からの水を充填することができ、圧縮空気の支援によって水を吹き出すことができる。この目的で、ポンプ及びバルブの形態の対応する補助装置が設けられることになる。これらの補助装置は、タグボート又は風力タービンからの無線遠隔制御によって作動可能であることが好ましい。

さらに、浮体式基礎の凹部と、この凹部に挿入される係留ブイとが、閉鎖空間を形成するようになっていることが好ましい。この設計の利点は、保守作業中にもアクセス可能な乾燥空間が提供されることであり、乾燥空間において、風力タービンの電気コンポーネントを湿気から保護することができる。

また、特に、係留手段及び／又は海中ケーブルに張力付与する手段も設けられる。

最後に、係留ブイは、外周部に配置される衝撃吸収部材を備えることができ、この衝撃吸収部材は、風力タービンへの接続時、係留ブイ又は風力タービンに対する損傷を回避するのに役立つ。

バラスト水タンクを備えるように実現されているユニットの設置のために、以下のステップが与えられる：
浮体式風力タービンの所定の設置場所において、（接続部材を用いて）係留ブイを係留するステップ、
海中ケーブルを係留ブイに取り付けるステップ、
バラスト水タンクに注水することによって、係留ブイを沈めるステップ、
浮体式風力タービンの浮体式基礎の凹部を係留ブイの上に配置するステップ、
バラスト水タンクの内容物を排出することで係留ブイを浮上させることによって、係留ブイを浮体式基礎の凹部に挿入するステップ、及び、
スリップリングによって、海中ケーブルを浮体式風力タービンに接続するステップ。

風力タービンを沈めることは、風力タービンの基礎に設けられているバラスト水タンクに注水することによって、係留ブイと一緒に風力タービンに実施されることが好ましい。

添付図面に示されている、特に好ましい方式で設計された例示的な実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。

本発明に係る特に好ましい方式で設計されている係留ブイの斜視図である。 ブイ空間を終端させるカバーを備える、本発明に係る特に好ましい設計を有する係留ブイの斜視図である。 係留ブイの断面図である。 洋上の場所における設置中の、本発明に係る特に好ましい設計を有するユニットの斜視図である。 図4に示されているユニットの側面図である。 浮体式風力タービンの基礎の凹部の領域において沈められた係留ブイの詳細な側面図である。 係留ブイの上に配置された風力タービンの側面図である。 係留ブイに接続された風力タービンを示す図である。

図1は、本発明に係る特に好ましい方式で設計されている係留ブイの斜視図を示している。

係留ブイ20は、壁22によって形成されるとともに上方に先細りになっている、円錐形の外形を有する。円錐の基部は、ベースプレート24によって形成され、係留ブイ20は、係留手段30によってその水域の海底に接続される。また、係留ブイ20は、海中ケーブル40に接続され、したがって、係留ブイ20は、浮体式風力タービンの唯一の係留点として提供される。

また、ブイ20を設置中に所定位置に正確に係留することができるように、係留手段30及び／又は海中ケーブル40に張力付与する手段70が、壁22の上縁部に支持されているのが示されている。

図2は、壁22及びベースプレート24によって形成される空間を終端させるカバー50を備える、本発明に係る特に好ましい方式で設計されている係留ブイ20の斜視図を示している。

図6に示されているように、ブイ20を風力タービンの基礎に挿入する際のガイドとして使用することができる浮き60が、カバー50に取り付けられる。

カバー50は、ブイ20内に確保された空間に水が侵入し得ないことを確実にする。これは、風力タービンの基礎における凹部が基礎の下方からアクセス可能であり、ブイ20を沈める必要がある場合に、特に重要である。カバー50は、その幾何学的構成に関して、ブイ20を風力タービンの基礎に挿入した後に取り外すことができるようにして設けられる。

こうして、カバー50は、ブイ20が係留された後、風力タービンに接続されるまで、ブイ20を閉鎖する。したがって、事前に設置された海中ケーブル40の自由端部は、この時間の間、腐食しないように保護される。

図3に示されている断面図において、係留ブイ20の壁22は、ベースプレート24の周りに回転可能であるように取り付けられることを見て取ることができる。一方、係留手段30と海中ケーブル40とは、ベースプレート24に設けられているフィードスルー26、28を通して、ベースプレート24に回転自在に固定される方式で接続される。この場合、海中ケーブル40は、ブイ20の回転運動に起因して生じる海中ケーブル40に作用する力を小さく維持するために、ベースプレート24の中央に通して導かれる。ブイ20が風力タービン100に接続された後、ブイ20の上部取付けフランジに設けられているシール34が、基礎の凹部12を海水に対してシールする（図8も参照されたい）。

壁22は、ベースプレート24に対して回転することができるので、壁22と風力タービンの基礎とが固定されると、風力タービンは、回転接続部32を介して、係留部材30によって固定されるベースプレート24の周りに回転することができる。

この方式で形成されたユニットを設置する場合、図4に示されているように、基礎10上の浮体式風力タービン100は、2つのタグボートS1、S2によって設置場所まで牽引される。このとき、タグボートS1、S2は、係留ブイ20をタグボートS1、S2の間に配し、係留ブイ20と浮体式風力タービン100の基礎10とが互いに接近するようにする。

図5において、この方法ステップの間、係留ブイ20及びまた風力タービン100の浮体式基礎10の両方が、水域の水面に浮いていることを見て取ることができる。

ここで、係留ブイ20を喫水線の下方からアクセス可能な基礎10の凹部12に挿入することができるようにするためには、ブイ20を沈めることが必要である。これは、特に、バラスト水を入れることによって実行され、ここで、ブイ20は、壁22に配置される、特に輪形のバラスト水タンクを有することが好ましい。このタンクには、海中バルブの遠隔制御によって海水を注入することができる。

図6は、浮体式風力タービン100の基礎10の領域において沈められた係留ブイ20の側面図を示しており、ここで、ブイ20に配置された浮き60も確認することができる。

浮き60は、ブイ20を凹部12に挿入するためのガイド構造体として使用することができ、例えば、把持して導くことができる。代替的に又は加えて、浮き60は、ブイ20に対する風力タービン100の位置決めを容易にするために能動的又は受動的に配置することができるように設計することもできる。

係留ブイ20は、図7の側面図に示されている位置を介して、図8に示されている位置まで最終的に移送され、この位置において、係留ブイ20は、基礎10の凹部12に挿入された後、風力タービン100に接続される。

また、海中ケーブル40は、ブイ20のベース24の中央に配置されているフィードスルー26の上方に配置されたスリップリング体110に接続されることを見て取ることができる。

こうして、風力タービン10は、基本的に使用準備が完了する。

安定性の理由で、基礎10は、基礎10に設けられているバラスト水タンクに注水することによって沈められ、したがって、水面に浮く風力タービン100の場合よりも波から受ける影響が少ない。

１２：基礎の凹部
２０：係留ブイ
２２：壁
２４：ベースプレート
２６、２８：フィードスルー
３０：係留手段
３０：係留部材
３２：回転接続部
３４：シール
４０：海中ケーブル
５０：壁22及びベースプレート24によって形成される空間を終端させるカバー
６０：浮き
７０：海中ケーブル40に張力付与する手段
１００：風力タービン
１１０：スリップリング体
Ｓ１，Ｓ２：タグボート

Claims (12)

1. 浮体式基礎（10）を有する浮体式風力タービン（100）と、
   前記浮体式風力タービン（100）の前記浮体式基礎（10）に接続可能な浮揚係留ブイ（20）であって、該係留ブイ（20）を水域の海底に係留する少なくとも1つの係留手段（30）を有する、浮揚係留ブイと、
   を備えるユニットであって、
   前記浮体式風力タービン（100）の前記浮体式基礎（10）は、前記係留ブイ（20）を収容する凹部（12）を有し、該凹部（12）は、前記基礎（10）の下側からアクセス可能であるとともに、前記係留ブイ（20）の外形に少なくとも部分的に相補的であるように形成されていることを特徴とする、ユニット。
2. 前記係留ブイ（20）は、円錐形に形成されていることを特徴とする、請求項1に記載のユニット。
3. 前記係留ブイ（20）は、中空筒部を形成する、円錐形に先細りになっている壁（22）と、前記中空筒部を片側において閉鎖するベースプレート（24）とから形成されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載のユニット。
4. 前記壁（22）は、前記ベースプレート（24）に対して回転可能であるように取り付けられることを特徴とする、請求項3に記載のユニット。
5. 前記ベースプレート（24）の中央に配置される、海中ケーブル（40）を通すための第1のフィードスルー（26）を特徴とする、請求項3又は4に記載のユニット。
6. 前記ベースプレート（24）に配置される、前記係留手段（30）を通すための少なくとも1つの第2のフィードスルー（28）を特徴とする、請求項3〜5のいずれか1項に記載のユニット。
7. 前記係留ブイ（20）は、少なくとも1つのバラスト水タンクを備えることを特徴とする、請求項3〜6のいずれか1項に記載のユニット。
8. 前記浮体式基礎（10）の前記凹部（12）と、該凹部（12）に挿入される前記係留ブイ（20）とが、閉鎖空間を形成することを特徴とする、請求項3〜7のいずれか1項に記載のユニット。
9. 前記係留ブイ（20）には、前記係留手段（30）及び／又は前記海中ケーブル（40）に張力付与する手段が設けられることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載のユニット。
10. 前記係留ブイ（20）の外周部に配置される衝撃吸収部材を特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載のユニット。
11. 請求項7に記載のユニットを設置する方法であって、
    前記係留ブイ（20）を前記浮体式風力タービン（100）の所定の設置場所に係留するステップと、
    海中ケーブル（40）を前記係留ブイ（20）に取り付けるステップと、
    バラスト水タンクに注水することによって前記係留ブイ（20）を沈めるステップと、
    前記浮体式風力タービン（100）の前記浮体式基礎（10）の前記凹部（12）を前記係留ブイ（20）の上に配置するステップと、
    前記バラスト水タンクの内容物を排出することで前記係留ブイ（20）を浮上させることによって、前記係留ブイ（20）を前記浮体式基礎の前記凹部（12）に挿入するステップと、
    前記係留ブイ（20）を前記風力タービン（100）に取り付けるステップと、
    スリップリングによって、前記海中ケーブル（40）を前記浮体式風力タービン（100）に接続するステップと、
    を含む、方法。
12. 前記風力タービン（100）の前記基礎（10）に設けられているバラスト水タンクに注水することによって、前記風力タービン（100）を前記係留ブイ（20）と一緒に沈めることを特徴とする、請求項11に記載の方法。