JP2020502425A - ケーブル支持構造体を備える風力タービン - Google Patents

Abstract

略鉛直方向に沿って延在する主塔部２と、少なくとも２つのアーム３とを有するタワー構造体を備える風力タービン１が開示される。各アーム３は、水平成分を有する方向に沿って主塔部２から離れるように延在し、アーム３は、ヨー運動を行うように構成される。タワー構造体の各アーム３が少なくとも１つのエネルギー発生ユニット４を担持するように、２つ以上のエネルギー発生ユニット４がタワー構造体に取り付けられ、各エネルギー発生ユニット４は、１組の風力タービンブレード６を担持するハブを有するローター５を備える。主塔部２には、電力網の電力ケーブル８を主塔部２に取り付けることを可能にするケーブル支持構造体７が設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、２つ以上のエネルギー発生ユニットを備える種類の風力タービンであって、各エネルギー発生ユニットは、１組の風力タービンブレードを担持するハブを有するローターを備える、風力タービンに関する。このような風力タービンは、マルチローター風力タービンと称されることがある。本発明に係る風力タービンは、電力網の電力ケーブルを風力タービンのタワー構造体に取り付けることを可能にするケーブル支持構造体を備える。

風力タービンを組み立てる際、１つ以上のエネルギー発生ユニットを担持するように構成されたタワー構築体の製造コスト及び風力タービンを組み立てる現場の準備に関連するコストを含む、様々なコストが必要となる。例えば、風力タービンの動作時に風力タービンのタワー構造体が受ける可能性のある荷重又はトルクに耐えることができる風力タービンの基礎が必要とされ得る。さらに、例えば、風力タービンの組立て及び／又は風力タービンの保守点検時に使用される重機が現場にアクセス可能であることを確実にするために、風力タービンを囲む区域の地面を整備することが必要とされ得る。また、例えば木を伐採することによって、現場をきれいに空けることが必要とされ得る。最後に、風力タービンから或る特定の距離以内に配される区域の使用に制限がかかり得る。

電力網用の電力ケーブルを担持する送電塔（masts）の組立てにも、同様のコスト及び制限がかかり得る。

特許文献１は、発電機及び送電線とともに使用されるタワー及びタワー基部を開示している。このタワーは、風力タービン発電機を支持するとともに送電線を支持するように構成することができる。

特許文献２は、パイロンと、パイロンの基礎と、生成された電流を電力ネットワークに伝送するエネルギー伝送ユニットとを備える風力発電設備を開示している。エネルギー伝送ユニットは、おおよそ風力発電設備が接続される電力ネットワークの陸上送電線の高さに配置することができる。

特許文献１及び特許文献２に開示されている風力タービン及びタワーでは、ローターは、略鉛直方向に沿って延在する主塔部に又は主塔部の近位に配置される。そのため、コンポーネントをローターに対して昇降させることを必要とする保守点検を行う必要がある場合、そのようなコンポーネントは、風力タービンタワーに取り付けられた電力ケーブルの近位で昇降させなければならない。さらに、保守点検員が電力ケーブルの近位で作業することが必要とされ得る。このため、安全上のリスクが生じる。

国際公開第２００９／１００３９２号 米国特許第６，４００，０３９号

本発明の実施形態の目的は、電力ケーブルがタワー構造体に取り付けられているマルチローター風力タービンであって、風力タービンのエネルギー発生ユニットの保守点検を安全に行うことを可能にする、マルチローター風力タービンを提供することである。

本発明の実施形態の更なる目的は、電力ケーブルがタワー構造体に取り付けられている風力タービンのエネルギー発生ユニットの保守点検を行う方法であって、保守点検を安全に行うことを可能にする方法を提供することである。

本発明の実施形態のまた更なる目的は、電力ケーブルを風力タービン構造体に迅速かつ効率的に取り付ける方法を提供することである。

第１の態様によれば、本発明は、風力タービンであって、
下部において基礎構造体に固定される主塔部を有するタワー構造体であって、主塔部は、略鉛直方向に沿って延在し、タワー構造体は、少なくとも２つのアームを更に備え、各アームは、水平成分を有する方向に沿って主塔部から離れるように延在し、アームは、主塔部の略鉛直方向によって規定される軸の周りにヨー運動を行うように構成される、タワー構造体と、
タワー構造体の各アームが少なくとも１つのエネルギー発生ユニットを担持するようにタワー構造体に取り付けられる、２つ以上のエネルギー発生ユニットであって、各エネルギー発生ユニットは、１組の風力タービンブレードを担持するハブを有するローターを備える、２つ以上のエネルギー発生ユニットと、
を備え、主塔部には、電力網の電力ケーブルを主塔部に取り付けることを可能にするケーブル支持構造体が設けられ、それにより、主塔部は、送電塔として機能するように構成されている、風力タービンを提供する。

本発明の第１の態様に係る風力タービンは、タワー構造体と、２つ以上のエネルギー発生ユニットとを備える。したがって、風力タービンは、マルチローター風力タービンである。

タワー構造体は、下部において基礎構造体に固定されている主塔部を有する。主塔部は、略鉛直方向に沿って更に延在する。したがって、主塔部は、シングルローター風力タービンの従来の風力タービンタワーに類似する。

タワー構造体は、水平成分を有する方向に沿って主塔部から離れるように延在する、少なくとも２つのアームを更に備える。アームは、略水平方向に沿って主塔部から離れるように延在することができる。この場合、アームは、鉛直に配置された主塔部に対して略垂直に延在する。一代替形態として、アームは、水平成分だけでなく鉛直成分も有する方向に沿って、主塔部から離れるように延在することができる。この場合、アームは、主塔部に対して９０度とは異なる角度で主塔部から離れるように延在する。アームと主塔部との間に規定される角度は、有利には４５度〜９０度とすることができる。

いずれの場合も、タワー構造体のアームは、水平成分を有する方向に沿って主塔部から離れるように延在するため、鉛直の主塔部に対して平行に延在せず、その代わりに、主塔部に対して或る角度で延在する。アームは、主塔部と所与のアームとの間に規定される角度が固定されるように、主塔部に取り付ける又は主塔部の一部を形成することができる。

アームは、トラス、ビーム、ビームの編成物、格子構造体等の形態とすることができる。さらに、アームは、必ずしも線形構造体でなくてよく、半円形又は湾曲形状を有することができる。

したがって、タワー構造体は、略鉛直の主要部と、主要部から鉛直でない方向に延在する少なくとも２つのアームとを備える。

アームは、ヨー運動を行うように構成される。したがって、アームは、主塔部によって規定される鉛直方向と実質的に一致する軸の周りに回転運動を行うことが可能である。アームは、鉛直でない方向に沿って主塔部から延在するため、アームがヨー運動を行うことで、アームが主塔部から離れるように延在する方向が変わる。これについては、更に詳細に後述される。

各アームのヨー運動は、主塔部に対して行うことができる。この場合、タワー構造体は、主塔部と各アームとの間の接合部に配置されるヨー機構を備えることができる。一代替形態として、アームは、主塔部の下部に対してヨー運動を行うことが可能である主塔部の上部に固定して取り付けてもよい。別の代替形態として、アームを担持する主塔部全体が、例えば基礎構造体に対して、ヨー運動を行うことが可能としてもよい。

風力タービンは、２つ以上のエネルギー発生ユニットを更に備える。各エネルギー発生ユニットは、１組の風力タービンブレードを担持するハブを有するローターを備える。したがって、エネルギー発生ユニットは、風のエネルギーを電気エネルギーに実際に変換する風力タービンの部分を形成する。風が風力タービンブレードに作用し、それによってハブが回転する。ハブの回転運動は、ギア機構を介して又は直接、発電機に伝達される。発電機において、電気エネルギーが生成され、この電気エネルギーを電力網に供給することができる。ローター、ハブ及び風力タービンブレードに加えて、各エネルギー発生ユニットは、発電機と、場合によっては、ローターと発電機とを相互接続するギア機構とを備えることができる。発電機と、場合によってはギア機構とは、ナセル内に配置することができる。

ローターは、有利には水平軸型（ＨＡＷＴ）、すなわち、ローターの回転軸が略水平方向に沿って配されるタイプのものとすることができる。

エネルギー発生ユニットは、タワー構造体の各アームが少なくとも１つのエネルギー発生ユニットを担持するように、タワー構造体に取り付けられる。例えば、エネルギー発生ユニットは、主塔部から最も遠位にある各アームの端部に又は端部の近位に配置することができる。したがって、エネルギー発生ユニットは、主塔部によって規定される鉛直中心軸から或る距離を置いて配置される。

最後に、主塔部には、電力網の電力ケーブルを主塔部に取り付けることを可能にするケーブル支持構造体が設けられる。それにより、風力タービンのタワー構造体は、送電塔の機能を果たすことも可能である。したがって、風力タービン及び電力網用の送電塔のどちらの設備にも単一の構造体が使用されるため、風力タービン及び電力網用の送電塔の設備に伴う総コストを削減することができる。さらに、必要とされる総敷地面積を削減することができる。

これに関して、ケーブル支持構造体は、主として、主電力ケーブルを主塔部に機械的に取り付けることを可能にする機械的構造体であることに留意すべきである。したがって、電力ケーブルは、通常、ケーブル支持構造体を介して風力タービンに電気的には接続されない。しかしながら、ケーブル支持構造体が、風力タービンに電気的に接続されるケーブルを担持するようにも適合されることは排除されない。そのようなケーブルは、例えば、風力タービンによって生成された電力を遠隔に配置された変圧器に供給するために使用される低圧ケーブルとすることができる。この場合、変圧器は、複数の風力タービンによって生成された電力を受け取ることができる。変圧器を、風力タービンに取り付けられた主電力ケーブルに更に接続し、それにより、電力網に高圧電力を供給することができる。

これに関して、「主電力ケーブル」という用語は、電力網の一部を形成する電力ケーブルを意味すると解釈されるものとする。そのような電力ケーブルは、通常、長距離にわたって延在し、送電塔間に懸架される。

上述したように、タワー構造体のアームは、ヨー運動を行うように構成され、このようなヨー運動を行うことで、所与のアームが主塔部から離れるように延在する方向が変わる。したがって、所与のアームを、主塔部に取り付けられた電力ケーブルが延在する方向に対して平行でない方向に沿って該アームが延在することになる位置まで移動させることが可能である。それにより、アームによって担持されているエネルギー発生ユニットを、電力ケーブルの真上でない位置まで移動させることができ、これにより、エネルギー発生ユニットの保守点検を安全に行い、電力ケーブルから十分に離れた位置で全ての保守点検作業を行うことが可能になる。

タワー構造体のアームは、単一の横断構造体の一部を形成することができる。この実施形態によれば、アームは、互いに対して可動でなく、ヨー運動は、有利には、横断構造体全体を回転させることによって行うことができる。横断構造体は、例えば、主塔部の上部を形成することができる。代替的には、横断構造体は、ヨー機構を介して主塔部に取り付けることができる。

一代替形態として、各アームは、個々のヨー機構を介して主塔部に取り付けることができる。別の代替形態として、アームのうちのいくつかは、単一の横断構造体の一部を形成することができ、他のアームは、その横断構造体から分離することができる。例えば、タワー構造体は、４つのアームを備えることができ、それらのアームのうちの２つは、第１の横断構造体の一部を形成し、残りの２つのアームは、第２の横断構造体の一部を形成する。この場合、第１の横断構造体は、第２の横断構造体よりも高い位置で主塔部に取り付けることができる。

ケーブル支持構造体は、主塔部とアームのうちの少なくとも２つとの接続位置よりも低い位置で、タワー構造体の主塔部に取り付けることができる。これにより、これらの少なくとも２つのアームによって担持されるエネルギー発生ユニットのローターを、比較的低い高さよりも風速が大きいと予想され得る高い高さに配置することが可能になる。これにより、風力タービンの総エネルギー生産量が増加する。さらに、電力ケーブルは、例えば電力ケーブル又はケーブル支持構造体の保守点検を行うために、電力ケーブルに容易に手が届き得る高さで、主塔部に取り付けられる。

ケーブル支持構造体は、タワー構造体の全てのアームの下方の位置で主塔部に取り付けることができる。一代替形態として、ケーブル支持構造体は、アームのうちのいくつかの下方、且つアームのうちのいくつかの上方に取り付けることができる。

ケーブル支持構造体は、電力ケーブルを保持するように構成されるカセットとすることができるか又はカセットを含むことができ、カセットは、タワー構造体の主塔部に沿って吊り上げられるように構成される。この実施形態によれば、カセットが地上に配置されている間に、電力ケーブルをカセットに取り付けることができ、その後、カセットを、電力ケーブルとともに、主塔部に沿って取付け位置まで吊り上げることができる。最後に、カセットを主塔部に取り付けることができる。それにより、個々の電力ケーブルをカセットに取り付ける作業が地上で行われるため、取付け位置、すなわち地面の上方の高さにおいて行う必要がある作業の量が最小限に抑えられる。これにより、安全性が高められるとともにコストが削減される。

一代替形態として、カセット及び電力ケーブルが取付け位置まで吊り上げられると、電力ケーブルを、主塔部に事前に取り付けられた又は主塔部の一部を形成するケーブル支持構造体に取り付けることができる。続いて、カセットを地面まで下降させることができる。この場合、カセットは、ケーブル支持構造体の一部を形成しないが、依然として電力ケーブルを取付け位置まで吊り上げる容易な方式を提供する。

別の代替形態として、電力ケーブルは、任意の他の好適な方式で取付け位置まで吊り上げることができる。

カセットは、ジャッキ機構によって、タワー構造体に若しくはエネルギー発生ユニットのうちの１つ以上に配置されるサービスクレーンによって、又は、任意の他の好適な種類の機器を用いて、取付け位置まで吊り上げることができる。

ケーブル支持構造体は、風をエネルギー発生ユニットに向けるように構成された空気力学的な形状を有することができる。この実施形態によれば、ケーブル支持構造体に到来する風は、エネルギー発生ユニットに向けられ、それにより、エネルギー発生ユニットの位置における風速が増大する。これにより、風力タービンの総電力生産量が増加する。

ケーブル支持構造体の空気力学的な形状は、例えば、到来する風をエネルギー発生ユニットに向けて偏向する湾曲面を有することができる。湾曲面は、回転対称とすることができ、この場合、到来する風は、風向きに関わらず同じように偏向される。代替的には、湾曲面は、到来する風を偏向する湾曲面の能力が、いくつかの風向きにおいて、例えば、電力ケーブルによって規定される方向に平行な向きにおいて、他の風向きよりも優れているような形状とすることができる。

一代替形態として、ケーブル支持構造体の空気力学的な形状は、風をエネルギー発生ユニットに向ける通風筒等を画定することができる。

一代替形態として、ケーブル支持構造体は、任意の他の好適な種類の形状を有することができる。例えば、ケーブル支持構造体は、標準的な送電塔において電力ケーブルを担持する構造体と同様のトラス構造体とすることができる。

ケーブル支持構造体は、振動減衰機構を介してタワー構造体の主塔部に取り付けることができる。この実施形態によれば、風力タービンと電力ケーブルとの間での振動の伝達が減少するか又は更には回避される。上記風力タービンと電力ケーブルとの間での振動の伝達は、電力網の電力ケーブルから風力タービンへの振動の伝達及び風力タービンから電力網の電力ケーブルへの振動の伝達を含む。

振動減衰機構は、例えば、ケーブル支持構造体と主塔部との間の接合部に配置されるゴム部材又はばね等の弾性部材を含むことができる。代替的に若しくは加えて、振動減衰機構は、粘性ダンパー、質量調整ダンパー、及び／又は任意の他の好適な種類のダンパーを含むことができる。

タワー構造体に又はエネルギー発生ユニットのうちの１つに配置されるサービスクレーンは、電力ケーブル及び／又はケーブル支持構造体の保守点検時に使用されるように構成することができる。この実施形態によれば、電力ケーブル及び／又はケーブル支持構造体の保守点検が必要とされる際に、タワー構造体に又はエネルギー発生ユニットのうちの１つに既に存在するクレーンを使用することができる。それにより、そのような保守点検を行うために、移動式クレーン等の別個のクレーンを設ける必要がない。これにより、電力ケーブル及び／又はケーブル支持構造体の保守点検の実施に伴うコストが大幅に削減される。本発明のこの実施形態は、サービスクレーンが電力ケーブル及びケーブル支持構造体の高さよりも上方に配置されることを許容するため、ケーブル支持構造体が主塔部とアームのうちの少なくとも２つとの接続位置よりも低い位置で主塔部に取り付けられる場合、特に有意義である。

タワー構造体のアームのうちの少なくとも１つには、サービスクレーンの一部を通すことが可能なハッチを設けることができる。この実施形態によれば、サービスクレーンは、有利には、ハッチが設けられているアームに配置することができる。電力ケーブル及び／又はケーブル支持構造体の保守点検が必要とされる際に、ハッチを開くことができ、ワイヤーに取り付けられるフック等のサービスクレーンの関連部品を、ハッチに通して、ケーブル支持構造体及び電力ケーブルの位置まで下降させることができる。次に、サービスクレーンを用いて、スペア部品、保守点検ツール又は任意の他の関連機器をケーブル支持構造体及び電力ケーブルの位置に対して昇降させることができ、その後、関連する保守点検を行うことができる。

一代替形態として、サービスクレーンは、主塔部に又はエネルギー発生ユニットのうちの１つに配置することができる。この場合も、サービスクレーンの関連部品をアームのうちの１つに形成されているハッチに通すことができる。代替的には、サービスクレーンの関連部品は、主塔部又はエネルギー発生ユニットのナセルに形成されているハッチに通すことができる。

サービスクレーンは、ケーブル支持構造体及び／又は電力ケーブルを主塔部における取付け位置まで吊り上げるために、且つ／又は、ケーブル支持構造体及び／又は電力ケーブルを主塔部における取付け位置から地面に向けて下降させるために更に使用することができる。この場合、吊上げ及び／又は下降は、有利には、吊上げ／下降プロセスの均衡を保つために、主塔部の互いに反対側で、例えば２つの異なるアーム又は２つの異なるアームに取り付けられたエネルギー発生ユニットに配置される２つの異なるサービスクレーンを用いて行うことができる。

第２の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様に係る風力タービンのエネルギー発生ユニットの保守点検を行う方法であって、
アームによって担持されるエネルギー発生ユニットが、主塔部に取り付けられた電力ケーブルから離れる位置まで、アームを移動させるために、タワー構造体のアームのうちの少なくとも１つのヨー運動を行うステップと、
アームが上記位置にある間に、エネルギー発生ユニットの保守点検を行うステップと、
を含む、方法を提供する。

本発明の第２の態様に係る方法は、本発明の第１の態様に係る風力タービンのエネルギー発生ユニットの保守点検を行う方法である。したがって、本発明の第１の態様に関して上述した記載は、ここでも等しく当てはまる。

最初に、アームによって担持されるエネルギー発生ユニットが、主塔部に取り付けられた電力ケーブルから離れる位置まで、アームを移動させるために、タワー構造体のアームのうちの少なくとも１つのヨー運動が行われる。それにより、エネルギー発生ユニットは、電力ケーブルがエネルギー発生ユニットの真下の空間に配置されない位置に配置され、したがって、エネルギー発生ユニットに安全にアクセス可能となる。例えば、保守点検員は、電力ケーブルに接近して作業する必要がなく、スペア部品、保守点検機器等を、電力ケーブルと衝突するリスクを伴わずに、エネルギー発生ユニットに対して直接昇降させることができる。

したがって、アームが上記位置にある間に、エネルギー発生ユニットの保守点検が行われ、すなわち、保守点検を安全に行うことができる。このことは、エネルギー発生ユニットが、主塔部から離れるように延在するアームに取り付けられており、アームが、ヨー運動を行うことが可能であるために、初めて可能になる。

ヨー運動を行うステップは、１つのみのアームが移動されるように行うことができる。代替的には、２つ以上のアームを同時に移動させることができる。このことは、例えば、アームが単一の横断構造体に取り付けられているか又は単一の横断構造体の一部を形成する場合に当てはまり得る。

ヨー運動を行うステップは、アームが、主塔部に取り付けられた電力ケーブルによって規定される方向に対して約９０度の角度を規定する方向に沿って、主塔部から離れるように延在する位置まで、アームを移動させることを含むことができる。この実施形態によれば、アームは、電力ケーブルに対して実質的に垂直に配置される。それにより、エネルギー発生ユニットから電力ケーブルまでの距離が最大限に広げられ、したがって、保守点検を行う間の安全性が最大限に高められる。

上記位置は、保守点検員がエネルギー発生ユニットの真下で作業する必要がある場合、及び／又は、コンポーネント、スペア部品、保守点検機器等をエネルギー発生ユニットのナセルに対して昇降させる必要がある場合に、特に適している。

一代替形態として、ヨー運動を行うステップは、アームが、主塔部に取り付けられた電力ケーブルによって規定される方向に対して約７０度の角度を規定する方向に沿って主塔部から離れるように延在する位置まで、アームを移動させることを含むことができる。この実施形態によれば、エネルギー発生ユニットは、電力ケーブルから十分に離れて配置される。さらに、エネルギー発生ユニットのローターは、電力ケーブルから離れる方に向く方向に方位づけることができる。この位置は、ローター又は１つ以上の風力タービンブレードを交換又は設置する必要がある場合に、特に適している。

第３の態様によれば、本発明は、電力ケーブルを本発明の第１の態様に係る風力タービンに取り付ける方法であって、
カセットをタワー構造体の主塔部の近位で地上に配置するステップと、
電力ケーブルをカセットに取り付けるステップと、
電力ケーブルを少なくとも１つの隣接する風力タービンのカセットに取り付けるステップと、
カセットを主塔部に沿って吊り上げるステップであって、この吊上げは、隣接する風力タービンのカセットの吊上げと協調される、吊り上げるステップと、
を含む、方法を提供する。

本発明の第３の態様に係る方法は、電力ケーブルを本発明の第１の態様に係る風力タービンに取り付ける方法である。したがって、本発明の第１の態様に関して上述した記載は、ここでも等しく当てはまる。

カセットは、最初、タワー構造体の主塔部の近位で地上に配置され、電力ケーブルがカセットに取り付けられる。電力ケーブルは、少なくとも１つの隣接する風力タービンのカセットにも取り付けられる。それにより、電力ケーブルは、少なくとも２つのカセットを相互接続し、各カセットは、風力タービンの主塔部の近くで地上に配置される。

最後に、カセットは、カセットを主塔部における電力ケーブルの取付け位置に配置するために、主塔部に沿って吊り上げられる。この吊上げは、隣接する風力タービンのカセットの吊上げと協調される。それにより、一方のカセットに取り付けられた電力ケーブルが、そのカセットから隣接するカセットまでの距離がそれらの２つのカセットを相互接続する電力ケーブルの長さを超える位置までは吊り上げられないことを確実にすることができる。それにより、電力ケーブルは、吊上げの間に電力ケーブルが破断するリスクを伴わずに、吊上げの前にカセットに取り付けることができ、また、電力ケーブルの後の時点での調整が不要になる。したがって、据付けプロセスの大部分を、電力ケーブル及びカセットが依然として地上にある間に行うことができる。これにより、安全性が高められるとともにコストが削減される。

例えば、カセットの協調された吊上げは、以下のように行うことができる。最初に、第１のカセットを、対応する主塔部に沿って短い距離だけ移動させることができる。次に、隣接するカセットを、主塔部に沿って同様の距離だけ移動させることができ、このカセットはそこに配置される。その後、次のカセットを同様の距離だけ移動することができる、等と続く。第２のカセットを短い距離だけ移動させたら、第１のカセットを、主塔部に沿って更に移動させることができる。全てのカセットのこの漸進的な移動は、全てのカセットがそれぞれの主塔部における取付け位置に配置されるまで続けられる。

一代替形態として、各カセットを実質的に連続して吊り上げてもよいが、カセットの移動は順番に開始し、それにより、隣接するカセット間の距離が、カセットを相互接続する電力ケーブルの長さを超えないことを確実にすることができる。カセットを吊り上げるステップは、ジャッキ機構を用いて行うことができる。この実施形態によれば、カセットを取付け位置まで吊り上げるために、外部クレーンは必要とされない。

代替的に若しくは加えて、カセットを吊り上げるステップは、風力タービンのタワー構造体に又はエネルギー発生ユニットのうちの１つに配置される少なくとも１つのサービスクレーンを用いて行うことができる。この場合もまた、外部クレーンは必要とされない。上述したように、吊上げは、有利には、吊上げプロセスの均衡を保つために、主塔部の互いに反対側に配置される２つのサービスクレーンを用いて行うことができる。

本方法は、電力ケーブルをケーブル支持構造体によって主塔部に取り付けるステップと、続いて、カセットを地面まで下降させるステップとを更に含むことができる。この実施形態によれば、カセットは、専ら電力ケーブルを取付け位置まで吊り上げるために使用されるが、ケーブル支持構造体の一部を形成しない。その代わりに、電力ケーブルは、上述したように電力ケーブルが取付け位置まで吊り上げられた後、主塔部に事前に取り付けられた又は主塔部の一部を形成するケーブル支持構造体に取り付けられる。

代替的には、本方法は、カセットを主塔部に取り付けるステップであって、それにより、カセットがケーブル支持構造体を形成する、ステップを更に含むことができる。この実施形態によれば、電力ケーブルは、カセットに取り付けられたままであるため、主塔部に取り付ける必要があるのはカセットだけである。

以下、本発明を、添付図面を参照して更に詳細に記載する。

本発明の第１の実施形態に係る２つの風力タービンの正面図である。 図１の風力タービンのうちの１つの斜視図である。 第１の位置にある図１の風力タービンのうちの１つの上面図である。 第２の位置にある図１の風力タービンのうちの１つの上面図である。 ローターを本発明の一実施形態に係る風力タービンに取り付けているところを示す図である。 本発明の一実施形態に係る風力タービンに取り付けられたケーブル支持構造体に保守点検が行われている様子を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る風力タービンの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る方法に従って電力ケーブルを風力タービンに取り付けている様子を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る２つの風力タービンの正面図である。 本発明の一実施形態に係る風力タービンの様々なケーブル支持構造体を示す図である。 本発明の一実施形態に係る風力タービンの様々なケーブル支持構造体を示す図である。 本発明の一実施形態に係る風力タービンの様々なケーブル支持構造体を示す図である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る２つの風力タービン１の正面図である。各風力タービン１は、略鉛直方向に沿って延在する主塔部２と、２つのアーム３とを有するタワー構造体を備える。各アームは、略水平方向に沿って主塔部２から離れるように延在する。アーム３は、代替的には、水平成分を有する限り、主塔部２によって規定される鉛直方向に対して９０度とは異なる或る角度をなす方向に沿って、主塔部２から離れるように延在してもよいことに留意すべきである。例えば、アーム３は、主塔部２からアーム３の自由端部に向かって上方に傾斜する方向に沿って延在することができる。

各アーム３は、１組の風力タービンブレード６を有するローター５を備えるエネルギー発生ユニット４を担持する。

各風力タービン１の主塔部２には、ケーブル支持構造体７が更に設けられ、電力網の複数の電力ケーブル８（そのうちの２つが図示されている）が、ケーブル支持構造体７を介して風力タービン１の主塔部２に取り付けられる。したがって、主塔部２は、風力タービンタワーの機能だけでなく、送電塔の機能も果たす。これにより、風力タービン１を設置するコストだけでなく、電力網を設置するコストも削減される。

アーム３は、ヨー運動、すなわち、対応する主塔部２によって規定される鉛直方向と一致する略鉛直軸の周りに回転運動を行うように構成される。これにより、アーム３を、電力ケーブル８が延在する方向に対して任意の好適な向きに配置することが可能になる。したがって、エネルギー発生ユニット４は、電力ケーブル８から十分離れた位置に配置することができ、これにより、エネルギー発生ユニット４の保守点検を安全に行うことが可能になる。これについては、更に詳細に後述する。

図１の実施形態において、各風力タービン１のアーム３は、単一の横断構造体の一部を形成し、それにより、アーム３は、ヨー運動を行う場合に一緒に移動される。

図２は、図１の風力タービン１のうちの１つの斜視図である。アーム３は、電力ケーブル８が延在する方向に対して平行でない方向に沿って該アーム３が延在する位置までヨー運動している。

図３は、図１の風力タービン１のうちの１つの上面図である。図３において、アーム３は、電力ケーブル８が延在する方向に対して略垂直の方向に沿って該アーム３が延在する位置までヨー運動している。この位置において、エネルギー発生ユニット４は、電力ケーブル８から可能な限り遠くに離して配置される。これにより、エネルギー発生ユニット４の保守点検を安全に、すなわち電力ケーブル８と衝突するリスクを伴わずに行うことが可能になる。特に、コンポーネントと電力ケーブル８とが衝突するリスクを伴わずに、コンポーネントをエネルギー発生ユニット４に対して直接昇降させることができる。さらに、風力タービンの主塔部から或る距離を置いて形成されるハードスタンド９から、保守点検を行うことができる。

図４もまた、図１の風力タービン１のうちの１つの上面図である。図４において、アーム３は、電力ケーブル８が延在する方向に対して約７０度の角度をなす方向に沿って該アーム３が延在する位置までヨー運動している。この位置において、エネルギー発生ユニット４はまた、電力ケーブル８から或る距離を置いて配置される。さらに、エネルギー発生ユニット４のうちの１つのローター５は、電力ケーブル８から離れる方向に向いている。これにより、電力ケーブル８と衝突するリスクを伴わずに、ローター５全体又は１つ以上の風力タービンブレード６をハードスタンド９からエネルギー発生ユニット４に対して昇降させることが可能になり、人員と、場合によっては外部クレーンとが、電力ケーブル８から安全な距離を置くことができる。

図５は、ローター５を本発明の一実施形態に係る風力タービン１に取り付けている様子を示している。風力タービン１は、主塔部２と、それぞれエネルギー発生ユニットを担持するように適合されている２つのアーム３とを有するタワー構造体を備える。主塔部２には、複数の電力ケーブル８が取り付けられているケーブル支持構造体７が取り付けられる。風力タービン１は、例えば、図１〜図４に示されている種類のものとすることができる。

外部クレーン１０は、３つの風力タービンブレード６を有するローター５を、風力タービン１における動作位置まで吊り上げる過程にある。風力タービン１のアーム３は、電力ケーブル８が延在する方向に対して平行でない方向に沿って該アーム３が延在する位置までヨー運動している。それにより、アーム３の端部は、電力ケーブル８から十分離れた位置に配置され、したがって、電力ケーブル８と衝突するリスクを伴わずに安全にアクセスすることができる。アーム３は、例えば、図４に示されている位置までヨー運動することができる。

図６は、本発明の一実施形態に係る風力タービン１に取り付けられたケーブル支持構造体７に保守点検が行われている様子を示している。風力タービン１は、主塔部２と、それぞれエネルギー発生ユニットを担持するように適合されている２つのアーム３とを有するタワー構造体を備える。図６に示されているように、風力タービン１のアーム３のうちの１つにハッチ１１が形成されており、アーム３、主塔部２又はエネルギー発生ユニットに配置されているサービスクレーン（図示せず）のワイヤー１２を、このハッチ１１に通すことができる。それにより、サービスクレーンを、ケーブル支持構造体７の保守点検を行うために使用することができる。さらに、電力ケーブルがケーブル支持構造体７に取り付けられている場合、サービスクレーンは、電力ケーブルの保守点検を行うために使用することもできる。最後に、サービスクレーンは、ケーブル支持構造体７及び／又は電力ケーブルを主塔部２における取付け位置に対して昇降させるために使用することができる。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る風力タービン１の斜視図である。本発明の第２の実施形態に係る風力タービン１は、主塔部２と、２つのアーム３とを有するタワー構造体を備え、各アームは、１組の風力タービンブレード６を担持するローター５を備えるエネルギー発生ユニット４を担持するという点、及び、複数の電力ケーブル８が取り付けられているケーブル支持構造体７が、主塔部２に取り付けられるという点において、本発明の第１の実施形態に係る風力タービン１と同様である。

図７の風力タービン１には、２つのガイワイヤー１３が更に設けられ、各ガイワイヤー１３は、主塔部２に取り付けられるとともに、アンカーブロック１４によって地面に固定される。ガイワイヤー１３は、通常動作時に予想され得る風力タービン１にかかる荷重の一部を制御することができるが、ガイワイヤー１３は、矢印１５で示されている方向に沿った荷重、特に曲げ荷重を制御することのみができ、ガイワイヤー１３の位置により、矢印１６で示されている方向に沿った荷重は制御することができない。その一方で、矢印１６で示される方向に沿った荷重は、電力ケーブル８によって部分的に制御することができる。したがって、１組のガイワイヤー１３及び１組のアンカー点１４を省いてもよい。

図８は、電力ケーブル８を本発明の一実施形態に係る方法に従って風力タービン１に取り付けている様子を示している。図８は、３つの風力タービン１を示しており、各風力タービン１は、主塔部２と、２つのアーム３とを有するタワー構造体を備える。電力ケーブル８が取り付けられているケーブル支持構造体７は、以下の要領で風力タービン１の主塔部２に取り付けられる。

最初に、カセットの形態のケーブル支持構造体７が、風力タービン１のそれぞれの近位で地面に配置される。次に、隣接するケーブル支持構造体７が電力ケーブル８によって相互接続されるように、電力ケーブル８がケーブル支持構造体７に取り付けられる。

次に、第１の風力タービン１ａのケーブル支持構造体７が、風力タービン１ａの主塔部２に沿って僅かに吊り上げられる。ケーブル支持構造体７が或る特定の高さに到達したら、第２の風力タービン１ｂのケーブル支持構造体７の吊上げが開始される。第２の風力タービン１ｂは、第１の風力タービン１ａのケーブル支持構造体７と第２の風力タービン１ｂのケーブル支持構造体７とが電力ケーブル８によって直接相互接続されるという点で、第１の風力タービン１ａに対して隣接する風力タービンである。第１の風力タービン１ａのケーブル支持構造体７の吊上げは、第２の風力タービン１ｂのケーブル支持構造体７が吊り上げられている間、継続することができる。代替的には、第１の風力タービン１ａのケーブル支持構造体７の吊上げは、第２の風力タービン１ｂのケーブル支持構造体７が第１の風力タービン１ａのケーブル支持構造体７と同じ高さに到達するまで中断してもよい。この場合、第１の風力タービン１ａのケーブル支持構造体７の吊上げは、第２の風力タービン１ｂのケーブル支持構造体７がその高さに到達したら、第２の風力タービン１ｂのケーブル支持構造体７の吊上げが中断されている間に再開することができる。

いずれの場合も、上述した状況と同様に、第２の風力タービン１ｂのケーブル支持構造体７がその高さに到達したら、第３の風力タービン１ｃのケーブル支持構造体７の吊上げが開始される。第３の風力タービン１ｃは、第２の風力タービン１ｂに対して隣接する風力タービンである。

したがって、隣接する風力タービン１のケーブル支持構造体７は、ケーブル支持構造体７のそれぞれの取付け位置に到達するまで、それぞれの主塔部２に沿って順番に協調して吊り上げられる。それにより、２つの隣接する風力タービン１のケーブル支持構造体７間の距離が、これらの２つのケーブル支持構造体７を相互接続する電力ケーブル８の長さを超えることが回避される。これにより、ケーブル支持構造体７が地上に配置されている間に、電力ケーブル８をケーブル支持構造体７に固定することが可能になり、それにより、ケーブル支持構造体７を取付け位置まで吊り上げた後に必要となる作業数が最小限に抑えられる。これにより、設置時の安全性が高められるとともにコストが削減される。

図８は、上述したプロセスの、第１の風力タービン１ａのケーブル支持構造体７が取付け位置に概ね到達し、第２の風力タービン１ｂのケーブル支持構造体７が地面から取付け位置までの距離の約半分まで吊り上げられ、第３の風力タービン１ｃのケーブル支持構造体７の吊上げがちょうど開始された時点を示している。

図９は、本発明の第３の実施形態に係る２つの風力タービン１の正面図である。風力タービン１は、図１に示されている風力タービンと同様であり、したがって、ここでは詳細に記載しない。しかしながら、図９に示されている風力タービン１のそれぞれは、４つのアーム３を備え、各アーム３は、１組の風力タービンブレード６を支持するローター５を有するエネルギー発生ユニット４を担持する。

図１０〜図１２は、本発明の一実施形態に係る風力タービンのケーブル支持構造体７を示している。

図１０は、主塔部２に取り付けられるケーブル支持構造体７の断面図である。ケーブル支持構造体７には、ケーブルホルダー１７が設けられ、ケーブルホルダー１７には、電力ケーブル（図示せず）を取り付けることができる。ケーブル支持構造体７は、湾曲形状を有する上面１８を有する。上面１８の湾曲形状は、ケーブル支持構造体７に向かって流れる風が上方に偏向される効果を有する。これにより、ケーブル支持構造体７が、エネルギー発生ユニットを担持するアームの下方の位置で主塔部２に取り付けられている場合、風はエネルギー発生ユニットのローターに向けられる。それにより、風力タービンの電力生産量が増大する。

図１１は、主塔部２に取り付けられるケーブル支持構造体７の上面図である。図１１のケーブル支持構造体７は、例えば、図１０に示されているケーブル支持構造体７とすることができる。線１９は、図１０に示されているケーブルホルダーの位置を示している。図１１のケーブル支持構造体７において、風から見た湾曲上面１８の面積は、風向きが線１９に対して垂直である場合の方が、すなわち、風向きが電力ケーブルによって規定される方向に対して平行である場合の方が、風向きが線１９に対して平行である場合よりも、すなわち、風向きが電力ケーブルによって規定される方向に対して垂直である場合よりも大きい。したがって、到来する風を上方に偏向する湾曲上面１８の能力は、風向きが電力ケーブルによって規定される方向に対して平行である場合に、より優れている。風向きが電力ケーブルによって規定される方向に対して略平行である場合、隣接する風力タービンがより大きな風の後流を発生させると予想すべきである。したがって、この場合、風をローターに向けることがより有意義である。

図１２は、主塔部２に取り付けられる代替的なケーブル支持構造体７の上面図である。図１２のケーブル支持構造体７は、図１０に示されているケーブル支持構造体７とすることもできる。しかしながら、図１２のケーブル支持構造体７は、回転対称であり、それにより、到来する風を上方に偏向する湾曲上面１８の能力は、到来する風の向きに関わらず同じである。

Claims (16)

1. 風力タービン（１）であって、
   下部において基礎構造体に固定される主塔部（２）を有するタワー構造体であって、前記主塔部（２）は、略鉛直方向に沿って延在し、該タワー構造体は、少なくとも２つのアーム（３）を更に備え、各アーム（３）は、水平成分を有する方向に沿って前記主塔部（２）から離れるように延在し、前記アーム（３）は、前記主塔部（２）の前記略鉛直方向によって規定される軸の周りにヨー運動を行うように構成される、タワー構造体と、
   前記タワー構造体の各アーム（３）が少なくとも１つのエネルギー発生ユニット（４）を担持するように前記タワー構造体に取り付けられる、２つ以上のエネルギー発生ユニット（４）であって、各エネルギー発生ユニット（４）は、１組の風力タービンブレード（６）を担持するハブを有するローター（５）を備える、２つ以上のエネルギー発生ユニットと、
   を備え、前記主塔部（２）には、電力網の電力ケーブル（８）を前記主塔部（２）に取り付けることを可能にするケーブル支持構造体（７）が設けられ、それにより、前記主塔部（２）は、送電塔として機能するように構成されている、風力タービン。
2. 請求項１に記載の風力タービン（１）であって、前記タワー構造体の前記アーム（３）は、単一の横断構造体の一部を形成する、風力タービン。
3. 請求項１又は２に記載の風力タービン（１）であって、前記ケーブル支持構造体（７）は、前記主塔部（２）と前記アーム（３）のうちの少なくとも２つとの接続位置よりも低い位置で、前記タワー構造体の前記主塔部（２）に取り付けられる、風力タービン。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力タービン（１）であって、前記ケーブル支持構造体（７）は、前記電力ケーブル（８）を保持するように構成されるカセットであるか又は該カセットを含み、該カセットは、前記タワー構造体の前記主塔部（２）に沿って吊り上げられるように構成される、風力タービン。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の風力タービン（１）であって、前記ケーブル支持構造体（７）は、風を前記エネルギー発生ユニット（４）に向けるように構成された空気力学的な形状を有する、風力タービン。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の風力タービン（１）であって、前記ケーブル支持構造体（７）は、振動減衰機構を介して前記タワー構造体の前記主塔部（２）に取り付けられる、風力タービン。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の風力タービン（１）であって、前記タワー構造体（２、３）に又は前記エネルギー発生ユニット（４）のうちの１つに配置されるサービスクレーンは、前記電力ケーブル（８）及び／又は前記ケーブル支持構造体（７）の保守点検時に使用されるように構成される、風力タービン。
8. 請求項７に記載の風力タービン（１）であって、前記タワー構造体の前記アーム（３）のうちの少なくとも１つには、前記サービスクレーンの一部（１２）を通すことが可能なハッチ（１１）が設けられる、風力タービン。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の風力タービン（１）のエネルギー発生ユニット（４）の保守点検を行う方法であって、
   前記アーム（３）によって担持されるエネルギー発生ユニット（４）が、前記主塔部（２）に取り付けられた前記電力ケーブル（８）から離れる位置まで、前記アーム（３）を移動させるために、前記タワー構造体の前記アーム（３）のうちの少なくとも１つのヨー運動を行うステップと、
   前記アーム（３）が前記位置にある間に、前記エネルギー発生ユニット（４）の保守点検を行うステップと、
   を含む、方法。
10. 前記ヨー運動を行うステップは、前記アーム（３）が、前記主塔部（２）に取り付けられた前記電力ケーブル（８）によって規定される方向に対して約９０度の角度を規定する方向に沿って、前記主塔部（２）から離れるように延在する位置まで、前記アーム（３）を移動させるステップを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記ヨー運動を行うステップは、前記アーム（３）が、前記主塔部（２）に取り付けられた前記電力ケーブル（８）によって規定される方向に対して約７０度の角度を規定する方向に沿って、前記主塔部（２）から離れるように延在する位置まで、前記アーム（３）を移動させるステップを含む、請求項９に記載の方法。
12. 電力ケーブル（８）を請求項１〜８のいずれか１項に記載の風力タービン（１）に取り付ける方法であって、
    カセット（７）を前記タワー構造体の前記主塔部（２）の近位で地上に配置するステップと、
    電力ケーブル（８）を前記カセット（７）に取り付けるステップと、
    前記電力ケーブル（８）を少なくとも１つの隣接する風力タービン（１）のカセット（７）に取り付けるステップと、
    前記カセット（７）を前記主塔部（２）に沿って吊り上げるステップであって、該吊上げは、前記隣接する風力タービン（１）の前記カセット（７）の吊上げと協調される、吊り上げるステップと、
    を含む、方法。
13. 前記カセット（７）を吊り上げるステップは、ジャッキ機構を用いて行われる、請求項１２に記載の方法。
14. 前記カセット（７）を吊り上げるステップは、前記風力タービン（１）の前記タワー構造体（２、３）に又は前記エネルギー発生ユニット（４）のうちの１つに配置される少なくとも１つのサービスクレーンを用いて行われる、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 前記電力ケーブル（８）をケーブル支持構造体によって前記主塔部（２）に取り付けるステップと、続いて、前記カセット（７）を地面まで下降させるステップとを更に含む、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記カセット（７）を前記主塔部（８）に取り付けるステップであって、それにより、前記カセット（７）がケーブル支持構造体を形成する、取り付けるステップを更に含む、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。

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