JP2023528164A - 浮体式洋上風力発電所との間及びその内部における電力ケーブルへの損傷を回避するためのシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、主耐荷重性係留要素の故障後、非冗長係留を使用して、浮体式洋上風力発電所との間及びその内部での電力伝送のための電力ケーブル（５）への損傷を防止するためのシステムについて記載している。このシステムは、以下の特性を有する少なくとも１つの電力ケーブル安全ライン（１３）を備える。これは、保護するように設計された電力ケーブル（５）と同一の２つの風力タービン（１）に接続される。これは、保護するように設計された電力ケーブルより短いも有効長を有する。これは、無傷の係留システムを備えた浮体式風力タービン（１）間の距離がその最大値であるとき、ほぼ応力を受けないように維持されるために必要とされるよりも長い有効長を有する。これは、所定の割合の強度である破断強度を有し、主耐荷重性係留要素（４、８、９、１０、１１、１２、１８）がこれに合わせて設計される。【選択図】図９ａ

Description

[0001] 本発明は、浮体式風力タービンを定位置に保持する主係留システムの故障後、浮体式洋上風力発電所との間及びその内部における電気出力ケーブルのうちの少なくとも１つへの過度の応力を回避するための１つ又はいくつかのパッシブ構造安全ラインのシステムであって、この安全ラインは、懸念対象の電力ケーブル又は破損した係留ラインと平行又はほぼ平行に方向付けられ、安全ラインは、すべての主係留ラインが無傷であるとき、浮体式風力タービンの挙動にほぼ影響を及ぼさないシステムに関する。

[0002] 非冗長係留システムは、係留ラインの故障が浮体式風力タービンの位置に著しい変化を生じるが、浮体式洋上風力タービン又はいくつかの浮体式洋上風力タービンを備えた電力発電所にとって一般的な考慮事項である。これは、浮体式風力タービンごとに非常に小数の係留ライン、通常は３つの係留ラインを備えたこのような係留システムが開発コストを低減するためである。

[0003] なお、浮体式風力タービンの位置を喪失することが他の構造又は浮体式風力タービンとの任意の潜在的衝突に繋がらなければ、３つの係留ラインのうちの１つを損失することは、同業界において冗長係留システムと定義され得る。しかしながら本明細書中、他の構造又は浮体式風力タービンとの衝突のリスクに関わらず、単一の失敗が位置の著しい喪失に繋がる場合の係留システムは、非冗長係留システムと定義される。３つを超える数の係留ラインを備えたシステムでの故障は、潜在的に、位置を著しく変化させる可能性があり、この位置の損失が電力ケーブル等の他の部品の故障を意味する場合、これらの係留システムはこの文脈において非冗長であると考えられる。

[0004] 一部の浮体式風力タービンは、浮体構造に向かう分離係留ライン手綱配置を有し、すなわち、各係留ラインは互いに接続されるか又は他の主要接続に接続されるが、浮体構造に２つの接続を有する。このような係留ライン配置は、本明細書中、２つの係留ラインでなく１つの係留ラインと規定される。

[0005] 非冗長係留システムの主な欠点として、係留ラインが故障した場合、浮体式風力タービンの大規模な配置によって、過度の応力と、ひいては破断した係留ラインを備えた浮体式風力タービンに接続された電力ケーブルの故障を最も生じやすい。係留システムにおける故障によって生じた１つ又はいくつかの電力ケーブルの故障は、故障した係留ラインの修理のみと比較して、電力生産における著しい修理コスト及びダウンタイムを増加させてしまう。したがって本発明は、浮体式風力タービンが電力ケーブルをその能力限界内に保持するための最長許容距離を超えて移動するのを制限するパッシブ安全ラインの配置に関する。ここでパッシブ配置とは、例えば、ウインチ又は同様のものによる配置のアクティブな調整が主係留システムの故障直前、故障中、又は故障直後には発生しない配置として規定される。クリープ、合成ロープの永続的伸長等、負荷依存性及び時間依存性を補償するために行われる適宜の、又は、定期的なライン長調整は、ラインのアクティブな調整とは見なされず、代わりにパッシブシステムのメンテナンスプログラムの一部と見なされる。

[0006] 関連する従来技術がＷＯ２０１６０８３５０９Ａ１号に開示されており、これは、バックアップ係留ライン配置を備えた２つの浮体構造間の衝突を回避するためのシステムに関する。しかしながら、このシステムは、主係留システムの製造の場合、バックアップ係留ラインを締め付ける浮体構造上のアクティブ引張手段を必要とする。これらの場合において、炭化水素を備えた流体ラインが過度の応力を受けるのを制限する配置を示した他の関連する従来技術が、ＵＳ６５０２５２６Ｂ１号、ＵＳ６６８５５１９Ｂ１号、ＷＯ２００５１０８２００Ａ１号、及びＷＯ２０１５１８９５８０Ａ１号に開示されている。しかしながら、これらすべての従来技術の刊行物において、流体ラインへの過度の応力を制限するラインはまた、バックアップライン又はパッシブ安全ラインのみならず、主耐荷重性配置でもある。文献ＷＯ２０１８／１７５２９７Ａ１号は、海底と浮体式洋上波力発電所との間、及び／又は、非冗長係留及び従来の（主）耐荷重性係留要素を使用した複数の波エネルギー変換器を備えた波力発電所内部で、電力伝送を行うための電力ケーブルへの損傷を防止するためのシステムを開示している。ＷＯ２０１８／１７５２９７Ａ１号は、主耐荷重性係留要素の故障後、海底と浮体との間の電力伝送のための電力ケーブルへの損傷を防止するものでない。文献ＥＰ３２１２４９６Ｂ１号は、風力タービンが係留ラインに接続されることで、海底と浮体式洋上風力発電所との間の電力伝送のための電力ケーブルでステーション維持を保証する浮体式洋上風力発電所を開示している。文献ＥＰ３２１２４９６Ｂ１号は、いかにして電力ケーブルへの損傷を防止するかについて教示していない。

[0007] 海洋石油及びガス産業において、流体、例えば、安定化オイルを浮体式保管ユニットと輸送タンカーとの間で移送するための慣例として、タンデム式積み降ろし配置を介して行われる。３つの一般的なタンデム式積み降ろし配置が、図１１ａ、図１１ｂ、及び図１１ｃに各々示されている。図１１ａは、タレット係留浮体式保管ユニット２５と標準輸送タンカー２７との間の配置を示している。この配置において、流体は、浮体式流体ライン／ホース２２を介して行われ、輸送タンカーは、係留大綱２４を介して浮体式保管ユニットに係留されている。係留大綱の弛みを回避することで、タンカーと浮体式保管ユニットとの間の衝突のリスクを回避するために、タグ２８が係留大綱と比較して、タンカーの他端に接続されたタグライン２９を介して輸送タンカーをたぐり寄せる。図１１ｂは、同様の配置を示しているが、展開係留保管ユニット２６からの様子である。これら双方の配置において、係留大綱は、流体ラインを過度の応力から保護することができるが、主耐荷重性要素であり、バックアップ構造要素ではない。さらに、タンデム式積み降ろしシステムには、故障の場合の緊急解放特徴が含まれている。図１１ｃにおいて、輸送タンカーには、保管ユニットまで特定距離に輸送タンカーを保持する動的位置決めシステムが備えられており、係留大綱が必要ではないものの、輸送タンカーと生産ユニットとの間の距離の増加に繋がる動的位置決めシステムの故障の場合に、流体ライン２３の故障を防止する。このシステムもまた、大綱及び流体ラインの緊急解放特徴を有する。後者の配置は、本発明といくつかの類似点があるものの、船舶形状ユニット間での流体移送と、輸送タンカーがパッシブに係留されるのでなく、動的に位置決めされる配置と、に関する。タンデム積み降ろしシステムはまた、輸送タンカーと保管ユニットとの間の離間距離が通常は８０～１５０ｍであり、すなわち２つの浮体式風力タービン間の距離より近いシステムに関する。

[0008] 本発明の主な目的は、浮体式風力タービンの係留システムにおける主係留要素のうちの１つにおける故障のために、電力ケーブル及びその付属品に損傷を生じることを回避することである。「主係留要素のうちの１つにおける故障」とは、アンカー及びアンカーラインのうちの一方からの復元力の喪失として理解されなければならない。電力ケーブルへの損傷の回避により、浮体式風力タービンのステーション保持能力が維持されるため、故障を生じた係留システムの修正により多くの時間を費やすことができるようになる。これらの目的を達成するために、請求項１に記載のシステムが提供される。

[0009] 本発明は、海底と浮体式洋上風力発電所との間、及び／又は、風力発電所内部、での電力伝送のための電力ケーブルへの損傷を防止するためのシステムであって、主耐荷重性係留要素の故障後、非冗長係留を使用する複数の風力タービンを備えるシステムについて記載している。このシステムは、以下の特性を有する少なくとも１つの電力ケーブル安全ラインを備える。すなわち電力ケーブル安全ラインは、保護するように設計された電力ケーブルと同一の２つの風力タービンに接続されること、電力ケーブル安全ラインの破断強度までの軸方向の力に露出されるときも、保護するように設計された電力ケーブルよりも短い有効長を有すること、無傷の係留システムを備えた浮体式風力タービン間の距離がその最大値であるとき、ほぼ応力を受けないように維持されるために必要とされるよりも長い有効長を有すること、所定割合の強度である破断強度を有し、係留の主耐荷重性係留要素はこれに合わせて設計されること、である。このシステムはさらに、以下の特性を有する少なくとも１つの海底電力ケーブル安全ラインをさらに備え得る。すなわち、海底電力ケーブル安全ラインは、浮体式風力タービン接続されるが、この浮体式風力タービンから電力ケーブルが海底との間で風力発電所に出入りすること、海底の既存又は別個のアンカーポイントにアンカリングされること、いずれの既存の係留ラインのいずれの正常な移動にも干渉しないこと、海底電力ケーブルと同一方向に著しい復元力成分を有すること、すべての主耐荷重性係留要素が無傷であるとき、風力タービンの位置とは独立して、ほぼ応力を受けないように維持されるのに必要とされるよりも長い有効長を有すること、主耐荷重性係留要素のうちの１つが故障したとき、残りの主耐荷重性係留要素とともに、少なくとも１つの海底電力ケーブル安全ラインが電力ケーブルの代わりに係留負荷を受けるように、ウィンドミルの潜在的な移動を制限するのに十分短い有効長を有すること、である。

[0010] 以下に、本発明の種々の実施形態を図面を参照して説明するが、異なる図面中の同様の参照符号は、同一の特徴を記載するものである。

[0011]浅瀬における３つの係留ラインと２つの電力ケーブルとを備えた一般的な浮体式風力タービンの鳥瞰図を示している。 [0012]図１ａと同一の浮体式風力タービンの側面図を示している。 [0013]各々、３つの個々の海底への係留ラインとタービン間の電力ケーブルと備える１２個の浮体式風力タービンを備えた深海におけるウィンドファームの上面図を示している。 [0014]図２ａと同一のウィンドファームの鳥瞰図を示している。 [0015]相互接続係留ラインとタービン間の電力ケーブルとを備える１２個の浮体式風力タービンを備えた深海におけるウィンドファームの上面図を示している。 [0016]図３ａと同一のウィンドファームの側面図を示している。 [0017]図３ａと同一のウィンドファームの鳥瞰図を示している。 [0018]図２の風力タービンのうちの１つにおいて係留ラインが１つ破断しているシナリオを示している。 [0019]図４と同一であるが、他のラインが破断している様子である。 [0020]図５ａと同一であるが、異なる視野角からの様子である。 [0021]係留ラインの故障の場合に電力ケーブルにおける過度の負荷を回避するために、電力ケーブル安全ラインが取り付けられていることを除いて、図２と同一のウィンドファーム配置の上面図である。 [0022]図６ａの配置の鳥瞰図である。 [0023]図６ａの配置の側面図である。 [0024]図６ｂと同一であるが、異なる視野角からの様子である。 [0025]図４と同一であるが、電力ケーブル安全ラインが導入された図６の配置に合わせたものである。 [0026]図５と同一の破断ラインシナリオの上面図であるが、電力ケーブル安全ラインが導入された図６の配置に合わせたものである。 [0027]いずれのポイントでも互いに接続されていない電力ケーブルと平行電力ケーブル安全ラインとを備えた配置であって、電力ケーブルが海底と接触していない配置を示している。 [0028]いずれのポイントでも互いに接続されていない電力ケーブルと平行電力ケーブル安全ラインとを備えた配置であって、電力ケーブルが海底と接触している配置を示している。 [0029]中間長さにおいて互いに接続された電力ケーブルと平行電力ケーブル安全ラインとを備えた配置であって、電力ケーブルが海底と接触していない配置を示している。 [0030]流体の移送のための浮体式流体ラインを使用した、タレット係留浮体ユニットと輸送タンカーとの間のタンデム式積み降ろしの一例を示している。 [0031]図１１ａと同一であるが、展開係留浮体ユニットに合わせたものである。 [0032]流体の移送のための水中流体ラインを使用する動的位置決めに際した、浮体ユニットと輸送タンカーとの間のタンデム式積み降ろしの一例を示している。 [0033]海底電力ケーブル安全ラインが存在する場合、及び存在しない場合において、主係留要素が故障したときに発生し得る異なる移動領域を示している。

[0034] 本発明は、浮遊した風力タービンの主係留システムの故障に起因した、風力タービン間の電力ケーブル５、又は、海底３と海面２に浮遊した風力タービン１との間の海底電力ケーブル７、における故障を防止するための配置又はシステムであって、浮体式風力タービンの主係留システムが、海底３上のアンカー１８に直接的に、又は接続１１、１２を介して間接的に接続される一組の係留ライン４、８、９、１０を備える配置又はシステムに関する。風力タービンは、複数の風力タービンを備える洋上の風力発電所の一部である。

[0035] 本発明に係るシステムは、正常動作状態において、すなわち、主係留システムが無傷であるとき、緩んで、浮体式風力タービンの係留設計負荷の無視可能な、又はわずかな部分のみに晒される一組の電力ケーブル安全ライン１３を備える。電力ケーブル安全ライン１３は正常時、洋上風力発電所において浮体式風力タービン間に配置される。各電力ケーブル安全ラインは、水平面を参照した向きと、垂直面を参照した方向と、で配置され、ライン端部に対する関連吊り下げ位置を備えた全長は、安全ラインが完全に伸長したとき、懸念対象の電力ケーブル５、７がその構造的一体性を依然として維持するように、すなわち過度に応力を受けないように終端する。これらの電力ケーブル安全ラインは、通常、チェーンセグメント、スチールワイヤロープセグメント、合成ロープセグメント、ブイ、重量要素、及びその他の接続要素等、１つ又はいくつかの構成要素を備える。

[0036] ２つの浮体式風力タービン間の電力ケーブル５に過度の応力が付与されるのを防止するには、電力ケーブル安全ライン１３は、通常、アンカーで海底に固定されることなく、同一の２つの浮体式風力タービンに接続される。図９ａ、図９ｂ、及び図１０は、２つの浮体式風力タービン間の電力ケーブル安全ラインの原則を示している。そして安全ラインは、電力ケーブルと平行又はほぼ平行の向きとされ、通常、電力ケーブルよりも水柱内の高い位置に配置される。安全ライン１３の有効長が電力ケーブル５の有効長よりも短いことで、電力ケーブルに過度の応力を付与することなく、２つの浮体式風力タービン間の最大距離を限定する。「有効長」とは、風力タービンの中心点及び各電力ケーブル安全ラインと電力ケーブルとの接続点からの長さがそれら各長さに加算されたときに生じる長さを意味する。換言すると、風力タービンの形状と、その接続点の位置決めと、を考慮に入れなければならない。なお、安全ラインの軸方向剛性は、軸方向の加重に晒されるときに有効長に影響を及ぼす重要なパラメータである。電力ケーブル安全ラインは依然として、電力ケーブル安全ラインの破断力の大きさまでの軸方向の力に晒されるとき、電力ケーブルよりも短くなければならない。一方、安全ラインの最短長さは、無傷の係留システムを備えた浮体式風力タービン間の距離がその最大値であるとき、安全ラインが非常に伸長してしまうことを回避するのに十分な長さでなければならない。さらに、安全ラインの必要最低破断強度は、主係留システム内の係留ラインに対する必要最低破断強度の約３５～７０％であることが期待される。

[0037] 浮体式風力タービンと海底との間の海底電力ケーブル７に過度に応力を与えることを防止するために、安全ライン１７は、一端において浮体式風力タービンに接続され、他端において海底に接続されて、この海底接続は、海底電力ケーブルに最も近い係留ライン４、８、１０のアンカー１８、又は主係留ラインアンカーの近傍に位置決めされた別個のアンカーのいずれかに対して行われる。理想的には、安全ラインは、海底電力ケーブルに最も近い係留ライン４、９の向きと海底電力ケーブル自体の向きとの間の向きを有していなければならない。あらゆる実際的な目的のために、これは、安全ラインの向きが、海底電力ケーブルの向きに対して、同一の向き（０度）に平行の向きと、通常６０度まで、しかしながら横断方向（９０度）以下と、の間となることを意味し、１８０度は、海底電力ケーブルの向きに対して反対の向きに平行であることを意味する。海底電力ケーブル安全ライン１７の復元力の著しい成分は、海底電力ケーブルと同一の方向でなければならないとも言える。安全ライン１７の軸方向剛性及び向きの効果を含む最大有効長は、海底電力ケーブルに過度の応力を与えることなく、浮体式風力タービンの最大許容変位によって判定される。一方、安全ラインの最短長さは、無傷の係留システムを備えた浮体式風力タービンの変位がその最大値にあるとき、海底電力ケーブル安全ラインが非常に伸長することを回避するのに十分な長さでなければならない。以上のように、安全ラインの必要最低破断強度は、主係留システムにおける係留ラインの必要最低破断強度の約３５～７０％であることが期待される。

[0038] 図１２ａは、すべてのアンカーラインが無傷である風力タービンの潜在的な移動を示している。図１２ｂ及び図１２ｃは、海底電力ケーブル安全ラインが設けられ、各係留要素Ｃ及びＤのうちの一方が故障したときの風力タービンの潜在的な移動を示している。「Ｘ」は、いずれの主係留要素が故障したかを示している。図１２ｄは、海底電力ケーブル安全ライン１７が設けられないときの風力タービンの潜在的な移動を示している。単に遥かに長い電力ケーブルを提供することができると議論することは可能であるものの、実生活において、電力ケーブルは、例えば、海洋の底の障害物等に絡まったため、損傷してしまうリスクを伴うことなく、海底上を数百メートルも引っ張ることはできない。したがって、風力タービンの移動を制限し、代わりに、主耐荷重性係留要素のうちの１つが故障し、少なくとも１つの海底電力ケーブル安全ラインが残りの係留ラインとともにウィンドミルの潜在的な移動を制限するときに風力タービンが達し得るあらゆる領域に達するのに十分な長さを有する、より短い海底電力ケーブルを提供することが好ましい。これは、図１２ａから図１２ｄに示されている。主耐荷重性要素は、アンカー１８、異なる種別の係留ライン構成要素４、８、９、１０、１１、又は１２、及びこれらを接続する据付品として規定される。特定の風力タービンに接続されたすべての耐荷重性要素が、特定の風力タービンの主係留システムを構成する。

[0039] 一実施形態において、２つの海底電力ケーブル安全ライン１７が設けられる。そして、２つの海底電力ケーブル安全ライン１７からの復元力を組み合わせた著しい成分は、電力ケーブルと同一方向でなければならない。また、これは、２つを越える数の海底電力ケーブル安全ケーブルでも考えられる。

[0040] 図示では、浮体式風力タービンとして三脚型の半潜水可能なものを示しているが、本発明は、任意の種別の船体形状を備えた任意の種別の浮体式風力タービンに関する。本発明はまた、任意の水深、任意の係留システム及び電力ケーブルシステムに関し、本発明の利点は当業者にとって明らかである。浮体式風力タービンの主係留システムは、本明細書に図示で示された展開係留システム、又はタレット係留システムのいずれかであり得る。

[0041] 図１ａは、アンカー１８を介して３つの係留ライン４により海底３に係留された単一の浮体式風力タービン１の全体図を提供している。アンカーは任意の種別のものとすることができ、最も一般的な種別としては、打込杭、サクションアンカー、走行埋没アンカーである。係留ライン４は、チェーンセグメント、スチールワイヤロープセグメント、合成ロープセグメント、ブイ、重量要素、及び関連接続の組み合わせを備え得る。同図はまた、２つの電力ケーブル７も示しており、これらは、一端において海面２の上、海面２、又は海面２の下の位置で浮体式風力タービンに接続され、他端において海底３に接続されている。電力ケーブルは、ケーブル長さの一部に亘って浮力要素を取り付けることにより得られたレイジーウェーブ動的構成を備えて示されている。様々に配置可能な動的構成の目的は、浮体式風力タービンの動き及び変位のせいで過度の応力を受けることなく、可撓性を得ることである。いずれの安全ライン１７も含まないこの配置における係留ライン４のうちの１つが破断すると、浮体式風力タービンは、その位置を維持することができなくなる。代わりに、それは、動的電力ケーブル構成に組み込まれた変位能力を超えて水平に移動する。図１ｂは、図１ａと同一のものであるが、異なる視野角からの様子を示している。

[0042] 図２ａ及び図２ｂは、各々が個別の係留ライン４を備えた１２個の浮体式風力タービン１を備えた電力発電所の一例を示している。アンカー１８と浮体式風力タービン１との間の係留ラインの構成は、通常、チェーンセグメント、スチールワイヤロープセグメント、ポリエステルロープセグメント、ブイ２０、重量要素、及び種々の接続等、１つ又はいくつかのアイテムの組み合わせである。図２ａは、上から見た風力発電所を示しており、図２ｂは、電力発電所を鳥瞰した様子を示している。図示は、通常の深海への適用を表しており、浮体式風力タービン間の電力ケーブル５は、常に、海底３に接触することなく、水柱内に保持されている。これらの電力ケーブルは、ケーブルの一部に亘って分布する浮力要素１９によって得られたｗ構成を備えたものが例示される。さらに、図示の一連の１２個の浮体ユニットのうち最初と最後の浮体式風力タービンからの電力ケーブル７は、レイジーウェーブとして構成され、すなわち、図１ａ及び図１ｂに示されるケーブルと同一の構成であるが、吊り下げ自在カテナリ、急峻波、急峻ｓ、レイジーｓ、及びクランプ波等、異なる種別の構成も可能であってよい。図示の係留配置において、異なるユニットに対する係留システムは、交差する係留ラインが最低量で浮体式風力タービン間の距離が最短化されるような向きとされるが、これは、浮体式風力タービンの２つの隣接する列について反対方向に係留システムを向けることによってなされる。図２ａのＡ及びＢを参照のこと。しかしながら、いかにこれを最もよく配置可能かは、水深と、通常はロータ２１の直径の５～８倍とされる浮体式風力タービン間の必要最低距離と、に応じて決まる。電力ケーブル安全ラインは、図２ａ及び図２ｂには示されていない。混同を避けるため、図２ｂにおいて参照符号６で印を付けた円と他の図中での部分がプロットソフトウェアにおける「視野回転点」を表していることについて言及しておく。

[0043] 図３ａ、図３ｂ、及び図３ｃは、１２個の浮体式風力タービン１でも例示される深海電力発電所の他の例を示しているが、この配置においては、浮体式風力タービンが係留ライン及びアンカーの一部をシェアしている。発電所の隅部における浮体式風力タービンは、海底３上のアンカー１８への１つの個々の係留ライン４と、他の浮体式風力タービンとの共有接続１１に取り付けられた２つの係留ライン９と、を有し、接続１１は、係留ライン８を介して海底上のアンカー１８にさらに接続される。隅部でない縁部に設けられた浮体式風力タービンは、他の浮体式風力タービンとの共有接続１１に取り付けられた２つの係留ライン９を有し、接続１１は、係留ライン８を介して海底上のアンカー１８にさらに接続される。第３の係留ライン９は、他の２つの浮体式風力タービンと共有した接続１２に取り付けられ、さらに、係留ライン１０を介して海底上のアンカー１８に接続される。中央の浮体式風力タービンは、他の浮体式風力タービンと共有する接続に取り付けられた３つの係留ライン９を有し、接続１２は、さらに、係留ライン１０を介して海底上のアンカー１８に接続される。接続１１、１２は、係留ライン８、１０の重量の一部、又は全重量を支える浮力を備えて設計され得る。洋上設置フェーズ中、ライン９及び浮体式風力タービンが接続する前にも、ラインを海底から部分的又は完全に離して保持することができる。図示の配置において、浮体式風力タービン間の電力ケーブル安全ライン１３が示されている。これらの安全ラインは、通常、チェーンセグメント、スチールワイヤロープセグメント、ポリエステルロープセグメント、ブイ、重量要素、及び種々の接続等、１つ又はいくつかのアイテムを備える。浮体式風力タービンの主係留システムが無傷であるときの正常動作では、安全ライン１３は、著しく伸長することがなく、ひいては浮体式風力タービンの挙動にわずかにしか影響を及ぼさないため、わずかな負荷のみに晒される。洋上での取り扱いは、主に、最終接続の構成中に著しい接続負荷を伴うことなく、構成要素の重量を扱うことに限定されるため、安全ラインのこの緩い構成は、それらの設置に著しい利点があることも意味している。電力ケーブルは、図３ａ、図３ｂ、及び図３ｃには示されていない。

[0044] 図４は、図２ｂと同一であるが、浮体式風力タービンのうちの１つに対する係留ラインのうちの１つが破断しており、海底に対する電力ケーブル７のうちの１つが影響を受けるようになっている。破断した係留ライン１５は、関連の浮体式風力タービン１６の著しい変位に繋がり、ひいては、電力ケーブル７ｂをケーブルの故障を最も導きやすいレベルまで伸長させる。

[0045] 図５ａは、図２ｂと同一であるが、浮体式風力タービンのうちの１つに対する係留ラインのうちの１つが破断しており、２つの浮体式風力タービン間の電力ケーブル５のうちの１つが影響を受けるようになっている。破断した係留ライン１５は、関連の浮体式風力タービン１６の著しい変位に繋がり、ひいては、電力ケーブル５ｂをケーブルの故障を最も導きやすいレベルまで伸長させる。図５ｂは、図５ａと同一のものを示しているが、異なる視野角からの様子である。

[0046] 図６ａ、図６ｂ、図６ｃ、及び図６ｄは、電力ケーブル安全ライン１３が、電力ケーブル５と平行又はほぼ平行の方向において浮体式風力タービン１間に加えられたことを除いて、図２ａ及び図２ｂと同一の浮体式電力発電所を示している。海底電力ケーブル安全ライン１７もまた、浮体式風力タービンと海底との間で電力ケーブル７を保護するために、浮体式風力タービンと海底３との間に加えられている。浮体式風力タービン１と海底３との間の電力ケーブル安全ライン１７は、本例において、電力ケーブル７に最も近い係留ライン４に平行又はほぼ平行の向きに方向付けられて、係留ライン４とアンカー１８をシェアしていると仮定される。安全ライン１７の有効長は、本実施形態において、係留ラインよりも小さな力で設置できるように、且つ、無傷の係留ラインよりも小さな負荷に晒されるように、係留ライン４よりもわずかに長い。安全ライン１７は、係留ライン４のいずれかの側における別のアンカーの向きに方向付けられることもできるが、長さ及び軸方向剛性は、正常条件において、主係留システムの挙動に著しく影響しないような、且つ、係留ラインの故障の場合に、浮体式風力タービンが電力ケーブルの作業限界を超えた変位を受けないようなものでなければならない。

[0047] 図７は、図６ｄと同一であるが、係留ライン１５が破断した様子である。破断した係留ラインは、海底電力ケーブル安全ライン１７と平行な無傷段階にあった。破断が生じた後、安全ラインは、係留ラインを引き継ぐため、電力ケーブル７がその作業限界内に収まるように、浮体式風力タービン１６の変位を限定する。

[0048] 図８ａ及び図８ｂは、図５ａ及び図５ｂと同一の故障シナリオを示しているが、この図示においては、電力ケーブル安全ライン１３ｂが２つの浮体式風力タービン１、１６間の電力ケーブル５と平行して走行している。関連の浮体式風力タービン１６の破断した係留ライン１５は、電力ケーブル構成５を伸長させる浮体式風力タービン間の距離の延長に繋がるものの、安全ライン１３ｂが存在するため、電力ケーブルはその能力を超えて応力を受けることはない。

[0049] 図９ａは、２つの浮体式風力タービン１間の深海における電力ケーブル５のための一般的な配置を示しており、電力ケーブルは、海底３と接触していない。電力ケーブル５は、浮力１９を伴って、又は伴わず配置され得る。電力ケーブル安全ライン１３は、電力ケーブルと平行に、又はこれとほぼ平行に走行している。電力ケーブル及び電力ケーブル安全ラインの双方は、同一の浮体式風力タービンに吊り下げられるものの、水平方向にいくらか離間していることが好ましい。しかしながら、電力ケーブルと安全ラインとの垂直方向離間により、それらの全長に沿った両者間の臨界的干渉／接触を十分に回避でするのであれば、吊り下げ箇所の水平方向離間は、不要であり得る。さらに、電力ケーブルと安全ラインとの水平方向離間により、それらの全長に沿った両者間の臨界的干渉／接触を十分に回避するのであれば、両者間の垂直方向離間は不要であり得る。図９ｂは、同様の配置を示しているが、通常、電力ケーブルが部分的に海底に接触している水深に合わせたものである。

[0050] 図１０は、図９ａの他の実施形態を示しており、電力ケーブル安全ライン１３が、１つ又はいくつかの中間点１４において電力ケーブル５に接続されている。この配置では、電力ケーブル安全ラインを使用して、電力ケーブルに浮力１９を加えることなく、水柱内で電力ケーブルをより高い位置に保持することができ、電力ケーブル安全ラインは、潜在的に、浮体式風力タービン上の電力ケーブルの吊り下げ位置のより近くで吊り下げられ得る。電力ケーブルの重量によって安全ラインを軽度伸長モードに維持するため、風力タービンの動きと波及び流れからの流体力学的負荷とによる安全ラインの動的挙動を回避又は低減することで、より軽量な組成の安全ラインも得ることができる。

[0051] 正常動作状態において、すなわち浮体式風力タービンの主係留システムが無傷であるとき、電力ケーブル安全ラインは、浮体式風力タービン上の安全ラインの吊り下げ位置が海水面より上にあるときの浮体式風力タービン付近を除いて、任意の海面走行船舶から海面２の下方の安全距離にある。これらのラインはこの状態で軽く引っ張られているだけであるため、海面下の一般的な安全距離は容易に達成可能である。主係留システムに故障が発生した後、安全ライン、特に、２つの浮体ユニット間の安全ラインは、水中で上昇し、主係留システムのステーション保持能力が不足して伸長したときに、潜在的に乾燥してしまうことがある。これは、故障時、これらのラインの上方に位置するいずれの船体にとっても潜在的なハザードであるが、このリスクは、安全ライン上方における船体の潜在的通行を制限することによって低減することができる。

[0052] 本発明は、少なくとも２つの浮体式風力タービンからなる浮体式風力発電所であって、同一の電力ケーブルに接続された浮体式風力タービンの中心間距離が少なくとも５００ｍであり、安全ラインの全長が約５００ｍ以上であることを意味する浮体式風力発電所に関する。２つの風力タービン間、又は浮体式風力タービンと海底との間、又は浮体式風力タービンと他の（固定又は浮遊）本体との間の１つ又はいくつかの電力ケーブルを保護するために、１つ又はいくつかの安全ライン１３、１７が使用される配置に対して、安全ラインの全長が少なくとも２００ｍであれば、本発明が適用される。安全ラインの全長とは、その個々の構成要素を含む長さをいい、各安全ラインは、チェーンセグメント、スチールワイヤロープセグメント、合成ロープセグメント、ブイ、重量要素、その他接続要素等の構成要素の任意の組み合わせを備え得る。

[0053] 本発明の特定の実施形態について本明細書中に説明及び図示してきたが、当業者は変更及び変形を容易に想起し得ることが認められており、特許請求の範囲がこのような変更及びその均等物を包含するように解釈されることが意図されている。

[0054]
１ 浮体式風力タービン
２ 海面
３ 海底
４ 浮体式風力タービンから海底までの係留ライン
５ 浮体式風力タービンの間の電力ケーブル
５ｂ ５と同じであるが、係留の故障により伸長したケーブル
６ プロットソフトウェアにおける視野回転点を表している円
７ 浮体式風力タービンから海底までの電力ケーブル
７ｂ ７と同じであるが、係留システムの故障により伸長したケーブル
８ 中間Ｙ接続から海底への係留ライン
９ 浮体式風力タービンから中間接続までの係留ライン
１０ 中間クラスター接続から海底までの垂直係留ライン
１１ 中間係留ラインＹ接続
１２ 中間係留ラインクラスター接続
１３ 電力ケーブル安全ライン（浮体式風力タービンの間）
１３ｂ １３と同じであるが、係留システムの故障により伸長したケーブル
１４ 電力ケーブル
１５ 破断した係留ライン
１６ 破断ライン付き浮体式風力タービン
１７ 海底電力ケーブル安全ライン
１７ｂ １７と同じであるが、係留システムの故障により伸長したケーブル
１８ アンカー
１９ 分布する浮力を持つ電力ケーブルの一部
２０ 係留システム／ラインのブイ
２１ 通常３枚のブレードで構成される風力タービンのロータ
２２ 浮体式流体ライン／ホース
２３ 水中流体ライン／ホース
２４ 係留大綱
２５ タレット係留により係留された浮体ユニット、風防ユニット
２６ 展開係留により係留された浮体ユニット、固定見出しのユニット
２７ 輸送タンカー
２８ タグ
２９ タグライン

Claims (6)

1. 海底と浮体式洋上風力発電所との間、及び／又は、前記風力発電所の内部、での電力伝送のための電力ケーブル（５、７）への損傷を防止するためのシステムであって、主耐荷重性係留要素（４、８、９、１０、１１、１２、１８）の故障後、非冗長係留を使用する複数の風力タービン（１）を備え、
   前記システムは、
   保護するように設計された前記電力ケーブル（５）と同一の２つの風力タービンに接続されること、前記電力ケーブル安全ラインの破断強度までの軸方向の力に露出されるときも保護するように設計された前記電力ケーブルよりも短い有効長を有すること、無傷の係留システムを備えた前記浮体式風力タービン間の距離がその最大値であるとき、ほぼ応力を受けないように維持されるために必要とされるよりも長い有効長を有すること、所定割合の強度である破断強度を有し、前記係留の前記主耐荷重性係留要素（４、８、９、１０、１１、１２、１８）がこれに合わせて設計されること、を有する少なくとも１つの電力ケーブル安全ライン（１３）、及び／又は、少なくとも１つの海底電力ケーブル安全ライン（１７）によって特徴付けられており、
   前記少なくとも１つの海底電力ケーブル安全ライン（１７）は、前記浮体式風力タービン（１）に接続されるが、前記浮体式風力タービン（１）から海底電力ケーブル（７）が前記海底（３）との間で前記風力発電所を出入りすること、海底の既存又は別個のアンカーポイント（１８）にアンカリングされること、いずれの既存の係留ライン（４、８、９、１０、１１、１２）のいずれの正常動作とも干渉しないこと、前記海底電力ケーブル（７）と同一方向に復元力成分を有すること、すべての主耐荷重性係留要素が無傷であるとき、前記風力タービンの位置とは独立して、ほぼ応力を受けないように維持されるために必要とされるよりも長い有効長を有すること、前記主耐荷重性係留要素のうちの１つが故障したとき、前記残りの主耐荷重性係留要素（４、８、９、１０、１１、１２、１８）とともに、前記浮体式風力タービンの潜在的移動を制限するのに十分短い有効長を有して、前記少なくとも１つの海底電力ケーブル安全ライン（１７）が前記電力ケーブルの代わりに係留負荷を受けるようにすること、を有する、システム。
2. 前記同一の電力ケーブル（５）に接続された２つの浮体式風力タービン（１）間の中心間距離は、少なくとも５００ｍである、請求項１に記載のシステム。
3. 前記電力ケーブル安全ライン（１３）の長さは、少なくとも２００ｍである、請求項１に記載のシステム。
4. 前記電力ケーブル安全ライン（１３、１７）は、構成要素のチェーンセグメント、スチールワイヤロープセグメント、合成ロープセグメント、ブイ、重量要素、及び接続要素の任意の組み合わせを備える、請求項１に記載のシステム。
5. 前記電力ケーブル構造安全ライン（１３、１７）の所定の破断強度は、前記浮体式風力タービン（１）の主係留システムの係留ライン（４、８、９、１０）の必要最低破断強度の３５～７０％である、請求項１に記載のシステム。
6. 前記電力ケーブル安全ライン１３は、１つ又はいくつかの中間接続ポイント１４において、前記電力ケーブル５に接続される、請求項１に記載のシステム。
   

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