JP4743953B2 - 浮体式風力発電装置及びその設置方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浮体式風力発電装置及びその設置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、地球環境問題、特に、ＣＯ２削減問題の観点から風力発電設備の開発が促進されている。我が国の場合、主に、陸上発電設備の開発が促進されているが、陸上における騒音問題、景観、土地問題および安全性の観点、並びに陸上に比べて可なりの発電可能量が期待できる沿岸海域の有利な風況特性などを考慮して、沿岸海域における大規模風力発電の促進も提案されている。
【０００３】
一方、沿岸海域における風力発電設備は、デンマークなどにおいて採用されている着底型が中心となるが、我が国の沿岸海域に風力発電設備を採用する場合には、地震、漁業問題、海運、軟弱な海底地質などの問題をクリヤーする必要がある。
【０００４】
ところで、デンマークなどで採用されている着底型に代わるものとして、図６に示すような半没水型が考えられるが、この半没水型の構造物１０は、常に水中に没している複数の没水部１１と、各没水部１１に立設させた複数（図の場合、２本）の脚部１２と、これらの脚部１２によって支持されているプラットフォーム部１３とから構成されるので、非常に大型となり、建設コストが高価なものとなる。また、上記のように、海上構造物１０の構造が大型となることから、それを係留する係留索１４の使用本数や使用長も長くなり、コストが高価なものとなる。なお、図中、符号２はプロペラ型の風力発電装置、Ｅは海底地盤、Ｗは水面を示している。
【０００５】
また、沿岸海域に風力発電設備を採用する場合は、風力発電設備が風、波、潮流などの影響によって動揺するのを極力抑える必要がある。その理由は、風力発電設備が風、波、潮流などの影響によって動揺すると、発電効率が低下するのみならず、発電用の周辺機器に悪影響を及ぼすからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、風力発電装置を支えている浮体の動揺を可能な限り低減して風力発電装置の発電効率の低下を防ぐとともに、浮体の構造を簡略化して建設コストの低減を計ることができる浮体式風力発電装置及びその設置方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、次のように構成されている。
【０００８】
本発明に係る浮体式風力発電装置は、風力発電装置と、該風力発電装置を支える浮体と、該浮体を支持する複数の係留装置から構成され、前記浮体は縦長の細長い中空状の浮体本体と、該浮体本体に設けられたバラストウエイトから構成され、前記係留装置は浮体本体から放射状に配設された複数の係留索と、該係留索の先端を固定する複数のアンカーから構成されている浮体式風力発電装置において、係留索の途中を、浮体の浮力中心と水面との間で支持することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る浮体式風力発電装置の設置方法は、風力発電装置と、該風力発電装置を支える浮体と、該浮体を支持する複数の係留装置から構成され、前記浮体が縦長の細長い中空状の浮体本体と、該浮体本体に設けられたバラストウエイトから構成され、前記係留装置が浮体本体から放射状に配設された複数の係留索と、該係留索の先端を固定する複数のアンカーから構成されている浮体式風力発電装置を亀甲又は千鳥状に設置する浮体式風力発電装置の設置方法において、隣接する浮体式風力発電装置どうしがアンカーを共有することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１２】
なお、この実施の形態では、回転軸がほぼ水平なプロペラ形の風力発電装置を例として説明するが、風力発電装置としては、例えばサポニウス形や、ダリウス形など、プロペラ形以外の風力発電装置を適用することができる。
【００１３】
図１は本発明にかかる浮体式風力発電装置の正面図、図２は風車の拡大斜視図、図３はかかる浮体式風力発電装置の平面図である。
【００１４】
図１に示すように、浮体式風力発電装置１は、風力発電装置２と、該風力発電装置２を支える浮体３と、該浮体３を支持する複数の係留装置４から構成されている。
【００１５】
上記風力発電装置２は、図１および図２に示すように、円筒または円錐形状の支柱２１と、該支柱２１の上端に回頭自在に設けられた発電装置２２と、該発電装置２２のほぼ水平な回転軸に取り付けられたプロペラ形の風車２３から構成されている。
【００１６】
この発電装置２２で発電された電気は、図示しない海底ケーブルを経て地上の変電所に送電されるようになっている。また、風力発電装置２は、図示しない風向・風速計および制御装置を備え、風車２３を風向きに対峙させるとともに、風速に応じて風車２３を構成している複数（図１では、３本）の翼２４のピッチ角を変更するようになっている。
【００１７】
上記浮体３は、縦長の細長い中空状の浮体本体３１と、該浮体本体３１に設けられたバラストウエイト３２から構成され、浮体本体３１の上部が水面Ｗより上方に突出するようになっている。
【００１８】
浮体本体３１は、スチールによって形成されているが、例えばコンクリート、あるいはスチールとコンクリートとの複合材料（ハイブリッド）などにより形成してもよい。また、浮体本体３１の横断面形状は、円形に形成されているが、例えば四角形、六角形などの多角形、あるいは楕円形など任意の形状にしてもよい。また、浮体３は、上記の如く、円筒状に形成されているが、縦長のものであれば、例えば、円錐形状、紡錘形状など任意の形状に形成してもよい。
【００１９】
この浮体３は、浮体全体の重心が下部に位置するように、最下部にバラストウエイト３２を内蔵している。このように、浮体３の最下部にバラストウエイト３２を内蔵して重心位置が下がることにより、風力発電装置２を浮体３上に設置しても浮体全体の復元力が大きくなり、波が来ても浮体３の動揺量が非常に小さくなる。また、復元力を大きくするために、浮体３の水中部の上方に浮力体３５を設けてもよい。また、この浮体３は、縦方向に細長い形状に形成されているから、水線面積が少なくなり、波による動揺が少なくなるとともに、潮流などの影響も受け難くなる。また、上記のように、浮体３は、非常にシンプルな形状に形成されているから建造コストを低く抑えることが可能である。また、浮体下部に動揺を低減させるための円板状のフーティング３６を設けてもよい。
【００２０】
また、浮体３の重心を下げたい時、下方への長さをかせぐために、浮体下部の長さを伸ばす必要があるが、水密構造にすると、製作コストが高くなるので、水密な浮体下部の延長部分３１ａは、製作費用の安い非水密部３３にするとよい。なお、図１中、符号３４は通水部を示している。なお、この非水密部３３は、図４に示すような、ラーメン構造にしてもよい。
【００２１】
更に、係留装置４は、図１および図３示すように、前記浮体本体３１から放射状に配設された複数（図３の場合、３本）の係留索４１と、該係留索４１の先端を固定する複数のアンカー４２から構成されている。この係留索４１は、その上端が浮体本体３１の上面に固定され、下端がアンカー４２に固定されているが、その途中の箇所は、保守点検用船舶の接舷を計ったり、浮体３の動揺を可能な限り抑制するため、浮体３の浮力中心Ａと水面Ｗとの間の位置で支持されている。
【００２２】
なお、係留索４１は、３本以上使用してもよい。この係留索４１は、ワイヤーを用いているが、例えばワイヤーの代わりにチエンを使用してもよい。
【００２３】
一方、上記浮体式風力発電装置１は、図５に示すように、沿岸海域Ｃに亀甲状に設置されている。浮体式風力発電装置１を亀甲状に設置することにより、単位面積当たりの浮体式風力発電装置１の設置数を増加させることができ、設置海域を有効に使用することができる。また、浮体式風力発電装置１を千鳥状に配置しても同様の効果が得られる。
【００２４】
また、隣接する浮体式風力発電装置１どうしがアンカー４２を共用することで、アンカー４２の使用個数を低減でき、強いては、建設コストの低減を計ることができる。なお、図中、符号Ｅは、海底地盤を示している。
【００２５】
【発明の効果】
上記のように、本発明の浮体式風力発電装置は、風力発電装置と、該風力発電装置を支える浮体と、該浮体を支持する複数の係留装置から構成され、前記浮体は縦長の細長い中空状の浮体本体と、該浮体本体に設けられたバラストウエイトから構成され、前記係留装置は前記浮体本体から放射状に配設された複数の係留索と、該係留索の先端を固定する複数のアンカーから構成されているから、浮体の構造が縦長のシンプルな構造となり、建設コストの低減を計ることができるとともに、波、風、潮流などによる傾斜や、動揺量が少なくなり、発電効率の低下を防止することが可能となるほか、発電用周辺機器への悪影響も少なくなった。
【００２６】
一方、浮体式風力発電装置を、亀甲状または千鳥状に設置することにより、単位面積当たりの浮体式風力発電装置の設置数を増加させることができ、設置海域を有効に使用することができるようになった。
【００２７】
また、隣接する浮体式風力発電装置どうしがアンカーを共用することにより、アンカーの使用個数を低減でき、強いては、建設コストの低減を計ることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる浮体式風力発電装置の正面図である。
【図２】風車の拡大斜視図である。
【図３】本発明にかかる浮体式風力発電装置の平面図である。
【図４】本発明にかかる浮体式風力発電装置の他の例を示す正面図である。
【図５】沿岸海域に多数の浮体式風力発電装置を設置した状態を示す平面図である。
【図６】半没水型の浮体式風力発電装置の側面図である。
【符号の説明】
１ 浮体式風力発電装置
２ 風力発電装置
３ 浮体
４ 係留装置
２１ 支柱
２２ 発電装置
２３ 風車
３１ 浮体本体
３２ バラストウエイト
４１ 係留索
４２ アンカー
【発明の属する技術分野】
本発明は、浮体式風力発電装置及びその設置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、地球環境問題、特に、ＣＯ２削減問題の観点から風力発電設備の開発が促進されている。我が国の場合、主に、陸上発電設備の開発が促進されているが、陸上における騒音問題、景観、土地問題および安全性の観点、並びに陸上に比べて可なりの発電可能量が期待できる沿岸海域の有利な風況特性などを考慮して、沿岸海域における大規模風力発電の促進も提案されている。
【０００３】
一方、沿岸海域における風力発電設備は、デンマークなどにおいて採用されている着底型が中心となるが、我が国の沿岸海域に風力発電設備を採用する場合には、地震、漁業問題、海運、軟弱な海底地質などの問題をクリヤーする必要がある。
【０００４】
ところで、デンマークなどで採用されている着底型に代わるものとして、図６に示すような半没水型が考えられるが、この半没水型の構造物１０は、常に水中に没している複数の没水部１１と、各没水部１１に立設させた複数（図の場合、２本）の脚部１２と、これらの脚部１２によって支持されているプラットフォーム部１３とから構成されるので、非常に大型となり、建設コストが高価なものとなる。また、上記のように、海上構造物１０の構造が大型となることから、それを係留する係留索１４の使用本数や使用長も長くなり、コストが高価なものとなる。なお、図中、符号２はプロペラ型の風力発電装置、Ｅは海底地盤、Ｗは水面を示している。
【０００５】
また、沿岸海域に風力発電設備を採用する場合は、風力発電設備が風、波、潮流などの影響によって動揺するのを極力抑える必要がある。その理由は、風力発電設備が風、波、潮流などの影響によって動揺すると、発電効率が低下するのみならず、発電用の周辺機器に悪影響を及ぼすからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、風力発電装置を支えている浮体の動揺を可能な限り低減して風力発電装置の発電効率の低下を防ぐとともに、浮体の構造を簡略化して建設コストの低減を計ることができる浮体式風力発電装置及びその設置方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、次のように構成されている。
【０００８】
本発明に係る浮体式風力発電装置は、風力発電装置と、該風力発電装置を支える浮体と、該浮体を支持する複数の係留装置から構成され、前記浮体は縦長の細長い中空状の浮体本体と、該浮体本体に設けられたバラストウエイトから構成され、前記係留装置は浮体本体から放射状に配設された複数の係留索と、該係留索の先端を固定する複数のアンカーから構成されている浮体式風力発電装置において、係留索の途中を、浮体の浮力中心と水面との間で支持することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る浮体式風力発電装置の設置方法は、風力発電装置と、該風力発電装置を支える浮体と、該浮体を支持する複数の係留装置から構成され、前記浮体が縦長の細長い中空状の浮体本体と、該浮体本体に設けられたバラストウエイトから構成され、前記係留装置が浮体本体から放射状に配設された複数の係留索と、該係留索の先端を固定する複数のアンカーから構成されている浮体式風力発電装置を亀甲又は千鳥状に設置する浮体式風力発電装置の設置方法において、隣接する浮体式風力発電装置どうしがアンカーを共有することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１２】
なお、この実施の形態では、回転軸がほぼ水平なプロペラ形の風力発電装置を例として説明するが、風力発電装置としては、例えばサポニウス形や、ダリウス形など、プロペラ形以外の風力発電装置を適用することができる。
【００１３】
図１は本発明にかかる浮体式風力発電装置の正面図、図２は風車の拡大斜視図、図３はかかる浮体式風力発電装置の平面図である。
【００１４】
図１に示すように、浮体式風力発電装置１は、風力発電装置２と、該風力発電装置２を支える浮体３と、該浮体３を支持する複数の係留装置４から構成されている。
【００１５】
上記風力発電装置２は、図１および図２に示すように、円筒または円錐形状の支柱２１と、該支柱２１の上端に回頭自在に設けられた発電装置２２と、該発電装置２２のほぼ水平な回転軸に取り付けられたプロペラ形の風車２３から構成されている。
【００１６】
この発電装置２２で発電された電気は、図示しない海底ケーブルを経て地上の変電所に送電されるようになっている。また、風力発電装置２は、図示しない風向・風速計および制御装置を備え、風車２３を風向きに対峙させるとともに、風速に応じて風車２３を構成している複数（図１では、３本）の翼２４のピッチ角を変更するようになっている。
【００１７】
上記浮体３は、縦長の細長い中空状の浮体本体３１と、該浮体本体３１に設けられたバラストウエイト３２から構成され、浮体本体３１の上部が水面Ｗより上方に突出するようになっている。
【００１８】
浮体本体３１は、スチールによって形成されているが、例えばコンクリート、あるいはスチールとコンクリートとの複合材料（ハイブリッド）などにより形成してもよい。また、浮体本体３１の横断面形状は、円形に形成されているが、例えば四角形、六角形などの多角形、あるいは楕円形など任意の形状にしてもよい。また、浮体３は、上記の如く、円筒状に形成されているが、縦長のものであれば、例えば、円錐形状、紡錘形状など任意の形状に形成してもよい。
【００１９】
この浮体３は、浮体全体の重心が下部に位置するように、最下部にバラストウエイト３２を内蔵している。このように、浮体３の最下部にバラストウエイト３２を内蔵して重心位置が下がることにより、風力発電装置２を浮体３上に設置しても浮体全体の復元力が大きくなり、波が来ても浮体３の動揺量が非常に小さくなる。また、復元力を大きくするために、浮体３の水中部の上方に浮力体３５を設けてもよい。また、この浮体３は、縦方向に細長い形状に形成されているから、水線面積が少なくなり、波による動揺が少なくなるとともに、潮流などの影響も受け難くなる。また、上記のように、浮体３は、非常にシンプルな形状に形成されているから建造コストを低く抑えることが可能である。また、浮体下部に動揺を低減させるための円板状のフーティング３６を設けてもよい。
【００２０】
また、浮体３の重心を下げたい時、下方への長さをかせぐために、浮体下部の長さを伸ばす必要があるが、水密構造にすると、製作コストが高くなるので、水密な浮体下部の延長部分３１ａは、製作費用の安い非水密部３３にするとよい。なお、図１中、符号３４は通水部を示している。なお、この非水密部３３は、図４に示すような、ラーメン構造にしてもよい。
【００２１】
更に、係留装置４は、図１および図３示すように、前記浮体本体３１から放射状に配設された複数（図３の場合、３本）の係留索４１と、該係留索４１の先端を固定する複数のアンカー４２から構成されている。この係留索４１は、その上端が浮体本体３１の上面に固定され、下端がアンカー４２に固定されているが、その途中の箇所は、保守点検用船舶の接舷を計ったり、浮体３の動揺を可能な限り抑制するため、浮体３の浮力中心Ａと水面Ｗとの間の位置で支持されている。
【００２２】
なお、係留索４１は、３本以上使用してもよい。この係留索４１は、ワイヤーを用いているが、例えばワイヤーの代わりにチエンを使用してもよい。
【００２３】
一方、上記浮体式風力発電装置１は、図５に示すように、沿岸海域Ｃに亀甲状に設置されている。浮体式風力発電装置１を亀甲状に設置することにより、単位面積当たりの浮体式風力発電装置１の設置数を増加させることができ、設置海域を有効に使用することができる。また、浮体式風力発電装置１を千鳥状に配置しても同様の効果が得られる。
【００２４】
また、隣接する浮体式風力発電装置１どうしがアンカー４２を共用することで、アンカー４２の使用個数を低減でき、強いては、建設コストの低減を計ることができる。なお、図中、符号Ｅは、海底地盤を示している。
【００２５】
【発明の効果】
上記のように、本発明の浮体式風力発電装置は、風力発電装置と、該風力発電装置を支える浮体と、該浮体を支持する複数の係留装置から構成され、前記浮体は縦長の細長い中空状の浮体本体と、該浮体本体に設けられたバラストウエイトから構成され、前記係留装置は前記浮体本体から放射状に配設された複数の係留索と、該係留索の先端を固定する複数のアンカーから構成されているから、浮体の構造が縦長のシンプルな構造となり、建設コストの低減を計ることができるとともに、波、風、潮流などによる傾斜や、動揺量が少なくなり、発電効率の低下を防止することが可能となるほか、発電用周辺機器への悪影響も少なくなった。
【００２６】
一方、浮体式風力発電装置を、亀甲状または千鳥状に設置することにより、単位面積当たりの浮体式風力発電装置の設置数を増加させることができ、設置海域を有効に使用することができるようになった。
【００２７】
また、隣接する浮体式風力発電装置どうしがアンカーを共用することにより、アンカーの使用個数を低減でき、強いては、建設コストの低減を計ることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる浮体式風力発電装置の正面図である。
【図２】風車の拡大斜視図である。
【図３】本発明にかかる浮体式風力発電装置の平面図である。
【図４】本発明にかかる浮体式風力発電装置の他の例を示す正面図である。
【図５】沿岸海域に多数の浮体式風力発電装置を設置した状態を示す平面図である。
【図６】半没水型の浮体式風力発電装置の側面図である。
【符号の説明】
１ 浮体式風力発電装置
２ 風力発電装置
３ 浮体
４ 係留装置
２１ 支柱
２２ 発電装置
２３ 風車
３１ 浮体本体
３２ バラストウエイト
４１ 係留索
４２ アンカー
Claims (2)
- 風力発電装置と、該風力発電装置を支える浮体と、該浮体を支持する複数の係留装置から構成され、前記浮体は縦長の細長い中空状の浮体本体と、該浮体本体に設けられたバラストウエイトから構成され、前記係留装置は浮体本体から放射状に配設された複数の係留索と、該係留索の先端を固定する複数のアンカーから構成されている浮体式風力発電装置において、係留索の途中を、浮体の浮力中心と水面との間で支持することを特徴とする浮体式風力発電装置。
- 風力発電装置と、該風力発電装置を支える浮体と、該浮体を支持する複数の係留装置から構成され、前記浮体が縦長の細長い中空状の浮体本体と、該浮体本体に設けられたバラストウエイトから構成され、前記係留装置が浮体本体から放射状に配設された複数の係留索と、該係留索の先端を固定する複数のアンカーから構成されている浮体式風力発電装置を亀甲又は千鳥状に設置する浮体式風力発電装置の設置方法において、隣接する浮体式風力発電装置どうしがアンカーを共有することを特徴とする浮体式風力発電装置の設置方法。
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