JP4986049B2 - 風力発電用浮体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、風力発電用浮体装置に関するもので、特に、単基の発電用風車を洋上において支持する場合に好適な風力発電用浮体装置に関する。
この種の浮体装置としては、図７及び図８に示すものがある。この風力発電用浮体装置は、いわゆるセミサブ形式と称される半潜水型のもので、メインフロータ１と複数のサブフロータ２とを備えて構成されている。メインフロータ１は、円柱状に構成されたベースとなる浮体であり、軸心を上下方向に向けた状態で配置されている。このメインフロータ１には、その上端面に風車タワー３を介して発電用風車４が搭載されている。サブフロータ２は、それぞれメインフロータ１とほぼ同等の長さを有した円柱状を成す浮体であり、個々の軸心を上下方向に向けた状態でメインフロータ１の周囲に配置されている。複数のサブフロータ２は、メインフロータ１の軸心から互いに等距離となり、かつ互いに等間隔となる位置に配置されている。メインフロータ１と各サブフロータ２との間、並びにサブフロータ２の相互間は、それぞれ連結部材５によって互いに連結されている。
上記のように構成された浮体装置は、洋上に配置した場合、メインフロータ１及びサブフロータ２の下過半部が水没し、メインフロータ１の上端部及びサブフロータ２の上端部がそれぞれ海面から露出した状態で浮遊することになる。この場合、複数のサブフロータ２は、メインフロータ１の浮力を補助するばかりでなく、メインフロータ１が海面に対して傾斜した際にこれを抑制するように機能する。さらに、メインフロータ１と共にサブフロータ２の下過半部を水没させるようにした浮体装置にあっては、重心位置が低く設定されることになる。この結果、上端面に風車タワー３を搭載したメインフロータ１は、軸心が上下方向に向いた姿勢で安定し、かつその姿勢を維持するようになる。これにより、洋上に吹く風が効率良く発電用風車４に対向し、発電効率を向上することができるようになる。尚、図中の符号６は、浮体装置を図示せぬ固定点に係留しておくための装置係留ラインである。
ところで、この種の浮体装置においては、安定性を考慮した場合、サブフロータ２の浮力をメインフロータ１の下端部に作用させることが好ましい。すなわち、軸心が上下方向に向いた状態で洋上に配置されるメインフロータ１に対しては、サブフロータ２の浮力による復元モーメントを下端部に作用させることが、ピッチングやローリング等の傾斜を抑制する上で効果的である。
この場合、単にメインフロータ１とサブフロータ２との間を下端部のみで連結したのでは、波浪や潮流等の外力が作用した場合、必ずしも強度的に十分とはいえない。従って、上述した浮体装置では、メインフロータ１とサブフロータ２との間をそれぞれ上下両端部で連結する必要がある。例えば、図７及び図８に示したものにおいては、メインフロータ１とサブフロータ２との間の上下両端部をそれぞれ連結部材５によって連結するようにしている。
しかしながら、多数の連結部材５を備えた浮体装置にあっては、当然に建設コストが増大せざるを得ないのが実情である。
本発明の目的は、上記実情に鑑みて、搭載する発電用風車の安定性及び傾斜に対する復元性を確保し、かつ建設コストを低減することのできる風力発電用浮体装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る風力発電用浮体装置は、軸心が上下方向となる姿勢で立設した柱状のメインフロータを備えるとともに、このメインフロータの上端部に発電用風車を搭載し、前記メインフロータの浮力により発電用風車を洋上に配置するための浮体装置であって、前記メインフロータの下端部から外周方向に向けて複数の連結部材を延設し、各連結部材の先端部にそれぞれサブフロータを傾動可能に支持させたことを特徴とする。
また、本発明の請求項２に係る風力発電用浮体装置は、軸心が上下方向となる姿勢で立設した柱状のメインフロータを備えるとともに、このメインフロータの上端部に発電用風車を搭載し、前記メインフロータの浮力により発電用風車を洋上に配置するための浮体装置であって、前記メインフロータの下端部に連結する態様でメインフロータの周囲に複数の基礎部材を配設し、かつ各基礎部材の上端部にそれぞれサブフロータを傾動可能に支持させたことを特徴とする。
また、本発明の請求項３に係る風力発電用浮体装置は、上述した請求項１において、前記サブフロータは、索状の係留部材を介して連結部材に連結したことを特徴とする。
また、本発明の請求項４に係る風力発電用浮体装置は、上述した請求項２において、前記サブフロータは、索状の係留部材を介して基礎部材に連結したことを特徴とする。
また、本発明の請求項５に係る風力発電用浮体装置は、上述した請求項１または請求項２において、複数のサブフロータは、メインフロータから互いに等距離となり、かつ相互に等間隔となる位置に配置したことを特徴とする。
本発明によれば、メインフロータに対してサブフロータを剛結合するのではなく、傾動可能に支持させることで、波浪や潮流等の外力が作用した場合にも、多数の連結部材を要することなく両者の間の連結状態を確実に維持することができるようになる。しかも、サブフロータの浮力は、連結部材あるいは基礎部材を介してメインフロータの下端部にモーメントとして作用することになるため、搭載する発電用風車の安定性及び傾斜に対する復元性が損なわれる虞もない。
以下に添付図面を参照して、本発明に係る風力発電用浮体装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明の実施の形態である浮体装置を適用した風力発電設備を示したものである。ここで例示する風力発電設備１０は、鉛直方向に沿って延設した風車タワー１１の上端部に発電用風車１２を備え、この発電用風車１２単独の回転によって発電を行う単基型のもので、風車タワー１１の下端部にメインフロータ２０が設けてある。メインフロータ２０は、風車タワー１１よりも太径の円柱状に構成した浮体であり、自己の軸心を風車タワー１１に軸心を合致させる態様で風車タワー１１の下端面から下方に延在している。
また、上記風力発電設備１０には、メインフロータ２０の周囲となる部位に複数（本実施の形態では３個）の基礎部材３０が設けてある。基礎部材３０は、それぞれ円柱状を成すもので、メインフロータ２０よりも軸心方向に沿った長さを小さく構成してある。それぞれの基礎部材３０は、個々の軸心を上下方向に向け、かつ互いの下端面がほぼ同一の高さ位置となる状態で連結部材４０及び補助連結部材５０を介してメインフロータ２０に連結してある。
連結部材４０は、メインフロータ２０の下端部から外周方向に向けて延在したもので、個々の先端部が溶接等の接合手段によって基礎部材３０の下端部外周面に連結してある。補助連結部材５０は、メインフロータ２０の上端部から外周方向に向けて漸次下方に傾斜するように延在したもので、個々の先端部が溶接等の接合手段によって基礎部材３０の下端部外周面に連結してある。図からも明らかなように、これら連結部材４０及び補助連結部材５０によってメインフロータ２０に連結された３個の基礎部材３０は、それぞれの軸心とメインフロータ２０の軸心との距離が同一で、かつメインフロータ２０の軸心を中心とした円周上に互いに等間隔となるように配置してある。尚、図中の符号６０は、隣接する基礎部材３０の相互間を連結する相互連結部材６０である。相互連結部材６０は、基礎部材３０の下端部外周面の間にほぼ水平となるように配設してあり、個々の先端部が溶接等の接合手段によって基礎部材３０の外周面に連結してある。
さらに、上記風力発電設備１０には、基礎部材３０のそれぞれに係留フロータ（サブフロータ）７０が設けてある。係留フロータ７０は、係留ライン（係留部材）７１とフロート部材７２とを備えて構成したものである。係留ライン７１は、例えばチェーン、ロープ、ケーブル等の索状を成すもので、基礎部材３０の上端面においてその軸心となる部位に連結してある。図には明示していないが、係留ライン７１と基礎部材３０との間には、基礎部材３０に対して係留ライン７１を任意の方向に傾動可能となるように支持するための支持手段が設けてある。フロート部材７２は、球状に構成した浮体であり、その外表面を介して係留ライン７１の先端部に連結してある。それぞれのフロート部材７２に連結した係留ライン７１は、互いに同一の長さを有したものである。尚、図中の符号８０は、浮体装置を図示せぬ固定点に係留しておくための装置係留ラインである。
上記のように構成された浮体装置を備える風力発電設備１０では、これを洋上に配置した場合、メインフロータ２０の下過半部が水没し、メインフロータ２０の上端部及びフロート部材７２の上半部がそれぞれ海面から露出した状態で浮遊する。この場合、上記風力発電設備１０においては、複数のフロート部材７２に連結した係留ライン７１に張力が作用した状態にあり、基礎部材３０及び連結部材４０を介してメインフロータ２０の下端部に各フロート部材７２の浮力が作用する。これらの結果、重心が低く設定された状態でフロート部材７２がメインフロータ２０の浮力を補助するとともに、メインフロータ２０が海面に対して傾斜した際にフロート部材７２の浮力がこれを抑制するように機能することになり、メインフロータ２０の軸心が上下方向に沿った姿勢、つまりメインフロータ２０の上端面に搭載した風車タワー１１が鉛直上方に向いた姿勢で安定することになる。これにより、洋上に吹く風が効率良く発電用風車１２に対向する状態を維持することができ、発電効率を向上することができるようになる。
しかも、上記風力発電設備１０では、基礎部材３０に対してフロート部材７２が傾動可能であるため、波浪や潮流等の外力がフロート部材７２に加えられたとしても、基礎部材３０との連結部分に応力が集中する等、強度的な問題を招来する虞がない。従って、従前のごとく多数の連結部材を要せずとも、フロート部材７２を確実に基礎部材３０に連結させておくことが可能であり、建設コストの低減を図ることができるようになる。
尚、上述した実施の形態では、メインフロータ２０を円柱状に構成したものを例示しているが、必ずしも円柱状である必要はなく、柱状であればその他の横断面形状のものであっても構わない。また、連結部材４０の先端部に基礎部材３０を介してサブフロータ７０を設けるようにしているが、基礎部材３０は必ずしも設ける必要はなく、連結部材４０の先端部に直接サブフロータ７０を傾動可能に支持させるようにしても良い。尚、基礎部材３０を設ける場合に上述した実施の形態では、基礎部材３０の下端面をメインフロータ２０の下端面とほぼ同一となる高さ位置に設けるようにしているが、必ずしも基礎部材３０の下端面をメインフロータ２０の下端面に合致させる必要はなく、連結部材４０を介して基礎部材３０がメインフロータ２０の下端部に連結されていれば良い。
さらに、上述した実施の形態では、サブフロータ７０のフロート部材７２として球状を成すものを例示しているが、必ずしも柱状である必要はない。例えば、図４に示す第１変形例のように、上下両端部が半球状を成す円柱状のフロート部材１７２を適用しても構わない。このフロート部材１７２を適用したサブフロータ１７０を備える浮体装置によれば、実施の形態で適用した球状のフロート部材１７２に比べて海面から露出する部分が高くなる。従って、波高の大きな波が多く来襲する等、波浪条件が厳しい場所に設置した場合にもフロート部材１７２が完全に没水する事態を招来することがない。尚、図４の第１変形例において実施の形態と同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略している。
また、上述した実施の形態では、チェーン、ロープ、ケーブル等、自身の延在形状を任意に変形可能な索状の係留部材７１を介してサブフロータ７０を基礎部材３０（連結部材４０）に係留するようにしているが、係留部材は必ずしも索状である必要はなく、ロッド等のように延在形状を変更することができない棒状部材を係留部材として適用しても良い。この場合、係留部材の両端部は、少なくとも基礎部材３０（連結部材４０）に対して係合可能となるように連結する必要がある。
さらに、上述した実施の形態では、サブフロータ７０を３個備えた浮体装置を例示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば図５に示す第２変形例のように、６個のサブフロータ２７０を六角形状の基礎部材２３０に設けるように構成しても良いし、図６に示す第３変形例のように、１２個のサブフロータ３７０を円環状の基礎部材３３０に設けるように構成しても良い。尚、上述した実施の形態及び第１〜第３変形例のいずれにおいても、１箇所に付き１個のサブフロータに限られることはなく、１箇所に複数のサブフロータを設けるようにすることも可能である。上記のように多数のサブフロータを設けた浮体装置によれば、フロート部材７２が破損する事態が発生したとしても残存するフロート部材７２によって十分な安定性を確保することができるようになる。尚、図５の第２変形例及び図６の第３変形例においても実施の形態と同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略している。
本発明の実施の形態である浮体装置を適用した風力発電設備の正面図である。 図１に示した風力発電設備の平面図である。 図１に示した風力発電設備に適用する浮体装置の斜視図である。 本発明の第１変形例である浮体装置を適用した風力発電設備の正面図である。 本発明の第２変形例である浮体装置を適用した風力発電設備の平面図である。 本発明の第３変形例である浮体装置を適用した風力発電設備の平面図である。 従来の浮体装置を適用した風力発電設備の正面図である。 図７に示した風力発電設備の平面図である。
符号の説明
１１ 風車タワー
１２ 発電用風車
２０ メインフロータ
３０ 基礎部材
４０ 連結部材
５０ 補助連結部材
６０ 相互連結部材
７０ サブフロータ
７０ 係留フロータ
７１ 係留ライン
７２ フロート部材
１７０ サブフロータ
１７２ フロート部材
２３０ 基礎部材
２７０ サブフロータ
３３０ 基礎部材
３７０ サブフロータ

Claims (5)

  1. 軸心が上下方向となる姿勢で立設した柱状のメインフロータを備えるとともに、このメインフロータの上端部に発電用風車を搭載し、前記メインフロータの浮力により発電用風車を洋上に配置するための浮体装置であって、
    前記メインフロータの下端部から外周方向に向けて複数の連結部材を延設し、各連結部材の先端部にそれぞれサブフロータを傾動可能に支持させたことを特徴とする風力発電用浮体装置。
  2. 軸心が上下方向となる姿勢で立設した柱状のメインフロータを備えるとともに、このメインフロータの上端部に発電用風車を搭載し、前記メインフロータの浮力により発電用風車を洋上に配置するための浮体装置であって、
    前記メインフロータの下端部に連結する態様でメインフロータの周囲に複数の基礎部材を配設し、かつ各基礎部材の上端部にそれぞれサブフロータを傾動可能に支持させたことを特徴とする風力発電用浮体装置。
  3. 前記サブフロータは、索状の係留部材を介して連結部材に連結したことを特徴とする請求項１に記載の風力発電用浮体装置。
  4. 前記サブフロータは、索状の係留部材を介して基礎部材に連結したことを特徴とする請求項２に記載の風力発電用浮体装置。
  5. 複数のサブフロータは、メインフロータから互いに等距離となり、かつ相互に等間隔となる位置に配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の風力発電用浮体装置。
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