JP5247792B2 - 発電組立体 - Google Patents

Description

本発明は、発電組立体と、この発電組立体で使用するための装置とに関する。より具体的には、本発明は、（ａ）浮遊式発電組立体と、（ｂ）浮遊式ユニットを水上に設置するための方法であって、この方法が、本発明の浮遊式発電組立体の特定の構成要素を展開する際に用いられることが特に意図されている（がこれに限らない）方法と、（ｃ）多重式風力タービン組立体とに関する。

近年、従来の発電所の、二酸化炭素の放出を含む環境への影響に対する懸念が増大するにつれ、エネルギーの再生可能資源を利用し、二酸化炭素またはその他の汚染物質を実質的に放出しないいわゆる「環境に優しい」または環境にとって有利な発電所に、より大きな関心が集まっている。環境に優しい潜在的な発電所には、太陽光からエネルギーを生成する太陽光発電所、ならびに、潮流、海流、および波の作用からエネルギーを誘導する発電所を含む。

商業的に存立可能であることが既に示されている環境に優しい発電所の１つの型は、風力タービンまたは風車である。複数の風力タービンを有するいわゆる「ウィンドファーム」が世界の数カ所に建設され、電力生産に多大に貢献している。２００２年に、欧州連合でのウィンドファームの総容量は約２３，０００ＭＷであり、米国では約５，０００ＭＷであった。

汚染物質を放出しないという意味で、ウィンドファームは環境にとって有利であるが、あいにくこれらは見た目の問題を呈する。経済的に存立できるために、ウィンドファームは、平均風速が大きいことが期待される状況に置かれる必要がある。陸上では、このような場所はしばしば山の尾根あるいは平原であり、いずれの位置においても、約３０メートルの高さの支柱に取り付けられ直径３０メートル以上の個々の回転翼を用いた従来のウィンドファームは、数マイル先からよく見える。さらに、このような山の尾根または平原は、しばしばそれらの自然の美を称賛する地域にあり、このような地域で目に付く人為的な物体の存在を多くの人々が不快なものと感じる。

従って、最近では関心が洋上ウィンドファームに移っている。このような最初の洋上ウィンドファームが沿岸に近い浅水（一般に深さ１５メートル以下）に設立され、使用される設備は陸上のウィンドファームのものと基本的に同じであり、回転翼を支持する支柱は海底に取り付けられ、必要に応じて延ばされて水面上の所望の高さで回転翼を維持していた。ところが、このような浅水のウィンドファームが、陸上のウィンドファームと同じ種類の議論を招いた。例えば、マサチューセッツ州のナンタケット海峡沖に１００ユニット以上の大型ウィンドファームを設置するという最近の提案は、ウィンドファームが、人気のある海辺やボート遊びをしている人々の目に触れたり、支柱や回転翼により振動が生じて商業的な漁業やエビ漁に影響し得るという反発を導いた。回転翼により相当数の鳥が死んだり怪我をする可能性があることも主張された。

ウィンドファームを設置できる沖合の最長距離は、生成された電気を陸上へ導くのに必要となる海底の高圧ケーブルの費用により制限され、そのようなケーブルは非常に深刻な出費を招くことがあるが、洋上ウィンドファームをより遠い沖合へ移動することにより、ウィンドファームに関する公開討論が低減されることになった。さらに、ウィンドファームに適した沖合の位置の選択肢は、比較的沿岸に近くても、水深によって制限される。ウィンドファームが深めの水深、例えば１００〜２００メートルで運転することが必要となる場合、水深が増すにつれて、単一式の大型回転翼を支承する支柱を海底に取り付けた状態で継続することは、工学技術上と経済上の視点の両方からますます実行不可能となる。ある点から明らかなことに、ウィンドファームの基礎を単数または複数の浮遊式または張力係留式プラットフォームに置くことが必要となる。一方で、より水深の深いウィンドファームの費用が高くなることを正当なものとするために、このようなファームは、通常、高い電力出力を有することが必要となるが、回転翼の非常に大きい従来の型の単一支柱／単一回転翼の風力タービンは、浮遊式または張力係留式プラットフォームに取り付けるのに良好に適合されていないことがある。１態様において、本発明は、新規の型の風力タービン組立体を提供しようとしている。本発明の風力タービン組立体は、洋上ウィンドファームにおいても、あるいはその他の状況、例えば幾つかの陸上のウィンドファームにおいても有益とすることができる。

本発明は、洋上発電組立体、特にウィンドファームにおいて、このような組立体が、海底またはその他の水中の固体表面に堅固な構造を取り付けることなく深海に位置できるような改良にも関する。最終的に、本発明は、浮遊式ユニットを水上に設置する方法に関し、この方法は、特に、本発明の洋上発電組立体の展開時の使用を目的としている。

１態様において、本発明は、構成要素として水（ｂｏｄｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ）上を浮遊する少なくとも３つの浮遊式ユニットと水の真下の固体表面に固着された少なくとも３つのアンカーとを有し、浮遊式ユニットのそれぞれには発電手段が備えられ、アンカーのそれぞれはケーブルにより浮遊式ユニットのうちの少なくとも２つに接続されており、浮遊式ユニットのそれぞれはケーブルにより少なくとも２つの他の構成要素に接続されており、浮遊式ユニットは少なくとも１つの正三角形の頂点に実質的に配置されている浮遊式発電組立体を提供する。

本発明のこの態様は、以下で、本発明の「固定型浮遊式組立体」と呼ぶことがある。このような固定型浮遊式組立体において、各発電手段は、風力タービン、および波または海洋流から電力を抽出するための手段のうちの少なくとも１つを含むことができる。３つのアンカーは正三角形の頂点に実質的に配置することができ、この正三角形の辺の内側またはこれに沿って浮遊式ユニットが配置されている。悪天候および／または激流で問題が生じ得る場合の使用を目的とする固定型浮遊式組立体の１形態において、浮遊式ユニットのそれぞれは、ケーブルにより組立体の少なくとも３つの他の構成要素に接続されている。固定型浮遊式組立体は、正六角形の頂点に実質的に配置された少なくとも６つの浮遊式ユニットを含むことができ、通常は第７の浮遊式ユニットが六角形の中心に配列されている。

固定型浮遊式組立体の好ましい形態において、浮遊式ユニットの少なくとも１つは、
水面上から水面下へ延在している支柱と、
複数のブレードを含み、これらのブレードが回転中に水に接触しないように支柱の上端またはその近傍に回転可能に取り付けられている風力タービンと、
水面近傍で支柱に設けられ、組立体に浮力をもたらすように配置された浮力部と、
水面下で支柱に設けられ、ケーブルが装着されたベース部であって、このベース部は、浮遊式ユニットの重心が実質的に水面下にあるような重さにされているベース部と
を含む。

このような固定型浮遊式組立体において、浮遊式ユニットの重心は水面下で少なくとも約３０メートルのところにあるのが望ましく、浮遊式ユニットは、メタセンター高さ（その重心と浮力との間の距離）が少なくとも約１０メートルであるのが望ましい。また、固定型浮遊式組立体は、少なくとも２つの補助ケーブルをさらに含むことができ、これらの補助ケーブルは、浮力部から、ベース部を組立体の他の構成要素に接続するケーブルまで、または組立体の他の構成要素まで延在する。支柱のベース部には、浮遊式ユニットの流体力学的質量を増加させてそのうねりの自然周期を長くするように配置される周縁フープ材が備えられてもよい。支柱は、水面で、低減された断面の部分を有することもでき、水面下にある支柱の部分には少なくとも１つのバラストタンクが備えられてもよい。

別の態様において、本発明は、水中に浮遊式ユニットを設置するための方法を提供し、浮遊式ユニットは浮遊する際に水面上から水面下へ延在している支柱を含み、この方法は、
甲板と、甲板の縁部近傍で水平軸の周りを回転するために甲板に回転可能に取り付けられた旋回可能なユニットとを有する船を提供するステップであって、この旋回可能なユニットが、ベース部材と、ベース部材に取り付けられて相互から離間する２つの締付け部材とを含むステップと、
支柱を締付け部材で締め付け、これにより支柱を甲板上で実質的に水平位置に保持するステップと、
浮遊式ユニットが展開すべき位置へ船および支柱を輸送するステップと、
旋回可能なユニットおよび支柱を、支柱が実質的に垂直位置になるまで旋回させるステップと、
支柱を締付け部材から解放し、これにより浮遊式ユニットが浮遊するのを可能にするステップと
を含む。

本発明のこの「展開方法」において、支柱は少なくとも１つのバラストタンクを含むことができ、この方法は、支柱を実質的に垂直位置まで旋回させた後、ただし支柱を締付け部材から解放する前に、バラストタンクに水を少なくとも部分的に補充するステップをさらに含むことができる。展開方法は、支柱が甲板上でその実質的に水平位置にある間、支柱に外部浮遊機構を設置するとともに、浮遊式ユニットが浮遊した後、外部浮遊機構を支柱から解放するステップとをさらに含むことができる。また、締付け部材の少なくとも１つはベース部材に対して可動とすることができ、これにより、締付け部材間の間隔を変化させることが可能である。最後に、船には、甲板に対して旋回可能なユニットの回転軸の位置を変化させるための手段を備えることができる。

最終的に、本発明は、複数の小区画を含む風力タービン組立体を提供し、各小区画は水平軸を有する実質的に六方柱の形状であり、各小区画は、小区画の軸と実質的に同期して軸の周りを回転するために取り付けられたタービンを有し、小区画は相互に並んで配列されてそれらの軸が実質的に平行になっており、各小区画は小区画を通る通路を画定する壁を有し、小区画のタービンはこの通路とともに位置付けられており、通路の断面は実質的に六角形の入口からタービン近傍では最小断面積の実質的に円形の部分に変化し、その結果、入口に入る風が、タービンを通過する前に加速される。

このような「小区画式風力タービン組立体」において、タービン近傍の最小断面積の実質的に円形の部分の直径は、望ましくは、実質的に六角形の入口の外接円の直径の約９５パーセント以下であり、好ましくは８０パーセント以下である。小区画式風力タービン組立体は、その上に小区画が回転可能に取り付けられているベース部材と、受ける風に小区画を向けておくための制御手段とをさらに含むことができる。小区画式風力タービン組立体は、全ての小区画を封入する外部ケーシングを含むこともできる。

より特定すれば、本願発明は以下の項目に関し得る。
（項目１）
構成要素として、水上を浮遊する少なくとも３つの浮遊式ユニット（９００）と、上記水の真下の固体表面に固着された少なくとも３つのアンカー（９１６）とを有し、上記浮遊式ユニット（９００）のそれぞれに発電手段（９０２、９０４；１７２６、１７２８；１９３４）が備えられ、上記アンカー（９１６）のそれぞれがケーブル（９１４）により上記浮遊式ユニット（９００）のうちの少なくとも２つに接続され、上記浮遊式ユニット（９００）のそれぞれがケーブル（９１４）により少なくとも２つの他の構成要素に接続され、上記浮遊式ユニット（９００）が少なくとも１つの正三角形の頂点に実質的に配置されていることを特徴とする浮遊式発電組立体。
（項目２）
各発電手段が、風力タービン、ならびに、波および／または海流から電力を抽出するための手段のうちの少なくとも１つを含む、項目１に記載の浮遊式発電組立体。
（項目３）
上記３つのアンカー（９１６）が正三角形の頂点に実質的に配置されており、上記浮遊式ユニット（９００）が、この正三角形の辺の内側またはこれに沿って配置されていることを特徴とする、項目１に記載の浮遊式発電組立体。
（項目４）
上記浮遊式ユニット（９００）のそれぞれが、ケーブル（９１４）により上記組立体の少なくとも３つの他の構成要素に接続されている、項目１に記載の浮遊式発電組立体。
（項目５）
正六角形の頂点に実質的に配置された少なくとも６つの浮遊式ユニット（９００）を含む、項目１に記載の浮遊式発電組立体。
（項目６）
上記正六角形の中心に実質的に配置された第７の浮遊式ユニットをさらに含む、項目５に記載の浮遊式発電組立体。
（項目７）
上記浮遊式ユニット（９００；１１００；１７００；１９００）のうちの少なくとも１つが、
水面（９０８）上から水面下へ延在している支柱（９０６）と、
複数のブレードを含み、上記ブレードが回転中に水に接触しないように上記支柱（９０６）の上端またはその近傍に回転可能に取り付けられている風力タービン（９０２）と、
上記水面（９０８）近傍で上記支柱（９０６）に設けられ、上記組立体に浮力をもたらすように配置された浮力部（９１０；１１１０；１１１０’）と、
上記水面（９０８）下で上記支柱（９０６）に設けられ、上記ケーブル（９１４）が装着されたベース部（９１２；１１１２；１１１４；１７１２）であって、上記ベース部（９１２；１１１２；１１１４；１７１２）は、上記浮遊式ユニット（９００；１１００；１７００；１９００）の重心が実質的に上記水面（９０８）下にあるような重さにされているベース部と
を含む、項目１に記載の浮遊式発電組立体。
（項目８）
上記浮遊式ユニットの上記重心が、上記水面下で少なくとも３０メートルのところにある、項目７に記載の浮遊式発電組立体。
（項目９）
上記浮遊式ユニットが、少なくとも１０メートルのメタセンター高さを有する、項目７に記載の浮遊式発電組立体。
（項目１０）
上記浮力部（１１１０）から、上記ベース部（１１１２）を上記組立体の他の構成要素に接続する上記ケーブル（９１４）まで、または上記組立体の他の構成要素まで延在する少なくとも２つの補助ケーブル（１１１４）をさらに含む、項目７に記載の浮遊式発電組立体。
（項目１１）
上記ベース部（１１１２）に周縁フープ材（１１１４）が備えられ、上記周縁フープ材が、上記浮遊式ユニット（１１００）の流体力学的質量を増加してそのうねりの自然周期を長くするように配置されている、項目７に記載の浮遊式発電組立体。
（項目１２）
上記支柱（９０６）が、上記水面（９０８）で、低減された断面の部分（１３２２）を有する、項目７に記載の浮遊式発電組立体。
（項目１３）
上記水面（９０８）下にある上記支柱（９０６）の上記部分に、少なくとも１つのバラストタンクが備えられている、項目７に記載の浮遊式発電組立体。
（項目１４）
水中に浮遊式ユニット（１１００）を設置するための方法であって、上記浮遊式ユニット（１１００）が、浮遊する際に上記水面（９０８）上から上記水面下へ延在している支柱（９０６）を含み、上記方法が、
甲板（２１０２）と、上記甲板（２１０２）の縁部近傍で水平軸（２１０４）の周りを回転するために上記甲板（２１０２）に回転可能に取り付けられた旋回可能なユニット（２１００）とを有する船を提供するステップであって、上記旋回可能なユニット（２１００）が、ベース部材（２１０６）と、上記ベース部材（２１０６）に取り付けられて相互から離間する２つの締付け部材（２１０８）とを含むステップと、
上記支柱を上記締付け部材（２１０８）で締め付け、これにより上記支柱を上記甲板（２１０２）上で実質的に水平位置に保持するステップと、
上記浮遊式ユニット（１１００）が展開すべき位置へ上記船および支柱を輸送するステップと、
上記旋回可能なユニット（２１００）および支柱を、上記支柱が実質的に垂直位置になるまで旋回させるステップと、
上記支柱を上記締付け部材（２１０８）から解放し、これにより上記浮遊式ユニット（１１００）が浮遊するのを可能にするステップと
を特徴とする方法。
（項目１５）
上記支柱が少なくとも１つのバラストタンクを含み、上記方法が、上記支柱を実質的に垂直位置まで旋回させた後、ただし上記支柱を上記締付け部材（２１０８）から解放する前に、上記バラストタンクに水を少なくとも部分的に補充するステップをさらに含む、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
上記支柱が上記甲板（２１０２）上でその実質的に水平位置にある間、上記支柱に外部浮遊機構（２６００）を設置するとともに、上記浮遊式ユニット（１１００）が浮遊した後、上記外部浮遊機構（２６００）を上記支柱から解放するステップとをさらに含む、項目１４に記載の方法。
（項目１７）
上記締付け部材（２１０８）のうちの少なくとも１つが上記ベース部材（２１０６）に対して可動であり、これにより、上記締付け部材（２１０８）間の間隔を変化させることが可能である、項目１４に記載の方法。
（項目１８）
上記船に、上記甲板（２１０２）に対する上記旋回可能なユニット（２１００）の上記回転軸の上記位置を変化させるための手段が備えられている、項目１４に記載の方法。
（項目１９）
複数の小区画（１０２）を含む風力タービン組立体（１００）であって、各小区画（１０２）が、水平軸を有する実質的に六方柱の形状であり、各小区画（１０２）が、上記小区画（１０２）の上記軸と実質的に同期して軸の周りを回転するために取り付けられたタービン（１０４）を有し、上記小区画（１０２）が、相互に並んでそれらの軸が実質的に平行になっており、各小区画（１０２）が、上記小区画（１０２）を通る通路を有し、上記小区画（１０２）の上記タービン（１０４）が、この通路とともに位置付けられており、上記通路の断面が、実質的に六角形の入口から上記タービン（１０４）近傍では最小断面積の実質的に円形の部分に変化し、その結果、上記入口に入る風が、上記タービン（１０４）を通過する前に加速される、風力タービン組立体。
（項目２０）
上記タービン（１０４）近傍の最小断面積の上記実質的に円形の部分の直径が、上記実質的に六角形の入口の外接円の直径の９５パーセント以下である、項目１９に記載の風力タービン組立体。
（項目２１）
上記タービン（１０４）近傍の最小断面積の上記実質的に円形の部分の直径が、上記実質的に六角形の入口の外接円の直径の８０パーセント以下である、項目２０に記載の風力タービン組立体。
（項目２２）
その上に上記小区画（１０２）が回転可能に取り付けられているベース部材（１１０）と、上記小区画（１０２）を風へと向けておくための制御手段（１３２）とをさらに含む、項目１９に記載の風力タービン組立体。
（項目２３）
上記小区画（１０２）全てを封入する外部ケーシング（１２０）をさらに含む、項目１９に記載の風力タービン組立体。

図１は、本発明の小区画式風力タービン組立体の（小区画の入口から見た）略正面図である。 図２は、図１に示す小区画式風力タービン組立体の略側面図である。 図３は、図１、図２に示す小区画式風力タービン組立体の２つの小区画を通る略水平断面図であり、これらの小区画を通る気流を示す。 図４は、図１、図２に示す小区画式風力タービン組立体の正面図であり、その支持構造とともに示す。 図５は、図４に示す小区画式風力タービン組立体および支持構造の１小区画の正面から１つの側面にかけて半横向きの略拡大図である。 図６Ａは、図１、図２に示す小区画式風力タービン組立体の１小区画の略平面図であり、この小区画は、組立体を卓越風に向かせておくための手段を用いて修正されている。図６Ｂは、図６Ａに示す小区画の略側面図である。 図７、図８Ａ、図８Ｂは、本発明のさらなる３つの小区画式風力タービン組立体の、図４の正面図と概ね同様の略正面図であり、それらの支持構造とともに示す。 図７、図８Ａ、図８Ｂは、本発明のさらなる３つの小区画式風力タービン組立体の、図４の正面図と概ね同様の略正面図であり、それらの支持構造とともに示す。 図７、図８Ａ、図８Ｂは、本発明のさらなる３つの小区画式風力タービン組立体の、図４の正面図と概ね同様の略正面図であり、それらの支持構造とともに示す。 図９は、本発明の浮遊式発電組立体で使用するための好ましい浮遊式風力タービンの略側面図である。 図１０Ａは浮遊式発電組立体の略平面図であり、この浮遊式発電組立体は、図９に示す形態の７つの風力タービンと３つのアンカーとを含む。 図１０Ｂ〜図１０Ｄは、図１０Ａの略平面図と同様の略平面図であり、異なる数の風力タービンおよびアンカーを含む本発明の４つの付加的な浮遊式発電組立体を示す。 図１１は、図９の略側面図と概ね同様の略側面図であり、補助ケーブルが備えられた、図９の風力タービンの修正された変形を示す。 図１２Ａは、図１１の風力タービンのベース部の半横向きの略拡大図である。図１２Ｂは、図１２Ａの略拡大図と概ね同様の、図１２Ａに示すベース部に代用することのできる修正されたベース部の半横向きの略拡大図である。図１２Ｃは、図１２Ｂに示す修正されたベース部の軸を含む垂直面における断面図である。 図１３Ａは、図１１に示す風力タービンの浮力部の拡大側面図である。図１３Ｂは、図１３Ａの拡大側面図と概ね同様の、修正された浮力部の側面図であり、図１３Ａに示す浮力部に代用することができる。 図１４Ａ、図１４Ｂは、それぞれ図１３Ｂの矢印Ａ、Ｂで示される平面における水平断面図である。 図１５は、図１１の略側面図と同様の、図１３Ｂの修正された浮力部を含む修正された風力タービンの略側面図であり、図１５は補助ケーブルの装着のための代替の位置を示す。 図１６Ａ〜図１６Ｅは、図１５の略側面図と同様の略側面図であり、図１５の風力タービンが波動にどのように反応するかを示す。 図１７は、図１５の略側面図と概ね同様の略側面図であり、波動から付加的な電力を生成するように配置された図１５の風力タービンの修正された変形を示す。 図１８は、図１７の修正された風力タービンのベース部の略平面図である。 図１９は、図１５の略側面図と概ね同様の略側面図であり、水流から付加的な電力を生成するように配置された図１５の風力タービンのさらに修正された変形を示す。 図２０Ａ〜図２０Ｊは、図１０Ａ〜図１０Ｅの略平面図と概ね同様の、本発明の付加的な浮遊式発電組立体の略平面図である。 図２０Ａ〜図２０Ｊは、図１０Ａ〜図１０Ｅの略平面図と概ね同様の、本発明の付加的な浮遊式発電組立体の略平面図である。 図２０Ａ〜図２０Ｊは、図１０Ａ〜図１０Ｅの略平面図と概ね同様の、本発明の付加的な浮遊式発電組立体の略平面図である。 図２１Ａは、本発明の展開方法を実行するための好ましい装置の略側面図であり、この装置はある船舶の甲板に取り付けられている。図２１Ｂは、図２１Ａに示す装置の略平面図である。 図２２Ａは、図２１Ａの略側面図と同様の略側面図であり、垂直位置へ旋回する装置を示す。 図２２Ｂは、図２１Ｂの略平面図と同様の略平面図であり、図２２Ａと同じ垂直位置にある装置をその閉鎖位置にある締付け部材とともに示す。図２２Ｃは、図２２Ｂの略平面図と同様の略平面図であり、その開放位置にある締付け部材を示す。 図２３Ａは、図２２Ａの略側面図と同様の略側面図であるが、積荷を支持するように展開した装置の支持梁を示す。図２３Ｂは、図２２Ｂの略平面図と同様の略平面図であるが、図２３Ａと同じ位置の支持梁を示す。 図２４Ａ〜図２４Ｄは、図２１〜図２３に示す装置を使用して、展開位置へ輸送するための船舶に風力タービンを積み込む方式を示す略側面図である。図２４Ｅは、図２４Ｄに示す船舶およびこれに関連する装置の平面図である。 図２５Ａ〜図２５Ｄは、図２４Ａ〜図２４Ｄの略側面図と同様の略側面図であり、図２１〜図２３に示す装置を使用して、浮遊式発電組立体の現場で浮遊位置に風力タービンを設置する方式を示す。 図２６Ａ〜図２６Ｃは、図２５Ａ〜図２５Ｄの略側面図と同様の略側面図であり、風力タービンに外部浮遊機構を用いて修正された設置方法を示す。 図２７Ａ〜図２７Ｇは、図２１〜図２３に示す装置の修正された多様な形態を示す。 図２７Ａ〜図２７Ｇは、図２１〜図２３に示す装置の修正された多様な形態を示す。

既に指摘したように、本発明は、３つの主要な態様、つまり浮遊式発電組立体、展開方法、小区画式風力タービン組立体を有する。本発明のこれらの３態様を、以下で主として別々に記載するが、単一の組立体または方法が、本発明の複数の態様を使用できるということが理解されよう。例えば、浮遊式発電組立体が、本発明の小区画式風力タービン組立体を含むことができ、この浮遊式発電組立体の浮遊式ユニットは、本発明の展開方法により、現場で設置することができ、実際に、主としてそのことを目的としている。

次に、陸上のウィンドファームで使用できる本発明の風力タービン組立体の１形態を、添付の図面の図１〜図３を参照して詳細に記載する。ここで、図１は、好ましい風力タービン組立体（全体として１００で示す）の略正面図であり、図２は組立体１００の略側面図であり、図３は、組立体１００の２つの隣接するユニットを通る水平面で切り取った略断面図であり、これらのユニットを通る気流を示す。

図１、図２に示すように、風力タービン組立体１００は複数の個々のユニットまたは小区画１０２を含み、その小区画のそれぞれは、水平軸の周りを回転するために取り付けられた単一のタービン１０４を含む。小区画１０２は、水平軸を有する六方柱の形状をしている。風力タービン組立体１００は、ヨー制御の（回転可能な）ベース１０８上に取り付けられた支持ピラー１０６をさらに含み、このヨー制御ベースは固定ベース１１０上で支持され、この固定ベースは支持部材１１２により支持されており、この支持部材は都合のよい任意の型とすることができ、図１、図２では最も簡略した方式でのみ示す。ヨー制御ベース１０８により、風力タービン組立体１００は面が風を受けるように回転することが可能となる。

小区画１０２およびタービン１０４の寸法は大幅に変化させることができる。つまり、タービン１０４は、従来の単一支柱／単一回転翼ユニット（直径約３０〜４７メートルの回転翼を有する）において使用されるものと実質的に同じ寸法であってもよく、これよりも実質的に小さくてもよい。例えば、各タービン１０４の直径ｄは約８メートルとすることができる一方、各小区画１０２の高さＤ（すなわち小区画１０２の六角形の正面図の外接円の直径）は約１０メートルとすることができる。

図３から最も良くわかるように、各小区画１０２は翼形部材を含む。この翼形部材は、小さめの小区画の場合、例えば炭素繊維強化ポリマーから製造することができ、あるいは、大きめの小区画の場合、アルミニウムまたはステンレス鋼から製造することができる。翼形部材は、吸込み部１１４と、小区画１０２のタービン１０４をその内部に位置付ける円筒部１１６と、出口部１１８とを有する。吸込み部１１４は、複雑な、実質的に角錐台／円錐台の形状とすることができ、この形状は、六角形吸込み部（図１からわかるようなもの）から円筒部１１６近傍では円形断面に移行する。（円筒部１１６の直径は、基本的には当然タービン１０４の直径と同じである。というのも、タービンからの電力出力を最大にするために、タービンブレードの先端と円筒部１１６の内面との間は最小限の間隔とすべきであるからである。）選択的に、吸込み部は、円筒部１１６近傍の円形断面から六角形吸込み部の外接円へと平滑に移行して、基本的に全体に円形断面となる形状であってもよいが、円形断面は、六角形吸込み部の縁部に対して垂直に延びる六方柱の辺により端欠されている。このような「端欠された円錐形の」吸込み部は、図１と同じ位置から見ると、凹部である前縁部を有することになる。別の選択的な構成において、翼形部材は、吸込み部、円筒部、出口部が不連続とならないように、翼形部材の全長を通って延びる１つの連続的な曲線をもたらす内部形状を有することができる。吸込み部１１４は、タービン１０４用の吸気口として働き、組立体１００に突き当たる風のもたらす移動空気を収集し、この移動空気がタービン１０４に達するまで移動空気の速度を加速させ、したがって、卓越風の風速よりも速い有効な風速をタービン１０４に提供し、単にタービン１０４を卓越風に暴露することによって達成されるはずの出力以上にタービン１０４からの出力を増大させる。タービン１０４のブレードが横切る円を組み合わせた面積が、組立体１００の正面の面積の約半分のみであったとしても、吸込み部１１４が先細になっていること、およびこの吸込み部に入る移動空気の結果として生じる加速により、タービン１０４は、組立体１００の正面に突き当たる風すべてを用いることができる。（ブレードが横切る円の面積と組立体１００の正面の面積との比率は、大幅に変化させることができる。比率ｄ／Ｄについての以下の検討を参照のこと。）各吸込み部１１４の内面の厳密な形状は航空機の翼部の上面に類似しており、関連するタービン１０４が受ける風速を最大にし、小区画１０２を通過する空気への抵抗を最小にするように、空気力学的に設計されている。

各タービン１０４が受ける風速は比率ｄ／Ｄに依存する（ｄおよびＤについては既に定義されている）。比率ｄ／Ｄは、経済上の考慮および現場の条件に依存して変化させることができ、この条件には、組立体１００が耐える必要のあり得る最大風速を含む。ｄ／Ｄを増加させると吸込み部１１４内部の抵抗が減少し、したがって、より軽い支持構造（以下に記載するような）の使用が可能となり、一方で、ｄ／Ｄを低下させるとタービン１０４の受ける風速が増加し、したがって、より能率的に運転する小さく軽めのタービンから同じ電力出力を得ることが可能となる。したがって、少なくとも幾つかの事例では、１つの組立体内部でｄ／Ｄ比を変化させ、組立体のベース付近の小区画１０２はｄ／Ｄ比を低く、組立体の頂部付近の小区画１０２はｄ／Ｄ比を高めにするのが望ましいことがある。通常、ｄ／Ｄは約０．９５以下となり、好ましくは約０．８以下となる。

吸込み部１１４がもたらす風速の加速は、タービン１０４のもたらす電力を増加させるという点で重要である。例えば、ｄ／Ｄ比が０．６５である、図１に示す型の六角形の小区画を検討する。六角形吸込み部の面積は０．６４９５Ｄ^２となる一方で、タービンが回転する円形断面の面積は０．７８５４ｄ^２となり、これは０．３３Ｄ^２と等しい。これらの２つの面積の比率は１．９６であり、したがって（摩擦損失および粘性損失を無視すれば）これは風速が加速し得る最大係数となる。妥当な損失推定値として約１．７２の加速係数が示されることになり、タービンから利用可能な電力は風速の３乗に比例することから、加速係数１．７２は電力出力の５倍の増加を達成することになる。例えば、定格６６０ｋＷの直径４７メートルの回転翼を有する商業的に利用可能なタービンが存在する。本発明による翼形において加速係数１．７２を有するこの商業的に利用可能なタービンの僅かに修正された変形を設置することにより、１つのタービンの出力は３．３ＭＷへと押し上げられることになるので、以下で検討する図８Ｂに示すように、このようなタービンがわずか１０である組立体は３３ＭＷを生成できることになる。

翼形部材の出口部１１８の提供は任意であり、場合によっては、この部分を省略し、単にタービン１０４を通過する空気が組立体１００の後面（風下面）から妨害されずに通ることを可能とし、したがって、出口部１１８を提供する費用、およびこれらの出口部によって組立体の重量が増大するのを回避することが都合が良いことがある。しかし、出口部１１８を省略することは、タービン１０４を出る空気が組立体１００の後面の僅かな面積を上回って出ることを意味し、このことにより、この後面近傍で重大な乱流が生じ得るとともに組立体１００の近隣の部品への応力を変化させる。それ故に、各小区画は、入口部１１４と概ね同様の形状、すなわち、実質的に円錐台の形状において、出口部１１８が、円筒部１１６の円形の出口端部を組立体１００の後面上の六角形の出口に連結し、抵抗を最小にするように内面が空気力学的に設計されているのが概ね望ましい。

図２に極めて簡略して示すように、外部ケーシングまたは外板１２０を設けて組立体１００の外面を被覆し、これらの外部表面近傍にある小区画１０２の翼形の外部表面を通り過ぎる風により生じる乱流を防止することができる。外板１２０の提供は任意であり、外板は省略して組立体１００の全体の費用および重量を低減することができるが、特に強風を受けることのある位置に組立体が据え付けられている場合、外板１２０を提供して組立体１００の縁部周辺の乱流、結果として生じる組立体の部品への応力および抵抗を回避するのが概ね望ましい。

図４、図５は組立体１００の支持構造を示す。図４は図１と同様の略正面図であるが、翼形を除去して支持構造を示し、図５は支持構造およびそれに関連するタービンの１小区画の部分の拡大図であり、小区画の翼形を白丸で示す。図４に示すように、組立体の各小区画１０２は六角形の骨組み１２２により支持されており、この骨組みの下端から短い支柱１２４が延出し、この支柱の上に小区画１０２のタービン１０４が取り付けられている。図５でより詳細に示すように、六角形の骨組み１２２は実際に、２つの平行な骨組み１２２Ａ、１２２Ｂをそれぞれタービン１０４の前側と後ろ側とに含み、これらの骨組み１２２Ａ、１２２Ｂは、連結部品１２８に差し込まれた棒１２６から成るので、骨組み１２２Ａ、１２２Ｂは少数の標準的な構成要素から現場で迅速に組み立てることができる。骨組み１２２Ａ、１２２Ｂはそれらの下端で横材１３０により相互接続されており、その横材上に支柱１２４が取り付けられている。（図４に示す骨組みの幾つかの部品は、場合によっては、例えば、翼形を形成するのに使用される材料の強度に依存して省略することができ、図４の最上小区画では、この２つの垂直な部材を省略することを可能とすることができる。また、図４に破線で示すように、支柱１２４に対して１２０度で延びる任意で付加的な支持部材１２４Ａを設けることができ、これらの付加的な支持部材を使用して、翼形および／またはタービン１０４へ支持を提供することができる。明確にする目的で、付加的な支持部材１２４Ａは図５から省略してある。）
ヨー制御ベース１０８（図１、図２）は様々な方法で制御することができ、その選択は少なくとも部分的に組立体１００の寸法に支配される。特に、小さめの組立体では、ヨー制御ベースは、図６Ａ、図６Ｂに示すように、風向計により制御することができ、これらの図はそれぞれ、このような風向計１３２が備えられた１小区画１０２の側面図および平面図である。風向計１３２は小区画１０２の後面に設けられ、通常は小区画１０２の幾つかのみに、好ましくは組立体１００の中央にある小区画に設けられることになる。風向計１３２は従来の風向計と同じように働き、組立体１００を卓越風に向かせておく。組立体１００の寸法および重量を考慮して、ヨー制御ベース１０８の突然の運動、特にその運動方向の突然の反転を防止するために、ヨー制御ベース１０８と固定ベース１１０（図１、図２）との間に、ある形態の緩衝手段（例えば摩擦ダンパまたは油圧ダンパ）を提供するのが望ましいことがある。

組立体１００を風に向かせておくための、知られている任意のシステムを使用することができる。例えば、特に大型の組立体に関して、風速および方向を測定するためのセンサと、固定ベース１１０に対するヨー制御ベース１０８の運動を制御するための電動式駆動装置とを提供するのが望ましいことがある。このような電動式駆動装置は、固定ベース１１０上に設けた円形ラックと係合するピニオンが備えられたヨー制御ベース１０８上で、例えば電気モータの形態を有することができる。ここでも、固定ベース１１０に対するヨー制御ベース１０８の運動を緩衝するのが望ましいことがあるが、この事例では、緩衝することは、電動式駆動装置を制御するのに使用されるソフトウェアで実施することができる。このようなシステムは、組立体の損傷が起こり得る段階に風速が達する場合、風速の測定を利用して、警告を発する、または安全対策を立てることができるという利点を有する。

前述の記載から、本発明の風力タービン組立体は、複数の（通常は）小さく寸法された風力タービンの小区画が積み重なって完全な組立体が形成されたものを使用しているという点で、不連続な単一支柱／単一回転翼のユニットを使用した代表的な先行技術の組立体とは根本的に異なるということがわかるであろう。各ユニットは同一とすることができ（または、例えばｄ／Ｄ比が異なる少数のユニットを使用することができ）、またスケーラブルであり、したがって、保守または品質改善のために容易に交換可能である。個々の小区画が比較的小さい寸法および重量であることは、任意の時点で持ち上げたり操作したりすべき重量を限定するという点で、建設、修理、保守の間も有利である。これは、非常に重い吊上げ設備の必要性を除去することで費用を低減することができ、特に、厳しい気象条件に暴露された沖合の現場でユニットを持ち上げる必要のある場合、安全上の利点を有することもできる。

既に記載した本発明の組立体は多数の異なる方法で修正できるということが、風力タービン技術の専門家には理解されよう。例えば、組立体１００は、六角形吸込み部が翼形へ続くことが示された。このことにより、図１に示すように、吸込み部を隙間なく積み重ねることが可能となるが、これは、六角形吸込み部から円形の出口まで移行すると吸込み部がやや複雑な幾何学形状であることが必要となり、これらの複雑な幾何学形状を有する翼形を製造することは製造費用を増加させることがある。選択的に、翼形の吸込みは円形にすることができ（その結果、翼形がそれらの長さにわたって円形の対称性を維持し、製造上の問題が緩和される）、隣接する翼形の吸込み間にある三裂状の隙間は、実質的にずんぐりした三角錐の形状である「割れ目キャップ」で被覆することができる（ただし、円形の翼形吸込み部の湾曲した縁部に適合するように角錐の底の縁部を湾曲させて）。このような割れ目キャップの使用により、組立体の正面に入射する全ての空気が翼形の吸込みに入ってくること（このことがタービンからの電力出力を最大にする）、そして移動空気が翼形間に入ることはなく、望ましくない乱流も引き起こし得ないことが確実となる。

図１に示す組立体は小さく、８つの小区画１０２のみを含むが、商業的な組立体では、実際には、実質より多くの小区画が通常使用されることになる。図７、図８Ａは、小区画の数を増やした２つの種類の組立体を示す。図７の組立体は、事実上、図１の組立体を、その高さを増やすことなく水平に延ばすことにより製造され、したがって、沿岸から見えるのを防止するために、組立体の全体的な高さを限定することが望まれる比較的沿岸に近い沖合の位置においては有益とすることができる。対照的に、図８Ａの組立体は、事実上、図１の組立体を、その幅を増やすことなく垂直に延ばすことにより製造され、したがって、経済上の考慮により比較的小さいベース上に大型の組立体を提供することが余儀なくされる場合においては有益とすることができる。図８Ａの組立体は、しばしば地上または海洋表面上から十分な距離にある強めの風を活用するようにも良好に適合されている。

図８Ｂは図１の組立体と概ね同様の組立体を示すが、商業的に利用可能な大型タービンを使用している。図８Ｂは、風速の加速係数が１．７２である翼形で使用される前述の４７メートルのタービンを１０個使用する組立体を、寸法を付して示す。その結果、各タービンは３．３ＭＷを生成し、組立体全体は３３ＭＷを生成する。図８Ｂに示す組立体は大型であるが、陸上のウィンドファームで完全に実施可能であり、多くの場合、単一の大型構造は、別様で同じ電力出力を生成するのに必要となる、散在する５０の単一支柱／単一回転翼ユニットほど不都合ではないことがある。大型タービン組立体、例えば図８Ｂに示す組立体では、通常は、タービンの直径に比例して翼形の長さを増やすことは必要ないということ、すなわち、図８Ｂの翼形は、通常、図１の翼形と比較して、タービンの直径に対して短くなるということに留意すべきである。

既に言及したように、本発明は浮遊式発電組立体も提供し（通常は洋上ウィンドファームであるが、本発明の浮遊式発電組立体は、他の種類の発電手段、例えば電力を波動または水流から誘導するための手段を用いることができる）、この発電手段は、海底またはその他の水中の固体表面に堅固な構造を取り付けることなく深海に位置させることができる。主として単一支柱／単一回転翼型の従来の風力タービンユニットを使用するこれらの浮遊式発電組立体を以下に記載するが、上述したように、単一支柱／単一回転翼型ユニットは、本発明の小区画式風力タービン組立体に置き換え可能であるということが、ウィンドファーム技術の専門家には容易に明らかとなろう。

添付の図面の図９は、単一の風力タービンユニット（全体として９００で示す）の略側面図であり、この風力タービンユニットは、本発明の浮遊式発電組立体（以下、便宜上「ウィンドファーム」と称す）の１つの浮遊式ユニットを供給することができる。ユニット９００は回転翼９０２を含み、この回転翼は複数のブレード（通常は３つ）を含んで、回転翼のブレードが回転時に水に接触しないように、水面上で十分離れて水平軸の周りを回転するためにハブ９０４上に取り付けられている。実際には、回転翼のブレードが、摩擦抵抗に制約されない風の全速を受けることを確実にするために、回転翼のブレードはその最低地点で、水位から少なくとも１５メートルの間隔を有するのが望ましい。ハブ９０４は発電機（図示せず）を収容し、櫓または支柱９０６で支持されている。回転翼と、発電機を含むハブとを含むユニットは商業的に利用可能であり、本発明のウィンドファームでは、商業的なユニットを容易に使用することができる。商業的なユニットには回転翼を卓越風に向けておくための手段（図示せず）が既に備えられており、回転接合（これも図示せず）がハブの下で短い距離のところに位置付けられており、ハブおよび回転翼が固定支柱で回旋することが可能となり、したがって、回転翼が卓越風を向くように回旋する際に回転しなければならない重量を最小にする。

これまでのところで、ユニット９００の構成は従来のものである。しかし、ユニット９００は陸上または海底の堅固な支持体に固着させるのではなく、深海で固定するために設計されている。図９に示すように、支柱９０６は、浮力部または浮力ベルト９１０に包囲されて海洋表面９０８を通過しているが、この浮力部は海洋表面９０８にあり、十分な浮力を提供して支柱９０６の上端を海洋表面上のその予定された距離で保持する。支柱９０６の下端はタービンのベース部９１２に固定され、このベース部は十分重く製造されており、海洋表面９０８下で十分離して位置付けられているので、ユニット９００全体の重心が海洋表面９０８下から十分な距離のところにあることを確実にする。ベース９１２は３つのケーブル９１４に接続されており、これらのケーブルは他のユニット９００またはアンカーに接続されている。これらを以下で詳細に記載する。

浮力ベルト９１０は、ユニット９００の浮力の中心がユニットの重心の十分うえにあって、波の作用に対する安定性をもたらすことを確実にするように働く。浮力ベルト９１０は、浮遊する物体からの衝撃に対して支柱９０６を保護するようにも働く。

図１０Ａは浮遊式発電組立体またはウィンドファームの平面図であり、この組立体は、１０の構成要素、すなわち７つのユニット９００と３つのアンカー９１６（図面の縮尺を大きくするために、アンカーのうちの１つは図１０Ａから省略している）とを含む。図１０Ａに示すように、ユニット９００は一連の正三角形の頂点に配置されている。より具体的には、ユニット９００のうちの６つが正六角形の頂点に配置されており、これらの辺は十分長くされている（通常は図９における回転翼９０２の直径の少なくとも５倍）ので、各回転翼９０２が横切ることのできる最大面積を画定する円９００Ａ間には十分な間隔がある。第７のユニット９００は正六角形の中心に配列されている。ケーブル９１４は六角形の６つの辺全てに沿って走っており、六角形の頂点にあるユニットには１つおきに中央のユニット９００も接続している。３つのアンカー９１６は、六角形の交互の辺の垂直二等分線の真下の海底で配置されており、ケーブル９１４によって六角形の隣接する辺の両端のユニット９００に接続されている。このように、３つのアンカー９１６は正三角形の頂点に配置されており、この正三角形の内部にユニット９００が位置付けされており、六角形を成すユニット９００のそれぞれはその隣接する２つのユニット９００とアンカー９１６のうちの１つとに接続され、六角形の交互のユニット９００は中央のユニット９００にも接続されている。したがって、ユニット９００のそれぞれは、ケーブル９１４によって組立体の少なくとも３つの構成要素に接続されている。アンカー９１６は、７つのユニット９００を風および海流に対して静的に保持するように働く。また、図９、図１０Ａには示さないが、ケーブル９１４は電気ケーブルを担持することができ、ハブ９０４内で生成された電気がこのケーブルを通り、アンカー９１６のうちの単数または複数に設けられた水中ケーブル（図示せず）へと流れることができる。一方で、ウィンドファームから電気を運ぶために、ケーブル９１４とは別の電気ケーブルが設けられるのが概ね好ましい。

ユニット９００およびアンカー９１６はその他の多数の配置を当然用いることができ、図１０Ｂ〜図１０Ｅには４つの実施例が示される。図１０Ｂに示すウィンドファームは、図１０Ａにおける六角形の交互の辺からケーブルを省略することにより形成され、ユニット９００のうちの３つは、他の１つのユニット９００と１つのアンカー９１６とにのみ接続されている。この型の「開放型」組立体は、激流および波が起こり得るとは見なされない保護された位置において有益とすることができる。また、開放型および閉鎖型組立体の混合を当然用いることができる。図１０Ｃは、図１０Ｂの組立体と同じ「開放」型で、より大型の組立体を示すが、この組立体は、正三角形の中心に第４のアンカーを配列させており、この正三角形は、他の３つのアンカーにより形成されている。より大型の組立体では、このような中央のアンカーは、直接アンカーに接続されていない幾つかの浮遊式ユニットの過度のドリフトを防止するのが望ましい。図１０Ｄの、１２浮遊式ユニット・５アンカーの組立体は、概念的には、図１０Ｂの組立体を２つ、開放した（ケーブルなしの）１つの縁部に沿って接合するとともに、その縁部に沿う浮遊式ユニットに接続されていた２つのアンカーを、単一の中央のアンカーに置き換えてその縁部に沿った中ほどに配列することにより作られる。最後に、図１０Ｅの組立体は、概念的には、図１０Ｂの組立体を２つ、開放した１つの縁部に沿って、ただし異なるアンカー配置を用いて接合することにより作られると見なすこともできる。

風力タービン技術の専門家には明らかとなるように、図９に示すユニット９００では多数の変容を行うことができる。例えば、ユニットは多種多様の異なる型の風力タービンを組み込むことができる。回転翼９０２は従来の３枚羽根のプロペラとすることができる。このような３枚羽根のプロペラは商業的に立証されているが、ブレード共鳴問題を起こす可能性がある。選択的に、ユニット９００は垂直軸のタービンを使用することができる。このような垂直軸のタービンは、ヨー制御システムが回転翼を卓越風に向けておく必要性を回避するが、商業的に立証されておらず、ブレード共鳴問題を起こす可能性がある。ユニット９００は、ＥＮＥＣＯ Ｔｅｘａｓ ＬＬＣ社により製造されるＷＡＲＰ（商標）型タービンを使用することができる（この型の本格的規模のタービンはまだテストされていないが）。最終的には、既に述べたように、ユニット９００は本発明の小区画式風力タービン組立体を使用することができ、これは図１〜図８を参照して上述した。

個々のベースの費用を低減するために、上に取り付けるケーブルの数を低減することができる。図９に示すユニットは、６つのケーブルを取り付けたベースを使用するように設計されており、このケーブル取付けは、１種類のベースのみを使用する図１０Ａ〜図１０Ｅに示すレイアウトに適合させることができる。ベースに取り付けるケーブルの数は、３に低減することができる。一方で、図１０Ａ〜図１０Ｅに示す全てのベースが同一のケーブルレイアウトを有するわけではないことから、取り付けるケーブルの数が低減された場合、多数の種類のベースが必要となることがある。

商業的なウィンドファームは、通常は、図１０Ａに示すよりも多い数のユニット９００を使用することになる。図１０Ａに示す配置は、広範な商業的テストにとって好適な試験工場と見なすことができる。個々のユニット９００が、通常は２．０〜３．６ＭＷに定格されていることから、図１０Ａに示す配置は約２０ＭＷの出力を有することができる。したがって、商業的なウィンドファームは、総出力を１００〜２００ＭＷにするには、図１０Ａに示す配置を５〜１０（すなわち、個々のユニット９００は３５〜７０）用いることができる。より大型のウィンドファームの実施例を、図２０Ａ〜図２０Ｆを参照して以下で検討する。

特に大洋航路付近での浮遊式ウィンドファームの考えられる１つの欠点とは、浮遊式ユニットが厳しい天候でそのアンカーから離れ、航海にとって危険をもたらし得るというリスクである。この危険を最小にするために、個々のユニット９００のうちの少なくとも幾つかは、位置の表示を沿岸の操作者に提供するように配置された全地球測位システム（ＧＰＳ）のユニットを備えることができ、したがって、操作者は、任意のユニットが、その予想される位置から過度に離れて漂流している場合にそのことを検知して、そのユニットを回収し、船舶に対して適切な警告を発する措置を執ることができる。

図１１は、図９の略側面図と同様の、浮遊式ユニット（全体として１１００で示す）の略側面図であり、このユニットは、図９に示すユニット９００の、基本的に修正された変形である。ユニット１１００のほとんどの部品は図９の部品と同様であるので、それに応じて番号を付しているが、この２つのユニット間には３つの主要な差異が存在する。第１に、ユニット９００のベース部９１２は小さめのベース部１１１２に置き換えられており、このベース部は実質的に鉄筋コンクリート製の円盤の形状を有する。このベース部１１１２は、任意で、海底に繋留される引張部材を備えることができる。第２に、ユニット９００の円筒の浮力部９１０が短めの浮力部（全体として１１１０で示す）に置き換えられており、この浮力部は両端を円錐台部１１１０Ｂ、１１１０Ｃで覆われた中央の円筒部１１１０Ａを含み、これらの円錐台部は、中央部１１１０Ａの大きい直径と、浮力部１１１０のすぐ上とすぐ下にある支柱の部分との間に平滑な移行を提供する。円錐台部１１１０Ｂ、１１１０Ｃは、ユニット１１００への最大機械負荷の低減を促進し、高周波が誘引する動き、特にうねりを最小にするのを促進する。

しかし、ユニット９００、１１００間の最も重要な差異は、ユニット１１００に補助ケーブル１１１４が提供されていることであり、この補助ケーブルは、部分１１１０Ａの上端からケーブル９１４まで走っており、ケーブル１１１４、９１４間の接合点はユニット１１００から十分な距離がある。補助ケーブル１１１４は、ユニット１１００への波および風の作用に対して付加的な安定性を提供する。（場合によっては、補助ケーブル１１１４は、ケーブル９１４のうちの１つではなくアンカーに接続することができる。）
ユニット１１００は通常は十分な寸法および重量となる（以下でトンへの参照は全てメートルトンのことである）。ハブ９０４は水面９０８上で６０メートルのところとすることができ、このハブは、回転翼９０２と合計して重さを１００トンとすることができる。水面上の支柱の残りの部分は重さを１２０トンとすることができ、浮力部はさらに１２０トンとすることができる。バラストタンクを備えた支柱の水面下部分は、１６０（空の状態）〜１０００トン（バラストを積んだ状態）で変化する重量を有することができ、面波状態を避けるために水面９０８下で６５メートルのところに静止することを目的としたベース部１１１２は重量を７００トンとすることができ、ユニット１１００全体では総重量１０００〜２３００トンとすることができる。バラストタンクが満たされている場合、図１１の矢印Ｇで示すユニットの重心は水面下４０メートルであるが、矢印Ｂで示す浮力の中心は水面下２０メートルであり、メタセンター高さ２０メートルを示す。これらの寸法は、３００キロニュートンのハブ９０４の力が、２０メートルのメタセンター高さのわずか４度の傾きによりオフセットになるように設計される。バラストタンクの寸法は、運転用では深く浸水でき、保守および建設用では浸水が浅くなるように設計される。

図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃは、ユニット１１００の可能な１つの修正、すなわちベース部１１１２の形態の変更を示す。図１２Ａは、図１１に示すベース部１１１２の拡大図であり、このベース部１１１２は、直径約１２メートル、厚さ１．５メートルである。図１２Ｂは、図１２Ａの図と同様の、修正されたベース部の図を示しており、このベース部は円盤１１１２’を有し、この円盤の周縁部の周りにはフープ材またはカラー１１１４が形成されており、このカラーは、ベース部の流体力学的質量を増加させて、表面波の力からのうねりの動きを低減し、うねりの自然周期を長くする。図１２Ｃは、ベース部１１１２’の軸を含む垂直面内の部分であり、カラー１１１４の断面を示す。

図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａ、図１４Ｂは、ユニット１１００のさらなる修正、すなわち浮力部の形態の変更を示す。図１３Ａは、図１１に示す浮力部１１１０の拡大図である。図１３Ｂは、図１３Ａの図と同様の、修正された浮力部の図を示しており、この浮力部は、１１１０’で示すように、概念的には、浮力部１１１０を水面９０８下に移動し、基本的に「三つ角星（three-pointedstar）」の形状を有するプレート１３２０を水面上に設置し、垂直な細い４つのピラー１３２２により浮力部１１１０’をプレート１３２０に接続することにより製造される。図１４Ａ、図１４Ｂはそれぞれ、図１３Ｂの平面Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂにおける水平断面図であり、ピラー１３２２の配置を示す。（図１３Ｂ、図１４Ａ、図１４Ｂでは４つのピラー１３２２を示すが、選択的に３つのピラーを使用して、中央のピラーを省略し、したがって、浮力部１１１０’上の開けられた空間はこの部分への点検扉を提供するために利用することができる。）修正された浮力部は、水面での断面積を低減し、これにより、ユニット１１００への波の作用の影響を低減するように設計される。

図１５は、補助ケーブル１１１２を、図１３Ｂ、図１４Ａ、図１４Ｂに示す修正された浮力部とともに使用することのできる方式を示す。図１５に示すように、補助ケーブル１１１２は、浮力部１１１０’、好ましくはその上端に、あるいは（図１５に破線で示すように）水面上のプレート１３２０のいずれかに装着することができる。

図１５に示す、重いベース１１１４がもたらすユニットの低い重心と、十分なメタセンター高さ（すなわち、この重心とユニットの浮力の中心との間の間隔）とにより、ユニットは波の作用に対して非常に安定する。図１６Ａ〜図１６Ｅは、高波に対するユニットの安定性を示しており、図１６Ａは波の谷にあるユニットを示し、図１６Ｅは波の峰にあるユニットを示し、図１６Ｂ〜図１６Ｄは中間位置でのユニットを示す。各事例において、高波の状況下にある海洋表面を「Ｈ」で示し、静穏な状況下にある海洋表面を「Ｃ」で示す。図１６Ａ〜図１６Ｅから、これらの極端な高波の状況下にあっても、回転翼が海洋表面に接触して損傷する危険はないということがわかる。

類似する陸上のウィンドファームに勝る、洋上ウィンドファーム、特に深海の洋上ウィンドファームの１つの利点とは、洋上ウィンドファームが風のほかに、再生可能なエネルギー源を利用できるということであり、具体的には、洋上ウィンドファームは波のエネルギーおよび／または海洋流のエネルギーを利用することができる。例えば、図１７、図１８はそれぞれ、ユニット（全体として１７００で示す）の側面図と平面図であり、このユニットは、波のエネルギー発電用に備えられている以外には、上述した図１５に示すユニットと概ね同様である。図１７、図１８に示すように、ユニット１７００のベース１７１２には、対称的に離間して水平に延在する３つの肋部１７２０が備えられており、これらの肋部はそれぞれ、内側円形部材１７２２および外側円形部材１７２４を担持する。円形部材１７２２、１７２４はケーブル１７２８により浮遊部材１７２６に接続されており、これらの浮遊部材は、波の作用により動かされると、ケーブル１７２８を円形部材１７２２、１７２４に対して運動させ、したがって、よく知られている方式で、波からエネルギーを生成するように働く。

図１９は別のユニット（全体として１９００で示す）の側面図であり、このユニットは、海流からの発電用に備えられている以外には、ここでも図１５に示すユニットと概ね同様である。ユニット１９００の支柱にはカラー部１９３０が備えられ、このカラー部は、支柱に対して旋回可能であり、部分１９３０から水平に反対方向に延在する２つの腕部１９３２を担持する。腕部１９３２の自由端はハブ１９３６を担持し、このハブ上に回転翼１９３４が取り付けられており、この回転翼は海洋流の影響下に回転することができ、これにより、ハブ１９３６内部に位置付けられた発電機（図示せず）を駆動することができる。発電機からの電気は、腕部１９３２および部分１９３０内のケーブル（図示せず）を介して、それ故に、既に記載したのと同じ方法で、ケーブルを介して支柱に供給される。

図９〜図１９を参照して上述した深海の洋上ウィンドファームは、従来の浅水の洋上ウィンドファームよりはるかに深い水中で容易に展開可能であるという利点を有する。したがって、ウィンドファームの可能な現場の数を大いに増加させる深海の洋上ウィンドファームは、騒音あるいは見た目に関する苦情があまり寄せられそうになく、深い大洋域のより強力で着実な風を利用することができる。図１６Ａ〜図１６Ｅを参照して示すように、本発明のウィンドファームのユニットは、波の作用に対して非常に耐性があるように製造することができ、既に記載した方式でユニットを相互接続すれば、ユニットが転覆し、したがって、波あるいは暴風の作用により損傷する可能性をさらに低減することができる。本発明のウィンドファームのユニットは、保守、修理または品質改善のために各構成要素（例えばタービン、ベース、浮力ベルト）を容易に交換可能にできるように、容易に製造することができる。

本発明は、当然ながら、ウィンドファームからの電気の直接的供給に限定されるものではない。代わりに、ウィンドファームは生成された電気を他の方法で利用することもできる。例えば、生成された電気を利用して、通常は水の電気分解により水素を生成し、結果として生じる水素が現場からパイプ輸送されるようにウィンドファームを配置することができる。洋上ウィンドファームの事例において、海底ケーブルを介して電気を沿岸へ供給するのではなく、水素を生成し、その水素を沿岸へパイプ輸送できることがウィンドファームにとって都合が良いことがある。（このようにしてウィンドファームで生成される電気を水素の生成が行われた陸上向けの電力網から「分離」することによって、陸上向けの電力供給の質を左右することに関して、さもなければウィンドファームが呈し得る問題は回避され、したがって、幾つかの電力会社が許容できると見なす風力の比率について設置している制限を避けることができる。）選択的に、ウィンドファームでは、ガス状または液状のいずれかの形態において水素を蓄積し、タンカーにより移動することができる。このように運転するウィンドファームには沿岸への直接的接続が必要とならないことから、このウィンドファームは沖合でより遠い距離に位置することができる。

図２０Ａ〜図２０Ｊは、図１０Ａ〜図１０Ｅの平面図と同様の、本発明のさらなるウィンドファームの平面図を示しており、アンカーの配置における変容と、先に述べた小さめのウィンドファームのうちの複数を用いて大きく高い出力のウィンドファームを形成する方法とを示す。強風、波、または海流により崩壊または損傷を受けるウィンドファームのリスクに対して、付加的なアンカーおよびそれらに関連するケーブルの費用を釣り合わせるアンカーの最適な配置は、例えば、暴風雨あるいは同様の大暴風の可能性を含む局地的状況、例えば深さ、海洋流、潮流、および予想される波の状況とともに大いに変化する。図２０Ａ、図２０Ｂ、図２０Ｃに示すアンカー配置は、図１０Ａの固定配置よりも強力な固定配置を提供するように設計される。図２０Ａの配置は、基本的に、図１０Ａの配置の修正された形態であり、各アンカー９１６は、六角形の隣接する３つのユニット９００に接続されている。図２０Ｂの配置は、３つの付加的なアンカー９１６が提供された図１０Ａの配置の別の修正であり、各々が六角形の隣接する２つのユニット９００に接続されているので、六角形内の各ユニットは離間している２つのアンカーに接続され、したがって、ウィンドファームは方位角における全体的な回転から制止される。図２０Ｃの配置も、六角形内に配置された６つのアンカーを使用するが、各アンカーは六角形内の１ユニットのみと接続されている。図２０Ｄの配置は、図２０Ｃの配置と同様であるが、中央の浮遊式ユニットは六角形の６つの浮遊式ユニット全てに接続されて、暴露した位置において最大安定性を提供する。

図２０Ｅ〜図２０Ｊは、より大型のウィンドファームを示す。図２０Ｅは、２５浮遊式ユニット・２７ケーブル・３アンカーのファームを示しており、このファームは、基本的に、図１０Ｃのファームの拡大変形である。図２０Ｅにおいてさらに安定させるために、中央の浮遊式ユニットをアンカーに置き換えることができる（図１０Ｃを参照）。図２０Ｆは、３１浮遊式ユニット・３３ケーブル・６アンカーのファームを示しており、このファームは、図２０Ｅのユニットよりも多少安定させるために設計されている。ここでも、中央の浮遊式ユニットを付加的なアンカーに置き換えることができる。図２０Ｇは、１９浮遊式ユニット・３０ケーブル・６アンカーの「拡大六角形」ファームを示しており、このファームは、図２０Ｂのファームを６つ重ね合わせ、ファームの周縁部の周りのみにアンカーを設け、各アンカーを隣接する３つの浮遊式ユニットに接続させることにより製造されるものと見なすことができる。図２０Ｈは、同様の拡大六角形のウィンドファームを示しており、このファームは、図２０Ｇのファームよりも多少安定させるために設計されており、このファームは、図２０Ｃのファームを６つ重ね合わせることにより製造されるものと見なすことができる。図２０Ｉ、図２０Ｊは大型ウィンドファームを示しており、このウィンドファームは、陸上の非ウィンドファームのパワーステーションに相当する出力を有することになる。図２０Ｉの、５７浮遊式ユニット・９０ケーブル・１３アンカーのファームは、図２０Ｇのファームを３つ使用して、可能であればいつでもアンカーを共有して形成されるものと見なすことができ、同様に、図２０Ｊの、１３３浮遊式ユニット・２１０ケーブル・２４アンカーのファームは、図２０Ｈのファームを７つ使用し、可能であればいつでもアンカーを共有して形成されるものと見なすことができる。図２０Ｉのウィンドファームの中心には、対称的な方式で９つの浮遊式ユニットに接続された中央のアンカーが示されているということに留意されるべきである。天候および海流の状況により、この位置でアンカーが必要ではない場合、この中央のアンカーを除去し、直接、または幾つかのブイを介して、あるいはケーブルが適切に取り付けられたその他の機構を介してのいずれかで９つのケーブルを単に相互に接続させることができる。図２０Ｊのウィンドファームは、９つのケーブルが、対称的な方式で単一のアンカーに接続されている６つの同様な地点を有するが、場合によっては、これらの６つのアンカーの幾つかまたは全てを除去し、単にケーブルを相互に接続することを可能とすることができる。

次に、本発明の展開方法を検討する。上記で示したように、本発明の浮遊式発電組立体において使用される浮遊式ユニット９００、１１００は、バラストタンクが空であっても、重さを最大２０００トンとすることができ、高さを１２０メートル超とすることができる。従来の海事起重機ではこのような大きくて重いユニットを外洋で展開することは気象条件により厳しく制限され、それ故に、低費用で信頼できる展開を達成するためには、より安定した信頼できる展開方法が必要とされる。本発明の展開方法はこれらの目標を達成するように設計されている。

図２１〜図２３を参照して好ましい展開方法を記載する。図２１Ａ、図２１Ｂに示すように、この方法は、船（この船の部分のみを図２１Ａに示す）のむきだしの甲板２１０２上に取り付けられた装置（全体として２１００で示す）を使用するが、装置２１００は、甲板２１０２の後縁部近傍の２１０４で示す水平軸の周りを甲板２１０２に対して旋回可能である。装置２１００はベース部材２１０６を含み、このベース部材は、その上に、離間した２つの締付け部材２１０８を２つの支持梁２１１０とともに取り付けている。図２２Ｂ、図２２Ｃで最もよくわかるように、締付け部材２１０８それぞれは２つの顎部を有し、これらの顎部は、ユニット９００または１１００を締め付けることのできる閉鎖位置（図２２Ｂ）と、ユニットが締付け部材に対して運動自在である開放位置（図２２Ｃ）との間で相互に対して可動である。

図２１Ａ、図２２Ａ、図２３Ａ、図２３Ｂに見ることができるように、装置２１００全体を、ユニットの輸送のために用いられる水平位置（図２１Ａ）と、ユニットを積込みまたは展開するために用いられる垂直位置（図２２Ａ）との間で、軸２１０４上で旋回させることができる。さらに、締付け部材２１０８がその開放位置にある場合、支持梁２１１０は、ベース部材２１０６に対して伏している位置（図２２Ａ）と、これらが締付け部材２１０８の開放した顎部間でベース部材に対して垂直に延びる位置（図２３Ａ、図２３Ｂ）との間で、ベース部材２１０６に対して旋回することができるので、支持梁２１１０を使用して、ユニット９００または１１００を固着したり扱うことができる。

図２４Ａ〜図２４Ｅは、装置２１００を使用して、展開現場へ輸送する船にユニット１１００を積み込む方式を示す。ユニット１１００は、通常は、乾ドック２４００に建設される（図２４Ａ）。次に、乾ドックが浸水され（図２４Ｂ）、装置２１００を備えた船２４０２が、装置２１００をその垂直位置にした状態で、浸水されたドックへと案内される。支持梁２１１０がユニット１１００に装着され、締付け部材２１０８がこのユニットの周りで締め付られ（図２４Ｃ）、装置２１００はその水平位置まで下げられ、これにより、ユニット１１００が、展開現場への輸送準備のできた船の甲板上に平坦に設置される（図２４Ｄ）。図２４Ｅは、船およびユニット１１００の、この位置での平面図を示す。

図２５Ａ〜図２５Ｄは、ユニット１１００の、展開現場での展開を示す。図２４Ｄと基本的に同一である図２５Ａは、現場に到着する船およびユニットを示す。次に、装置２１００およびユニット１１００が、垂直位置（図２５Ｂ）に引き起こされる。そしてユニット１１００内部のバラストタンクが部分的に補充されてユニットの浮力が調整され、支持梁２１１０が開錠されて締付け部材２１０８が開かれ、バラストタンクがさらに補充されて、ユニット１１００にとって適当な展開深さが達成される（図２５Ｃ）。次に、ユニット１１００は船を脱して浮遊し、船は浮遊式ユニットから離れて移動し、装置２１００は甲板上のその水平位置へと戻される（図２５Ｄ）。ユニット１１００の回収は、この展開方法を逆にすることにより達成することができる。

本発明の展開方法は、海事起重機を使用する従来の展開方法に勝る幾つかの利点を有する。浮遊式ユニットが甲板上の水平位置から浮遊位置へ移動される展開方法の段階中、ユニットの大きな重量は吊上げ旋回に適用され、この吊上げ旋回は、同じ作業を実施できる起重機の頂部の吊上げ旋回よりも極めて低く、この低い旋回位置により、本展開方法は、荒海および平穏な海で実行するのにより適切なものとなる。低い旋回位置は、吊上げ中、船に対するユニットの有効な重心も制約し、したがって、このような重い浮遊式ユニットの起重機ベースの展開と比較して、船の安定性の減少およびこのような吊上げ中に受ける船の動きを最小にする。ユニットは、そのバラストタンクを段階的に補充することにより、したがって、ユニットの浮力のバランスを連続的に維持して「軟着陸」を確実にすることにより、所望の浮遊位置まで下げることができる。同様の理由から、回収方法も、起重機を使用する方法と比較してより単純になる。

図２６Ａ、図２６Ｂ、図２６Ｃは、図２５Ａ〜図２５Ｄに示す、外部浮遊機構２６００を使用する方法の修正を示しており、この外部浮遊機構は、展開しているユニットが、その引き起こされた（垂直な）位置で十分な浮揚性のない場合に使用することができる。図２６Ａに示すように、外部浮遊機構がユニット１１００の水面下部分の周りに設置され、この部分へと締め付けられるが、ユニットはまだ甲板上のその水平位置にある。つまり、ユニットに外部浮遊式機構を設置してからユニットが船に積み込まれるのが都合が良いことがある。ユニットは、機構２６００がまだ装着されたままその垂直位置へと引き起こされるが（図２６Ｂ）、そのバラストタンクが部分的に補充された後、ブイが浮力の均衡に達したら、クランプが機構２６００を開放したままにし、機構はユニット１１００から脱して浮遊する（図２６Ｃ）。図２６Ａ、図２６Ｂ、図２６Ｃには図示しないが、機構２６００が同様の機構のケーブルにより船に接続されており、いったんユニット１１００が浮遊自在となると、ケーブルを水から回収するのが可能になるのが望ましい。

装置２１００の形態では多数の変容が可能であり、幾つかを図２７Ａ〜図２７Ｇに示す。図２７Ａ、図２７Ｂは修正された装置２７００を示しており、１つの締付け部材２７０８Ａはベース部材および他の締付け部材２７０８Ｂに対して可動であり、したがって、これらの２つの締付け部材間の間隔を変化させること、および装置２７００が異なる長さの浮遊式ユニットを扱うことが可能である。図２７Ｃ、図２７Ｄは修正された装置２７１０を示しており、この装置は、船の甲板に対して垂直に調整可能な旋回軸２７１４を有し、これにより、装置２７１０は浮力の中心の異なる浮遊式ユニットを扱うことが可能となる。図２７Ｅはさらに修正された装置を示しており、ベース部材は旋回軸に対して平行移動させることができるので、浮遊式ユニットの展開中または回収中、締付け部材および支持梁を垂直に移動することができる。図２７Ｆは、離間した３つの締付け部材を含む修正された装置を示しており、装置がその垂直位置まで引き起こされると、それらの部材のうちの１つは水面下で十分な距離のところに配列される。この水面下の締付け部材は、展開している浮遊式ユニットの水面下部分にとって付加的な支持をもたらす。最後に、図２７Ｇはさらに修正された装置を示しており、甲板とベース部材との間に油圧支持２７３０が設けられて、補助的な吊上げ力を提供する。

Claims (5)

1. 水中に浮遊式ユニット（１１００）を設置するための方法であって、前記浮遊式ユニット（１１００）が、浮遊する際に前記水面（９０８）上から前記水面下へ延在している支柱（９０６）を含み、前記方法が、
   甲板（２１０２）と、前記甲板（２１０２）の縁部近傍で水平軸（２１０４）の周りを回転するために前記甲板（２１０２）に回転可能に取り付けられた旋回可能なユニット（２１００）とを有する船を提供するステップであって、前記旋回可能なユニット（２１００）が、ベース部材（２１０６）と、前記ベース部材（２１０６）に取り付けられて相互から離間する２つの締付け部材（２１０８）とを含むステップと、
   前記支柱を前記締付け部材（２１０８）で締め付け、これにより前記支柱を前記甲板（２１０２）上で実質的に水平位置に保持するステップと、
   前記浮遊式ユニット（１１００）が展開すべき位置へ前記船および支柱を輸送するステップと、
   前記旋回可能なユニット（２１００）および支柱を、前記支柱が実質的に垂直位置になるまで旋回させるステップと、
   前記支柱を前記締付け部材（２１０８）から解放し、これにより前記浮遊式ユニット（１１００）が浮遊するのを可能にするステップと
   を特徴とする方法。
2. 前記支柱が少なくとも１つのバラストタンクを含み、前記方法が、前記支柱を実質的に垂直位置まで旋回させた後、ただし前記支柱を前記締付け部材（２１０８）から解放する前に、前記バラストタンクに水を少なくとも部分的に補充するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記支柱が前記甲板（２１０２）上でその実質的に水平位置にある間、前記支柱に外部浮遊機構（２６００）を設置するとともに、前記浮遊式ユニット（１１００）が浮遊した後、前記外部浮遊機構（２６００）を前記支柱から解放するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記締付け部材（２１０８）のうちの少なくとも１つが前記ベース部材（２１０６）に対して可動であり、これにより、前記締付け部材（２１０８）間の間隔を変化させることが可能である、請求項１に記載の方法。
5. 前記船に、前記甲板（２１０２）に対する前記旋回可能なユニット（２１００）の前記回転軸の前記位置を変化させるための手段が備えられている、請求項１に記載の方法。