JP5468072B2 - 沖合の風力タービンを曳航する方法及び装置 - Google Patents
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Description
沖合で浮遊する風力タービンは、非常に大きな構造であり、本体は一般に長さが100-200メータであり、ロータのブレードは長さが40-70メータの範囲である。風力タービンは陸上又は保護水域内で組み立てられ、沖にて所望の位置に動かすことは重大な難問である。
この方法に関し、風力タービンの設置箇所及び該設置箇所への考えられるルートの選択は、従って、風力タービンが通らなければならない水深によって制限される。領域内の水深が余りに浅いと、浮かぶ風力タービンはその領域を通って曳航できず、幾つかの設置箇所に到着できず、又は間接的により長いルートを通ってのみ到着可能である。
このようにして、発明者らはエンジン室内の細心の注意が必要な構成要素に水が無い状態を保ちつつ、喫水(draught)が著しく減少するような方法で、浮かぶ風力タービンを運搬しながら風力タービンを浮かせることが可能であることが判った。該方法は使用前に従来の垂直な構成と置換される。このようにして、風力タービンは垂直位置で曳航されても、浅い水域を通ることができ、それによって、設置箇所が多数に増加する。同時に、風力タービン全体を運搬するのに十分大きな船を用いる必要は避けられる。
風力タービン本体は、風力タービンの支持構造を形成する。支持構造は一般的に、取り付けられた際に殆どが沈む支持構造低部と、取り付けられた際に水線より上方にあるタワーを備える。
浮かぶ風力タービンが傾いている間、風力タービンが静的均衡を保つように、浮遊部材からの力は調整され得る。該力は例えば水で浮遊部材をバラストすることにより、調整され得る。
浮遊部材は例えば、ワイヤ、チェーン又はケーブルであるラインによって支持構造に取り付けられ得る。風力タービンを垂直位置から傾斜位置に動かすために、例えばラインを浮遊部材又は支持構造内に巻き上げることにより、ラインの長さは短くされる。
以前に記載したように、風力タービンジェネレータは一般にエンジン室とロータを備える。これらの要素の重力の結合した中心は、支持構造の長軸から略離れている。重力の中心と支持構造の浮力は、支持構造の長軸に接近して位置しているから、傾いた風力タービンは均衡が不安定であり、支持構造の長軸の周りを回転しがちである。風力タービンジェネレータを水の外に保ち、損傷を避けることは重要であるから、これは問題である。
風力タービンシステムを曳航中に、波はシステムを励起し、振動させる。システムのあらゆる励起を最小化し又は除去し、ジェネレータへの水による損傷を防ぐのが望ましい。
最も活発な波は、約5秒から20秒の周期を一般に有する。従って、うねり(殆ど単なるシステムの垂直変位)故のシステムの励起を減じ又は除去すべく、傾斜したシステムの振動の自然周期は、約5秒から20秒の範囲の外にある、即ち、最も活発な波の周期に等しくないのが好ましい。システムの自然周期は20秒以上であるのが好ましい。しかし、幾つかの場合において、自然周期が実際に選択されるには、システムの剛性が大きすぎるような場合は、システムの幾つかの自然周期は5秒未満であり得る。
ピッチによるシステムの励起(重力中心周りのシステムの回転)を減じ又は除去すべく、システムの浮力の中心は、重力中心に近いのが理想的である。
このようにして、本発明は広い意味にて、傾き位置にある浮遊する風力タービンの供給に関し、それによって、風力タービンは水域を通って曳航され、使用されるのが垂直形状である場合よりも喫水が低く、その一方、エンジン室は水が無い状態を維持する。
風力タービン(1)を傾斜位置に維持するために、上向きの力F1が必要である。図1に示すように、F1は風力タービン(1)の重力中心の下方にある支持構造低部(4)上の位置から作用する。浮力の中心の周りに作用する下向きの力F2もまた、風力タービン(1)に加えられる。
風力タービン(1)の傾いて浮いた位置は安定的であるべきである。これには、支持構造(2)の長軸を通った垂直面内における力及びモーメントの安定した均衡が必要である。図1に示す力を考えると、これは、
風力タービン(1)に外力F2を加えることについての更なる問題は、それが風力タービン(1)の望ましからぬ大きな沈降に帰することである(風力タービンの浮力に更なる修正がなされなければ)。従って、最も多くの場合において、F2は0に等しく設定されるべきであり、クランプ重み又は同等物は取り付けられるべきではない。
浮力タンク(6)はライン(8)を介して支持構造低部(2)に接続される。ライン(8)の長さは、浮力タンク(6)又は支持構造低部(2)に取り付けられたウィンチ(図示せず)を介して短くされ又は長くなる。ライン(8)を内へ又は外へ巻くことにより、水線(12)より下の支持構造低部(2)の端部の深さL1は変えられる。
風力タービン(1)は、図2に示すように、風力タービン(1)が所望の傾き角度αを有するまで、ライン(8)の長さを調節して深さL1を変えることにより、傾斜位置に設置される。
例えばタグ又は地上に固定されたワイヤを備えたウィンチを用いることにより、一対の略水平な力FH1及びFH2が加えられる。これらの力FH1及びFH2の必要な大きさは、90度から実際の傾き位置までの全ての傾斜角度における風力タービンの安定均衡を考慮することにより決定される。
傾斜した風力タービン(1)はまた、長軸周りの回転が安定しているのが理想的である。
図4に示すように、風力タービン(1)の浮力Bの中心は、略長軸(13)上に位置して、風力タービン(1)の重力中心Gは軸(13)から距離yG離れて位置する。支持構造(2)が水平に対して角度αだけ傾くと、風力タービン(1)の重さから軸(13)周りにモーメントMGがあり、以下のように記載される。
式(7)はθcosα<tanβ(回転角度θが小さいと仮定して)であるときに有効であり、βは図5に示すように、カラスの足(9)の2本のライン(15)間の角度の半分である。回転角度θがtanβ/cosαを越えれば、カラスの足(9)のライン(15)の1本は緩み、カラスの足(9)の効果は消滅する。
しかし、回転角度θが一般的に小さいから、カラスの足(9)は、支持構造(2)の軸(13)の周りの回転について要求される安定性を達成するのに有効な手段である。
しかし、一般的に、システムの自然周期が大部分の活発な波の周期範囲の外、即ち約5秒から20秒の範囲の外にあることは重要である。システムの自然周期の当初の評価、結合されていないシステムを考慮して得られる。浮力タンク(6)及びその位置のパラメータは次に、静的均衡及び動的均衡の両方の要求を満たすように調整される。
うねり方向における復元力係数C33は、傾斜した支持構造(2)及び浮力タンク(6)の水線面領域から以下の如く決定される。
うねりとピッチが強く結びつくことを避けるべく、C33について式(9)の2つの項目は略等しくあるべきである。更に、重力中心Gから支持構造(2)の水線(12)までの距離は、重力中心Gから浮力タンク(6)の支持構造(2)への取付け地点までの距離に略等しくあるべきである。換言すれば、図3に示すように、重力中心Gは浮力タンク(6)の支持構造(2)への取付け地点と支持構造(2)が水線(12)を通る地点の間の約半分であるべきである。
同様の方法で、ピッチ復元係数C55は、以下の如く記載される。
ピッチT5におけるシステムの自然周期は、以下の如く記載される。
うねりの場合と同様に、同様の理由から、T5>20秒であるのが理想的である。しかし、或る場合、例えばシステムの剛性が特に大きい場合は、T5<5秒であるのがより実際的な選択である。
式(12)から、仮に以下であれば、システムの対称性は解消されることが判る。
浮力タンク(6)のみを考慮し、可能性があるクランプ重みを考慮しないと、ロール復元力は以下の如く記載される。
Claims (20)
- 水域に対して浮遊する風力タービンを動かす方法であって、該浮遊する風力タービンは使用時に水域内に浮くように構成され、該浮遊する風力タービンは上端部にエンジン室を有して支持構造を形成する浮力のある本体を有し、
水域内で浮遊する風力タービンを浮遊させる工程と、
浮遊する本体を傾斜位置に保持しつつ、浮遊する風力タービンを曳航し、それによってエンジン室は水が無い状態に維持される工程を備え、
前記支持構造は支持構造低部を含み、
浮遊部材がラインによって前記支持構造低部に取り付けられ、該支持構造低部に上向きの力を及ぼして、前記浮遊する風力タービンを前記傾斜位置に保持する、方法。 - 前記エンジン室に風力タービンジェネレータが設けられ、前記浮遊部材は前記支持構造低部に取り付けられる、請求項1に記載の方法。
- 前記浮遊部材又は支持部材内にラインを巻く工程、又は前記浮遊部材又は支持部材からラインを巻き出す工程を含む、請求項2に記載の方法。
- 更に、システムに水平又は略水平な力を加える工程を含む、請求項1乃至3の何れかに記載の方法。
- 水平又は略水平な力は、タグ又は陸上に固定されたワイヤを備えたウィンチにて加えられる、請求項4に記載の方法。
- 更に、前記浮遊部材によって与えられる浮力を調整して、システムを静的な均衡に維持する工程を具えた、請求項1乃至5の何れかに記載の方法。
- 前記浮力は、前記浮遊部材にバラストを加え又は浮遊部材からバラストを除去することにより、調整される、請求項6に記載の方法。
- 浮遊する風力タービン及び浮遊部材を備え、該浮遊する風力タービンは、使用時に水域内に浮くように構成されて、支持構造を形成する浮力のある本体及び風力タービンジェネレータを備え、該浮遊部材は浮遊する風力タービンが水域内を曳航される間に、前記浮力のある本体が傾斜位置に維持されるように構成され、
前記支持構造は支持構造低部を含み、
前記浮遊部材はラインによって前記支持構造低部に取り付けられ、該支持構造低部に上向きの力を及ぼして、前記浮遊する風力タービンを前記傾斜位置に保持するように構成された浮遊する風力タービンシステム。 - 更に、重しを具え、該重しは前記支持構造に取り付けられた、請求項8に記載のシステム。
- 前記支持構造は、タワーを備える、請求項8又は9に記載のシステム。
- 前記重しは、タワーに取り付けられた、請求項9又は請求項9に従属した10に記載のシステム。
- 前記重しは、水線に接近してタワーに取り付けられた、請求項11に記載のシステム。
- 前記浮遊部材は浮遊タンクである、請求項8乃至12の何れかに記載のシステム。
- ラインは、浮遊部材又は支持構造内に巻き取られ、又は浮遊部材又は支持部材から巻き出されるように構成された、請求項13に記載のシステム。
- 更に、支持構造の片側を浮遊部材からのラインに接続し、ラインのY字構成を形成して、ラインを支持構造に取り付けるように構成された2つのラインを備える、請求項13又は14に記載のシステム。
- システムの振動の自然周期は、5秒から20秒の範囲の外側である、請求項8乃至15の何れかに記載のシステム。
- システムの振動の自然周期は、20秒より長い、請求項8乃至16の何れかに記載のシステム。
- システムの振動の自然周期は、5秒未満である、請求項8乃至16の何れかに記載のシステム。
- システムの重力中心から、支持構造の水線までの距離は、システムの重力中心から浮遊タンクの取付け地点までの距離に略等しい、請求項8乃至18の何れかに記載のシステム。
- システムの重力中心は、システムの浮力中心に接近して位置する、請求項8乃至19の何れかに記載のシステム。
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