JP6407172B2 - 複式浮遊型風速計−マスト搭載方式およびドップラー方式 - Google Patents
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Description
本件発明は、従来型のマスト搭載方式の風速計（カップ型風速計）およびドップラー方式の風速計での同時測定により外海における有意性のある基準高度での風測定を好適に行える安定した浮動型気象観測機構に関する。
陸上の固定ベースまたは回転するベースに設置されたり海底に固定されたりする、風速や風向等の風に関するデータ測定用の装置が知られている。これらの装置は、そのベースが、浮動ベースと同じように移動したり揺動したりする場合は、風速を測定することができない。また、波高計に搭載されて、主として気象変数を測定する浮遊式装置も提供されている。これらの装置は、海面から５〜１０メートルにおける風のデータ測定を行わないため、洋上風力発電パークの風力資源評価用に適切な風のデータの提供ができない。
本件発明に係る装置は、信頼性の高い高品質な風のデータを提供することにより、この重大な不具合を解消するものである。
本件発明の利点は、浅瀬の海域はもとより平均海水位より深間の海域においても、高い高度にて風速を測定できることである。このように、浮動式風力発電機の寸法および風の潜在力に関する有用な風のデータを得ることができる。
更に、マスト搭載の風速計とドップラー式風速計（例えばライダー（ＬｉＤＡＲ）：レーザ測距）との組み合わせにより、ＬｉＤＡＲで得られたデータとマスト搭載の風速計から得られたデータの相関化を図ることができる。構造物の浮力により、マスト（１）および機器を搭載する機器ベースＢ（１３）の角速度を最小限に抑えることができることで、風測定にとっては、安定性に優れると共に最適の信頼性をもたらす。角速度を小さくすることは、風速計から得られたデータを補正する必要がないか、あっても最小限に留めることができるので、極めて重要なことである。通常の作動状態では、建設用浮体の垂直軸心周りの角移動は最小となるので、ドップラー方式の機器の補正は不要となる。
添付の図１に係る浮遊式風速計は、マスト（１）、機器搭載用支持アーム（２）、縦桁（３）、中央ブイ（４）、連結ビーム（５）、周縁浮遊体（６）、ブイ側の輪体（７）、ブイと固定用基礎とを連結する連結体（８）、固定用基礎側の輪体（９）、浮遊体固定用基礎（１０）、風測定機器Ａ(１１)、風速計のベースＢ取り付け用ビーム（１２）、風測定機器のベースＢ（１３）、風測定機器Ｂ(１４)、周縁浮遊体の固定用基礎（１５）、周縁浮遊体の固定用基礎と周縁浮遊体とを連結する連結体（１６）および周縁浮遊体と連結される固定用基礎側の連結輪（１７）を備える。
風測定機器（１１）は、機器搭載用支持アーム（２）に取り付けられることで、マスト（１）に搭載される。マスト（１）の荷重（測定機器および自重）は、支持基礎（４）に伝達されると同時に縦桁（３）を介して周縁浮遊体（６）に伝えられる。縦桁（３）は周縁浮遊体（６）に装架されてマスト（１）の曲げ力に対する抵抗力として作用し、マスト（１）構造を軽量化するに至らしめる。中央ブイ（４）および周縁浮遊体（６）の双方は、連結ビーム（５）により相互に連結されることで、一体化された浮遊構造体として作用し、マストを直立位置に復帰させるものである。これらの連結ビーム（５）の数は周縁浮遊体（６）の数と同じで、各連結ビーム（５）は独立しているか、中央ブイ（４）に取り付けられる桁を持っているかのいずれかである。浮遊体（中央ブイおよび周縁浮遊体）は完全に水面下に位置しており、水より軽いことから構造体全体に浮力を及ぼす。構造体は、周縁浮遊体（６）の浮力があるので、回復トルクによりバランスを取ることができる。かくして、構造体はいち早く垂直軸（元の位置）に復帰できることから、風速計の位置変化を限定的にして、測定精度を向上させることができる。回転移動は、周縁浮遊体（６）を固定用基礎に固定することで限定的なものとすることができる。構造体の水面下の部分は、所定のレベルにあって、海面（１８）の波の影響を受けないようになっている。
浮遊体（４）および（６）、マスト（１）、桁（３）、ビーム（５）、固定用基礎（１０）および（１５）、浮遊体と固定用アンカーの連結部材すなわち固定具（９および１７）、乾舷構造（フリーボード構造）ならびに構造物を構成する材料およびその重量が相まって、浮遊構造体の基準振動数を決定することになる。この基準振動数は、当該装置の設置場所、すなわち、波や風の特性に応じて変動する。周縁浮遊体（６）の数は、その必要度に応じて３以上とすることができる。
中央ブイ（４）および周縁浮遊体（６）は、その下部において、ブイと固定用基礎とを連結する連結体（８）が紐結されるブイ側の輪体（７）を備えている。ブイと固定用基礎とを連結する連結体（８）は、全体若しくは一部が鎖、綱、鋼索その他から構成されており、一本とするか安全性をより高めるため二本とすることができる。この連結構造の本質は、浮遊構造体を固定用基礎側の輪体（９）ひいては最終的には固定用基礎（１０）に連結することにある。これにより、浮遊構造体が所定の限度を超えて移動することを阻止する一方、他方では、構造体に作用する浮力に対する拮抗力となるものである。この固定用基礎は海底に位置している。残りの固定用基礎（１５）は、同じような態様で、周縁浮遊体（６）に連結されて、浮遊構造体が垂直軸心周りに回転することを阻止する。
部材（１）、（２）、（３）および（５）、（１２）ならびに（１３）は、金属（例：鋼鉄、アルミニウム）もしくは合成材料（プラスチック、炭素繊維）から作製することができる。浮遊体（４）および（６）の部材は、中空若しくは中実の何れかであって、金属、合成材料、コンクリートまたは他の適当な材料から作製することができる。確実に浮遊できるようにするために、それらの部材に、木、発泡ポリウレタン、コルク、発泡ポリスチレン等の軽量材を充填させることもできる。部材（７）、（９）および（１７）は金属で作製されており、部材（８）および（１６）は、全体的または部分的に、適当に異なった材料で作製することができ、部材（１０）および（１５）は、他の適当な材料（コンクリート、金属等）から作製することができる。
図１において符号（１１）で参照される測定機器Ａは、少なくともカップ式の風速計を含みどのような形式のものであって良く、風速および風向を測定するに適した技術を利用したものとすることができる。他方、図１において符号（１４）で参照される測定機器Ｂは、風速および風向のための測定機器であり、少なくともドップラー技術（ライダーLiDAR（レーザ測距）またはソーダーSODAR（音波レーダ））を用いた手段を含むものである。この測定機器としては、日射測定機器、湿度測定機器、温度測定機器、太陽電池セル、海面高さ測定機器、情報伝達装置その他好適な測定機器がある。
この装置は、海水位から高い高度において且つ深間の海域において、風力や風向等の風のデータを測定することができる。中央浮遊体、マスト、機器搭載用支持アームまたは測定器のベースＢに、他の気象観測用機器を搭載することも可能である。この装置は、厳しい気象条件や海が荒れている場合であっても安定性が優れ、同時に、カップ式風速計ならびにレーザ測距および音波レーダのような遠隔操作技術の併用を可能とする。この装置は、ドップラー式風速計の較正および異なった風測定機器間の相関化を可能とする。複式浮遊型風速計は、また、マスト搭載の風速計として、あるいは、マストなしのドップラー測定機器としても作動させることができる。
Claims (4)
- カップ式風速計のための支持アームと、LIDARまたはSODAR風計測装置のための支持ベースに伸びるビーム構造の設けられた垂直方向のマストを備えた風速計装置において、
前記マストの上端近傍に装着された前記カップ式風速計による風計測および前記マストの下端近傍の海面近くに装着されたLIDARまたはSODAR風計測機器による同時の風計測とこれらの相互関係により、外海における前記マストの高さを超える有意な参照高さにて風計測を行う浮遊型気象ステーションを備え、
当該浮遊型気象ステーションは、
複数の周縁浮遊体および前記複数の周縁浮遊体のそれぞれを中央浮遊体に接続する複数のビームと、前記中央浮遊体の下部および前記複数の周縁浮遊体のそれぞれの下部に設けられたブイ側の輪体を有し、前記マストに装着される統合され完全に浸漬された中央浮遊体の浮遊性構造であって、前記完全に浸漬され統合された浮遊性構造は、海面の波による影響を受けず、前記周縁浮遊体は、前記マストの角度変位を最小化することによって前記マストを垂直方向に維持するよう働く復元トルクを提供するように構成された完全に浸漬され統合された浮遊性構造と、
前記マストの曲げ力に対して抵抗するよう構成され、前記マストを前記周縁浮遊体に接続する縦桁と、
前記中央浮遊体のための固定用基礎と、前記各周縁浮遊体のための固定用基礎とを備えた前記完全に浸漬され統合された浮遊性構造の固定構造であって、前記中央浮遊体のための固定用基礎と前記周縁浮遊体のための各固定用基礎は、固定用輪体と、前記中央浮遊体の下部のブイ側輪体および前記各周縁浮遊体のブイ側輪体を前記固定用基礎の固定用輪体に接続するよう構成された第１固定用連結体、前記各周縁浮遊体の下部の前記ブイ側輪体を前記周縁浮遊体のための各固定用輪体に接続するよう構成された第２固定用連結体を備え、前記中央浮遊体のための固定用基礎は、前記完全に浸漬され統合された浮遊性構造の所定の限界を超えての動きを規制し、浮力のバランスをとるとともに、前記周縁浮遊体のための固定用基礎は、前記完全に浸漬され統合された浮遊性構造の垂直軸周りの回転を防止する前記完全に浸漬され統合された浮遊性構造の固定構造とを備えた風速計装置。 - 請求項１の風速計装置において、
波および風の特性にしたがって変化する前記浮遊型気象ステーションの基準振動数は、
前記中央浮遊体および前記周縁浮遊体、前記マスト、前記縦桁、前記ビーム、前記中央浮遊体のための固定用基礎、前記周縁浮遊体のための固定用基礎、前記固定用輪体、前記ブイ側輪体の幾何学的データと、
フリーボード構造と、
構造物を構成する材料およびその重量と、
の組合せによって決定されることを特徴とする風速計装置。 - 請求項１の風速計装置において、
前記浮遊型気象ステーションの構成部品の建造に用いられる材料は以下のものから選択されたものであることを特徴とする風速計装置：
前記マスト、カップ式風速計のための前記支持アーム、LIDARまたはSODAR風計測機器のための前記ビーム構造および支持ベース、前記縦桁は、鋼またはアルミニウムを含む金属またはプラスチックまたは炭素繊維を含む合成物質から構成され、
前記中央浮遊体および周縁浮遊体は、金属または合成物質または木または発泡ポリウレタンまたはコルクまたは発泡ポリスチレンなどの軽量材を充填したコンクリートから選ばれた材料から構成され、
前記ブイ側輪体および固定用輪体は、金属によって構成され、
前記中央浮遊体のための固定用基礎と前記各周縁浮遊体のための固定用基礎は、コンクリート、金属などの材料から構成され、
前記第１固定用連結体および前記第２固定用連結体は、その一部または全部が、鎖、ロープ、ワイヤーロープまたはその他の好ましい材料で構成されることを特徴とする風速計装置。 - 請求項１〜３のいずれかの風速計装置において、
浅瀬エリアおよび平均的な水位よりもかなり深いエリアにおける海面からの高い高度にて風速を計測するように構成され、沖合での風力発電機の風の潜在力および特質に関する有用な風データを提供する風速計装置。
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