JP6498604B2 - 特に風力エネルギー利用に適用される浮体式テンションレグ・プラットフォーム - Google Patents

Description

本発明は、特に風力エネルギー利用に適用される浮体式テンションレグ・プラットフォームに関する。
本発明は、発電の技術分野に含めることができ、詳細には、風及び／又は潮流、海流、波浪、などのような再生可能エネルギー源から、海洋施設において電力を得るための技術分野に含めることができる。
より具体的には、本発明の目的は、特に、洋上及び／又はハイブリッド風力発電での使用に供される浮体式プラットフォームに関する。

浮体式テンションレグ・プラットフォームすなわちＴＬＰ（Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｌｅｇ Ｐｌａｔｆｏｒｍ）は、海中に部分的に潜水させた浮体式構造体に関する用語であり、本構造体は牽引力により作用する固定要素によって海底に固定される。本構造体は浮力による推力と固定要素によって生成される固着力との間のバランスによってその静止位置を保つ。これは推力が、固定要素において要求される牽引力を生成するうえで十分に強力なためである。

洋上プラットフォームは、深海域の炭化水素類を取得するために、石油・天然ガス業界において使用されてきた。浮体式構造体を風力発電、その他の再生可能エネルギー源の分野に応用することは、導入段階にあるプロジェクトがいくつかあるだけで、他には構想段階のプロジェクトがいくつかあるだけである。なかでも世界初のものとして、いわゆるハイウィンド（Ｈｙｗｉｎｄ）プロジェクトが挙げられ、これはスパー型浮体式構造体によって建設された。このスパー型浮体式構造体は、縦長の本体によって形成され、この本体は、本体輪郭部に上端を接続させたケーブルによって浮揚状態が保たれ、ケーブルの下端は、海底上に置かれる重りに接続されて本体は押し下げられる。しかしながら、前記のプロジェクトは主として半潜水型掘削作業型船で、ある場合には「スパー」型の、ＴＬＰとは異なるタイプの浮き基礎を使用していることを重要点として強調しておきたい。

海洋施設において、ＴＬＰ型の浮体式構造体を利用して風力及び／又はその他の再生可能エネルギー源から電気を取得するために、ＴＬＰ型の浮体式構造体を画定することが望まれており、この構造体は現行技術によるプラットフォームに比べ、より高い性能とより広い用途示す。
英国特許公開公報ＧＢ２３７８６７９号において、縦方向に沿って細長い形状を有する単一の浮遊中心体を具備する浮体式構造体を備え、前記中心体は上方部分と下方部分とを有し、下方部分は潜水させることが意図されており、前記浮体式構造体はさらに中心体の上方部分に配置されたベースと、少なくとも１つの風力タービンと、複数のテンドンと、をさらに備え、テンドンは細長い形状を有し、牽引による緊張（応力変形）をサポートするように適合され、前記テンドンは、前記固定要素に接続されることが意図された下端部とを備える、風力エネルギー利用のための浮体式テンションレグ・プラットフォームが開示される。

本発明は、洋上で風力及び／又は他の再生可能エネルギー源から電力を得るために特に風力エネルギー利用に適用される浮動式テンションレグ・プラットフォームによって前記の技術的問題点を解決するものである。

本発明のプラットフォームは単一の浮遊中心体を備える。本中心体は、使用時において、実質的に垂直な縦方向に関して、細長い形態をとる。好ましくは本中心体は、縦方向の軸のまわりに回転対称とされている。例えば本中心体は、縦に配列された円柱状及び／又は先細状の部分を備えることができる。

本中心体において、下方部分と上方部分とを区別することができる。中心体の下方部分は、喫水と称される高さまで水没させられるように意図されている。中心体の上方部分は、ベースが設けられた上端部を備え、その上に、本発明のプラットフォームによってサポートされて、風力タービンが配設される。風力タービンは、垂直軸かまたは水平軸のいずれかを有することができ、後者の場合は、２枚または３枚のブレードを備えることができる。

外側に延びる少なくとも４個のレグ（ポンツーンとも称される）が、中心体の下方部分から突出する。中心体とポンツーンによって浮体式構造体が構成される。ポンツーンは浮体式構造体に、転覆に対し完全に対抗できる安定性を付与する。ポンツーンは、本ポンツーンを中心体の下方部分に取り付けるための第１端部と、第１端部に対向し、中心体から第１端部よりも遠くに配置される第２端部とを備える。
浮体式構造体を海底に固定するために、以下で説明されるように、本発明の浮体式プラットフォームは、ポンツーンの第２端部に配置されるブラケットと、固定要素と、上端部と下端部とを有するテンドンをさらに備え、本上端部はブラケットに接続され、本下端部は固定要素に接続される。固定要素は好ましくは、海底に打ち込まれるパイルである。

テンドンは、牽引による緊張をサポートすることを意図とした細長い要素である。テンドンは、例えば、スチールケーブル、合成材料ケーブル、スチールチューブなどの形態をとることができる。
各テンドンの上端部には、ケーブルクランプが配設され、第１コネクターと共働してテンドンを対応するブラケットに接続する。各第１コネクターは上端部と下端部を備え、本上端部はコネクターとケーブルクランプとを関節状をなして結合するための上部穴を備え、本下端部は、第１コネクターとテンドンとを関節状をなして結合するための、上部穴と非平行関係にあり、好ましくは上部穴と垂直である下部穴を備える。上部穴と下部穴の配置は、相互に非並行関係にあるため、第１コネクターが、各テンドンとブラケットの間で、２本の軸のまわりを、相対的に回転することが可能となり、結果として、テンドンとブラケットの間で、不必要なねじり応力が伝達されるのを防ぐことができる。

前述したように、ポンツーンの第２端部それぞれに配置された少なくとも１つのブラケットがある。ブラケットのそれぞれに、テンドンの第１コネクターに接続されることが意図された接続手段を収容する、貫通孔が縦方向に備えられる。
固定要素は海底に打ち込まれ、その上部は海底から突き出し、テンドンの下端部に接続する固定手段を有する。

浮体式構造体によって実験される推力は浮体式構造体の重量より大きいので，浮体式構造体のポンツーンと海底に固定された固定要素とを結合するテンドンは、本構造体に伝達される牽引による緊張を受け、そのため本構造体は海中に固定される。テンドンの緊張（テンション）によって縦方向の動きが制限され、一方固定要素とポンツーンのブラケットにテンドンが固着されることによって、水平方向の動きが制限され転覆が避けられる。
少なくとも４個のポンツーンを配設することにより、ポンツーンの１つから延びるテンドンが破壊された場合でも、浮体式構造体の安定性が保たれる。実際、ポンツーンの１つから延びるテンドンの１本が破壊された場合、少なくとも残りの３つのポンツーンが浮体式構造体に安定性を付与することができ、そのため浮体式構造体が最終的に使用不能となったとしても、浮体式構造体は維持される。ポンツーンの１つのテンドンが破壊され、ポンツーンが３つになった場合、浮体式構造体は転覆がせまった状態となろう。

本発明は海域における風力利用の分野で使用されるテンション浮体式プラットフォームを開示するものであり、沖合での炭化水素類を開発するために使用されるＴＬＰよりも軽く、管理しやすく、風力エネルギー利用のために設計された浮体式プラットフォームよりも良い動作条件を有する。

本発明は波エネルギーの利用を意図した装置を備えることもでき、本装置は好ましくは水面で浮動するよう配設され、案内部によってプラットフォームの中心体に付設される。
浮体式プラットフォームのポンツーンと中心体はコンパートメントに分割され、プラットフォームはさらに１組のポンプと制御システムを備え、コンパートメントから液体（通常は水）を汲み出し、これによって適宜にプラットフォームの喫水を変化させ、浮揚、移動、係留などの動作を実行可能とする。

本明細書を実施するため、また本発明の特徴のより良好な理解を得るため、本発明の好適な実施形態に従い、本明細書の一部として、本発明の説明のため、また本発明の限定を意図せずに、一組の図面が添付される。これらの図面は以下のとおりである。
本発明のプラットフォームの斜視図を示す。 ブラケットの詳細を示す。 パイルの詳細を示す。 テンドンを、対応するブラケットに接続する方法の詳細を示す。 テンドンを対応するパイルに固定する方法を示す。

以下において、図１乃至図５を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図１に示されるように、本発明による、洋上において風力エネルギー資源を使用するための浮体式テンションレグ・プラットフォームは、単一の浮遊中心体（１）と、中心体（１）から突出する少なくとも４個のポンツーン（２）によって形成される浮体式構造体を備える。

中心体（１）は、実質的に垂直な縦方向に関して、細長い形態をとることを特徴とし、同時に中心体（１）は、縦方向の軸のまわりに回転対称とされている。
中心体（１）は、下方部分と上方部分を備える。下方部分は、喫水（ｄｒａｆｔ）と称される高さまで水没させられる。上方部分は、ベース（３）が設けられた上端部を備え、その上に、浮体式構造体によりサポートされて、風力タービン（４）が設置される。

上述したように、中心体（１）の下方部分は、下端部を備え、その下端部から、下端部の周囲に等距離の角度をなして対称に配設された４個のポンツーン（２）が突出する。ポンツーン（２）は、このポンツーンを中心体（１）に一体的に取り付けるための第１端部と、第１端部に対向し、中心体（１）から第１端部よりも遠い位置にある第２端部とを備える。
浮体式構造体を海底（５）に固定するために、以下で説明されるように、本発明のプラットフォームは、さらに、図２及び図４で詳細に示される、ポンツーン（２）の第２端部に配置されるブラケット（６）と、図３で詳細に示され、海底（５）にその一部分が打ち込まれる、好ましくはパイル（７）である固定要素と、図１に示されるように、ブラケット（６）に接続される上端部とパイル（７）に接続される下端部とをそれぞれ有するテンドン（８）と、を備える。

テンドン（８）は、牽引による緊張をサポートすることを意図とした細長い要素である。以下で説明するように、テンドン（８）の上端部において、テンドン（８）は、それぞれのテンドン（８）を、対応するブラケット（６）に接続する第１接続手段（１３）を備える。
ポンツーン（２）のブラケット（６）をテンドン（８）の上部の第１接続手段（１３）に接続するために、本発明はさらに、図４に示されるように、第１コネクター（９）と共働するケーブルクランプ（４０）を備える。ケーブルクランプ（４０）は、テンドン（８）の上端部に配設され、第１コネクター（９）は、上端部と下端部を備え、上端部は、第１コネクター（９）をテンドン（８）に関節状をなして結合するための上部穴（１１）を備え、下端部は、第１コネクター（９）と対応するテンドン（８）を関節状をなして結合するために、上部穴（１１）に対し垂直である下部穴（１０）を備える。上部穴（１１）と下部穴（１０）の配置は、相互に非並行関係にあるため、第１コネクター（９）が、各テンドン（８）とブラケット（６）の間で、２本の軸のまわりを、相対的に回転することが可能となり、これによって、テンドン（８）とブラケット（６）の間で、不必要なねじり応力が伝達されるのを防ぐことができる。

ある好適な実施形態によれば、第１コネクター（９）は４つの側面（１４，１５）によって画定される実質的に平行六面体の形状を有し、この４つの側面は、お互いに対向する２つの第１側面（１４）と、お互いに対向し第１側面（１４）に対し垂直方向である２つの第２側面（１５）を備える。
下溝（１６）は第１コネクター（９）の下端部にあり、２つの第１側面（１４）を通過し、第１側面（１４）において下端部を開放させ、第２側面（１５）のそれぞれにおいて、下溝（１６）によって分けられた第１ラグ（１７）を画定する。同様に上溝（１８）は第１コネクター（９）の上端部にあり、２つの第２側面（１５）を通過し、第２側面（１５）において上端部を開放させ、第１側面（１４）のそれぞれにおいて、上溝（１８）によって分けられた第２ラグ（１９）を画定する。下貫通孔（１０）は第１ラグ（１７）を通過し、同じく、上貫通孔（１１）は第２ラグ（１９）を通過する。

ケーブルクランプ（４０）は、各テンドン（８）の上端部に結合される下端部を備え、また、第１孔（２２）を有する平坦上端部をも備え、本上端部は、下溝（１６）に挿入されるようになっていて下部穴（１０）は第１孔（２２）に面することになり、これによって、各ケーブルクランプ（４０）は、下部穴（１０）と第１孔（２２）を通過する第１ボルト（２３）を介して第１コネクター（９）と接続可能となる。
ポンツーン（２）の第２端部のそれぞれに、テンドン（８）をポンツーン（２）に接続するために配設された少なくとも１つのブラケット（６）があり、テンドン（８）とブラケット（６）の間に自由度があって、テンドン（８）の縦方向の軸に関して回転を可能とする。それぞれのブラケット（６）は、第２接続手段（２４）を収容するための、垂直方向の第１貫通ドリリング（１２）を備える。

第２接続手段（２４）は、上端部と下端部を有する連結体（２５）を備える。連結体（２５）の上端部には、第１ドリリング（１２）の外側で連結体（２５）の上端部を保持するためのストッパー（２６）がある。連結体（２５）の下端部は平坦で、第２孔（２７）を有し、本下端部は上溝（１８）に挿入されるようになっており、これによって、第２接続手段（２４）は、上部穴（１１）と第２孔（２７）を通過する第２ボルト（２８）を介して、第１コネクター（９）と接続可能となる。
海底（５）に打ち込まれるパイル（７）があり、パイル（７）の上方部分は海底（５）から突出し、テンドン（８）の下端部に接続する固定手段を有する。パイル（７）は、浮体式構造体に含まれるポンツーン（２）の数と同じ数だけあるアセンブリに割り当てられるよう提供され、各アセンブリは、好ましくは、各ポンツーン（２）に存在するブラケット（６）の数と同じ数のパイル（７）を備える。同じアセンブリのパイル（７）は相互に一体となることができ、接合プレート（２９）によって上方部分で固定される。本接合プレート（２９）には固定手段が配設され、また複数の犠牲陽極（３０）も配設される。

好ましくは、図５に見られるように、固定手段は、好ましくは三角形のベースを有する複数のプレート（３１）を備え、各プレート（３１）の側面（３２）の１つは接合プレート（２９）に固定される。プレート（３１）は、好ましくは、接合プレート（２９）から離れた頭頂の近辺に、第３孔（３３）を備える。一方、テンドン（８）の下方部分は、テンドン（８）の下端部に固定される第１端部と、第２ドリリング（３５）のある第２端部とを有する第３接続手段を備え、第３孔（３３）と第２ドリリング（３５）は相互に対向しており、第２端部は第３孔（３３）エリアにおいてプレート（３１）の両側でプレート（３１）を捕えることが可能となり、そのため第３ボルト（３６）は第３孔（３３）と第２ドリリング（３５）に同時に挿入可能となってテンドン（８）をプレート（３１）に固定することができる。
ある好適な実施形態によれば、第３接続手段は図４に示される第１コネクター（９）を備え、これによってテンドン（８）とプレート（３１）とが固定されて不必要なねじり応力が伝達されるのを避けることができる
パイル（７）は吸上げパイル（７）であることができ、この場合には、アセンブリのそれぞれのパイル（７）を挿入するために必要とされる吸上げを行なうためのポンプ（図示せず）と接続するように配設されたマウス（３７）が、接合プレート（２９）に設置される。

１ ：浮遊中心体
２ ：ポンツーン
３ ：ベース
４ ：風力タービン
５ ：海底
６ ：ブラケット
７ ：パイル
８ ：テンドン
９ ：第１コネクター
１０ ：下部穴、下貫通孔
１１ ：上部穴、上貫通孔
１２ ：第１貫通ドリリング
１３ ：第１接続手段
１４ ：第１側面
１５ ：第２側面
１６ ：下溝
１７ ：第１ラグ
１８ ：上溝
１９ ：第２ラグ
２２ ：第１孔
２３ ：第１ボルト
２４ ：第２接続手段
２５ ：連結体
２６ ：ストッパー
２７ ：第２孔
２８ ：第２ボルト
２９ ：接合プレート
３１ ：プレート
３２ ：（プレートの）側面
３３ ：第３孔
３４ ：第３接続手段
３５ ：第２ドリリング
３６ ：第３ボルト
３７ ：マウス
４０ ：ケーブルクランプ

Claims (8)

1. 縦方向に沿って細長い形状を有する単一の浮遊中心体（１）を具備する浮体式構造体を備え、
   前記浮遊中心体（１）は上方部分と下方部分とを有し、
   該下方部分は潜水させることが意図されている、風力エネルギー利用のための浮体式テンションレグ・プラットフォームであって、
   該浮体式テンションレグ・プラットフォームは、
   前記浮遊中心体（１）の上方部分に配置されたベース（３）と、該ベース（３）にサポートされた少なくとも１つの風力タービン（４）と、
   前記浮遊中心体（１）の下方部分に配置された少なくとも４個のポンツーン（２）と、をさらに備え、
   前記ポンツーン（２）は、
   該ポンツーン（２）が前記浮遊中心体（１）に一体的に取り付けられるための手段である第１端部と、
   第１端部に対向し、前記浮遊中心体（１）から第１端部より遠い位置にある第２端部と、
   各ポンツーン（２）の前記第２端部に配置される少なくとも１つのブラケット（６）を有し、
   該ブラケット（６）は浮体式テンションレグ・プラットフォームを海底（５）に固定するための縦方向の第１ドリリング（１２）を備え、
   前記テンションレグ・プラットフォームは、
   該テンションレグ・プラットフォームを海底（５）に固定するための固定要素と、
   細長い形状を有し、牽引による緊張をサポートするように適合された複数のテンドン（８）と、をさらに備え、
   前記テンドン（８）は、前記ブラケット（６）に接続されることが意図された上端部と、
   前記固定要素に接続されることが意図された下端部と、を有し、
   前記浮遊中心体（１）とポンツーン（２）が共に浮体式構造体を構成し、前記浮遊中心体（１）と前記ポンツーン（２）がコンパートメントに区分され、
   各テンドン（８）の上端部に装着され、前記テンドン（８）とブラケット（６）を接続するケーブルクランプ（４０）と、
   前記ブラケット（６）をテンドン（８）に結合するために前記第１ドリリング（１２）に挿入される第２接続手段（２４）と、
   第１コネクター（９）と、をさらに備え、
   該第１コネクター（９）は、
   該第１コネクター（９）と前記第２接続手段とを関節状をなして結合するための上部穴（１１）を有する上端部と、
   前記第１コネクター（９）とテンドン（８）とを関節状をなして結合するための該テンドン（８）の上端部に位置するケーブルクランプ（４０）と結合する前記上部穴（１１）と非平行関係にある下部穴（１０）を有する下端部と、を備え、
   前記第１コネクター（９）が側面（１４、１５）によって画定される実質的に平行六面体の形状を有し、前記第１コネクター（９）が、お互いに対向する２つの第１側面（１４）と、お互いにまた対向する２つの第２側面（１５）と、を備え、
   前記第１コネクター（９）が、上端部と、下端部と、下溝（１６）を含み、
   前記第１コネクター（９）の下端部に配置され、前記２つの第１側面（１４）を通過して該第１側面（１４）において下端部を開放させ、前記第２側面（１５）のそれぞれにおいて、前記下溝（１６）によって分けられた第１ラグ（１７）と、上溝（１８）であって、前記第１コネクター（９）の上端部に位置し、前記２つの第２側面（１５）を通過し、該第２側面（１５）において上端部を開放させ、前記第１側面（１４）のそれぞれにおいて、前記上溝（１８）によって分けられた第２ラグ（１９）と、をさらに備え、
   前記下部穴（１０）が、前記第１ラグ（１７）を通過し、また、前記上部穴（１１）が
   前記第２ラグ（１９）を通過し、
   前記第２接続手段（２４）は、上端部と平坦下端部を有する連結体（２５）と、該連結体（２５）の上端部に配置され、前記第１ドリリング（１２）の外側で前記上端部を保持するためのストッパー（２６）と、
   前記連結体（２５）の下端部に配置される第２孔（２７）と、を備え、
   前記下端部が、上溝（１８）に挿入されて前記第２孔（２７）が前記上部穴（１１）に面することを特徴とする特に風力エネルギー利用に適用される浮体式テンションレグ・プラットフォーム。
2. 前記上部穴（１１）と前記下部穴（１０）が垂直方向の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の特に風力エネルギー利用に適用される浮体式テンションレグ・プラットフォーム。
3. 前記固定要素が、少なくとも部分的に海底（５）に打ち込まれるパイル（７）であることを特徴とする請求項１に記載の特に風力エネルギー利用に適用される浮体式テンションレグ・プラットフォーム。
4. 前記パイル（７）が、浮体式構造体に備えられるポンツーン（２）の数と同じ数だけあるアセンブリに割り当てられ、前記パイル（７）からなる各アセンブリは、各ポンツーン（２）に存在するブラケット（６）の数と同じ数のパイル（７）を備えることを特徴とする請求項３に記載の特に風力エネルギー利用に適用される浮体式テンションレグ・プラットフォーム。
5. 前記パイル（７）からなる少なくとも１つのアセンブリの上方部分に配設され同じアセンブリに属するパイル（７）を相互に一体化する接合プレート（２９）をさらに備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の特に風力エネルギー利用に適用される浮体式テンションレグ・プラットフォーム。
6. 前記パイル（７）の上部は、前記パイル（７）と前記テンドン（８）の下端部とを結合するための固定手段を備え、
   前記固定手段は複数のプレート（３１）を備え、前記プレート（３１）は、
   前記パイル（７）の上部に固定される少なくとも１つの側面（３２）と、
   第３孔（３３）と、を備え、
   前記テンドン（８）は、その下端部において第３接続手段（３４）をさらに備え、
   前記第３接続手段（３４）が、
   前記テンドン（８）の下端部に固定された第１端部と、
   前記第３孔（３３）と第２ドリリング（３５）が相互に対向しており、前記第３孔（３３）エリアにおいて前記プレート（３１）を捕らえることを可能とする第２端部と、を備えることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の特に風力エネルギー利用に適用される浮体式テンションレグ・プラットフォーム。
7. 前記浮遊中心体（１）は、長手方向に沿って配向された軸の周りに対称性を有し、前記ベース（３）は円錐形状を有することを特徴とする請求項１に記載の特に風力エネルギー利用に適用される浮動式テンションレグ・プラットフォーム。
8. 前記テンドン（８）が鋼管の構成を有することを特徴とする請求項１に記載の特に風力エネルギー利用に適用される浮動式テンションレグ・プラットフォーム。

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