JP6554101B2 - 洋上風力タービンの基礎を設置する方法及び洋上風力タービンの基礎を設置するのに用いるテンプレート - Google Patents

Description

本発明は、包括的には、洋上風力タービンの基礎を設置する方法及び洋上風力タービンの基礎を設置するのに用いるテンプレートに関する。

風力発電設備、洋上プラットフォーム、沈水式水力駆動タービン（submerged water-driven turbine）設備等のような洋上施設の設置の際、多くの場合、複数の柱又はパイル（杭）を海底に打ち込むことによって基礎を設ける。例えば、風力設備の支持構造物は、地中の基礎に結合することができる円筒形のタワー部分によって構成されることが多い。検討する洋上施設の種類に関わらず、洋上施設の安定性は、基礎によって与えられる支持に大きく依存する。風力設備等の洋上施設のための基礎は、設置場所における水深の徹底的な分析及び設置場所の海底の土壌条件に基づいて計画及び建設される。風力設備の場合、ナセルの重量、回転速度等を含むタービンの仕様等の更なる問題が考慮される。したがって、洋上基礎の計画及び建設は、基礎の安定性をリスクにさらさないようにあらゆる不具合を排除する必要がある複雑な作業であることが容易にわかる。

通常、重力着底式基礎及びジャケット式基礎の２つのタイプの基礎が使用される。従来の重力着底式基礎は、自重によって適所に保持される円筒形／円錐形のコンクリート製支持構造物を含む。ジャケット式基礎は、通常、補強材（braces）により互いに連結される４つの脚部を備える鋼製構造物である。一般的に、脚部は、海底の土壌に打ち込まれるパイルにグラウト（grout）が詰められる。ジャケット式基礎は、重力着底式基礎に比べて設置場所への移送が簡単である。

更に、重力着底式基礎は、海底が岩盤である浅い沿岸におけるプロジェクトの場合のより小さい風力タービンに対して主として用いられてきた。より大きいタービン及びより深い水深の場合、一般的にはジャケット式基礎の方が重力着底式基礎よりも好ましい。

安定性を確保するために、海底におけるパイルの設置は入念に計画され、パイルは所定の設置計画にしたがって設置される。ここでは、基礎の信頼性は、所定の設置計画の質に加えて、所定の設置計画の正確な実現によるものであり、計画から逸脱することは、基礎の構造の弱体化につながる場合があるため、パイルの正確な位置合わせは非常に重要である。特に、第１のパイルに対する第２のパイルの相対位置及び鉛直の基準方向に対するパイルの向きは、基礎の安定性を決定する際に基づく重要なパラメーターである。これらのパラメーターに関して、位置がずれていると基礎にかかる荷重を安全に保持できない場合があるので、位置合わせを達成するべきである。

パイルを設置する際の位置合わせは、従来、テンプレートによって達成され、このテンプレートにしたがって、幾何学的パターンのパイルを海底に設置することができる。しかし、海底の設置場所が平坦でない可能性があるため、テンプレートが基準レベル位置、通常は水平レベルから逸脱するレベル位置をとることによってパイルの位置ずれが起こり得る。

特許文献１は、ジャッキアッププラットフォームによって位置決めされる洋上基礎を提供するフレーム付きテンプレートを示している。ここでは、フレーム付きテンプレートは、海底に向かってスパッドポール（spud pole）に沿って降下され、パイルはテンプレートのスリーブガイド部材を通して海底に打ち込まれる。しかし、ジャッキアッププラットフォームを設置場所に設置するには、スパッドポールを海底に固定する必要があるため、パイルを迅速に設置することは不可能である。更に、特に非常に深いところ及び海の荒い状態では、ジャッキアッププラットフォームの使用は可能でない場合があり、同時に、フレーム付きテンプレートの向きの正確さは、スパッドポールの向きに依存するため、スパッドポールの位置ずれはフレーム付きテンプレートの位置ずれを引き起こす。

特許文献２は、プラットフォームを水平位置に調整し、柱又はパイルを海底の所定の位置に固定することができる、削孔機及び伸縮式脚部を備える沈水式プラットフォームを示している。しかし、プラットフォームは、海底に対する移動を起こす場合があり、それにより、所定の設置場所に対するプラットフォームの位置ずれが起こる場合がある。

特許文献３は、海底に水中削孔ベースプレートを設置する方法を示している。

欧州特許出願公開第２３５４３２１号明細書 英国特許出願公開第２４６９１９０号明細書 中国実用新案公告第２００９７１４９２号明細書

したがって、本発明の目的は、洋上基礎を設置する際のパイルの正確な位置合わせを確実にすることである。

本発明の一態様において、洋上風力タービンの基礎を設置する方法が提供される。本発明の例示的な一実施形態において、本方法は、パイルを受けるように構成されている少なくとも１つの中空のガイド部材と、少なくとも１つのサクションバケット（suction bucket）と、少なくとも１つの中空のガイド部材及び少なくとも１つのサクションバケットに結合するフレーム体とを備えるテンプレートを準備することを含むことができる。本方法は、テンプレートを海底に配置することと、サクションバケットを海底に打ち込むために少なくとも１つのサクションバケットに負圧を与えることと、フレーム体を海底に対して水平にするように少なくとも１つのサクションバケットの根入れ深さを調節するために少なくとも１つのサクションバケットに与えられる負圧を制御することとを更に含むことができる。更に、本方法は、中空のガイド部材内にパイルを配置してパイルを海底に設置することを含む。

このようにして、テンプレートは海底の固定位置に解放可能に固定することができ、同時に、少なくとも１つのサクションバケットの根入れ深さを調整することによってテンプレートを水平にすることができ、それにより、正確な位置合わせが確実になる。

本発明の更なる例示的な一実施形態において、本方法は、フレーム体の所定の基準レベルに対するフレーム体の傾斜を求めることと、少なくとも１つのサクションバケットに与えられる負圧を調整することとを更に含むことができる。したがって、少なくとも１つのサクションバケットの挿入を制御して行うことができ、それにより、正確な位置合わせを達成することができる。

本発明の更なる例示的な一実施形態において、本方法は、フレーム体を水平にするように、少なくとも１つのサクションバケットの根入れ深さを決定することを更に含むことができる。このようにして、テンプレートがさらされる海底の固有の状態に関わらず、フレームの非常に正確な水平化（leveling）を簡単かつ確実に達成することができる。

本発明の更なる例示的な一実施形態において、本方法は、負圧を決定された根入れ深さに応じて制御することを更に含むことができる。このようにして、海底にテンプレートを確実に固定する間、直接的かつ迅速な水平化を達成することができる。

本発明の更なる例示的な一実施形態において、負圧を制御することは、フレーム体の傾斜を連続的に感知することと、感知された傾斜に応じて少なくとも１つのサクションバケットに与えられる負圧を調整することとを含むことができる。このようにして、フィードバック結合された制御を実施することができる。

本発明の更なる例示的な一実施形態において、複数のサクションバケットを設けることができ、本方法は、各サクションバケットを個別のポンプシステムに接続することを更に含むことができる。このようにして、テンプレートの確実な固定及び水平化を達成することができる。

本発明の更なる例示的な一実施形態において、複数のサクションバケットが設けられ、本方法は、複数のサクションバケットを、単一のポンプを有するポンプシステムに接続することを更に含むことができる。このようにして、単一のポンプを備えるポンプシステムの単純な構成によって、固定及び水平化を達成することができる。

本発明の更なる例示的な一実施形態において、ポンプシステムは、各サクションバケットに個々に負圧を与えるように構成することができる。このようにして、単一のポンプに関してテンプレートの確実な固定及び水平化を達成することができる。

本発明の更なる例示的な一実施形態において、各サクションバケットの弁部材を制御して、各サクションバケットに与えられる負圧を個々に制御することを含むことができ、ポンプは弁部材に結合される。このようにして、複数のサクションバケットは単一のポンプによって確実に制御することができる。

本発明の更なる例示的な一実施形態において、負圧を制御することは、少なくとも１つのサクションバケットから汲み出される水の量及び流量のうちの少なくとも一方を制御することを含むことができる。このようにして、海底における少なくとも１つのサクションバケットの所定の根入れ深さを簡単に調整することができる。

本発明の別の態様において、洋上基礎を設置するのに用いるテンプレートが提供される。本発明の例示的な一実施形態において、テンプレートは、パイルを受ける少なくとも１つの中空のガイド部材と、少なくとも１つのサクションバケットと、少なくとも１つの中空のガイド部材及び少なくとも１つのサクションバケットに結合するフレーム体とを備える。更に、テンプレートは、少なくとも１つのサクションバケットに圧力を与えるように構成されている制御手段を備える。

このようにして、海底に迅速かつ解放可能に固定することが可能なテンプレートが提供される。

本発明の更なる例示的な一実施形態において、テンプレートは、第１の圧力感知装置及び／又は第２の圧力感知装置を更に備えることができ、第１の圧力感知装置は、少なくとも１つのサクションバケットのうちの１つに結合され、サクションバケット内の圧力を感知するように構成されており、第２の圧力感知装置は、テンプレートの所定の位置において周囲の水圧を感知するように構成されている。このようにして、傾斜及び／又は根入れ深さを簡単に確定することができる。

本発明の更なる例示的な一実施形態において、テンプレートのフレーム体は、フレーム体が多角形状になるように連結されるフレーム部材によって形成することができる。このようにして、所定のパターンにしたがってパイルの設置を実施するために有利な形状を有するテンプレートを提供することができる。

本発明の更なる例示的な一実施形態において、テンプレートは、少なくとも３つのサクションバケットを備えることができ、少なくとも３つのサクションバケットのそれぞれは、１つのフレーム部材に機械的に結合される。このようにして、テンプレートの確実な固定及び水平化を迅速に達成することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を記載する。

本発明の例示的な一実施形態に係るテンプレートの概略斜視図である。 図１ａに示すテンプレートの概略側面図である。 図１ａに示すテンプレートの概略上面図である。 本発明の代替的な一実施形態に係るテンプレートの概略斜視図である。 本発明の別の代替的な実施形態に係るテンプレートの概略斜視図である。 本発明のいくつかの例示的な実施形態に係るサクションバケットの動作モードの概略図である。 本発明の例示的な一実施形態に係るジャケット式基礎を設置する方法の概略図である。 本発明の例示的な一実施形態に係るジャケット式基礎を設置する方法の概略図である。 本発明の例示的な一実施形態に係るジャケット式基礎を設置する方法の概略図である。 本発明の例示的な一実施形態に係るジャケット式基礎を設置する方法の概略図である。

図１ａ、図１ｂ及び図１ｃにおいて、本発明の例示的な一実施形態に係るテンプレート１００を記載する。図１ａに示すテンプレート１００は、略四角形のフレーム体１２０によって形成される。フレーム体１２０は、四角形の辺にしたがって構成されたフレーム部材１２２によって設けられる。フレーム部材１２２は、四角形のフレーム体１２０の角部に配置された中空のガイド部材１１０に結合されている。フレーム部材１２２は、中空のガイド部材１１０を互いに対して所定の固定位置に配置するように構成することができる。中空のガイド部材１１０は、フレーム体１２０の角部に配置され、隣り合うフレーム部材１２２を接続するものとして示しているが、本発明の限定は意図していない。代替的には、中空のガイド部材１１０は、例えば、フレーム部材１２２に沿った異なる位置においてフレーム部材１２２に取り付けられてもよい。本明細書の或る特定の例において、各中空のガイド部材１１０は、それぞれのフレーム部材１２２の中央部に配置することができる。

少なくとも１つの中空のガイド部材１１０が取り付けられたフレーム体を実施するのに、任意の他の適した幾何形状、例えば三角形又は一般に多角形を考慮することができることが当業者には理解される。

図１ａに示すように、フレーム部材１２２は、各フレーム部材１２２を補強する横梁部材を有する２つの平行な梁によって形成される。しかしながら、このことは本発明にいかなる限定も与えず、フレーム部材は、補強用横梁部材を伴って又は伴わずに、多角幾何形状の辺に相当する１つ又は２つよりも多い梁で実施することができる。

図１ａに示すように、テンプレート１００は４つのサクションバケット１３０を更に備える。４つのサクションバケット１３０は、各サクションバケット１３０が中空のガイド部材１１０のうちの１つに対置されるように、フレーム体１２０によって囲まれる領域内のテンプレート１００の各角部に配置される。図１ａは４つのサクションバケット１３０を明示しているが、代替的には、任意の他の数のサクションバケット、一般に少なくとも１つのサクションバケットを設けてもよいことが当業者には理解される。例えば、２つのサクションバケット１３０を、対向する位置においてフレーム体１２０に結合することができる。別の代替例では、３つのサクションバケットをフレーム体１２０に結合することができる。代替的には、サクションバケットは、フレーム部材１２２に沿った各フレーム部材１２２の中央部に近い位置、すなわちフレーム部材１２２に沿った２つの中空のガイド部材１１０の中間の位置等、角部から離れた位置に配置してもよいことが当業者には理解される。

各サクションバケット１３０は、片側（図１ａの下側）に開口を有する円筒形のバケット１３２によって実質的に設けられる。サクションバケット１３０の上側には、上部部材１３６が取り付けられている。上部部材１３６は横梁１２２に結合され、サクションバケット１３０は、例えば図１ａに示す２つのフレーム部材１２２等、中空のガイド部材１１０及び少なくとも１つのフレーム部材１２２のうちの少なくとも一方と結合する。代替的には、バケット１３２は、中空のガイド部材１１０に直接結合するか、又はサクションバケット１３０をフレーム体１２０に結合するようにフレーム部材１２２に直接結合してもよい。

加えて又は代替的には、各サクションバケット１３０の上部部材１３６は、ポンプシステムと接続するように構成してもよい。本明細書のいくつかの特定の例示的な例において、上部部材１３６は、サクションバケット１３０をポンプシステム（図示せず）のホースに接続するのに用いる弁部材（図示せず）を備えてもよい。或る特定の例示的な例によれば、弁部材は、与える圧力を制御する手段に相当することができる。一般に、サクションバケットへ与える圧力を制御することができるとともに所定の圧力を調整することができるように、サクションバケットに圧力を与える場合の制御動作をもたらすように構成された任意の既知の装置を使用することができる。したがって、代替的には、サクションバケットは、例えばホース等のいくつかの接続手段によって圧力容器に接続してもよく、例えば、この容器の弁部材によって、又は圧力容器からの圧力放出及び／又は圧力容器からサクションバケットへの圧力伝達の制御に好適な任意の他の手段によって、いくつかの制御手段を呈することができる。

いくつかの例示的な例において、上部部材１３６には、バケット１３２内側の圧力及びバケット外側の圧力、すなわち周囲の水圧のうちの少なくとも一方を感知する圧力感知装置を設けることができる。少なくとも２つのサクションバケットの位置での周囲の水圧を比較することで、フレーム体１２０の傾斜を求めることができることが当業者には理解される。代替的には、サクションバケット１３０の地点に、及び／又はフレーム部材１２０の地点に若しくはフレーム部材１２０内に、及び／又は中空のガイド手段１１０の地点に又は中空のガイド手段１１０内に、気泡水準感知装置を設けることができる。気泡水準感知装置、ジャイロメーターに基づくレベル感知装置、レーザー等に基づく機械的手段によって、全般的な水準感知装置を設けることができることが当業者には理解される。異なる位置でフレームに取り付けられた、空気が充填されたバルーンであって、これらのバルーンを水上に浮遊させた場合、各バルーンに取り付けられたロープの長さを比較する、バルーンを用いることも更に可能である。このことは本発明にいかなる限定も与えず、他の技法を用いて水準感知を達成することができることが当業者には理解される。

図１ｂは、フレーム部材１２０のうちの１つに沿ったテンプレート１００の側面図を示している。サクションバケット１３０は、フレーム部材１２０の下側の梁においてフレーム部材１２０に取り付けられ、サクションバケット１３０、特に下側が開口しているバケット１３２が、海底（図示せず）に面するようになっている。バケット１３２の下側と中空のガイド部材１１０との下側との高さの差は、サクションバケット１３０の最大根入れ深さを示す。

図１ｃは、本発明の或る特定の例示的な例を示す、図１ａに示すテンプレート１００の上面図を示している。

例示的な一代替実施形態が図２に概略的に示されている。図２は、三角形のフレーム体２２０を備え、フレーム体２２０の各角部に中空のガイド部材２１０を有するテンプレート２００を示している。フレーム体２２０は、中空のガイド部材２１０が結合されたフレーム部材２２２によって実現される。更に、テンプレート２００は、それぞれの中空のガイド部材２１０に対置した状態でフレーム体２２０にそれぞれ結合された３つのサクションバケット２３０を備える。３つの別個の点によって３つの次元で平面が規定され、図２に示す実施形態は、テンプレート２００の直接かつ容易な位置合わせを高精度に可能にすることが当業者には理解される。

中空のガイド部材２１０及び／又はサクションバケット２３０は、中空のガイド部材２１０及び／又はサクションバケット２３０が単一のフレーム部材２２２に沿って、例えば単一のフレーム部材２２２の中央の方にそれぞれ配置されるように、フレーム体２２０に結合することができることが留意される。

図２は３つのサクションバケットを示しているが、単に１つのサクションバケットを使用して、サクションバケットに対向するフレーム部材に対応した軸の回りにテンプレートを傾動させることで、位置合わせをもはや達成することができることが当業者には理解される。代替的には、２つのサクションバケットを使用して、サクションバケットに対向するフレーム部材にそれぞれ対応した２つの軸の回りでの傾動を達成することができる。この場合、図２に示す３つのサクションバケットのうちの１つ又は２つのサクションバケットを、海底に設置される足場部材（footing element）等の支持部材（図示せず）で置換することができる。

更なる例示的な一代替実施形態が図３に示されている。図３は、単一のフレーム部材３２０によって設けられるフレーム体によって結合された１つの中空のガイド部材３１０及び１つのサクションバケット３３０を備えるテンプレート３００を示している。中空のガイド部材３１０は、円筒形のスリーブ部材３１２と、円筒形のスリーブ部材３１２のそれぞれの側に、外方に突出するフランジ部３１４ａ及び３１４ｂとを備えている。フランジ部３１４ａによって、パイルの受容を容易にすることができることが当業者には理解される。

上記明示的な例では、サクションバケットは、チャンバー３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄを更に有する。これらのチャンバーは、壁部材３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄによって画定される。可能なチャンバー数は１つ以上とすることができることが当業者には理解される。１つよりも多い数のチャンバーが存在することは、解除可能な固定に加えて、テンプレート３００の中心を通って延びるテンプレート３００の縦方向寸法によって与えられる鉛直軸に対してテンプレート３００を傾斜させることを可能にする。チャンバー３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄのそれぞれは、ホース３５２ａ、３５２ｂ、３５２ｃ、３５２ｄによって示されるようにポンプシステム３５０に接続することができる。

１つのサクションバケットを備える更なる一代替形態のテンプレートは、図３に示す実施形態からフレーム部材３２０をより長いフレーム部材で置換し、このより長いフレーム部材のサクションバケットが配置される端部とは反対側の端部に支持構造体を結合することによって得ることができる。この代替形態の中空のガイド部材は、このより長いフレーム部材の長さに亘って、このより長いフレーム部材に結合することができる。この代替的な実施形態のサクションバケットに関しては、１つのチャンバーを有するサクションバケットが好ましい。この場合、サクションバケットを海底に打ち込むことによって水平化を得ることができることが当業者には理解される。ここでは、サクションバケットの根入れ深さを増大することで、サクションバケットに向かっての傾斜が得られる。このようにして、サクションバケットを支持するフレーム部材の端部が、反対側の端部よりも高い位置となっているフレーム部材の傾斜を均衡させることができる。

図４において、本発明の更なる例示的な実施形態に関するサクションバケットの動作を記載する。

図４は、本発明の別の例示的な実施形態に係る単一のサクションバケット４３０を用いるテンプレートを概略的に示している。説明しやすいように、テンプレートのフレーム体（図１ａの参照符号１２０、図２の参照符号２２０、図３の参照符号３２０を参照）及びテンプレートの中空のガイド部材（図１ａの参照符号１１０、図２の参照符号２１０、図３の参照符号３１０）は示していない。適用可能な場合、追加のサクションバケットを設けることができるが、図４には示していない。テンプレート、特にサクションバケット４３０を海底ＳＦに配置する際、サクションバケット４３０は、サクションバケット４３０の開口側が海底ＳＦに面する状態で海底ＳＦに配置される。

図４に示すサクションバケット４３０は、バケット４３２及び上部部材４３６を備える。上部部材４３６は弁部材４４０を有し、弁部材４４０は、ポンプシステム４５０に接続するように構成されている。これは、図４ではホース２５２によって概略的に示されている。ポンプシステム４５０は、図４に示すように船に配置してもよいし、代替的には設置プラットフォーム（図示せず）に配置してもよい。

サクションバケット４３０に負圧を与えて、特にポンプシステム４５０によってサクションバケット４３０の内部から水を汲み出すことにより（図２に矢印ＮＰで示す）、図４に矢印Ｐで示すように、サクションバケットに作用するサクションバケット上方の水柱の圧力に対する差圧が生じる。サクションバケットから水を汲み出すと、流砂領域ＱＳがバケット４３２のリムの回りに発生する。これは、図４に矢印Ａ１及びＡ２で示すように、海底ＳＦの堆積物を介してバケットに流れ込む水によって引き起こされる。流砂領域ＱＳ及びサクションバケット４３０外側の水圧に対する差圧Ｐにより、サクションバケット４３０は、容易かつ迅速に海底ＳＦに貫入する。

図４は、海底ＳＦに根入れ深さＤまで貫入したサクションバケット４３０を示している。サクションバケット４３０からの水の汲み出しを停止すると、サクションバケットの海底ＳＦ内での強力な固定がもたらされる。なぜなら、サクションバケットを引き抜くには、サクションバケット４３０から汲み出された水量によって実現される周囲の水圧に対する真空に打ち勝つために大きい力が必要であるからである。サクションバケット４３０の根入れ深さＤを制御することで、サクションバケット４３０の海底への強力な固定をもたらしながら、テンプレート（図示せず）の水平化を確実に達成することができることが当業者には理解される。

サクションバケット４３０は、（図４の矢印ＮＰの方向を反転して）サクションバケット４３０内に水を汲み入れ、したがってサクションバケット４３０を海底ＳＦにおけるその固定位置から押し離すことにより、海底ＳＦから解放することができる。したがって、それぞれサクションバケット４３０内に水を汲み入れるとともにサクションバケット４３０に正圧を与えることにより、サクションバケットのしっかりした確実な固定を容易に解除することができる。それぞれサクションバケット４３０内に正圧を与えるとともに水を汲み入れるのと同時に、サクションバケット及び／又はフレーム（図示せず）に引上力を付加的に印加することによって更に補助することができる。本明細書の有利な一例において、設置されたパイル（複数の場合もある）の損傷可能性及び／又は位置ずれを回避する程度以上にテンプレートの水平方向の位置合わせを変更しないように、正圧が印加される。加えて又は代替的には、テンプレートの解放を容易にするために、パルス化された正圧をもたらすことができる。

本発明の例示的な一実施形態によれば、１つ又は複数のサクションバケット（図１ａの１３０、図４の４３０）がバケットの開口側で海底（図４のＳＦ）に面するようにテンプレート（図１ａの１００を参照）を海底に設けることによって、パイルを設置するように、テンプレートを解除可能に固定するサクションバケットの動作を実行することができる。

いくつかの例示的な実施形態において、テンプレートを海底に配置した際、サクションバケット４３０及び／又は少なくとも１つのフレーム部材（図１ａ〜図１ｃの１２０、図２の２２０、図３の３２０を参照）及び／又は少なくとも１つの中空のガイド部材（図１ａ〜図１ｃの１１０、図２の２１０、図３の３１０を参照）に実装される傾斜感知装置又は水準感知手段によって、所望の水平レベルに対するテンプレートの傾斜を求めることができる。テンプレートの感知された傾斜に基づき、テンプレートを水平にするように、少なくとも１つのサクションバケット（図１ａの１３０、図２の２３０、図３の３３０、図４の４３０）の根入れ深さ（図４のＤ）を決定することができ、及び／又は、（図４の矢印ＮＰで示す）サクションバケット４３０からの水の量及び流量（時間あたりの量）のうちの少なくとも一方を決定することができる。加えて又は代替的には、サクションバケット４３０を海底に所定の根入れ深さＤまで貫入することによりテンプレートの水平化を達成するように、負圧を与えることから始まる時間間隔についての少なくとも１つのサクションバケット４３０からの水の流量プロファイルを計算することができる。

続いて、サクションバケット（図１ａの１３０、図２の２３０、図３の３３０、図４の４３０）の内部から水を汲み出すことにより、少なくとも１つのサクションバケット（図１ａの１３０、図２の２３０、図３の３３０、図４の４３０）に負圧を与えて、サクションバケットを海底に固定することができる。サクションバケットに負圧を与える際、テンプレートの傾斜を感知することができ、及び／又は、サクションバケットの内部からの水の量及び／又は流量を制御することにより、サクションバケットへ与える負圧を制御することができる。例えば、負圧は、汲み出される水の流量を制御し、水平化及び／又は固定が達成されるまで流れを停止することなく所望の根入れ深さに達するように流量を調整することによって制御することができる。本明細書のいくつかの特定の例示的な例において、サクションバケット（図１ａの１３０、図２の２３０、図３の３３０、図４の４３０）内の圧力、及び／又は周囲の水圧、すなわちテンプレートの高さ位置におけるサクションバケット外側にある水に相当する、テンプレートを囲む水の圧力を感知することができ、サクションバケットから汲み出される水の流量を、感知されたサクションバケット内側の圧力及び感知された周囲の水圧のうちの少なくとも一方に応じて制御することができる。例えば、サクションバケット内の圧力を感知することができるように、第１の圧力感知装置を配置することができ、及び／又は、テンプレートに近い位置、すなわちフレーム体及び／又は中空のガイド部材及び／又はサクションバケットのところで周囲の水圧を感知することができるように、第２の圧力感知装置をテンプレートに結合することができる。本明細書のいくつかの特定の例示的な例において、第２の圧力感知装置は、フレーム体に沿った２つ以上の位置において圧力を感知することができるように、フレーム体に沿って移動可能とすることができる。代替的には、２つ以上のサクションバケット内で及び／又は２つ以上の位置で圧力を感知するように、複数の第１の圧力感知装置及び／又は第２の圧力感知装置を設けてもよい。テンプレートに沿った２つ以上の位置で周囲の水圧を感知することで、テンプレートの傾斜を求めることができる。異なるサクションバケットの周囲の水圧及び／又はテンプレートの異なる位置での周囲の水圧を比較することで、テンプレートの傾斜を求めることができることが当業者には理解される。

いくつかの例示的な実施形態において、本明細書に記載のように、基礎を設置する前に海底地形図を求めることができる。海底地形図は、利用可能なデータベースによって得ることができるか、又は、光学撮像装置を介した直接の観察又はソナー等のような他の技術によって求めることができる。地形図に基づいて水平化データを決定することができ、ポンプシステムの対応する動作、すなわちテンプレートの少なくとも１つのサクションバケットの負圧制御を決定することができる。

本発明のいくつかの例示的な実施形態において、複数のサクションバケット（図１ａの１３０、図２の２３０、図４の４３０）を設けることができ、ここでは、複数のサクションバケットの各サクションバケットは、ポンプシステムに個々に接続され、各サクションバケットへ与える負圧を個々に制御することができるようになっている。

他の例示的な実施形態において、複数のサクションバケットを設けることができ、ここでは代替的に、複数のサクションバケットは、単一のポンプを有するポンプシステムに接続されている。本明細書のいくつかの特定の例示的な例において、ポンプシステムは、複数のサクションバケットのそれぞれに適切な負圧を個々に与えることができるように構成することができる。本発明の或る特定の例において、複数のサクションバケットの各サクションバケットは弁部材を有することができ、この弁部材を適切に制御することにより、各サクションバケットに与えられる負圧を個々に制御することができるようになっている。

テンプレートを海底に解放可能に固定した後、中空のガイド部材のうちの１つのガイド部材に設けられた、又はガイド部材に受容された、少なくとも１つのパイルを海底に打ち込むことにより、そのパイルを海底に設置することができる。

以下、図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、及び図５ｄにおいて、海洋基礎を設置するための例示的な一実施形態を記載する。図５ａは、水面ＷＳ下で海底ＳＦに配置されているテンプレート５００を概略的に示している。説明のために、テンプレート５００は、上記で図１ａ〜図１ｃに関して記載したテンプレート１００に対応するものとする。しかしながら、このことは本発明にいかなる限定も与えず、上述の別の実施形態に係るテンプレートを代わりに用いてもよい。

テンプレート５００は、フレーム体５２０に結合された中空のガイド部材５１０と、中空のガイド部材５１０に対置されたサクションバケット５３０とを備える。フレーム体５２０は、中空のガイド部材５１０及びサクションバケット５３０が結合されたフレーム部材５２２によって形成される。

テンプレート５００は、ポンプシステム５５０に接続されるが、これは図５ａではホース５５２によって概略的に示されている。ホース５５２のそれぞれは、サクションバケット５３０をポンプシステム５５０に接続する。

固定と、必要であれば上述の水平化操作とを行った後、パイルはテンプレートにしたがって海底に設置される。図５ｂは、第１のパイルＰ１が海底ＳＦに設置され、矢印Ａ３で示す方向に沿って第２のパイルＰ２を中空のガイド部材５１０に挿入することにより、パイルＰ２が中空のガイド部材５１０に取り付けられる段階でのパイルの設置を示している。

図５ｃは、パイルＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が海底ＳＦに設置され、テンプレートが除去された後の段階でのジャケット式基礎の設置を示している。図示のように、ジャケット式基礎５６０は、矢印Ａ４、Ａ５で示すようにジャケット式基礎をパイルＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４と結合することによって設置される。ジャケット式基礎５６０は、それぞれのパイルＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に係合するスリーブ部材５６１、５６２、５６３、５６４を有する。したがって、スリーブ部材５６１、５６２、５６３、５６４をそれぞれのパイルＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４と結合することで、図５ｄに示すようにジャケット式基礎が海底ＳＦに確実に固定される。

いくつかの例示的な例において、ジャケット式基礎５６０は、洋上風力発電プラントの基礎に相当することができる。

通常、より大型のタービン及びより深い水域では、重力着底式基礎又はモノポール式基礎よりもジャケット式基礎が好ましい。本発明は、ジャケット式基礎を改善するのに特によく適している。ジャケット式基礎は、通常は３つ又は４つの脚部を備えるので、したがって３つ又は４つのパイルを必要とする。

ジャケットをパイルに据え付ける場合、所望の精度を得るために穏やかな天候が必要とされる。いくつかの従来技術の方法と同じやり方では、例えばパイルのガイドを水上から制御するので、パイルを海底に挿入するのにも穏やかな天候を必要とした。本発明では、プロセスは専ら水面下で行われるので、おおよそどのような天候でもパイルを配置することが可能である。これは、基礎へのジャケットの据付けにしか穏やかな天候が必要とされないので、複数の基礎を従来よりも少ない時間でセットすることができるという点で、従来技術に優る大きい利点をもたらす。更に、テンプレートを海底に配置することが可能であることにより、パイル間の個々の正確な距離を得ることが、ガイド部材を水面に有するのに比較して容易になることが明らかである。

海底へのパイルの打込みは、通常はパイルの約１ｍのみが海底を超えるように行われる。例えば、パイルは、中空のガイド部材の上面とおおよそ同一平面となるように下へ打ち込むことができる。ジャケットの高さが大きく、例えば１００ｍである場合、それによりｍｍスケールのほんの僅かな位置ずれでさえも比較的大きい程度の傾斜を引き起こす可能性があることを主な理由として、かなりの精度が望まれる。したがって、パイルが海底に挿入された後、厳密な上面高さが測定され、必要であれば、パイルに据え付ける前のジャケットの個々の脚部に更なるリングが付加される。正確な位置決めが得られると、パイルは、ジャケットの脚部とともにグラウトで固められる。

要約すると、洋上基礎を設置する方法及び洋上基礎を設置するのに用いるテンプレートが提供される。例示的な実施形態において、テンプレートは海底に解放可能に固定され、テンプレートはパイルを設置する前に水平にされる。本発明のいくつかの例示的な実施形態に係る方法において、パイルを受ける少なくとも１つの中空のガイド部材と、少なくとも１つのサクションバケットと、少なくとも１つの中空のガイド部材及び少なくとも１つのサクションバケットに結合するフレーム体と、少なくとも１つのサクションバケットに圧力を与えるように構成されている制御手段とを備えるテンプレートを準備することができる。本方法は、テンプレートを海底に配置することと、少なくとも１つのサクションバケットに負圧を与えてサクションバケットを海底に打ち込むことと、少なくとも１つのサクションバケットに与えられる負圧を制御して、フレームを海底に対して水平にするように少なくとも１つのサクションバケットの根入れ深さを調整することとを含むことができる。

上述の方法は、洋上風力タービンの複数の基礎を設置するのに特に有用である。洋上風力タービンは、必要とされる陸上へのケーブルを最大限活用するために、最も多くは少なくとも１０基のタービンの敷地にもたらされる。本発明では、１つのテンプレートをタービンの複数の基礎を設置するのに用いることができる。更なる実施形態において、テンプレートは、外的な補助／制御なしに、単独で水面下を動き回り、複数のパイル打ち基礎を構成するように、モーター、プロペラ、及びＧＰＳシステムを備えることができる。そのような実施形態において、複数のプロペラ及び／又は多回転プロペラは、海面下を三次元において操縦することが可能である必要がある。いくつかの実施形態では、テンプレートの移動は遠隔で制御することができ、他の実施形態では、この移動は設定されたプログラムによって行うことができ、それによりテンプレートは、いくぶん自律的に移動する。

本明細書において使用される「パイル」という用語は、当業者には理解されるように、基礎に対して有用な任意の細長い直立部材を意味することが意図されている。一般的な既製のパイルは、杭打ち機を用いて又は吸引によって海底に打ち込まれる。

Claims (35)

1. 洋上風力タービンの基礎を設置する方法であって、該方法は、
   パイル（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）を受けるように構成されている少なくとも１つの中空のガイド部材（１１０）と、少なくとも１つのサクションバケット（１３０）と、前記少なくとも１つの中空のガイド部材及び前記少なくとも１つのサクションバケットに結合するフレーム体（１２０）とを備えるテンプレート（１００）を準備することと、
   前記テンプレートを海底（ＳＦ）に配置することと、
   該サクションバケットを海底に打ち込むことにより前記テンプレートを海底に解放可能に固定するために、前記少なくとも１つのサクションバケットに負圧を与えることと、
   前記フレーム体を海底に対して水平にするように前記少なくとも１つのサクションバケットの根入れ深さを調整するため、前記少なくとも１つのサクションバケットに与えられる前記負圧を制御することと、
   前記少なくとも１つのパイルを前記中空のガイド部材内に配置することと、
   前記中空のガイド部材によってガイドされる前記少なくとも１つのパイルを海底に打ち込むことと、
   を含む、方法。
2. 前記フレーム体の所定の基準レベルに対する前記フレーム体の傾斜を求めることと、少なくとも１つのサクションバケットに与えられる前記負圧を調整することとを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記フレーム体を水平にするように、該フレーム体の前記求められた傾斜に基づいて前記少なくとも１つのサクションバケットの前記根入れ深さを決定することを更に含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記決定された根入れ深さに応じて前記負圧を制御することを更に含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記負圧を制御することは、前記フレーム体の傾斜を連続的に感知することと、該感知された傾斜に応じて前記少なくとも１つのサクションバケットに与えられる前記負圧を調整することとを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記負圧を与えている間の少なくとも１つのサクションバケットの実際の根入れ深さを決定することと、該実際の根入れ深さに応じて前記負圧を制御することとを更に含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 複数のサクションバケットが設けられ、前記方法は、各サクションバケットを個別のポンプシステムに接続することを更に含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 複数のサクションバケットが設けられ、前記方法は、前記複数のサクションバケットを、単一のポンプを有するポンプシステムに接続することを更に含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記ポンプシステムは、各サクションバケットに個々に負圧を与えるように構成されている、請求項８に記載の方法。
10. 前記負圧を制御することは、各サクションバケットの弁部材を制御して、各サクションバケットに与えられる前記負圧を個々に制御することを含み、前記ポンプは前記弁部材に結合される、請求項９に記載の方法。
11. 前記負圧を制御することは、前記少なくとも１つのサクションバケットから汲み出される水の量及び流量のうちの少なくとも一方を制御することを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つのパイルを海底に打ち込んだ際、前記少なくとも１つのサクションバケットに正圧を与えることにより、海底から前記サクションバケット、ひいては前記テンプレートを解放することを更に含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記正圧は、前記サクションバケットに水を汲み入れることによって得られる、請求項１２に記載の方法。
14. 前記正圧は、前記サクションバケットに圧縮空気を供給することによって得られる、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 前記サクションバケットの前記解放は、前記サクションバケット及び／又は前記テンプレートに引上力を付加的に印加することによって更に補助される、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記テンプレートの解放を容易にするために、パルス化された正圧がもたらされる、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記テンプレートの解放を容易にするように空気の充填されたバルーンが用いられる、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記テンプレートの個々の中空のガイド部材を通して少なくとも３つのパイル、例えば４つのパイルが海底に打ち込まれる、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記テンプレートを海底に解放可能に固定することと、前記少なくとも１つのパイルを海底に打ち込むことと、前記テンプレートを解放することとに際して、前記テンプレートは、洋上風力タービンの少なくとも１つの他の基礎を設置するために第２の場所に移送される、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 洋上風力タービンの複数の基礎を設置する方法であって、該方法は、請求項１〜１８のいずれか１項にしたがって基礎を個々に設置することを含み、前記テンプレートは、少なくとも２つの別個の基礎の間に移送され、該少なくとも２つの別個の基礎に対して用いられる、方法。
21. 前記テンプレートは、外的な補助／制御なしに、単独で水面下を動き回り、複数のパイル打ち基礎を構成する手段を含む、請求項２０に記載の方法。
22. ジャケット式基礎を海底の前記パイルと結合することによって、該ジャケット式基礎を設置及び固定することを更に含む、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 洋上風力タービンの基礎を設置するのに用いるテンプレート（１００）であって、
    パイル（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）を受ける少なくとも１つの中空のガイド部材（１１０）と、
    少なくとも１つのサクションバケット（１３０）と、
    前記少なくとも１つの中空のガイド部材と前記少なくとも１つのサクションバケットとを結合するフレーム体（１２０）と、
    前記少なくとも１つのサクションバケットに圧力を与えるように構成されている制御手段と、を備え、
    前記テンプレートは海底に解放可能に固定される、テンプレート。
24. 第１の圧力感知装置及び／又は第２の圧力感知装置を更に備え、該第１の圧力感知装置は、前記少なくとも１つのサクションバケットのうちの１つに結合され、該サクションバケット内の圧力を感知するように構成されており、該第２の圧力感知装置は、前記テンプレートの所定の位置において周囲の水圧を感知するように構成されている、請求項２３に記載のテンプレート。
25. 前記フレーム体は、該フレーム体が多角形状になるように連結されるフレーム部材（１２２）によって形成される、請求項２３又は２４に記載のテンプレート。
26. 少なくとも３つのサクションバケット及び少なくとも３つの中空のガイド部材を備え、該少なくとも３つのサクションバケット及び該少なくとも３つの中空のガイド部材のそれぞれは、少なくとも１つのフレーム部材に機械的に結合される、請求項２５に記載のテンプレート。
27. 前記フレーム部材は、各フレーム部材を補強する横梁部材を有する２つの平行な梁によって形成される、請求項２５又は２６に記載のテンプレート。
28. 前記サクションバケットは、前記サクションバケット（１３０）の上面に固定される上部部材（１３６）を備える片側に開口を有する円筒形のバケット（１３２）によってもたらされる、請求項２３〜２７のいずれか１項に記載のテンプレート。
29. 前記上部部材は、前記サクションバケットをポンプシステムのホースに連結する弁部材を備える、請求項２８に記載のテンプレート。
30. 前記上部部材には、前記バケット内の圧力及び前記バケット外の圧力のうちの少なくとも一方を感知し、前記フレーム体（１２０）の傾斜を求める圧力感知装置が設けられる、請求項２８又は２９に記載のテンプレート。
31. 気泡水準感知装置、ジャイロメーターに基づく水準感知装置、及びレーザーからなる群から選択される少なくとも１つに基づく機械的手段が水準感知装置に設けられる、請求項２８〜３０のいずれか１項に記載のテンプレート。
32. 前記中空のガイド部材は、円筒形のスリーブ部材（３１２）と、パイルを受けるのを容易にするように該円筒形のスリーブ部材（３１２）のそれぞれの側に、外方に突出するフランジ部（３１４ａ、３１４ｂ）とを有する、請求項２３〜３１のいずれか１項に記載のテンプレート。
33. 前記テンプレートの解放を容易にするように空気が充填されているバルーンを更に備える、請求項２３〜３２のいずれか１項に記載のテンプレート。
34. 前記テンプレートは、前記水面下を動き回るための移送手段を備える、請求項２３〜３３のいずれか１項に記載のテンプレート。
35. 前記移送手段は、プロペラ、ＧＰＳシステム、及びモーターからなる群から選択される少なくとも１つを備える、請求項３４に記載のテンプレート。

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