JP7218962B2 - 浮体構造物用の同調質量ダンパ - Google Patents

Description

[001]本発明は、一般に、浮体式プラットフォームに関する。特に、本発明は、動作中に風、海流、及び波の荷重から生じる動き及び負荷を低減するために、改良された同調質量ダンパシステムを有する改良された浮体式洋上風力タービン（ＦＯＷＴ：ｆｌｏａｔｉｎｇ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ）プラットフォームに関する。

[002]風力エネルギーを電力に変換するための風力タービンが知られており、電力会社に代替エネルギー源を提供する。陸上では、風力タービンの数がしばしば数百基に達する大規模な風力タービン群が、１つの地理的区域にまとめて設置される場合がある。これらの大規模な風力タービン群は、望ましくないことに、高レベルの騒音を発生することがあり、景観的に不愉快なものとして見られることがある。丘陵、森林、及び建物などの障害物が原因で、これらの陸上設置の風力タービンにとって最適な空気の流れが得られないことがある。

[003]風力タービン群はまた、洋上ではあるが沿岸近くで、風力タービンを海底の基礎に固定的に取り付けることができる水深の場所に配置されることもある。海洋上では、風力タービンへの空気の流れは、様々な障害物（すなわち、丘陵、森林、及び建物など）の存在によって乱される可能性は少なく、その結果、より高い平均風速及びより大きな電力がもたらされる。これらの沿岸近くの位置で海底に風力タービンを取り付けるために必要な基礎は比較的高価であり、約４５メートルまでの水深など比較的浅い水深でのみ達成可能である。

[004]米国国立再生可能エネルギー研究所は、３０メートル以上の水深を有する米国沿岸の海上での風は、年間約３，２００ＴＷｈのエネルギー容量を有すると決定した。これは、米国の年間総エネルギー使用量である約３，５００ＴＷｈの約９０％に相当する。海上の風力源の大部分は、水深６０メートルを超える岸から３７キロメートル～９３キロメートルの間に存在する。このような水深の深いところに風力タービン用の固定基礎を設けることは、経済的に実現可能性が低い。この制約が、風力タービン用の浮体式プラットフォームの開発につながった。知られている浮体式風力タービンプラットフォームは、係留索で海底に係留されて、風、波、及び海流からの外部荷重、並びにそれに取り付けられた風力タービンの動力学に関係する荷重に対してタワー及びタービンをある程度安定させることができる。しかしながら、浮体式風力タービンプラットフォーム、並びにそれに取り付けられたタワー及びタービンは、それでも、風、波、及び海流からの外部荷重によって望ましくない不安定さを被ることがある。

[005]したがって、動作中に風、海流、及び波の荷重から生じる動き及び荷重を低減するために、改良された同調質量ダンパシステムを有するＦＯＷＴプラットフォームを提供することは望ましいことであろう。

[006]本発明は、浮体式洋上風力タービン（ＦＯＷＴ）プラットフォームの動作中の動き及び荷重を低減するように構成された、ＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされた改良された同調質量ダンパ（ＴＭＤ：ｔｕｎｅｄ ｍａｓｓ ｄａｍｐｅｒ）システムに関する。ＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされた改良されたＴＭＤシステムは、風力タービンタワーが取り付けられるように構成された外殻を有するバージ型ＦＯＷＴプラットフォームを含む。ＴＭＤシステムは、外殻に取り付けられ、第１の振動数で動作するように構成された第１のＴＭＤと、第１の振動数とは異なる第２の振動数で動作するように構成された第２のＴＭＤとを有する。

[007]ＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステムの第２の実施形態は、中央部と、中央部から放射状に延在する少なくとも３つの脚部とを有し、風力タービンタワーが取り付けられるように構成されたＦＯＷＴプラットフォームを含む。ＴＭＤシステムであって、ＴＭＤシステムの一部分が脚部のそれぞれに取り付けられる、ＴＭＤシステムが提供される。各脚部は、第１の振動数で動作するように構成された、各脚部の外側端部の第１のＴＭＤと、第１の振動数とは異なる第２の振動数で動作するように構成された、各脚部の内側端部の第２のＴＭＤとを有する。

[008]ＦＯＷＴプラットフォームにおける使用のために構成されたＴＭＤシステムの第３の実施形態は、タワーを有する浮力基部を含み、タワーは、浮力基部から外向き且つ上向きに延在し、風力タービンが取り付けられるように構成され、ＴＭＤは基部に取り付けられる。基部は、基部内に形成され、加圧された空気源に接続され、大気圧より高い空気圧力を有する圧力チャンバを含む。オリフィスダンパが圧力チャンバに形成され、可撓性があり不透水性のダイヤフラムが、圧力チャンバと、ＦＯＷＴプラットフォームが展開されている水域との間に取り付けられ、ＴＭＤの質量を定めるダイヤフラムを水が押す。

[009]ＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステムの第４の実施形態は、中央部と、中央部から放射状に延在する少なくとも３つの脚部と、中央の柱と、少なくとも３つの脚部のそれぞれの遠位端の外側の柱とを有し、風力タービンタワーが中央の柱に取り付けられるように構成された半潜水型ＦＯＷＴプラットフォームを含み、ＴＭＤシステムはＦＯＷＴプラットフォームに取り付けられる。ＴＭＤシステムは、脚部のそれぞれに取り付けられた水平方向に向けられた第１のＴＭＤ、及び柱のそれぞれに取り付けられた垂直方向に取り付けられた第２のＴＭＤを含む。各脚部の第１のＴＭＤは、第１のＴＭＤの質量を定める第１の水バラストチャンバを含み、各柱の第２のＴＭＤは、第２のＴＭＤの質量を定める第２の水バラストチャンバを含む。第１及び第２のＴＭＤのそれぞれは、異なる振動数で動作するように構成され得る。

[010]本発明の様々な態様は、当業者にとっては、添付図面を考慮して読むと、好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかになろう。

[011]風力タービンが取り付けられ、本発明による改良された同調質量ダンパ（ＴＭＤ）システムを有するＦＯＷＴプラットフォームの斜視図である。 [012]部分的に断面で示された、図１に示したＦＯＷＴプラットフォームの一部分の拡大図である。 [013]図１及び図２に示したＦＯＷＴプラットフォームの別の断面図である。 [014]本発明による改良されたＴＭＤシステムの第２の実施形態を有する半潜水型ＦＯＷＴプラットフォームの上面図である。 [015]図４の線５－５に沿って見た断面図である。 [016]本発明による改良されたＴＭＤシステムの第３の実施形態を有する張力係留式ＦＯＷＴプラットフォームの上面図である。 [017]図６の線７－７に沿って見た断面図である。 [018]本発明による改良されたＴＭＤシステムの第４の実施形態を有する円柱型ＦＯＷＴプラットフォームの上面図である。 [019]図９の線８－８に沿って見た断面図である。 [020]図４及び図５に示した改良されたＴＭＤシステムの第２の実施形態の拡大断面図である。 [021]図６及び図７に示した改良されたＴＭＤシステムの第３の実施形態の拡大断面図である。 [022]図８及び図９に示した改良されたＴＭＤシステムの第４の実施形態の拡大断面図である。

[023]次に、本発明の図示の実施形態を時折参照して本発明を説明する。しかしながら、本発明は異なる形態に具現化されてもよく、本書で説明する実施形態に限定されるとも、いかなる優先順位にあるとも解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示がより完全となるように提供されており、当業者に本発明の範囲を示すものである。

[024]下に開示する本発明の実施形態は、バージ型プラットフォーム、潜水型又は半潜水型プラットフォーム、円柱ブイ型プラットフォーム、及び張力係留式プラットフォームなどの様々なタイプの浮体式洋上風力タービン（ＦＯＷＴ）プラットフォームに対する改良を全般的に提供する。本発明は、動作中の動き及び負荷を低減するために、改良された同調質量ダンパシステムを有するＦＯＷＴプラットフォームを含む。

[025]本書では、平行という用語は、水平線に対して実質的に平行な平面にあるものとして定義される。垂直という用語は、水平面に対して実質的に垂直であることとして定義される。

[026]図面、特に図１～図３を参照すると、改良された同調質量ダンパ（ＴＭＤ）システム３４を有するＦＯＷＴプラットフォーム１０の第１の実施形態が示されており、ＦＯＷＴプラットフォーム１０が、水域ＢＷ（ｂｏｄｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ）に展開され、海底（図示せず）に係留されて示されている。図示のＦＯＷＴプラットフォーム１０は、バージ型プラットフォームの一実施形態であり、タワー１４を支持する基礎又は外殻１２を含む。タワー１４は風力タービン１６を支持する。外殻１２は半潜水型であり、水域ＢＷで浮揚し半没水するように組み立てられ構成される。したがって、外殻１２が水域ＢＷで浮揚しているとき、外殻１２の一部分は水より上にある。図示のように、外殻１２の一部分は水位線ＷＬ（ｗａｔｅｒｌｉｎｅ）より下である。本書では、水位線ＷＬは、水面がＦＯＷＴプラットフォーム１０と接する近似線として定義される。従来の係留索（図示せず）はＦＯＷＴプラットフォーム１０に取り付けられてもよく、また、その水域ＢＷのＦＯＷＴプラットフォーム１０の移動を制限するように、海底（図示せず）のアンカー（図示せず）にさらに取り付けられてもよい。

[027]図示の実施形態に示すように、外殻１２は、キーストーン２０から放射状に外向きに延在して浮力を与える４つの外殻脚部１８から形成される。したがって、外殻１２は実質的に十字形である。内側又は中央の柱２２は、キーストーン２０に取り付けられ、タワー１４が取り付けられるプラットフォームを提供する。これに代えて、外殻１２は、３つの外殻脚部１８又は５つ以上の外殻脚部１８を含んでもよい。図示の実施形態では、外殻脚部１８は、設置される市販の風力タービンの大きさに応じて、約１０ｍ～約７５ｍの範囲内の長さを有する。

[028]バージ型ＦＯＷＴプラットフォーム１０の外殻１２は十字形であるが、改良されたＴＭＤシステム３４は、矩形、正方形、円形、楕円形、及び他の幾何形状を有する外殻を含むがそれらに限定されない、他の外殻形状を有するバージ型プラットフォームに用いられてもよいことは理解されよう。

[029]本書に示された実施形態では、風力タービン１６は水平軸風力タービンである。これに代えて、風力タービンは従来の垂直軸風力タービン（図示せず）であってもよい。タービン１６の大きさは、ＦＯＷＴプラットフォーム１０が係留される場所での風の状態、及び所望の電力出力に基づいて変わる。例えば、タービン１６は約１０ＭＷの出力を有してもよい。これに代えて、タービン１６は約１ＭＷ～約２０ＭＷの範囲内の出力を有してもよい。

[030]風力タービン１６は従来のものでもよく、回転可能なハブ２４を含んでもよい。少なくとも１つのロータブレード２６はハブ２４に結合され、それから外向きに延在する。ハブ２４は発電機（図示せず）に回転可能に結合される。発電機は、変圧器（図示せず）及び水中電力ケーブル（図示せず）を介して配電網（図示せず）に結合されてもよい。図示の実施形態では、ハブ２４は３枚のロータブレード２６を有する。他の実施形態では、ハブ２４は３枚より多い又は少ないロータブレード２６を有してもよい。

[031]図２及び図３に示すように、キーストーン２０は、上面を画定する上壁２０Ａ、及び下壁２０Ｂを含み、放射状に外向きに延在する４つのキーストーン脚部３０とともに中央空洞２８をさらに画定する。各脚部３０は、４つの外殻脚部１８が取り付けられる実質的に垂直の接続面３２を画定する端壁３０Ａを含む。これに代えて、キーストーン２０は、外殻脚部１８の数に対応して、３つのキーストーン脚部３０、又は５つ以上のキーストーン脚部３０を含んでもよい。

[032]従来のＴＭＤは、内部質量又は外部質量を用いる動体と一体化された機構であり、ばね及びダンパを介して動体と結合される。ダンパは、望ましくない応答の振動数において位相をずらして応答するようにダンパ設定することによって動体の望ましくない応答を低減するために用いられる。ＴＭＤの固有振動数は、ダンパと動体との間の接続に対して、質量と剛性との組合せを選択することによって調整することができる。ダンパの位相は、質量ダンパと動体との間の結合部の減衰を調節することによって調整することができる。本書で説明し図示するＴＭＤの実施形態は、質量として、外殻の水バラストチャンバ内にある水、例えば、外殻脚部１８内の水、又は外殻脚部１８外部の水と、ばねとして加圧された水と、同調減衰するように構成されたオリフィスとを使用することが有利である。

[033]図１～図３に示す改良されたＴＭＤシステム３４は、第１又は低振動数ＴＭＤ３６及び第２又は高振動数ＴＭＤ３８を含む。低振動数ＴＭＤ３６は、外殻脚部１８のそれぞれの外側端部に形成され、第１の水バラストチャンバ４０を含み、第１の水バラストチャンバ４０は、中央に配置され長手方向に延在する第１のダンパ管４２を有し、第１のダンパ管４２は、第１の水バラストチャンバ４０の上端から第１の水バラストチャンバ４０の下端に向かって延在するが、第１の水バラストチャンバ４０の床部より上方で終端となる。第１のダンパ管４２は、約１ｍ～約２０ｍの範囲内の直径、閉じた第１の端部４２Ａ（図２及び図３を見たときの上端）、及び開いた第２の端部４２Ｂ（図２及び図３を見たときの下端）を有することができる。低周波圧力チャンバ４４は外殻脚部１８に配置される。図示の実施形態では、低周波圧力チャンバ４４は第１の水バラストチャンバ４０に隣り合って配置される。これに代えて、低周波圧力チャンバ４４は外殻脚部１８の他の所望の場所に配置されてもよい。第１の接続管４６は、低周波圧力チャンバ４４と、第１のダンパ管４２の上部との間を延在する。

[034]同様に、高振動数ＴＭＤ３８は、外殻脚部１８のそれぞれの内側端部に形成され、第２の水バラストチャンバ４８を含み、第２の水バラストチャンバ４８は、中央に配置され長手方向に延在する第２のダンパ管５０を有し、第２のダンパ管５０は、第２の水バラストチャンバ４８の上端から第２の水バラストチャンバ４８の下端に向かって延在するが、第２の水バラストチャンバ４８の床部より上方で終端となる。第２のダンパ管５０は、約１ｍ～約２０ｍの範囲内など、第１のダンパ管４２の直径よりもかなり大きな直径、閉じた第１の端部５０Ａ（図２及び図３を見たときの上端）、及び開いた第２の端部５０Ｂ（図２及び図３を見たときの下端）を有することができる。高周波圧力チャンバ５２もまた外殻脚部１８に配置される。図示の実施形態では、高周波圧力チャンバ５２は第２の水バラストチャンバ４８に隣り合って、第１の水バラストチャンバ４０の下方に配置される。これに代えて、高周波圧力チャンバ５２は外殻脚部１８の他の所望の場所に配置されてもよい。第２の接続管５４は、高周波圧力チャンバ５２と、第２のダンパ管５０の上部との間を延在する。

[035]換気管５６が各外殻脚部１８の上部外面に取り付けられる。各換気管５６は、第１の水チャンバ４０及び第２の水チャンバ４８のそれぞれと接続する複数の接続換気管５８を有し、各換気管５６は、中央の柱２２内にある各換気管５６の開放端で終端となる。図示の実施形態では、２つの接続換気管５８が、第１の水チャンバ４０及び第２の水チャンバ４８のそれぞれに接続されて、それらと連通している。換気管５６の内側端部は、中央の柱２２の中の中央通気口ハブ６０に接続される。換気管５６と接続換気管５８は、第１の水チャンバ４０及び第２の水チャンバ４８のそれぞれを大気に通気させる。

[036]低周波圧力チャンバ４４及び高周波圧力チャンバ５２内の空気圧力は約６８９５Ｐａ（１．０ｐｓｉ）～約３４４８００Ｐａ（５０．０ｐｓｉ）の範囲内であってもよいが、高周波圧力チャンバ５２内の空気圧力は低周波圧力チャンバ４４内の空気圧力より高いことが好ましい。低周波圧力チャンバ４４及び高周波圧力チャンバ５２のそれぞれの中の空気圧力はカスタマイズ可能であり、ＦＯＷＴプラットフォーム１０内の空気圧縮機（図示せず）によって設定及び変更することができる。

[037]第１の水チャンバ４０及び第２の水チャンバ４８は、水を圧送する又は移動させるためのバラストポンプ（図示せず）又は他の手段と流体連通していてもよく、したがって、それによって、第１の水チャンバ４０及び第２の水チャンバ４８に水を充填して、その中の水の量を必要に応じて変えることが可能になる。

[038]第１の接続管４６及び第２の接続管５４は、第１の接続管４６及び第２の接続管５４のそれぞれの中に、それぞれ４７及び５５で概略的に示された調節可能なオリフィスを備えることができる。調節可能なオリフィス４７及び５５の内径は、低周波圧力チャンバ４４から第１のダンパ管４２、及び高周波圧力チャンバ５２から第２のダンパ管５０への加圧された空気の流れを能動的に制御するために、必要に応じて調節することができる、すなわち、大きくする又は小さくすることができる。調節可能なオリフィス４７及び５５は、手動又は遠隔で調節されてもよい。したがって、低振動数ＴＭＤ３６及び高振動数ＴＭＤ３８内で所望の振動数を保つことができる。例えば、低周波圧力チャンバ４４及び高周波圧力チャンバ５２内の振動数は約０．０３Ｈｚ～約０．３３Ｈｚの範囲内であることが好ましい。高振動数ＴＭＤ３８の振動数が低振動数ＴＭＤ３６の振動数より高いことが好ましい。したがって、高振動数ＴＭＤ３８及び低振動数ＴＭＤ３６の減衰特性は、それぞれ、第２の接続管５４及び第１の接続管４６を通る空気流速度を変更することによって制御並びに調節することができる。

[039]より詳細には、ＴＭＤ３６及び３８はそれぞれ、ある範囲の振動数の、動作中の風、海流、及び波の荷重から生じるＦＯＷＴプラットフォームの動き及び負荷の悪影響を低減するように能動的に制御することができる。

[040]例えば、ＴＭＤシステム３４は、ＦＯＷＴプラットフォーム１０の任意の所望の場所に取り付けられたコントローラを備えることができる。風力タービン１６の構成要素として設けられたコントローラがＴＭＤ３４コントローラとして使用されることが好ましい。しかしながら、ＴＭＤシステム３４の動作を制御するために使用されるコントローラが風力タービン１６のコントローラと独立していてもよいことは理解されよう。

[041]再び図３を参照すると、調節可能なオリフィス４７及び５５は、動作中にオリフィス４７及び５５の大きさを検知して、検知された位置をコントローラに伝えるように構成された位置センサなどのセンサを備えることができる。これに代えて、動作中にオリフィス４７及び５５を通る流量を測定して、検知された流量をコントローラに伝えるために流量センサを含むがそれに限定されない他のタイプのセンサを使用してもよい。低周波圧力チャンバ４４及び高周波圧力チャンバ５２のそれぞれは、動作中に圧力チャンバ４４及び５２内の空気圧力を検知して、検知された圧力をコントローラに伝えるように構成された圧力センサを備えてもよい。

[042]さらに、外殻１２は、海況の変化を検知して、検知された海況の変化をコントローラに伝えるように構成されたセンサ列を含んでもよい。外殻１２に設けられることがある海況センサの例としては、加速度計、傾斜計及び他の角位置センサ、並びにロードセルが含まれるが、それらに限定されない。この海況変化センサの列からのデータはコントローラに伝えられる。コントローラ内のアルゴリズムは受け取ったデータを解析し、次いで、（１）圧力チャンバ４４及び５２内の空気圧力を変えることによって、それぞれ、ＴＭＤ３６及び３８の剛性を変え、及び／又は、（２）オリフィス４７及び５５の大きさを変えることによって、したがって、第１の接続管４６及び第２の接続管５４を通る空気流量を変えることによって、それぞれ、ＴＭＤ３６及び３８の減衰振動数を変える。

[043]動作時、低振動数ＴＭＤ３６及び高振動数ＴＭＤ３８のそれぞれは、ＦＯＷＴ外殻の幾何形状、及び低減することが望ましい所望の振動数に基づいて調整することができる。ＦＯＷＴプラットフォーム１０のＴＭＤシステム３４を使用して２つ以上の振動数での動きを低減することができることは有利である。図３に最もよく示されているように、低振動数ＴＭＤ３６の低周波圧力チャンバ４４で所望の空気圧力を確立することができる。この所望の空気圧力は、第１の接続管４６を介して第１のダンパ管４２に伝えられ、したがって、第１のダンパ管４２内の水位を決定する。第１のダンパ管４２内の水は、第１のダンパ管４２内の加圧された空気を押し、したがってばねのように働く。低振動数ＴＭＤ３６は、外殻脚部１８のそれぞれの外側端部に形成され、垂直方向に向けられているので、より大きなてことして働き、横傾斜を低減すること、又は外殻１２の回転運動の低減により効果がある。

[044]同様に、高振動数ＴＭＤ３８の高周波圧力チャンバ５２で所望の空気圧力を確立することができる。この所望の空気圧力は、第２の接続管５４を介して第２のダンパ管５０に伝えられ、したがって、第２のダンパ管５０内の水位を決定する。第２のダンパ管５０内の水は、第２のダンパ管５０内の加圧された空気を押し、したがってばねのように働く。高振動数ＴＭＤ３８は、外殻脚部１８のそれぞれの内側端部に形成され、垂直方向に向けられているので、外殻１２の上下運動、すなわち垂直運動を低減するのにより効果がある。

[045]図４及び図５は、７０で概略的に示す改良されたＴＭＤシステムの第２の実施形態を有する半潜水型ＦＯＷＴプラットフォーム６２を示す。半潜水型ＦＯＷＴプラットフォーム６２は、３つの浮力梁６４、梁６４のそれぞれの外側端部にある垂直方向の外側の柱６６、及びＦＯＷＴプラットフォーム６２の中央にある垂直方向の中央の柱６８を含む。上部梁６５は、中央の柱６８の上端と外側の柱６６のそれぞれの上端との間に延在することができる。図５に示すように、ＴＭＤシステム７０は、水チャンバ７２、及びオリフィスダンパ７４を有する圧力チャンバを含む。図示の実施形態では、梁６４のそれぞれは、内部に水平方向に向けられたＴＭＤシステム７０を有し、柱６６及び６８のそれぞれは、内部に垂直方向に向けられたＴＭＤシステム７０を有する。

[046]図６及び図７は、８４で概略的に示した、改良されたＴＭＤシステムの第３の実施形態を有する張力係留式ＦＯＷＴプラットフォーム７６を示した。張力係留式ＦＯＷＴプラットフォーム７６は、３つの浮力梁８０、及びＦＯＷＴプラットフォーム７６の中央にある垂直方向の中央の柱７８を含む。可撓性があり不透水性のダイヤフラム８２が各梁８０の下面に形成され、張力係留式ＦＯＷＴプラットフォーム７６が展開されている水８６と接触している。図７に示すように、ＴＭＤシステム８４は、ダイヤフラム８２、及びオリフィスダンパ８４を有する圧力チャンバを含む。水チャンバの代わりに、ダイヤフラム８２に作用する水８６がＴＭＤ８４のための質量として機能する。ダイヤフラム８２は、圧力チャンバ８４内の空気圧力に応答して動くことができる。図示の実施形態では、梁８０のそれぞれは、内部に垂直方向に向けられたＴＭＤシステム８４を有する。

[047]図８及び図９は、９４で概略的に示した、改良されたＴＭＤシステムの第４の実施形態を有する円柱型ＦＯＷＴプラットフォーム８６を示す。円柱型ＦＯＷＴプラットフォーム８６は、基部９０、及びそれから外向きで上向きに延在する垂直方向のマスト９２を含む。図９に示すように、ＴＭＤシステム９４はＴＭＤシステム７０と実質的には同じであり、水チャンバ９６、及びオリフィスダンパ９８を有する圧力チャンバを含む。図示の実施形態では、ＴＭＤシステム９４は、基部９０内で水平方向に向けられている。

[048]次に図１０を参照すると、ＴＭＤシステム７０の一例が示されている。ＴＭＤシステム７０が垂直方向の外側の柱６６の中に示されている。しかしながら、ＴＭＤシステム７０は、梁６４及び垂直方向の中央の柱６８のいずれかに形成されてもよいことは理解されよう。ＴＭＤシステム７０は、バラスト水チャンバ１００及び圧力チャンバ１０２を含む。ダンパ管１０４は、バラスト水チャンバ１００と圧力チャンバ１０２との間に延在し、ダンパ管１０４内の加圧された空気の量を制御するために内部に形成されたオリフィスダンパ１０６を画定するオリフィスを有する。ダンパ管１０４は、約１ｍ～約２０ｍの範囲内の直径を有してもよい。

[049]換気管１０８は、バラスト水チャンバ１００と柱６６の外側の大気との間に延在し、したがって、バラスト水チャンバ１００を大気と通気させる。
[050]次に図１１を参照すると、ＴＭＤシステム８４の一例が示されている。ＴＭＤシステム８４は半潜水型ＦＯＷＴプラットフォーム６２の水平方向の梁６４の中に示されている。しかしながら、ＴＭＤシステム８４はまた、ＴＭＤシステム９４の基部９０に形成されてもよいことは理解されよう。ＴＭＤシステム８４は、バラスト水チャンバ１１０及び圧力チャンバ１１２を含む。ダンパ管１１４は、バラスト水チャンバ１１０と圧力チャンバ１１２との間に延在し、ダンパ管１１４内の加圧された空気の量を制御するためにダンパ管１１４の第１の端部（図１１を見たときに最も右側の端部）に形成されたオリフィスダンパ１１６を画定するオリフィスを有する。可撓性があり不透水性のダイヤフラム１１８が、ダンパ管１１４の第２の端部（図１１を見たときに最も左側の端部）近くでダンパ管１１４に形成される。ダイヤフラム１１８は、ダンパ管１１４内の空気圧力に応答して、ダンパ管１１４内の水によってかけられた力に抗して動くことができる。ダンパ管１１４は、約１ｍ～約２０ｍの範囲内の直径を有してもよい。

[051]次に図１２を参照すると、ＴＭＤシステム９４の一例が示されている。ＴＭＤシステム９４は張力係留式ＦＯＷＴプラットフォーム７６の梁８０の中に示されている。ＴＭＤシステム９４は圧力チャンバ１２０を含み、圧力チャンバ１２０は内部に形成されたオリフィスダンパ１２２を画定するオリフィスを有して、圧力チャンバ１２０内の加圧された空気の量を制御する。可撓性があり不透水性のダイヤフラム１２４が圧力チャンバ１２０の一端に形成され、圧力チャンバ１２０を梁８０の外側の水から隔てる。ダイヤフラム１２４は、圧力チャンバ１２０内の空気圧力に応答して、水域ＢＷの水によってかけられた力に抗して動くことができる。

[052]張力係留式ＦＯＷＴプラットフォームの文脈において説明したが、本書で説明したＴＭＤシステム９４は、本書で説明し図示されたＦＯＷＴプラットフォームの実施形態のいずれかとともに使用されるように構成されてもよい。

[053]本書で説明し図示したＴＭＤシステム３４のいずれの実施形態も、限定するものではないが、以下のことを含む、目標とする設計を決めるＦＯＷＴプラットフォームの応答及び特性に使用することができることは有利である。（１）システム横傾斜角度。ＴＭＤシステムの動的横傾斜角度は、ＦＯＷＴだけでなく、浮体式洋上プラットフォーム全体の構造設計の頑丈さに影響を与える典型的な設計を決める基準である。ＴＭＤシステム３４などの質量ダンパ技術をＦＯＷＴプラットフォームの外殻に実装すると、動的横傾斜運動を低減することが示された。横傾斜運動の低減は、外殻１２、タワー１４、及びタワー１４に取り付けられた風力タービン１６の様々な構造構成要素の疲労及び極限荷重の両方の低減と相関する。（２）システムの上下運動。ＦＯＷＴプラットフォームにＴＭＤを使用すると、プラットフォームの上下（垂直方向の）運動に対する応答が低減される。これによって、タービン及び環境荷重の振動数にあまり心配しないでＦＯＷＴ外殻を設計することができる。（３）タービンハーモニック力。ブレード回転に関連するタービンハーモニック荷重による疲労損傷は、風力タービンのタワーの設計の際の重要な検討事項である。このような疲労は、知られた振動数で生じるので、ＴＭＤは負荷低減、したがって疲労性能の改善のために用いることができる。（４）波の環境による応答。ＦＯＷＴプラットフォーム外殻内のＴＭＤは、波の振動数応答を目標にして設定することができ、したがって波に関連する動的及び構造的な応答を低減することができる。

[054]本発明の動作の原理及び態様を好ましい実施形態で説明し図示した。しかしながら、本発明は、その趣旨又は範囲を逸脱することなく、詳細に説明し図示したもの以外で実施することができることは理解されるべきである。
（項目１）
浮体式洋上風力タービン（ＦＯＷＴ）プラットフォームと組み合わされた同調質量ダンパ（ＴＭＤ）システムにおいて、
風力タービンタワーが取り付けられるように構成された外殻を有するバージ型ＦＯＷＴプラットフォームを備え、
ＴＭＤシステムが、
第１の振動数で動作するように構成された第１のＴＭＤと、
前記第１の振動数とは異なる第２の振動数で動作するように構成された第２のＴＭＤと
を有する外殻に取り付けられることを特徴とする、ＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目２）
前記第１のＴＭＤが、前記第１のＴＭＤの質量を定める第１の水バラストチャンバを含み、前記第２のＴＭＤが、前記第２のＴＭＤの質量を定める第２の水バラストチャンバを含む、項目１に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目３）
前記第１及び第２のＴＭＤのうちの少なくとも１つが、前記バージ型ＦＯＷＴプラットフォームの上下運動、横傾斜運動、タービンハーモニック荷重、及び波環境荷重のうちの少なくとも１つを低減するように構成された、項目２に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目４）
前記第１及び第２のＴＭＤのうちの少なくとも１つが、前記ＦＯＷＴプラットフォームを、その想定される波エネルギーの範囲内で、剛体の上下及び横傾斜の固有振動数で効果的に動作させることができるように構成された、項目２に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目５）
浮体式洋上風力タービン（ＦＯＷＴ）プラットフォームと組み合わされた同調質量ダンパ（ＴＭＤ）システムにおいて、
中央部と、前記中央部から放射状に延在する少なくとも３つの脚部とを有し、風力タービンタワーが取り付けられるように構成されたＦＯＷＴプラットフォームを備え、
ＴＭＤシステムであって、前記ＴＭＤシステムの一部分が、前記脚部のそれぞれに取り付けられ、各脚部が、
各脚部の外側端部にあり、第１の振動数で動作するように構成された第１のＴＭＤと、
各脚部の内側端部にあり、前記第１の振動数とは異なる第２の振動数で動作するように構成された第２のＴＭＤと
を有する、ＴＭＤシステム
を特徴とする、ＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目６）
前記第１のＴＭＤが、前記第１のＴＭＤの質量を定める第１の水バラストチャンバを含み、前記第２のＴＭＤが、前記第２のＴＭＤの質量を定める第２の水バラストチャンバを含む、項目５に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目７）
前記第１及び第２のＴＭＤのうちの少なくとも１つが、前記ＦＯＷＴプラットフォームの上下運動、横傾斜運動、タービンハーモニック荷重、及び波環境荷重のうちの少なくとも１つを低減するように構成された、項目６に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目８）
前記第１及び第２のＴＭＤのうちの少なくとも１つが、前記ＦＯＷＴプラットフォームを、その想定される波エネルギーの範囲内で、剛体の上下及び横傾斜の固有振動数で効果的に動作させることができるように構成された、項目６に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目９）
前記ＦＯＷＴプラットフォームが、キーストーン、及び前記キーストーンに取り付けられた４つの脚部を備え、十字形を画定する外殻を有するバージ型プラットフォームである、項目５に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目１０）
前記第１及び第２のＴＭＤのうちの少なくとも１つが、前記ＦＯＷＴプラットフォームの上下運動、横傾斜運動、タービンハーモニック荷重、及び波環境荷重のうちの少なくとも１つを低減するように構成された、項目９に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目１１）
前記第１及び第２のＴＭＤのうちの少なくとも１つが、前記ＦＯＷＴプラットフォームを、その想定される波エネルギーの範囲内で、剛体の上下及び横傾斜の固有振動数で効果的に動作させることができるように構成された、項目１０に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目１２）
それぞれの第１のＴＭＤが、
加圧された空気源に接続され、大気圧より高い空気圧力を有する、各脚部内の第１の圧力チャンバと、
閉じた第１の端部、及び開いた第２の端部を有する第１のダンパ管であって、前記第１の端部は、前記第１の水バラストチャンバの上端に取り付けられ、第１のダンパ管は、前記第２の端部が前記第１の水バラストチャンバの床部からある距離を離して配置されるように、前記第１の水バラストチャンバの前記床部の方へ延在する、第１のダンパ管と、
前記第１の圧力チャンバと前記第１のダンパ管の上部との間に延在する第１の接続管であって、その中を加圧された空気が流れるように構成された、第１の接続管と
をさらに含む、項目６に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目１３）
それぞれの第２のＴＭＤが、
加圧された空気源に接続され、前記第１の圧力チャンバ内の空気圧力より高い空気圧力を有する、各脚部内の第２の圧力チャンバと、
閉じた第１の端部、及び開いた第２の端部を有する第２のダンパ管であって、前記第１の端部は、前記第２の水バラストチャンバの上端に取り付けられ、第２のダンパ管は、前記第２の端部が前記第２の水バラストチャンバの床部からある距離を離して配置されるように、前記第２の水バラストチャンバの前記床部の方へ延在する、第２のダンパ管と、
前記第２の圧力チャンバと前記第２のダンパ管の上部との間に延在する第２の接続管であって、その中を加圧された空気が流れるように構成された、第２の接続管と
をさらに含む、項目１２に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目１４）
第１の接続管及び前記第２の接続管が、調節可能なオリフィスを含み、前記調節可能なオリフィスの内径が、前記第１の圧力チャンバ及び前記第２の圧力チャンバそれぞれからの加圧された空気の流れを能動的に制御するように調節可能である、項目１３に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目１５）
前記ＴＭＤシステムが、
前記ＦＯＷＴプラットフォームに取り付けられたコントローラと、
前記ＦＯＷＴプラットフォームに取り付けられ、前記コントローラに動作可能に接続された海況センサと、
前記第１の接続管及び前記第２の接続管内の前記調節可能なオリフィスのそれぞれに接続され、前記コントローラに動作可能に接続された位置センサと、
前記第１の圧力チャンバ及び前記第２の圧力チャンバのそれぞれに接続され、前記コントローラに動作可能に接続された圧力センサと
をさらに含み、
前記コントローラが、前記海況センサからの入力に基づいて、前記第１及び第２のＴＭＤの動作振動数を能動的に制御するように構成された、項目１４に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目１６）
前記第１及び第２のＴＭＤの前記動作振動数の能動的な制御が、前記第１及び第２の圧力チャンバ内の前記空気圧力を変えることによって前記第１及び第２のＴＭＤの剛性をそれぞれ変えること、並びに、前記第１及び第２の接続管内の前記調節可能なオリフィスの大きさを変えることによって、したがって、前記第１及び第２の接続管を通る空気流量を変えることによって、前記第１及び第２のＴＭＤの減衰振動数を変えることのうちの少なくとも１つを含む、項目１５に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目１７）
前記第１の圧力チャンバが、低周波圧力チャンバとして構成され、前記第２の圧力チャンバが、高周波圧力チャンバとして構成される、項目１４に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目１８）
前記第１のＴＭＤが、前記外殻の横傾斜を低減すること、及び回転運動を低減することのうちの少なくとも１つを行うように構成された、項目１７に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目１９）
前記第２のＴＭＤが、前記外殻の上下運動垂直運動を低減するように構成された、項目１８に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目２０）
浮体式洋上風力タービン（ＦＯＷＴ）プラットフォームにおける使用のために構成された同調質量ダンパ（ＴＭＤ）システムにおいて、
タワーを有する浮力基部であって、前記タワーは、前記浮力基部から外向き且つ上向きに延在し、前記タワーは、風力タービンが取り付けられるように構成された、浮力基部を備え、
ＴＭＤが、前記基部に取り付けられて、
前記基部内に形成され、加圧された空気源に接続され、大気圧より高い空気圧力を有する圧力チャンバと、
前記圧力チャンバに形成されたオリフィスダンパと、
前記圧力チャンバと、前記ＦＯＷＴプラットフォームが展開されている水域との間に取り付けられた、可撓性があり不透水性のダイヤフラムであり、前記ＴＭＤの質量を定める前記ダイヤフラムを前記水が押す、可撓性があり不透水性のダイヤフラムと
を含むことを特徴とする、ＴＭＤシステム。
（項目２１）
前記ＦＯＷＴプラットフォームが、円柱型ＦＯＷＴプラットフォームである、項目２０に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
（項目２２）
浮体式洋上風力タービン（ＦＯＷＴ）プラットフォームと組み合わされた同調質量ダンパ（ＴＭＤ）システムにおいて、
中央部と、前記中央部から放射状に延在する少なくとも３つの脚部と、中央の柱と、前記少なくとも３つの脚部のそれぞれの遠位端の外側の柱とを有し、風力タービンタワーが前記中央の柱に取り付けられるように構成された半潜水型ＦＯＷＴプラットフォームを備え、
ＴＭＤシステムが、前記ＦＯＷＴプラットフォームに取り付けられ、前記脚部のそれぞれに取り付けられた水平方向に向けられた第１のＴＭＤ、及び前記柱のそれぞれに取り付けられた垂直方向に取り付けられた第２のＴＭＤを含み、
各脚部の前記第１のＴＭＤは、前記第１のＴＭＤの質量を定める第１の水バラストチャンバを含み、各柱の前記第２のＴＭＤは、前記第２のＴＭＤの質量を定める第２の水バラストチャンバを含み、
前記第１のＴＭＤ及び前記第２のＴＭＤのそれぞれが、異なる振動数で動作するように構成され得ることを特徴とする、ＴＭＤシステム。
（項目２３）
前記第１及び第２のＴＭＤのうちの少なくとも１つが、前記ＦＯＷＴプラットフォームの上下運動、横傾斜運動、タービンハーモニック荷重、及び波環境荷重のうちの少なくとも１つを低減するように構成され、前記第１及び第２のＴＭＤのうちの少なくとも１つが、前記ＦＯＷＴプラットフォームを、その想定される波エネルギーの範囲内で、剛体の上下及び横傾斜の固有振動数で効果的に動作させることができるように構成された、項目２１に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。

Claims (15)

1. 浮体式洋上風力タービン（ＦＯＷＴ）プラットフォームと組み合わされた同調質量ダンパ（ＴＭＤ）システムにおいて、
   中央部と、前記中央部から放射状に延在する少なくとも３つの脚部とを有し、風力タービンタワーが取り付けられるように構成されたＦＯＷＴプラットフォームを備え、
   ＴＭＤシステムは、前記ＴＭＤシステムの一部分が、前記脚部のそれぞれに取り付けられ、各脚部が、
   各脚部の外側端部にあり、第１の振動数で動作するように構成された第１のＴＭＤと、
   各脚部の内側端部にあり、前記第１の振動数とは異なる第２の振動数で動作するように構成された第２のＴＭＤと
   を有し、
   前記第１のＴＭＤが、
   前記第１のＴＭＤの質量を定める第１の水バラストチャンバと、
   加圧された空気源に接続され、大気圧より高い空気圧力を有する、各脚部内の第１の圧力チャンバと、
   閉じた第１の端部、及び開いた第２の端部を有する第１のダンパ管であって、前記第１の端部が前記第１の水バラストチャンバの上端に取り付けられ、前記第２の端部が前記第１の水バラストチャンバの床部からある距離を離して配置されるように、前記第１の水バラストチャンバの前記床部の方へ延在する、第１のダンパ管と、
   前記第１の圧力チャンバと前記第１のダンパ管の上部との間に延在する第１の接続管であって、その中を加圧された空気が流れるように構成された、第１の接続管と
   を含み、
   前記第２のＴＭＤが、前記第２のＴＭＤの質量を定める第２の水バラストチャンバを含むことを特徴とする、ＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
2. 前記第１及び第２のＴＭＤのうちの少なくとも１つが、前記ＦＯＷＴプラットフォームの上下運動、横傾斜運動、タービンハーモニック荷重、及び波環境荷重のうちの少なくとも１つを低減するように構成された、請求項１に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
3. 前記第１及び第２のＴＭＤのうちの少なくとも１つが、前記ＦＯＷＴプラットフォームを、その想定される波エネルギーの範囲内で、剛体の上下及び横傾斜の固有振動数で効果的に動作させることができるように構成された、請求項１に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
4. 前記ＦＯＷＴプラットフォームが、キーストーン、及び前記キーストーンに取り付けられた４つの脚部を備え、十字形を画定する外殻を有するバージ型プラットフォームである、請求項１に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
5. 前記第１及び第２のＴＭＤのうちの少なくとも１つが、前記ＦＯＷＴプラットフォームの上下運動、横傾斜運動、タービンハーモニック荷重、及び波環境荷重のうちの少なくとも１つを低減するように構成された、請求項４に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
6. 前記第１及び第２のＴＭＤのうちの少なくとも１つが、前記ＦＯＷＴプラットフォームを、その想定される波エネルギーの範囲内で、剛体の上下及び横傾斜の固有振動数で効果的に動作させることができるように構成された、請求項５に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
7. それぞれの第２のＴＭＤが、
   加圧された空気源に接続され、前記第１の圧力チャンバ内の空気圧力より高い空気圧力を有する、各脚部内の第２の圧力チャンバと、
   閉じた第１の端部、及び開いた第２の端部を有する第２のダンパ管であって、前記第１の端部は、前記第２の水バラストチャンバの上端に取り付けられ、第２のダンパ管は、前記第２の端部が前記第２の水バラストチャンバの床部からある距離を離して配置されるように、前記第２の水バラストチャンバの前記床部の方へ延在する、第２のダンパ管と、
   前記第２の圧力チャンバと前記第２のダンパ管の上部との間に延在する第２の接続管であって、その中を加圧された空気が流れるように構成された、第２の接続管と
   をさらに含む、請求項１に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
8. 第１の接続管及び前記第２の接続管が、調節可能なオリフィスを含み、前記調節可能なオリフィスの内径が、前記第１の圧力チャンバ及び前記第２の圧力チャンバそれぞれからの加圧された空気の流れを能動的に制御するように調節可能である、請求項７に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
9. 前記ＴＭＤシステムが、
   前記ＦＯＷＴプラットフォームに取り付けられたコントローラと、
   前記ＦＯＷＴプラットフォームに取り付けられ、前記コントローラに動作可能に接続された海況センサと、
   前記第１の接続管及び前記第２の接続管内の前記調節可能なオリフィスのそれぞれに接続され、前記コントローラに動作可能に接続された位置センサと、
   前記第１の圧力チャンバ及び前記第２の圧力チャンバのそれぞれに接続され、前記コントローラに動作可能に接続された圧力センサと
   をさらに含み、
   前記コントローラが、前記海況センサからの入力に基づいて、前記第１及び第２のＴＭＤの動作振動数を能動的に制御するように構成された、請求項８に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
10. 前記第１及び第２のＴＭＤの前記動作振動数の能動的な制御が、前記第１及び第２の圧力チャンバ内の前記空気圧力を変えることによって前記第１及び第２のＴＭＤの剛性をそれぞれ変えること、並びに、前記第１及び第２の接続管内の前記調節可能なオリフィスの大きさを変えることによって、したがって、前記第１及び第２の接続管を通る空気流量を変えることによって、前記第１及び第２のＴＭＤの減衰振動数を変えることのうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
11. 前記第１の圧力チャンバが、低周波圧力チャンバとして構成され、前記第２の圧力チャンバが、高周波圧力チャンバとして構成される、請求項８に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
12. 前記第１のＴＭＤが、前記外殻の横傾斜を低減すること、及び回転運動を低減することのうちの少なくとも１つを行うように構成された、請求項１１に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
13. 前記第２のＴＭＤが、前記外殻の上下運動垂直運動を低減するように構成された、請求項１２に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。
14. 浮体式洋上風力タービン（ＦＯＷＴ）プラットフォームにおける使用のために構成された同調質量ダンパ（ＴＭＤ）システムにおいて、
    タワーを有する浮力基部であって、前記タワーは、前記浮力基部から外向き且つ上向きに延在し、前記タワーは、風力タービンが取り付けられるように構成された、浮力基部を備え、
    ＴＭＤが、前記基部に取り付けられて、
    前記基部内に形成され、加圧された空気源に接続され、大気圧より高い空気圧力を有する圧力チャンバと、
    前記圧力チャンバに形成されたオリフィスダンパと、
    前記圧力チャンバと、前記ＦＯＷＴプラットフォームが展開されている水域との間に取り付けられた、可撓性があり不透水性のダイヤフラムであり、前記ＴＭＤの質量を定める前記ダイヤフラムを前記水が押す、可撓性があり不透水性のダイヤフラムと
    を含むことを特徴とする、ＴＭＤシステム。
15. 前記ＦＯＷＴプラットフォームが、円柱型ＦＯＷＴプラットフォームである、請求項１４に記載のＦＯＷＴプラットフォームと組み合わされたＴＭＤシステム。

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