JP7617930B2 - 浮体式海洋プラットフォーム - Google Patents

Description

本発明は、浮体式海洋プラットフォームに関する。

気候変動に関する懸念の高まりは、洋上での風力発電の潜在的な大きな市場を含む再生可能発電に勢いを与えた。既存の大規模開発は、海底に固定された構造を用いて比較的浅い水域で行われる。しかしながら、これらの技術は、このような開発を、潜在的な視覚的影響および好ましい海底条件を有する、一般に海岸に比較的近い領域に制限する。加えて、固定式風力タービンは、悪天候および非常に大きな洋上建設船の必要性による作業者に関連するリスクおよび経済的リスクを伴う、洋上での重労働を必要とする傾向がある。

風力タービンの浮体式基礎を提供する能力により、これらのユニットを岸からさらに離れたより深い水中に配置することによって、洋上風力発電所開発に利用可能な領域を実質的に増加させることができ、そこでは視覚的影響は低下する傾向があり、風速は一般的により高く、乱流が少ない。加えて、タービンは港で完全に組み立てられて現場まで牽引することができるので、これらが必要とする洋上で行うべき作業は少なくて済む可能性がある。

浮体式基礎上に商用サイズの風力タービンを設置する実現可能性を実証するために、近年いくつかの革新的な実証プロジェクトが成功裏に完了している。しかしながら、既に配備された構造が高額であり、既存の造船所または土木工事施設でフロータを大量生産することが困難であるため、大規模開発はまだ行われていない。２００メートル近いロータ径を有する、商業規模の開発で使用されるように計画された非常に大きな風力タービンを収容しながら、浮体式風力タービン基礎向けに提案された船体のサイズおよびコストを低減する必要がある。

本発明の目的は、既存の浮体式海洋プラットフォーム、特に洋上風力タービン用の浮体式基礎の安定性を提供しながら、より経済的に製造される浮体式海洋プラットフォームを提供することである。

第１の態様によれば、本発明は、中心柱と、中心柱の周りで周方向の少なくとも３つの周辺柱と、周辺柱を中心柱に接続する中心柱から径方向に延在する梁と、周辺柱の各隣接対の間に架かる構造部材であって、構造部材に予張力が掛けられている、構造部材とを備える浮体式海洋プラットフォームを提供する。

構造部材の予張力は、中心柱に向かってその長尺方向に梁を付勢する、梁に対する逆圧を誘発する。予張力により、構造部材は張力が掛かったままであり、例えば波によってプラットフォームに課される負荷サイクルの間、梁は圧縮されたままである。構造部材のこの構成は、水平面内で梁に剛性を提供し、したがって梁のモーメント力を低減する。構造部材および梁はそれぞれ主に引張力および圧縮力に抵抗するように設計することができるので、構造部材および梁は、従来の浮体式海洋プラットフォームと比較して、より細く軽く実行することができる。浮体式海洋プラットフォームは、類似または同一の中心柱および周辺柱を備えるので、安定性は、既存の浮体式海洋プラットフォームの安定性とほぼ同じになる。

一実施形態では、径方向に延在する梁は、互いに平行に延在する上部梁および底部梁を備える。さらなる実施形態では、梁は、円形断面および／またはＩ字形断面を有する。梁は、従来の鋼セクションで構成されたトラス構成における舷外浮材として構成される。これは、経済的に製造することができる単純な鋼構造である。

いくつかの実施形態では、中心柱および／または周辺柱は垂直に延在する。

一実施形態では、周辺柱および構造部材は、ほぼ三角形の形状、好ましくは二等辺三角形の形状を形成する。三角形の構成は、製造が容易な周辺柱および構造部材の形状安定な配置を提供する。

一実施形態では、構造部材は、構造部材および梁の高い予張力を提供するために、鋼管を備えるかまたは鋼管で形成される。

軽量の代替実施形態では、構造部材は、鋼またはアラミド繊維ケーブルを備えるかまたは鋼またはアラミド繊維ケーブルで形成される。

一実施形態では、周辺柱は、構造部材の一端のための通路を有するコネクタを備え、構造部材は、コネクタに受容される端部に張力ヘッドを備え、構造部材は、張力ヘッドから通路を通って延在する。張力ヘッドはコネクタに引っ掛けることができ、その後これに予張力を掛けることができる。

その一実施形態では、周辺柱は、構築された後に構造部材内の予張力を維持するために、コネクタと張力ヘッドとの間に１つ以上のシムまたはシムプレートを備える。

一実施形態では、梁のうちの少なくとも１つは、中心柱と周辺柱のうちの少なくとも１つとの間のアクセスを提供するためのギャングウェイとして機能する。

いくつかの実施形態では、その梁または鋼セクションの特定の部分における圧縮が維持されることをさらに保証するために、構造部材は、径方向に延在する梁の高度よりも低い高度に配置され、および／または構造部材は、径方向に延在する梁の高度よりも高い高度に配置される。

一実施形態では、梁は、ボルト接続を使用して柱に接続する。これは、経済的に好ましい方法で製造することができる単純な接続方法である。

共通の水平面内に延在する構造部材は、その全域の周りまたはこれに沿って対称性を提供するために、好ましくは同じ予張力を有する。第１のセットの底部構造部材および第２のセットの上部構造部材における予張力は、必要に応じて底部梁および上部梁における付勢力を区別するために、互いに異なっていてもよい。

一実施形態では、構造部材は、構造部材の長さの０．０４％から０．０７％の間、好ましくは構造部材の長さの０．０５％の予張力ストロークを誘発することによって、予張力が掛けられる。このようにして、構造部材は弾性域内で動作するため、その永久変形は非常に小さいままとなる。したがって、構造部材は、浮体式海洋プラットフォームの寿命の間、張力が掛かったままとなる。予張力により、構造部材は、最も強力な嵐の最大の波の間を除き、常に張力が掛かったままであり、これにより、構造部材は、せいぜい波サイクルの数秒などの短い期間のみ、時折緩むことがある。

一実施形態では、梁は、中心柱に向かってその長尺方向に付勢され、好ましくは共通の水平面内の梁が同じ付勢力を有し、水平面内の梁に剛性を提供し、したがって梁のモーメント力を低減する。径方向に延在する梁の上部梁および底部梁の付勢力は、径方向に延在する梁の剛性をさらに改善するために、互いに異なっていてもよい。

一実施形態では、周辺柱は浮力空気チャンバを備える。空気チャンバは、周辺柱において浮体式海洋プラットフォームに浮力を提供する。周辺柱は、中心柱から離れた位置にあるので、追加の浮力が浮体式海洋プラットフォームに安定性を提供する。

一実施形態では、周辺柱はベースを備え、浮力空気チャンバは、ベースにおいて海に向かって開放している。このようにして、周辺柱の浮力は、空気チャンバ内の空気レベルを調整し、これとともにベースを介して空気チャンバに水を強制的に出し入れすることによって、調整することができる。

一実施形態では、浮体式海洋プラットフォームは、開放浮力空気チャンバ内の空気を排出するための高圧空気タンクを備える動き制御システムをさらに備え、これは作動弁を使用して開放浮力空気チャンバに出入りする空気流を制御し、動きセンサに結合されたコンピュータシステムによって制御される。動き制御システムは、浮体式海洋プラットフォームに対する空気力によって生じるモーメントに対抗するモーメントを提供するように開放浮力空気チャンバ内の空気レベルを調整し、これによって浮体式海洋プラットフォームを安定化することができる。

その一実施形態では、高圧空気タンクは、梁のうちの１つの気密内部容積によって形成される。梁を空気タンクとして使用することにより、追加の空気タンクを提供する必要がなく、これによって浮体式海洋プラットフォーム上のスペースを節約する。

さらなる実施形態では、動き制御システムは、高圧空気タンクを充填するように構成された空気圧縮機を備える。その一実施形態では、動き制御システムは、空気圧縮機による高圧空気タンクの充填を制御するように構成された入口弁を備える。

一実施形態では、動き制御システムは、開放浮力空気チャンバごとに、高圧空気タンクから対応する開放浮力空気チャンバ内への空気の排出を制御するように構成された出口弁を備える。

一実施形態では、動き制御システムは、開放浮力空気チャンバごとに、開放浮力空気チャンバを大気に接続し、開放浮力空気チャンバから大気への空気の放出を制御するように構成された、放出弁を備える。空気圧縮機、入口弁、出口弁、および放出弁は、経済的な好ましい方法で実装および設置することができる従来の部品である。

第２の態様によれば、本発明は、中心柱と、中心柱の周りで周方向の少なくとも３つの周辺柱と、周辺柱を中心柱に接続する中心柱から径方向に延在する梁とを備える浮体式海洋プラットフォームであって、周辺柱は浮力空気チャンバを備え、海洋プラットフォームは、浮力空気チャンバ内の空気を排出する高圧空気タンクを備える動き制御システムを備え、これは、作動弁を使用して浮力空気チャンバに出入りする空気流を制御し、動きセンサに結合されたコンピュータシステムによって制御される、浮体式海洋プラットフォームを提供する。

第２の態様およびその実施形態による浮体式海洋プラットフォームは、前述の実施形態のいずれか１つによる浮体式海洋プラットフォームに関し、したがって同じ技術的利点を有し、以下では繰り返さない。

本明細書に記載され示される様々な態様および特徴は、可能であれば個別に適用されることが可能である。これらの個々の態様、特に添付の従属請求項に記載される態様および特徴は、分割特許出願の対象とすることができる。

本発明は、以下の添付図面に示される例示的な実施形態に基づいて説明される。

風力タービンを支持する、本発明の第１の実施形態による浮体式海洋プラットフォームの等角図である。 風力タービンを支持する、本発明の第１の実施形態による浮体式海洋プラットフォームの側面図である。 風力タービンを支持する、本発明の第１の実施形態による浮体式海洋プラットフォームの上面図である。 いくつかの内部部品を示すために部分的に切り取られた、図１Ａによる浮体式海洋プラットフォームの拡大図である。 いくつかの内部部品を示すために部分的に切り取られた、図１Ｂによる浮体式海洋プラットフォームの拡大図である。 浮体式海洋プラットフォームの緊張材とスカートとの間の接続の詳細図である。 風力タービンを支持する、本発明の第２の実施形態による浮体式海洋プラットフォームの等角図である。 風力タービンを支持する、本発明の第２の実施形態による浮体式海洋プラットフォームの側面図である。 本発明の第３の実施形態による浮体式海洋プラットフォームの周辺柱の上面断面図である。 データ測定および取得機器を支持する、本発明の第４の実施形態による浮体式海洋プラットフォームの等角図である。

図１Ａ～図１Ｃおよび図２Ａ～図２Ｂは、本発明の第１の実施形態による浮体式海洋プラットフォーム１を示す。海洋プラットフォーム１は、この例では、浮体式風力タービン１０を形成するために風力タービン３００を支持する。風力タービン３００は、垂直タワー３０１と、風力タービンロータ３０３によって駆動される内部発電機を有するタワー３０１の上部のナセル３０２とを有する。風力タービンロータ３０３は、発電機に接続されたハブ３０４と、この例ではハブ３０４から放射状に延びる３つのブレード３０５とを有する。風力タービン３００は、１ＭＷを超える電力を生成することができ、現在は約１０から１２ＭＷに達する。タワー３０１の底部直径は、＋１０ＭＷの風力タービンで５メートルから１０メートルの間であってもよい。３つのブレード３０５は、各々１００メートルを超える長さであってもよい。一例は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｓの１２ＭＷのＨａｌｉａｄｅ Ｘタービンである。垂直軸風力タービンなどの他のタービン設計もまた、浮体式海洋プラットフォーム１によって支持することができる。

図２Ｂに最もよく示されるように、海洋プラットフォーム１は、中心柱２の上部でタワー３０１の底部直径にほぼ等しく、中心柱２の底部または竜骨に向かって直径が増加する、変化する直径を有する垂直円筒形の中心柱２を備える。中心柱２は、内部チャンバ５を画定する周壁３および底壁４を有する。中心柱２は、鋼またはコンクリートで作られている。

海洋プラットフォーム１は、この例では、中心柱２の周りに１２０度ごとに径方向に設けられた３つの垂直安定化または周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃを備える。図２Ｂに最もよく示されるように、周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃは各々、周壁２４、頂壁２５、およびこの実施形態では頂壁２５と平行に、周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃの高さのほぼ半分の高さに延在する内部鋼水密甲板２６を有する、鋼の第１の円筒体２１を備える。水密甲板２６は、上側の内部閉鎖空気チャンバ７１および下側の内部開放空気チャンバ７２を画定する。開放空気チャンバ７２は、少なくとも部分的に水で満たされるように、周壁２４のベースまたは底縁で開放している。周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、周壁２４の底縁の周りに水平に延在する鋼のスカート２７を備える。

海洋プラットフォーム１は、同じ径方向長さを有する３つの舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃを備える。舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃは管状構造部材で構成され、これらはトラス構成で配置されている。舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、中心柱２を周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃに接続する。図２Ｂに最もよく示されるように、舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、互いに平行に延在し、必要な場合には横材または筋交い４７と相互接続される、実質的に水平の上部梁４５および実質的に水平の底部梁４６を備える。上部梁４５および底部梁４６は、鋼の中空円筒形パイプであり、筋交い４７は、より小さい直径を有する鋼の中空円筒形パイプである。舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、溶接によって、またはボルト接続を形成するために互いにボルト締めされたフランジによって、中心柱２および周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃに接続される。

中心柱２は、上部梁４５が接続される、一定の直径を有する垂直円筒形上部セクション６を含む。垂直円筒形セクション６は、フレアセクションまたは円錐状拡幅セクション７を介して下方に、底部梁４６が接続される一定の直径を有する垂直円筒形底部セクション８に融合する。中心柱２には、追加の容積を提供するより大きい直径を有する底部セクション８の下の図示しない足場が設けられてもよい。足場が空気で満たされると、風力タービン３００の重量を支持するのに役立つ。足場が水で満たされると、浮体式風力タービン１０に安定性を提供するのに役立つ。

海洋プラットフォーム１は、周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃを相互接続する同じ長さを有する６つの予張力が掛かった細い構造部材または緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃを備える。この例では、３つの緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃがスカート２７において周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃを相互接続し、３つの緊張材６１ａ、６１ｂ、６１ｃがその頂壁２５の付近で周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃを相互接続する。

特にそのスカート２７における緊張材６１ｂと柱２０ｂとの間の接続の詳細は、図３に示されている。スカート２７は、環状鋼ベースプレート２８と、これに接続され、接続された緊張材６１ｂの端部用の緊張材コネクタ３０に向かう通路３７を画定する、鋼エッジプレート２９とを備える。緊張材コネクタ３０は、通路３７の両側で径方向に延在し、エッジプレート２９およびベースプレート２８に接続された、２対の平行な鋼の第１の支持プレート３１と、エッジプレート２９、ベースプレート２８、および周壁２４に接続された第１の支持プレート３１と平行な２つの鋼の第２の支持プレート３２と、第１の支持プレート３１および第２の支持プレート３２を横切って延在し、これらを相互接続する、鋼プレートで作られた２つの補強材３３とを備える。同じかまたは類似のコネクタ３０が、周辺柱２０ｂの頂部に設けられる。上述の緊張材コネクタ３０は、いくつかの可能な実施形態の単なる一例であることを理解すべきである。例えば、緊張材コネクタ３０はスカート２７の一部でなくてもよく、代わりに柱２０ｂに組み込まれるかまたは取り付けられてもよい。

緊張材６１ｂは、中空円筒形鋼パイプ６２と、パイプ６２の端部の張力ヘッド６３とを備える。張力ヘッド６３は、その両側でパイプ６２から突出する２つの支持体６４を備える。緊張材６１ｂの鋼パイプ６２は通路３７を通ってその端部で延在し、張力ヘッド６３はコネクタ３０に受容され、そこで第１の支持プレート３１の後に引っ掛かる。緊張材６１ｂは、コネクタ３０の第３の支持プレート３３と緊張材６１の支持体６４との間に位置する緊張材６１ｂの端部にある一時的に設置された油圧シリンダ３５によって予張力が掛けられる。油圧シリンダ３５は、張力ヘッド６３を第１の支持プレート３１から離れる方に押し、その後、間隙は、鋼シムプレート３６で恒久的に満たされる。緊張材６１ｂの予張力印加後、油圧シリンダ３５は取り外される。

各緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、その一端に少なくとも１つの張力ヘッド６３を備え、各周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、各緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃに予張力を掛けることができるように、少なくとも１つの対応する緊張材コネクタ３０を備える。緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、その各端部に２つの張力ヘッド６３を備えてもよく、周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、張力ヘッド６３に対応する２つの緊張材コネクタ３０を備えてもよい。緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃはまた、張力ヘッド６３とは反対側の端部に、他の周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃにおけるコネクタに対応する鍛造された軸対称ヘッドを備えることもできる。緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃの予張力によって、少なくとも底部梁４６のすべてにおいて、ただしこの例ではすべての梁４５、４６において、底部梁４６を、およびこの例では上部梁４５も、中心柱２に向かってその長尺方向に付勢する、逆圧力が誘発される。緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃの予張力により、これらの構造部材は、最も強力な嵐の最大の波の間を除き、常に張力が掛かったままであり、これにより、構造部材は、せいぜい波サイクルの数秒などの短い期間のみ、時折緩むことがある。緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃは水平面内で舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃに剛性を提供する。

海洋プラットフォーム１には、タワー３０１の底部の周りで、周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃの上側に向かって上部梁４５のうちの１つ以上の上に延在する、ギャングウェイ１１が設けられる。あるいは、上部梁４５は、例えば、中心柱２と周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃとの間のアクセスのためのギャングウェイとして技術者によって使用され得るＩ梁またはＨ梁である。

海洋プラットフォーム１は、そのいくつかの構成要素が図２Ｂに概略的に示されている動き制御システムを備える。動き制御システムは、海洋プラットフォーム１を安定化し、風力タービンロータ３０３に対する空気力によって生じるモーメントに対抗するモーメントを提供するために、開放空気チャンバ７２内の空気レベルを調整するように構成される。動き制御システムは、中心柱２内に配置され、タービン電気システムによって電力供給される、空気圧縮機７５を備える。空気圧縮機７５は、入口弁７７に接続する空気分配パイプ７６に接続される。入口弁７７は、底部梁４６の内側であるかまたはその気密内部容積全体によって形成される、気密コンパートメント、高圧空気チャンバ、または高圧空気タンク８２と連通する。空気タンク８２は、空気圧縮機７５によって、７から１２バールの高圧空気で満たされる。空気圧縮機７５は、圧力が所定の値を下回ったときに空気タンク８２を自動的に充填し始めるように構成されてもよい。空気圧縮機７５を作動させるための電力（およそ１００ｋＷ以下）は、タービンシステムによって供給され得る。現場での風が不十分で、風力タービン３００が電力を生成しない場合、電力を供給するためにグリッドが使用されてもよい。

動き制御システムは、開放空気チャンバ７２ごとに、開放空気チャンバ７２の底部に、空気タンク８２から空気出口８１内に高圧空気を放出するように制御することができる自動出口弁７８を備える。したがって、放出される空気の量は、自動出口弁７８の開口部で正確に制御することができる。空気ノズルまたは空気出口８１は、空気流を開放空気チャンバ７２のベースに向かって誘導するために自動出口弁７８の下流に追加されてもよく、これによって動的揚力を生成する。あるいは、空気流は開放空気チャンバ７２の頂部に向かって誘導され、水はベースを通って開放空気チャンバ７２から逃げ、これにより動的揚力が生じる。動き制御システムは、各周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃに、開放空気チャンバ７２の頂部を周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃの頂部の上の大気に接続する自動放出弁８０を有する通気管路７９を備える。自動放出弁８０は、通気管路７９を開閉するように制御することができる。動き制御システムは、３つの直交する方向における海洋プラットフォーム１の並進および回転を監視するための６自由度機器を備える。

海洋プラットフォーム１の動きは、動き制御システムによって監視される。風速または風向に変化があると、浮体式風力タービン１０は傾斜する。傾斜の平均変化があるとき、空気量を増加させる必要がある場合、１つ以上の高圧タンク８２と周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃの底部チャンバ７２との間の自動出口弁７８は、海に接続された開放空気チャンバ７２内の空気を逃がすために開き、および／または空気量を減少させる必要がある場合、大気通気口７９を制御する１つ以上の自動放出弁８０が開く。発電を強化するために、動き制御システムを用いて改善されたロータの傾斜を達成することができる。

同様に、グリッド電力の損失またはこのようなタービン応答を引き起こす任意の他の問題による緊急停止を含む、風力タービン３００の停止がトリガされた場合、周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃの開放空気チャンバ７２内の空気は、対応する自動出口弁７８および放出弁８０を開放することによって調整される。これにより、このような事象によって生じると予想される海洋プラットフォーム１の最大傾斜が減少する。次いで、海洋プラットフォーム１は、風力タービン３００の開始準備ができるまで等吃水状態に戻る。

海面状態が高い場合、自動出口弁７８および放出弁８０は、波によって誘発される応答を低減するために、運動応答のタイミングに基づいて開放されてもよい。これにより、荒海で効率的に動作する浮体式風力タービン１０の能力が向上する。

動き制御システムは、風力タービン３００のタワー３０１が、風力発電所における電力の生成のために最適な角度のままであることを保証することができる。これは、ほとんどの大型商用風力タービンが、空力負荷によって生じる歪みによるブレード３０５とタワー底部との衝突を防止するために、風が来る方向に向かって上向きに傾斜したロータ３０３を有する三枚翼の風上タービンであるため、有利である。動き制御システムを動作させることにより、風負荷および生成される電力の低下を引き起こす、傾斜角が著しく増加することを防止する。

図示される実施形態では、周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃを相互接続する第１のセットの予張力が掛けられた緊張材６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃの頂部の近くおよび／または舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃよりも高い高度に設けられ、第２のセットの予張力が掛けられた緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、スカート２７の底部の近くおよび／または舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃよりも低い高度に設けられる。あるいは、周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃを相互接続する予張力が掛けられた緊張材６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃの頂部の付近および／または舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃよりも高い高度にのみ設けられてもよい。さらなる代替実施形態では、周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃを相互接続する予張力が掛けられた緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、スカート２７の底部の近くおよび／または舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃよりも低い高度にのみ設けられてもよい。さらに別の実施形態では、周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃを相互接続する予張力が掛けられた緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃの中心の近くおよび舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃの高度とほぼ同じ高度にのみ設けられてもよい。

図２Ｂに示されるように、中心柱２の円筒形上部セクション６は、タワー３０１の底部直径のものと一致し、これにより、円筒形上部セクション６は、５～１０メートルの頂部直径Ｄ１を有する。すると中心柱２は、最大２０メートルの円筒形底部セクション８における底部直径Ｄ２に達するように、外向きに広がることができる。中心柱２および周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、典型的に、２０～３０メートル、この例では約２４メートルの全高Ｈ１を有する。周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、６～１２メートルの直径Ｄ３を有する。水密甲板２６は全高Ｈ１の約半分に延在し、これにより、開放空気チャンバ７２は５～１５メートル、この例では約９メートルのチャンバ高Ｈ２を有する。海では、水は、チャンバ高Ｈ２よりも低い、３～９メートル、この例では約６メートルの水高Ｈ３まで開放空気チャンバ７２に侵入し、これにより、開放空気チャンバ７２内には常に圧縮空気が存在する。中心柱２および周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃの頂部は、平均水位よりも最大で１０～１５メートル上にあってもよく、吃水は１０～１５メートルで変化してもよい。

海洋プラットフォーム１の鋼部品は、海洋グレードの軟炭素鋼であるＳ３５５から形成される。いくつかの構成要素には、より強度の高い鋼も使用され得る。

図１Ｃに示されるように、緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃは各々、６０～９０メートル、この例では約７３メートルの長さＬ１を有する。緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、３００～６００ミリメートルの呼び径Ｄ４および１５～３０ミリメートルの壁厚を有する。いくつかの実施形態では、５～１８ミリメートルの壁厚を適用するために、より強度の高い鋼が使用されてもよい。油圧シリンダ３５によって誘発される予張力ストロークの長さは、緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃの長さＬの０．０４～０．０７％、この例では各緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃの長さＬの０．０５％である。これにより、２００～３００トン、この例では約２５０トンの緊張材２０ａ、２０ｂ、２０ｃの予張力を誘発する。上部緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃの予張力はほぼ同じであり、下部緊張材６１ａ、６１ｂ、６１ｃの予張力もほぼ同じであり、梁４５、４６に生じる逆圧もほぼ同じであり、緊張材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃの全域の周りに力対称性を与える。

浮体式風力タービン３１０は、風力タービン３００が電力を生成している間、海洋プラットフォーム１を現場に保持するために閉じることができ、または保守または廃船のために浮体式風力タービン３１０を岸に引き戻す必要がある場合に開くことができる係船索コネクタを通じて各周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃの底部に係船索が接続された状態で、定位置に保持される。

上記の第１の実施形態では、甲板２６が第１の円筒体２１を垂直に閉鎖空気チャンバ７１および開放空気チャンバ７２に分割する。あるいは、図２Ｂに破線で概略的に示されるように、第１の円筒体２１は、垂直プレート９３によって水平に閉鎖空気チャンバ７１および開放空気チャンバ７２に分割され、閉鎖空気チャンバ７１は、周壁２４の底縁と垂直プレート９３の底縁との間に延在する水平の竜骨プレート９４によって閉鎖される。閉鎖空気チャンバ７１はそれぞれの舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃに最も近く配置され、空気出口８１は開放空気チャンバ７２の底部に配置される。

図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の第２の実施形態による浮体式海洋プラットフォーム１０１を示す。海洋プラットフォーム１０１は、浮体式風力タービン１１０を形成するために風力タービン３００を支持する。第１の実施形態による浮体式海洋プラットフォーム１に対応する浮体式海洋プラットフォーム１０１の特徴には同じ参照番号が付され、以下では逸脱した特徴のみが説明される。

海洋プラットフォーム１０１の３つの周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、それぞれの舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃの径方向反対側で第１の円筒体２１に隣接する鋼の第２の円筒体２２を備える。スカート２７は、ジョイント円筒体２１、２２の周りに延在する。円筒体２１、２２は両方とも、第１の実施形態のような閉鎖空気チャンバ７１および開放空気チャンバ７２を備えてもよく、または遠位側にも係船索コネクタ９９を有する円筒体２１、２２の一方が空気出口８１を有する開放空気チャンバ７１を有し、他方が閉鎖空気チャンバ７１を形成する。

図５は、本発明の第３の実施形態による浮体式海洋プラットフォーム２０１の詳細を示す。海洋プラットフォーム２０１は、浮体式風力タービン２１０を形成するために風力タービン３００を支持する。第１および第２の実施形態による浮体式海洋プラットフォーム１、１０１に対応する浮体式海洋プラットフォーム２０１の特徴には同じ参照番号が付され、以下では逸脱した特徴のみが説明される。

海洋プラットフォーム２０１の３つの周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、互いに隣接し、両方ともそれぞれの舷外浮材４０ａ、４０ｂ、４０ｃの径方向反対側で第１の円筒体２１に隣接する、鋼の第２の円筒体２２および鋼の第３の円筒体２３を備える。スカート２７は、ジョイント円筒体２１、２２、２３の周りに延在する。円筒体２１、２２はすべて、第１の実施形態のような閉鎖空気チャンバ７１および開放空気チャンバ７２を備えてもよく、または円筒体２１、２２の一方が空気出口８１を有する開放空気チャンバ７１を有し、他方が閉鎖空気チャンバ７１を形成する。この実施形態では、第１の円筒体２１および第３の円筒体２３は、閉鎖空気チャンバ７１を形成するために竜骨プレート９４によって底部で閉鎖されており、第２の円筒体２２は、底部に空気出口８１を有する開放空気チャンバ７２を形成するために開放している。

図６は、本発明の第４の実施形態による浮体式海洋プラットフォーム４０１を示す。海洋プラットフォーム４０１は、この例では、海洋監視プラットフォームを形成するためにデータ測定および取得機器４１２を支持する。海洋監視プラットフォーム４１０は、例えば、総合開発用の洋上サイトを準備するために、ｍｅｔｏｃｅａｎ（風、波、潮流）、化学（腐食、海洋成長）、環境（海洋哺乳動物、鳥の渡り）、生物多様性（稚魚および遠海魚の密度）、および海洋養殖（甲殻類および藻類の成長速度、栄養密度）の測定およびデータ取得を実行するように構成されてもよい。

海洋プラットフォーム４０１は、一定の直径を有する垂直円筒形の中心柱４０２を備える。中心柱４０２は、海洋プラットフォーム４０１の主要な浮力チャンバであって機器４１２の大部分を収容する内部チャンバ４０５を画定する、周壁４０３、底壁４０４、および頂壁４０９を有する。中心柱４０２は鋼で作られている。中心柱４０２には、海洋プラットフォーム４０１の波によって誘発される動きを弱める、より大きい直径を有する底壁４０４の下の足場４２８が設けられてもよい。足場４２８は、足場が空気で満たされると機器４１２の重量を支持するのに役立ち、足場が水で満たされると海洋監視プラットフォーム４１０に安定性を提供するのに役立つように、中心柱４０２に追加の容積を提供することができる。

海洋プラットフォーム４０１は、この例では、中心柱４０２の周りに１２０度ごとに径方向に設けられた３つの垂直円筒形安定化または周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃを備える。周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃは各々、鋼周壁４２４、頂壁４２５、およびこの例ではスカート４２７を形成するために周壁４２４の底縁から水平に延在する底壁４２７を有する、鋼の第１の円筒体４２１を備える。鋼周壁４２４、頂壁４２５、および底壁４２７は、内部閉鎖空気チャンバ４７１を画定する。

海洋プラットフォーム４０１は、同じ径方向長さを有し、構造部品で構成される、３つの舷外浮材４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃを備える。舷外浮材４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃは、中心柱４０２を周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃに接続する。舷外浮材４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃは、互いに平行に延在する実質的に水平の上部梁４４５および実質的に水平の底部梁４４６を備える。上部梁４４５は鋼のＩ梁またはＨ梁であり、下部梁４４６は鋼の中空円筒形パイプである。舷外浮材４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃは、溶接によって、またはボルト接続を形成するために互いにボルト締めされたフランジによって、中心柱４０２および周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃに接続される。

海洋プラットフォーム４０１は、周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃのスカート４２７で周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃを相互接続する３つの予張力が掛かった細い構造部材または緊張材４６０ａ、４６０ｂ、４６０ｃと、３つの予張力が掛かった細い構造部材または緊張材４６１ａ、４６１ｂ、４６１ｃとを備える。緊張材４６０ａ、４６０ｂ、４６０ｃ、４６１ａ、４６１ｂ、４６１ｃは、この例では鋼またはアラミド繊維ケーブルとして具現化され、図１Ａ～図１Ｃの海洋プラットフォーム１について上記で説明されたのと同様の方法で予張力が掛けられてもよい。

図示される実施形態では、周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃを相互接続する同じ長さを有する第１のセットの予張力が掛けられた緊張材４６１ａ、４６１ｂ、４６１ｃは、周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃの頂部の近くおよび／または舷外浮材４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃよりも高い高度に設けられ、周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃを相互接続する同じ長さを有する第２のセットの予張力が掛けられた緊張材４６０ａ、４６０ｂ、４６０ｃは、スカート４２７の底部の近くおよび／または舷外浮材４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃよりも低い高度に設けられる。あるいは、周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃを相互接続する予張力が掛けられた緊張材４６０ａ、４６０ｂ、４６０ｃは、スカート４２７の底部の近くおよび／または舷外浮材４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃよりも低い高度にのみ設けられてもよい。さらなる代替実施形態では、周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃを相互接続する予張力が掛けられた緊張材４６１ａ、４６１ｂ、４６１ｃは、周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃの頂部の付近および／または舷外浮材４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃよりも高い高度にのみ設けられてもよい。さらに別の実施形態では、周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃを相互接続する予張力が掛けられた緊張材４６０ａ、４６０ｂ、４６０ｃ、４６１ａ、４６１ｂ、４６１ｃは、周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃの中心の近くおよび舷外浮材４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃとほぼ同じ高度にのみ設けられてもよい。

海洋プラットフォーム４０１には、中心柱４０２と周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃとの間のアクセスのために技術者によって使用され得る周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃの上側に向かって、中心柱４０２の頂壁４０９上で上部梁４４５の上方にギャングウェイ４１１が設けられる。

中心柱４０２は、１～３メートル、この例では約２メートルの直径を有する。中心柱４０２および周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃは、典型的に、５～１５メートル、この例では約１０メートルの全高を有する。周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃは、０．５～１．５メートル、この例では約０．８メートルの直径を有する。中心柱４０２および周辺柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃの頂部は、平均水位よりも最大で５～９メートル上にあってもよく、吃水は２～６メートルで変化してもよい。緊張材４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃは、各々１０～２０メートル、この例では約１５メートルの長さＬ２を有する。

海洋プラットフォーム１の鋼部品は、海洋グレードの軟炭素鋼であるＳ３５５から形成される。

海洋プラットフォーム４０１は、海洋監視プラットフォーム４１０が海洋を監視している間、海洋プラットフォーム４０１を現場に保持するために閉じることができ、または保守または廃船のために海洋監視プラットフォーム４１０を岸に引き戻す必要がある場合に開くことができる装置を通じて周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃのうちの１つの底部に少なくとも１つの係船索が接続された状態で、定位置に保持される。あるいは、周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃのうちの少なくとも１つは、周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃの底部に取り付けられたチェーンまたはロープの短いセクションを備える。係船索または係留システムは、海洋プラットフォーム４０１を定位置に保持するためにチェーンまたはロープに接続することができる。

海洋プラットフォーム４０１は、一連の機器および計器をホストするための中心柱４０２上のマスト４３０と、中心柱４０２に入るためのハッチ４３１と、船上に上るための梯子を用いて海洋プラットフォーム４０１にアクセスするためのボートランディング４３２とを備える。マスト４３０は、通信のため、および高く開けた場所にある必要がある機器４１２（ライダ、鳥レーダ）、アンテナなどのために提供される。

この例示的な実施形態では、海洋プラットフォーム４０１は、周辺柱４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ上の風力タービン４３３と、中心柱４０２上のマスト４３０に配置されたソーラーパネル４３４とを備える。風力タービン４３３およびソーラーパネル４３４は、図示されていないバッテリに電気的に接続される。風力タービン４３３、ソーラーパネル４３４、およびバッテリの組み合わせを使用すると、海洋プラットフォーム４０１は排出ゼロになる。いくつかの実施形態では、総電力需要は、概ね１つの風力タービン４３３の能力と同等である（設備利用率をファクターとする）。ソーラーパネル４３４は、長期間の低風速が発生し、いくつかの計器の電源が切られたときに、最小電力要件に合わせたサイズにすることができる。

中心柱４０２は、４つの図示されない主コンパートメント： すなわち、予想される使用可能な吃水を維持し、その重心を下げてそのメタセンター高を高めることによってプラットフォーム安定性を向上させるための、中心柱４０２のベースにあるバラストコンパートメントと； 重量制御のためにやはり低く、水素または他のガス状形成物が蓄積しないことを保証するために（中心柱の頂部を通るパイプなどを用いて）通気される、バッテリ保管領域と； すべての計器およびデータボードがラックに入れられ、プラットフォームサーバとインターフェースする、サーバルームと； （サーバは、すべての計器からの様々な信号の集約を実行し、これらを組み立て、必要に応じて事後分析を実行し、必要な情報を陸に送信する。） 訪問者または保守技術者用の工具およびＨＳ＆Ｅ機器のための保管領域とを有することができる。

データ測定および取得機器４１２、およびこれとともに海洋プラットフォーム４０１は、非常に明確な領域の海洋を特徴付けるように構成され得る。Ｍｅｔｏｃｅａｎは、（表面マッピングおよび正確な方向性のための波レーダなどを使用する）波、風力計またはライダを使用する風、水中ＡＤＣＰを使用する潮流、特定の計器を使用する湿度、気温および水温、気圧を含む。海洋化学は、海洋プラットフォーム４０１から懸架できる特定のプレートおよびケーブル上の海洋プラットフォーム４０１の開発またはミッションに対して行われる視覚測定を使用して監視することができる海洋成長および腐食を含む。加えて、塩分濃度、ｐＨ、および他の化学組成を直接測定することができる。海洋プラットフォーム４０１が鳥およびコウモリレーダを動作させることができ、海洋哺乳動物の移動を監視するための水中音響を有することができる、生物多様性。バイオハットを海洋プラットフォーム４０１上に載置することができ、手動のダイバー技術および音響の療法を使用して稚魚の成長を測定することができる。同様に、海洋プラットフォーム４０１の周りの沿岸遠海魚集団の存在および密度を評価することができる。リースされたサイトを地元の漁師または養殖業者と共有する可能性が強力な利益を有するが、サイトの知識が重要である、海洋養殖。栄養測定、ならびに様々な甲殻類および藻類の成長の監視を行うことができる。海洋プラットフォーム４０１に、ピアツーピア（Ｐ２Ｐ）または他の通信機器が取り付けられてもよく、「接続」されてもよい、通信。これは、ＷｉＦｉをローカルに、および場合によってはサイトにセルラ信号を提供することができる。

上記の説明は、好適な実施形態の動作を説明するために含まれており、本発明の範囲を限定するように意図しないことは、理解されるべきである。上記の議論より、本発明の範囲に包含されるであろう多くの変形例が、当業者にとって明らかとなるだろう。

Claims (19)

1. 中心柱と、前記中心柱の周りで周方向に存在する少なくとも３つの周辺柱と、前記周辺柱を前記中心柱に接続する前記中心柱から径方向に延在する梁とを備える浮体式海洋プラットフォームであって、前記梁は、鋼の中空円筒形パイプであり、前記周辺柱は、浮力空気チャンバを備え、前記浮体式海洋プラットフォームは、前記浮力空気チャンバ内の空気を排出する高圧空気タンクを備える動き制御システムであって、作動弁を使用して前記浮力空気チャンバに出入りする空気流を制御し、動きセンサに結合されたコンピュータシステムによって制御されるものを備え、前記高圧空気タンクは、前記梁のうちの１つの気密内部容積によって形成される、
   浮体式海洋プラットフォーム。
2. 前記周辺柱はベースを備え、前記浮力空気チャンバは前記ベースにおいて海に向かって開いている、
   請求項１に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
3. 前記動き制御システムは、前記高圧空気タンクを充填するように構成された空気圧縮機を備える、
   請求項２に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
4. 前記動き制御システムは、前記空気圧縮機による前記高圧空気タンクの充填を制御するように構成された入口弁を備える、
   請求項３に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
5. 前記動き制御システムは、開放浮力空気チャンバごとに、前記高圧空気タンクから前記対応する開放浮力空気チャンバ内への空気の排出を制御するように構成された出口弁を備える、
   請求項１に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
6. 前記動き制御システムは、開放浮力空気チャンバごとに、前記浮力空気チャンバを大気に接続し、前記開放浮力空気チャンバから前記大気への空気の放出を制御するように構成された、放出弁を備える、
   請求項１に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
7. 周辺柱の各隣接対の間に架かる構造部材を備え、前記構造部材は、予張力が掛けられ、鋼管を備えるかまたは鋼管で形成されている、
   請求項１に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
8. 前記周辺柱および前記構造部材は、ほぼ三角形の形状を形成する、
   請求項７に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
9. 前記構造部材は、前記構造部材の長さの０．０４％から０．０７％の間の予張力ストロークを誘発することによって、予張力が掛けられる、
   請求項７に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
10. 前記構造部材は、前記構造部材の長さの０．０５％の予張力ストロークを誘発することによって、予張力が掛けられる、
    請求項９に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
11. 前記梁は、前記中心柱に向かってその長尺方向に付勢される、
    請求項７に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
12. 前記周辺柱は、前記構造部材の一端のための通路を有するコネクタを備え、前記構造部材は、前記コネクタに受容される鋼管の端部に張力ヘッドを備え、前記構造部材の鋼管は、前記張力ヘッドから前記通路を通って延在する、
    請求項７に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
13. 前記周辺柱は、前記コネクタと前記張力ヘッドとの間に１つ以上のシムまたはシムプレートを備える、
    請求項１２に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
14. 前記構造部材は、前記鋼管の各端部に張力ヘッドを備え、前記周辺柱は各張力ヘッドに対応する２つのコネクタを備える、
    請求項１３に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
15. 共通の水平面内に延在する前記構造部材が同じ予張力を有する、
    請求項７に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
16. 前記径方向に延在する梁は、互いに平行に延在する上部梁および底部梁を備える、
    請求項１に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
17. 前記梁は円形断面を有する、
    請求項１に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
18. 前記中心柱は垂直に延在する、
    請求項１に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
19. 前記周辺柱は垂直に延在する、
    請求項１に記載の浮体式海洋プラットフォーム。

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