JPWO2013084818A1 - 浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置及び検出方法、並びに浮体式風車設備 - Google Patents

Abstract

風力発電機が設置される浮体と水底に配置されるアンカーとを接続する係留ラインの切断検出装置であって、
前記係留ラインの少なくとも一部に取り付けられた信号発信部と、
前記信号発信部からの発信信号の変化に基づいて前記係留ラインの切断を検出するように構成された検出部とを備える。

Description

本開示は、浮体上に風車が立設された浮体式風車設備に適用され、浮体を水上に係留するための係留ラインの切断を検出する浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置及び検出方法、並びに浮体式風車設備に関する。

近年、地球環境の保全の観点から風力発電装置の普及が進んでいる。特に、発電効率の向上に有利な大型の風力発電装置を洋上や湖上等の水上に設置する計画が様々な場所で進められている。

水上に設置される風力発電装置として、水面に浮かぶ浮体上に風力発電機を設置した浮体式風車設備が知られている。一般的な浮体式風車設備は、浮体と、水底に配置されるアンカーとが係留ラインを介して接続されることによって、浮体が水上の所定位置に係留されるようになっている（例えば、特許文献１〜３参照）。

このような浮体式風車設備では、通常、あらゆる運転条件に対して浮体を所定位置に安定して保持可能なように、係留ラインの強度や張力等の係留システムの各種条件が設計されているが、浮体の安定係留に対する信頼性を向上させる観点から、係留システムの健全性を監視する技術が求められている。

そこで、特許文献４及び５には、係留ラインに作用する荷重を検出することによって係留ラインの健全性を監視する装置が開示されている。これらの装置は浮体式風車設備に適用されるものではないが、特許文献４には、係留ラインを支持するローラに荷重検出手段を設けて、係留ラインに作用する張力を監視する構成が記載されている。また、特許文献５には、係留設備と係留索との間に荷重計を介装して係留ラインに作用する荷重を検出し、荷重計の出力を船舶に送信する構成が記載されている。

特表２０１１−５２１８２０号公報 特開２００２−１８８５５７号公報 特表２００８−５４０９０２号公報 特開平１０−１９６８６号公報 特開昭６３−１５５７９６号公報

上記したように、浮体式風車設備を安定係留するためには、浮体式風車設備の各部位へ作用する風力、潮力及び波漂流力等の各種荷重、及び係留ラインの摩耗や腐食、疲労強度等の各種条件を考慮して係留システムを設計する必要がある。しかしながら、浮体式風車設備は、船舶等を係留する場合に比べて係留期間が長いことが多く、そのため例えば摩耗や腐食による係留ラインの強度低下等により予期せず係留ラインに不具合が生じる可能性がある。そこで、浮体式風車設備における安定係留への信頼性をより一層向上させるためには、係留システムの初期条件を満足するような設計を行った上で、更に係留ラインが切断された場合に早期にその状態を検出し得る技術が求められる。

一方、浮体式風車設備の係留ラインは、その大部分が水中に配置されるため、何らかの要因によって係留ラインが切断されてしまってもその状態を目視によって確認することは困難である。そのため、浮体式風車設備における係留ラインの切断を早期に把握するためには、目視によらず、係留ラインの切断を検出することが必要となる。

この点、特許文献４及び５には、係留ラインに作用する荷重（張力を含む）を検出することによって係留ラインの状態を把握する構成が開示されている。しかし、これらの特許文献に記載される監視システムは、例えば係留ラインに過大な張力が作用したことを検知し、係留ラインの切断等の不具合を未然に防止することを目的としたものであり、係留ラインの切断を検出する構成については何ら開示されていない。

本発明の少なくとも一実施形態の目的は、係留ラインの切断を早期に検出し得る浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置及び検出方法、並びに、浮体式風車設備を提供することである。

本発明の少なくとも一実施形態に係る浮体式風車設備の係留ライン切断検出装置は、風力発電機が設置される浮体と水底に配置されるアンカーとを接続する係留ラインの切断検出装置であって、前記係留ラインの少なくとも一部に取り付けられた信号発信部と、前記信号発信部からの発信信号の変化に基づいて前記係留ラインの切断を検出するように構成された検出部とを備えることを特徴とする。
なお、本明細書における“係留ライン”は、浮体の位置を保持するためのチェーン、ワイヤロープ、合成繊維ロープ又はこれらが複合したロープ等の主ライン、シャックル等の連結具、及び、中間ブイ又は中間シンカー等の中間補助具を含む。また、係留ラインの切断は、主ラインの切断、及び連結具の破損等によって主ラインによる浮体側とアンカー側との連結が切断された場合を含む。

上記浮体式風車設備の係留ライン切断検出装置では、係留ラインの少なくとも一部に信号発信部を取り付け、信号発信部からの発信信号の変化に基づいて検出部によって係留ラインの切断を検出するようにしている。そのため、目視の困難な水中で係留ラインが切断された場合であっても早期に係留ラインの切断を検出することができる。よって、係留ラインの切断に対して迅速に対策を講じることができ、浮体の安定係留に対する信頼性を向上させることが可能となる。

幾つかの実施形態では、前記信号発信部は、前記少なくとも一本の係留ラインに沿った状態で該一本の係留ラインに固定されて、光信号又は電気信号を伝達するように構成された信号ラインを含み、前記検出部は、前記信号ラインによって伝達される前記光信号又は前記電気信号が途絶えた時に前記少なくとも一本の係留ラインの切断を検出するように構成される。
上記実施形態では、係留ラインに沿った状態で信号ラインを係留ラインに固定しているので、係留ラインが切断した時に信号ラインも同時に切断される。すなわち、信号ラインを伝達する光信号又は電気信号が途絶えた時、係留ラインとともに信号ラインが切断されたことを検出できる。したがって、係留ラインの切断を容易に且つ確実に検出することが可能となる。

幾つかの実施形態では、各々の前記係留ラインの長手方向における少なくとも一部の領域には、複数の前記信号ラインが取り付けられている。
このように、係留ラインの長手方向における少なくとも一部の領域において、信号ラインを複数重ねて多重化することにより、係留ラインの切断以外の事象によっていずれかの信号ラインが切断してしまった場合にも、他の信号ラインからの光信号又は電気信号を検出していれば係留ラインは切断されていないと判断でき、係留ライン切断の誤検出を防ぐことができる。

幾つかの実施形態では、前記少なくとも一本の係留ラインは、複数の環状部材が連結されたチェーンを含み、前記信号ラインは、前記複数の環状部材のうち互いに離れて位置する２以上の環状部材に取り付けられている。
係留ラインは長尺であるので、全ての環状部材に信号ラインを固定すると時間や手間を要することとなる。そこで、信号ラインを、複数の環状部材のうち互いに離れて位置する２以上の環状部材に取り付けることで、係留ラインの切断とともに信号ラインが切断される構成を確保しながら信号ラインの取り付け作業の効率化が図れ、作業性を向上させることができる。

幾つかの実施形態では、前記信号ラインが光ファイバーである。
これにより、安価な装置構成によって係留ラインの切断を検出することが可能となる。

幾つかの実施形態では、前記少なくとも一本の係留ラインは、前記浮体と前記アンカーとの間に設けられる主ラインと、前記主ラインに取り付けられた少なくとも一つの中間ブイとを含み、前記信号発信部は、水面上に露出するように前記少なくとも一つの中間ブイに取り付けられており、前記検出部は、前記信号発信部からの前記発信信号が途絶えた時に前記少なくとも一本の係留ラインの切断を検出するように構成される。
係留ラインが切断されていない通常時において、係留ラインは、主ラインの一端側が浮体に取り付けられ、他端側がアンカーに取り付けられることによって主ラインに張力が付与され、これにより鉛直方向に対して斜め方向に主ラインが延在した状態となっている。中間ブイは斜め方向の主ラインの途中に取り付けられ、少なくとも一部が水面上に露出するように浮いている。主ラインが切断されたり、連結具の破損等によって主ラインによる浮体側とアンカー側との連結が切断されたりした場合、主ラインに張力が付与されなくなり、係留ラインの重量によって主ラインは中間ブイととともに水中に沈む。同時に、中間ブイに取り付けられた信号発信部も水中に沈み、これにより信号発信部が破損したり、あるいは破損せずとも検出部で信号を検出不能な状態となる。したがって、中間ブイに取り付けた信号発信部からの発信信号を監視することによって、係留ラインの切断を確実に検出することが可能となる。また、この実施形態では、中間ブイの露出部位に信号発信部を取り付け、その信号発信部からの信号を検出部で監視する構成であるので、既設の浮体システムにも容易に追設することが可能である。

幾つかの実施形態では、前記少なくとも一本の係留ラインは、前記浮体と前記アンカーとの間に設けられる主ラインと、前記主ラインに取り付けられた少なくとも一つの中間ブイとを含み、前記信号発信部は、水面上に露出するように前記少なくとも一つの中間ブイに取り付けられたＧＰＳ位置検出器であり、前記検出部は、前記ＧＰＳ位置検出器で検出される位置が変化した時に前記少なくとも一本の係留ラインの切断を検出するように構成される。
上記実施形態は、例えば主ラインのうちアンカー側の部位に取り付けられる中間ブイのように、係留ラインが切断されても水面上に露出した状態が維持される中間ブイに好適に用いられる。係留ラインの切断によって張力が殆ど作用していない状態となった主ラインは、潮力や波漂流力等によって位置が変化する場合がある。そのため、中間ブイに取り付けられたＧＰＳ位置検出器からの位置が変化したときに係留ラインの切断を検出することが可能となる。なお、中間ブイが沈んでしまった場合にも、上述と同様に、ＧＰＳ位置検出器の破損や発信信号の検出不能によって係留ラインの切断を検出することができる。

幾つかの実施形態では、前記信号発信部は、前記少なくとも一本の係留ラインに作用する応力を計測する応力計測部であり、前記検出部は、前記応力計測部で計測された応力が所定応力以下となった場合に前記係留ラインの切断を検出するように構成される。
少なくとも一本の係留ラインに作用する応力が所定応力以下となった場合、係留ラインに張力が殆ど作用していない状態であると判断できる。そのため、係留ラインに作用する応力を計測することで、係留ラインの切断を容易に且つ確実に検出できる。また、係留ラインの応力を所定応力と比較するのみで、正確な応力値を取得しなくても係留ラインの切断を検出可能であるため、各種の荷重が作用する浮体式風車設備においても適切に係留ラインの切断を検出できる。

幾つかの実施形態では、前記浮体側に前記係留ラインを支持する少なくとも一つの支持部が設けられており、前記少なくとも一つの支持部のうち前記アンカーに最も近い支持部と前記アンカーとの間の前記係留ラインに前記応力計測部が取り付けられている。
通常、浮体式風車設備では、浮体側における係留ラインの支持構造は、例えばローラやフェアリード等の複数の支持部によって構成されることが多い。そのため、係留ラインを支持する少なくとも一つの支持部のうちアンカーに最も近い支持部とアンカーとの間の係留ラインに応力計測部を取り付けることにより、浮体とアンカーとの間に作用する張力、すなわち係留ライン切断の判断に必要とされる張力を的確に検出することができる。

幾つかの実施形態では、前記応力計測部は、歪み計、ピエゾ素子又は光ファイバーの少なくとも一つを含む。

幾つかの実施形態では、前記少なくとも一本の係留ラインは、複数の環状部材が連結されたチェーンを含み、前記応力計測部は、少なくとも一つの前記環状部材に取り付けられた前記歪み計であり、前記環状部材に生じる応力を計測するように構成される。
このように、少なくとも一つの環状部材に取り付けられた歪み計によって応力を計測することにより、既存の係留ラインにも容易に付設することができる。また、大型の浮体式風車設備においては、係留ラインには大きな張力が作用するので、例えば２つの環状部材の間に取り付ける場合は歪み計もこの大きな張力に耐え得る強固な構造としなければならない。これに対して上記実施形態では、環状部材に歪み計を外付けする構成であるので、歪み計を簡素な構造とすることができる。

幾つかの実施形態では、前記信号発信部は、水中に配置されて水圧を計測する水圧計であり、前記検出部は、前記水圧計からの水圧に変化があった時に前記係留ラインの切断を検出するように構成される。
上述したように、係留ラインが切断されると係留ラインには殆ど張力が作用しない状態となって水中に沈むので、係留ラインに取り付けられた水圧計も同時に沈み、水圧が変化する。この水圧の変化を検出することによって、係留ラインの切断を容易に且つ確実に検出することが可能となる。

幾つかの実施形態では、前記浮体は、前記風車が設置される第１コラムと、該第１コラムに接続され、前記第１コラムとともに仮想平面視三角形の各頂点を形成する第２コラム及び第３コラムと、前記第１コラムを前記第２コラム及び前記第３コラムのそれぞれに接続する一対の連結部とを含み、前記少なくとも一本の係留ラインは、それぞれ、前記第１コラム、第２コラム及び第３コラムのいずれかに接続される、少なくとも４本の係留ラインからなり、前記検出部は、前記少なくとも４本の係留ラインのうち少なくとも一本の係留ラインが切断されたことを検出した時にアラームを出力するアラーム出力部をさらに備える。
このように、平面視仮想三角形の各頂点を形成する第１コラム、第２コラム及び第３コラムを含む浮体の構成としたため、平面視において広がりがある浮体によって風車が安定して支えられる。すなわち、浮体式風車設備全体としての重心位置から浮体の輪郭（外形）までの距離が長いため、浮体式風車設備を傾けようとするモーメントに抗して浮体が風力発電機を安定して支えることができる。また、第１コラム、第２コラム及び第３コラムのいずれかに接続される少なくとも４本の係留ラインを含むことにより、浮体の回転がより効果的に制止され、漂流力および旋回モーメントに対してより安定的に浮体を係留することができる。さらに、少なくとも４本の係留ラインのうち少なくとも一本の係留ラインが切断されたことを検出した時にアラームを出力することにより、係留ラインの不具合を早期に把握でき、迅速な対策を講じることが可能となる。

本発明の少なくとも一実施形態に係る浮体式風車設備用の係留ライン切断検出方法は、風力発電機が設置される浮体と水底に配置されるアンカーとを接続する係留ラインの切断検出方法であって、前記少なくとも一本の係留ラインに取り付けられた信号発信部からの信号を検出する信号検出ステップと、前記信号発信部からの発信信号の変化に基づいて前記係留ラインの切断を検出する切断検出ステップとを備えることを特徴とする。

上記浮体式風車設備用の係留ライン切断検出方法によれば、少なくとも一本の係留ラインに取り付けられた信号発信部からの信号を検出し、信号発信部からの発信信号の変化に基づいて係留ラインの切断を検出するようにしたので、目視の困難な水中で係留ラインが切断された場合であっても早期に係留ラインの切断を検出することができる。よって、係留ラインの切断に対して迅速に対策を講じることができ、浮体の安定係留に対する信頼性を向上させることが可能となる。

本発明の少なくとも一実施形態に係る浮体式風車設備用は、風力発電機と、前記風力発電機が設置される浮体と、水底に配置されるアンカーと、前記浮体及び前記アンカーを接続する少なくとも一本の係留ラインと、前記少なくとも一本の係留ラインが切断されたことを検出する係留ライン切断検出装置とを備え、前記係留ライン切断検出装置は、前記少なくとも一本の係留ラインに取り付けられた信号発信部と、前記信号発信部からの発信信号の変化に基づいて前記少なくとも一本の係留ラインの切断を検出するように構成された検出部とを含むことを特徴とする。

上記浮体式風車設備用によれば、目視の困難な水中で係留ラインが切断された場合であっても早期に係留ラインの切断を検出することができるので、係留ラインの切断に対して迅速に対策を講じることができ、浮体の安定係留に対する信頼性を向上させることが可能である。延いては浮体式風車設備の安定運転に対する信頼性を向上させることも可能となる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、少なくとも一本の係留ラインに取り付けられた信号発信部からの信号を検出し、信号発信部からの発信信号の変化に基づいて係留ラインの切断を検出するようにしたので、目視の困難な水中で係留ラインが切断された場合であっても早期に係留ラインの切断を検出することができる。よって、係留ラインの切断に対して迅速に対策を講じることができ、浮体の安定係留に対する信頼性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る浮体式風車設備の概略構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る係留ライン切断検出装置を備えた浮体式風車設備の側面図である。 ロワーハル及びコラムの構成例を示す平面図である。 係留ラインの浮体側取り付け部の周辺構造を示す側面図である。 ストッパを示す断面図である。 楔部材の構成例を示す斜視図である。 ガイド部を示す側面図である。 ガイド部を示す正面図である。 ガイド部を示す上面図である。 本発明の他の実施形態に係る係留ライン切断検出装置を備えた浮体式風車設備の側面図である。 本発明の他の実施形態に係る係留ライン切断検出装置を備えた浮体式風車設備の側面図である。 本発明の他の実施形態に係る係留ライン切断検出装置を備えた浮体式風車設備の部分側面図である。 応力計測部の取り付け例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る係留ライン切断検出装置を備えた浮体式風車設備の部分側面図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、実施形態として以下に記載され、あるいは、実施形態として図面で示された構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の一実施形態に係る浮体式風車設備の概略構成を示す斜視図である。図２は本発明の一実施形態に係る係留ライン切断検出装置を備えた浮体式風車設備の側面図である。図３はロワーハル及びコラムの構成例を示す平面図である。図４は係留ラインの浮体側取り付け部の周辺構造を示す側面図である。
なお、以下の説明では洋上に設けられた浮体式風車設備１を例示しているが、浮体式風車設備１の設置場所は洋上に限定されるものではなく、湖上や河川上等の水上であれば何れでもよい。また、浮体式風車設備１の一例として、セミサブ型の浮体１０を有する場合を例示しているが、係留ライン３０によって浮体１０とアンカー２５とが接続される構成であれば、スパー型等の他の浮体型の浮体式風車設備１にも適用できる。

図１及び図２に示すように、浮体式風車設備１は、水面に浮かぶ浮体１０と、浮体１０上に立設された風力発電機２と、水中に配置されるアンカー２５に浮体１０を係留するための係留ライン３０とを備えている。

一実施形態において、風力発電機２は、風を受けて回転する少なくとも１枚のブレード３と、ブレード３が取り付けられるハブ４と、ハブ４が回転自在に取り付けられるナセル６と、ナセル６を支持するタワー８とを有している。ナセル６はタワー８に対してヨー旋回可能であってもよく、通常は、風向きに応じてブレード３が風上側へ配向されるようにナセル６が旋回する。そして、風を受けたブレード３が回転することで、発電機によって発電が行われる。

図３に示すように、一実施形態において、浮体１０は、平面視において仮想三角形の頂点位置に配置された柱状の３つのコラム１２，１４，１６を有するとともに、第１コラム１２と第２コラム１４とを接続する長尺状の第１ロワーハル２０、及び第１コラム１２と第３コラム１６とを接続する長尺状の第２ロワーハル２２とを有する。そして、これら３つのコラム１２，１４，１６と２つのロワーハル２０，２２とによって、平面視において浮体１０は略Ｖ字状に形成されている。そして、平面視略Ｖ字状の真ん中に位置する第１コラム１２の上面には、上述した風力発電機２が設置されている。

また、第１ロワーハル２０と第２ロワーハル２２とが直角に交わるとともに、第１ロワーハル２０と第２ロワーハル２２との交角の二等分線に対して左右対称をなす仮想直角二等辺三角形の頂点位置に、上述した３つのコラム１２，１４，１６が配置されていてもよい。
さらに、特に図示しないが、第２コラム１４と第３コラム１６とを接続する第３のロワーハルを更に有してもよい。さらにまた、第１ロワーハル２０と第２ロワーハル２２とが、補強用の梁部材によって連結されていてもよい。
なお、上記実施形態では、第１コラム１２及び第２コラム１４、第１コラム１２及び第３コラム１６をそれぞれ接続する連結部としてロワーハル２０，２２を例示したが、連結部はこれに限定されるものではない。

また、少なくとも一本の係留ライン３０は、それぞれ、第１コラム１２、第２コラム１４及び第３コラム１６のいずれかに接続される、少なくとも４本の係留ライン３０から構成されてもよい。
一実施形態において、第１コラム１２には２つの係留ライン３０が接続される。該２つの係留ライン３０の主ライン３１は、それぞれ第１ロワーハル２０および第２ロワーハル２２の軸方向に沿った方向に延在している。また、第２コラム１４、第３コラム１６には、それぞれ３つの係留ライン３０が接続される。そして、浮体１０全体では合計８本の係留ライン３０が接続されている。これら８つの係留ライン３０の各々は、平面視において互いに交差しないように浮体１０から放射状に延在して配置される。

このように、平面視仮想三角形の各頂点を形成する第１コラム１２、第２コラム１４及び第３コラム１６を含む浮体１０の構成としたため、平面視において広がりがある浮体１０によって風力発電機２が安定して支えられる。すなわち、浮体式風車設備１全体としての重心位置から浮体の輪郭（外形）までの距離が長いため、浮体式風車設備１を傾けようとするモーメントに抗して浮体１０が風力発電機２を安定して支えることができる。また、第１コラム１２、第２コラ１４ム及び第３コラム１６のいずれかに接続される少なくとも４本の係留ライン３０を含むことにより、浮体１０の回転がより効果的に制止され、漂流力および旋回モーメントに対してより安定的に浮体１０を係留することができる。

また、浮体１０は、図１及び図２に示すように、その上面に風車２が設置されている第１コラム１２が主風向Ｗに対して風上側に位置するように配置されてもよい。その場合、第２コラム１４及び第３コラム１６は、第１コラム１２よりも主風向Ｗの風下側に位置するように配置される。このように、風車２が設置されている第１コラム１２を主風向Ｗの風上側に位置するように配置することで、風荷重を受けて背面側に傾倒しようとする風車２の安定性を高めることが出来る。

さらに、浮体１０には、図２に示すように、水底Ｅに固定された複数のアンカー２５にそれぞれ連結される複数の係留ライン３０を備えている。係留ライン３０は、浮体１０とアンカー２５とを連結する主ライン３１と、浮体１０に主ライン３１を連結するためのシャックル等の連結具（不図示）と、中間ブイ（図７、８参照）又は中間シンカー等の中間補助具を含む。主ライン３１は、チェーン、ワイヤロープ、合成繊維ロープ又はこれらが複合したロープ等であってもよい。この主ライン３１は、浮体１０とアンカー２５との間に、懸垂曲線を描くようにカテナリ状に接続されている。この係留ライン３０によって、浮体式風車設備１は、浮体１０に作用する漂流力や回転モーメントに抵抗して海上に係留されるようになっている。

一実施形態では、図４に示すように、係留ライン３０の支持構造として、浮体１０に主ライン３１の端部を固定する固定部４０と、主ライン３１が下方へ落下するのを防止するストッパ４２と、ストッパ４２よりアンカー２５側に設けられて主ライン３１を略鉛直方向に案内するガイド部５０とを有していてもよい。なお、これらの支持構造は、３つのコラム１２，１４，１６のそれぞれに接続される各係留ライン３０に対応してそれぞれ一つずつ設けられている。
以下に、第１コラム１２に設けられた支持構造を例示して、ストッパ４２とガイド部５０の具体的な構成例について説明する。

図５Ａは本発明の一実施形態におけるストッパ４２を示した断面図で、図５Ｂは楔部材の構成例を示す斜視図である。
図５Ａに示すように、ストッパ４２は、第１コラム１２の側面から張り出すように設けられた張り出し部材４３と、楔形状をなした楔部材４４（４４ａ，４４ｂ）とを含んでいる。

また、図５Ａに示すように、張り出し部材４３には、上方に向かって次第に開口が大きくなる孔部４５が形成されており、孔部４５には主ライン３１が挿通されている。そして、孔部４５に主ライン３１が挿通された状態で、楔部材４４ａ，４４ｂを孔部４５の上方から嵌め込むことで、所謂くさび効果により、楔部材４４ａ，４４ｂと主ライン３１との摩擦力によって主ライン３１が固定され、主ライン３１の下方への落下が防止されるようになっている。

一実施形態では、楔部材４４として、５Ｂに示すように、孔部４５に対して上方から嵌め込み可能に形成された形状を有する碗状部材を２分割した楔部材４４ａ，４４ｂが好適に用いられる。

図６Ａ〜図６Ｃは、一実施形態におけるガイド部を示した図であり、図６Ａは側面図、図６Ｂは正面図、図６Ｃは上面図である。
図６Ａ〜図６Ｃに示すように、一実施形態において、ガイド部５０は、第１コラム１２の側面との間で主ライン３１を挟むように配置されるフェアリード５０ａである。また、主ライン３１は、複数の環状部材３２が縦横順番に繋げられた鎖形状をなしている。

フェアリード５０ａは、第１コラム１２の側面から張り出すように設けられた一対の支持部材５２と、一対の支持部材５２の間に回転可能に支持される回転体５４とを備えている。また、回転体５４の外周上には、環状部材３２の長さに対応するピッチで、複数の凸部５６が形成されている。この凸部５６には、図６Ｂに示したように、正面視における中央部分にスリット５６ａが設けられており、該スリット５６ａに回転体５４に対して縦方向に配向される環状部材３２が介挿される。また、図６Ｃに示したように、回転体５４の外周上において隣接する凸部５６の間の平坦部５７には、回転体５４に対して横向きに配向される環状部材３２が収容される。そして、凸部５６のスリット５６ａに環状部材３２が介挿されることにより主ライン３１が第１コラム１２の側面に沿って鉛直方向に案内されるようになっている。
このように、上述したガイド部５０としてフェアリード５０ａを用いることで、アンカー２５から第１コラム１２の側面に向かってカテナリ状に斜めに延在している主ライン３１が、第１コラム１２の側面に沿って鉛直方向に滑らかに案内される。

上述した構成を有する浮体式風車設備１０は、図２及び図４に示すように、係留ライン３０の切断を検出するための係留ライン切断検出装置６０をさらに備えている。ここで、係留ライン３０の切断とは、主ライン３１の切断、及び連結具の破損等によって主ライン３１による浮体１０側とアンカー２５側との連結が切断された場合を含むものである。

一実施形態において、係留ライン切断検出装置６０は、係留ライン３０の少なくとも一部に取り付けられた信号発信部６１（６１ａ〜６１ｃ）と、信号発信部６０からの発信信号の変化に基づいて係留ライン３０の切断を検出するように構成された検出部６２とを有する。

信号発信部６０は、光信号を伝達するように構成された光ファイバーケーブルからなる信号ライン３１ａと、信号ライン６１ａに光信号を送信するための送信部６１ｂと、信号ライン６１ａを経た光信号を受信する受信部６１ｃとを含む。
一実施形態では、信号ライン６１ａは、少なくとも一本の主ライン３１に沿うように配置され、固定部材６３によって主ライン３１に固定される。主ライン３１は、潮力や波漂流力等によって水中で位置変化することから、信号ライン６１ａは、主ライン３１に対して余長をもって固定してもよい。また、信号ライン６１ａは、送信部６１ｂ又は受信部６１ｃからアンカー２５付近まで延在させてもよい。さらに、信号ライン６１ａは水中に配設されることから防水加工されていてもよい。送信部６１ｂは、信号ライン６１ａの一端側に接続され、信号ライン６１ａに光信号を送信する。送信部６１ｂから送信される光信号は、連続的であっても断続的であってもよい。受信部６１ｃは、信号ライン６１ａの他端側に接続され、送信部６１ｂから送信されて信号ライン６１ａを経た光信号を受信する。送信部６１ｂ及び受信部６１ｃは、浮体１０側の水面より上方に配置されてもよい。なお、図２には、送信部６１ｂ及び受信部６１ｃを浮体１０側に配置し、送信部６１ｂから伸びる信号ライン６１ａをアンカー２５側で屈曲させて受信部６１ｃに到達するように配置した場合を例示したが、信号ライン６１ａ、送信部６１ｂ及び受信部６１ｃの配置構成はこれに限定されるものではない。

検出部６２は、信号ライン６１ａによって伝達される光信号が途絶えた時に、係留ライン３０の切断を検出するように構成される。例えば、検出部６２は、浮体１０又は風力発電機２に設けられて、受信部６１ｃと無線回線又は有線回線で接続され、この回線を介して、受信部６１ｃで受信した光信号の変化が入力される。なお、送信部６１ｂも無線回線又は有線回線によって検出部６２に接続し、検出部６２によって光信号の送信を制御する構成としてもよい。そして、検出部６２は、この光信号の変化に基づいて係留ライン３０の切断を検出する。具体的には、検出部６２は、受信部６１ｃで受信される光信号が途絶えた時に、係留ライン３０が切断されたと判断する。検出部６２によって係留ライン３０の切断を検出した場合には、係留ライン３０の切断を作業員へ知らせるために、アラーム出力部（不図示）からアラームを出力するようにしてもよい。また、浮体式風車設備１を遠隔で監視する遠隔監視装置が設けられている場合には、検出部６２の検出結果を遠隔監視装置に送信し、遠隔監視装置にてアラームを出力するようにしてもよい。

このように、係留ライン３０の主ライン３１に沿った状態で信号ライン６１ａを主ライン３１に固定することによって、係留ライン３０が切断した時に信号ライン６１ａも同時に切断される。すなわち、信号ライン６１ａを伝達する光信号が途絶えた時、係留ライン３０とともに信号ライン６１ａが切断されたことを検出できる。したがって、係留ライン３０の切断を容易に且つ確実に検出することが可能となる。

なお、検出部６２は、受信部６１ｃと一体化して設けられてもよい。その場合、検出部６２の検出結果は、無線回線又は有線回線を介して、浮体１０又は風力発電機２に設けられた通信部（不図示）に送信される。そして、通信部によって、係留ライン３０の切断を示す検出結果を受信した場合に、アラームを出力するようにしてもよい。さらに、遠隔監視装置が設けられている場合には、通信部で受信した検出結果を遠隔監視装置に送信し、遠隔監視装置にてアラームを出力するようにしてもよい。

また、図４に示すように、複数の環状部材３２が連結されたチェーンによって主ライン３１が構成される場合、信号ライン６１ａは、複数の環状部材３２のうち互いに離れて位置する２以上の環状部材３２に取り付けられていてもよい。具体的には、信号ライン６１ａの全長に亘って所定間隔で、固定部材６３を用いて信号ライン６１ａを環状部材３２に複数個所で固定する。
主ライン３１は長尺であるので、全ての環状部材３２に信号ライン６１ａを固定すると時間や手間を要することとなる。そこで、信号ライン６１ａを、複数の環状部材３２のうち互いに離れて位置する２以上の環状部材３２に取り付けることで、主ライン３１の切断とともに信号ライン６１ａが切断される構成を確保しながら信号ライン６１ａの取り付け作業の効率化が図れ、作業性を向上させることができる。

さらに、各々の主ライン３１の長手方向における少なくとも一部の領域において、複数の信号ライン６１ａが取り付けられてもよい。このとき、主ライン３１の全長に亘って複数本の信号ライン６１ａを配設してもよい。
このように、主ライン３１の長手方向における少なくとも一部の領域において、信号ライン６１ａを複数重ねて多重化することにより、係留ライン３０の切断以外の事象によっていずれかの信号ライン６１ａが切断してしまった場合にも、他の信号ライン６１ａからの光信号を検出していれば係留ライン３０は切断されていないと判断でき、係留ライン切断の誤検出を防ぐことができる。

なお、上述では光信号の変化に基づいて係留ライン３０の切断を検出する構成について説明したが、光信号の替わりに電気信号の変化に基づいて係留ライン３０の切断を検出する構成としてもよい。その場合、信号ライン３１ａとしては、送信部３１ｂから送信された電気信号を伝達するケーブルが用いられる。

また、他の実施形態として、係留ライン切断検出装置は、以下に説明する図７〜図１１に示す構成を備えていてもよい。

図７は本発明の他の実施形態に係る係留ライン切断検出装置を備えた浮体式風車設備の側面図である。
図７に示すように、他の実施形態において係留ライン３０は、主ライン３１と、主ライン３１に取り付けられた少なくとも一つの中間ブイ３３とを含む。中間ブイ３３は、ワイヤー３４によって主ライン３１の途中に取り付けられ、少なくとも一部が水面上に露出している。

他の実施形態における係留ライン切断検出装置７０は、水面上に露出するように中間ブイ３３に取り付けられた信号発信部７１と、信号発信部７１からの発信信号の変化に基づいて係留ライン３０の切断を検出する検出部７２とを有する。

信号発信部７１は、連続的又は断続的に電波信号を発信するように構成されている。通常時には信号発信部７１は水面上に露出するように配置されているが、波をかぶる可能性もあるので、防水加工されていてもよい。例えば、防水加工されたケーシング内に信号発信部７１が収納され、中間ブイ３３が沈んだ時に水圧によってケーシングが破壊され、信号発信部７１が水没するように構成されてもよい。
検出部７２は、信号発信部７１からの電波信号を受信し、電波信号が途絶えた時に、係留ライン３０が切断されたことを検出するように構成されてもよい。なお、上記光ファイバーケーブル６１ａを用いた係留ライン切断検出装置６０と同様に、検出信号に基づいてアラームを出力する構成をさらに備えてもよいし、遠隔監視装置に対して検出信号を送信する構成をさらに備えてもよい。

そして、中間ブイ３３に取り付けられた信号発信部７１からの電波信号を検出部７２で受信する。係留ライン３０が切断されると、係留ライン３０の重量によって主ライン３１は中間ブイ３３ととともに水中に沈む。同時に、中間ブイ３３に取り付けられた信号発信部７１も水中に沈み、これにより信号発信部７１が破損したり、あるいは破損せずとも検出部７２で電波信号を受信不能な状態となる。したがって、中間ブイ３３に取り付けた信号発信部７１からの電波信号を監視することによって、係留ライン３０の切断を確実に検出することが可能となる。また、この実施形態では、中間ブイ３３の露出部位に信号発信部７１を取り付け、その信号発信部７１からの電波信号を検出部７２で監視する構成であるので、既設の浮体システムにも容易に追設することが可能である。
なお、上述では信号発信部７１から発信される信号として電波信号を例示したが、光信号等のように無線で発信可能な他の信号であってもよい。

図８は本発明の他の実施形態に係る係留ライン切断検出装置を備えた浮体式風車設備の側面図である。
図８に示すように、他の実施形態において係留ライン３０は、主ライン３１と、主ライン３１に取り付けられた少なくとも一つの中間ブイ３３とを含む。中間ブイ３３は、ワイヤー３４によって主ライン３１の途中に取り付けられ、少なくとも一部が水面上に露出している。

他の実施形態における係留ライン切断検出装置８０は、中間ブイ３３に取り付けられた信号発信部であるＧＰＳ位置検出器８１と、ＧＰＳ位置検出器８１で検出される位置の変化に基づいて係留ライン３０の切断を検出する検出部８２とを有する。なお、この実施形態は、例えば主ライン３１のうちアンカー２５側の部位に取り付けられる中間ブイ３３のように、係留ライン３０が切断されても水面上に露出した状態が維持される中間ブイ３３に好適に用いられる。

ＧＰＳ位置検出器８１は、ＧＰＳ衛星８３から得られたＧＰＳ信号に基づいて、ＧＰＳ位置検出器８１の現在の位置信号を検出部８２に送信する。ＧＰＳ位置検出器８１は防水加工されていてもよく、例えば防水加工されたケーシングに収納されてもよい。
検出部８２は、ＧＰＳ位置検出器８１から受信した現在の位置信号を、前回受信した位置信号又は予め設定された初期位置情報と比較して、前回受信した位置信号又は予め設定された初期位置情報から現在の位置信号が移動していた時に、係留ライン３０の切断を検出するように構成される。なお、係留ライン３０が切断されていない時にも中間ブイ３３の位置は僅かに変動することが考えられるので、検出部８２は、移動距離が閾値を超えた場合、あるいは、前回受信した位置信号又は予め設定された初期位置情報に基づいて設定された所定範囲内から現在の位置信号が外れた場合に、係留ライン３０が切断されたことを検出するように構成してもよい。

係留ライン３０が切断されて主ライン３１に張力が殆ど作用しない状態になると、潮力や波漂流力等によって中間ブイ３３の位置が変化する。そのため、上記したように、中間ブイ３３に取り付けられたＧＰＳ位置検出器８１からの位置が変化したときに係留ライン３０の切断を検出することによって容易に且つ確実に係留ライン３０の切断を検出可能となる。なお、この実施形態では、中間ブイ３３が沈んでしまった場合にも、図７で説明した構成と同様に、ＧＰＳ位置検出器８１の破損や発信信号の検出不能によって係留ライン３０の切断を検出することができる。

図９は本発明の他の実施形態に係る係留ライン切断検出装置を備えた浮体式風車設備の部分側面図で、図１０は応力計測部の取り付け例を示す図である。
図９に示すように、他の実施形態において、係留ライン切断検出装置９０は、係留ラインに取り付けられる信号発信部としての応力計測部９１と、応力計測部９１から発信される発信信号の変化に基づいて係留ライン３０の切断を検出するように構成された検出部９２とを有する。

応力計測部９１は、係留ライン３０に作用する応力を計測するように構成されている。応力計測部９１で計測された応力信号は、無線回線又は有線回線を介して、検出部９２に送信される。
検出部９２は、応力計測部９１で計測された応力が所定応力以下となった場合に係留ライン３０の切断を検出するように構成される。なお、上述したように、検出部９２で検出された検出結果に基づいてアラームを出力する構成をさらに備えてもよいし、検出結果を遠隔監視装置に送信する構成をさらに備えてもよい。

図１０に示すように、複数の環状部材３２が連結されたチェーンによって主ライン３１が構成される場合、応力計測部９１は、環状部材３２に取り付けられ、この環状部材３２の応力を計測するように構成される。具体的には、応力計測部９１として歪み計を用いる場合、環状部材３２の側面に歪み計９１を取り付ける。歪み計９１は、環状部材３２に対して所定角度間隔で複数取り付けてもよい。例えば、９０°毎に４つの歪み計９１を取り付ける。また、歪み計９１は、隣り合う環状部材３２同士が接触しない位置に取り付けられてもよい。係留ライン３０が切断されていない状態では、環状部材９１に対して図中矢印方向に所定の張力が作用している。係留ライン３０が切断された状態では、環状部材３２に殆ど張力が作用しない状態となり、環状部材９１の形状が変化する。この形状の変化を歪み計９１によって計測する。そして、検出部９２にて、歪み計９１の計測値から得られる環状部材３２への応力が所定応力以下となった時に、係留ライン３０が切断されたことを検出する。なお、応力計測部９１としては、歪み計の他にも、圧電体に加えられた力に基づいて応力を計測するピエゾ素子や、波長の変化によって応力を計測する光ファイバー等を用いることができる。

このように、係留ライン３０に作用する応力を計測することで、係留ライン３０の切断を容易に且つ確実に検出できる。また、係留ライン３０の応力を所定応力と比較するのみで、正確な応力値を取得しなくても係留ライン３０の切断を検出可能であるため、各種の荷重が作用する浮体式風車設備１においても適切に係留ライン３０の切断を検出できる。

また、図９に示すように、浮体１０側に係留ライン３０を支持するための固定部４０、ストッパ４２及びガイド部６０（フェアリード６０ａ）が設けられている場合、アンカー２５に最も近いガイド部６０（フェアリード６０ａ）とアンカー２５との間の係留ライン３０に応力計測部９０が取り付けられている。
このように、係留ライン３０を支持する少なくとも一つの支持部（固定部４０、ストッパ４２及びガイド部６０）のうちアンカー２５に最も近い支持部（ガイド部６０）とアンカー２５との間の係留ライン３０に応力計測部９１を取り付けることにより、浮体２０とアンカー２５との間に作用する張力、すなわち係留ライン切断の判断に必要とされる張力を的確に検出することができる。

図１１は本発明の他の実施形態に係る係留ライン切断検出装置を備えた浮体式風車設備の側面図である。
図１１に示すように、他の実施形態において、係留ライン切断検出装置１００は、係留ライン３０に取り付けられる信号発信部としての水圧計１０１と、水圧計１０１から発信される発信信号の変化に基づいて係留ライン３０の切断を検出するように構成された検出部１０２とを有する。

水圧計１０１は、水中に配置されて水圧を計測するように構成される。水圧計１０１で計測された水圧は、信号ケーブル１０３を介して検出部１０２に送信される。
検出部１０２は、水圧計１０１からの水圧に変化があった時に係留ライン３０の切断を検出するように構成される。具体的には、検出部１０２は、水圧計１０１からの水圧が予め設定された閾値を超えた時に係留ライン３０の切断を検出するように構成されてもよい。
係留ライン３０が切断されると係留ライン３０には殆ど張力が作用しない状態となり、自重により水中に沈むので、係留ライン３０に取り付けられた水圧計１０１も同時に沈み、水圧が変化する。したがって、この水圧の変化を検出することによって、係留ライン３０の切断を容易に且つ確実に検出することが可能となる。

以上説明したように、上述の実施形態によれば、係留ライン３０の少なくとも一部に信号発信部６１，７１，８１，９１，１０１を取り付け、信号発信部６１，７１，８１，９１，１０１からの発信信号の変化に基づいて、検出部６２，７２，８２，９２，１０２によって係留ライン３０の切断を検出するようにしている。そのため、目視の困難な水中で係留ライン３０が切断された場合であっても早期に係留ライン３０の切断を検出することができる。よって、係留ライン３０の切断に対して迅速に対策を講じることができ、浮体の安定係留に対する信頼性を向上させることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

１ 浮体式風車設備
２ 風力発電機
３ ブレード
４ ハブ
６ ナセル
８ タワー
１０ 浮体
１２ 第１コラム
１４ 第２コラム
１６ 第３コラム
２０ 第１ロワーハル
２２ 第２ロワーハル
２５ アンカー
３０ 係留ライン
３１ 主ライン
３２ 環状部材
３３ 中間ブイ
４０ 固定部
４２ ストッパ
４３ 張り出し部材
４４，４４ａ，４４ｂ 楔部材
４５ 孔部
５０ ガイド部
５０ａ フェアリード
５２ 支持部材
５４ 回転体
５６ 凸部
５６ａ スリット
５７ 平坦部
６０，７０，８０，９０，１００ 係留ライン切断検出装置
６１，７１ 信号発信部
６１ａ 信号ライン
６１ｂ 送信部
６１ｃ 受信部
６２，７２，８２，９２，１０２ 検出部
６３ 固定部材
８１ 信号発信部（ＧＰＳ位置検出器）
８３ ＧＰＳ衛星
９１ 信号発信部（応力計測部）
１０１ 信号発信部（水圧計）

Claims (15)

1. 風力発電機が設置される浮体と水底に配置されるアンカーとを接続する係留ラインの切断検出装置であって、
   前記係留ラインの少なくとも一部に取り付けられた信号発信部と、
   前記信号発信部からの発信信号の変化に基づいて前記係留ラインの切断を検出するように構成された検出部とを備えることを特徴とする浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置。
2. 前記信号発信部は、前記少なくとも一本の係留ラインに沿った状態で該一本の係留ラインに固定されて、光信号又は電気信号を伝達するように構成された信号ラインを含み、
   前記検出部は、前記信号ラインによって伝達される前記光信号又は前記電気信号が途絶えた時に前記少なくとも一本の係留ラインの切断を検出するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置。
3. 各々の前記係留ラインの長手方向における少なくとも一部の領域には、複数の前記信号ラインが取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置。
4. 前記少なくとも一本の係留ラインは、複数の環状部材が連結されたチェーンを含み、
   前記信号ラインは、前記複数の環状部材のうち互いに離れて位置する２以上の環状部材に取り付けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置。
5. 前記信号ラインが光ファイバーであることを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置。
6. 前記少なくとも一本の係留ラインは、前記浮体と前記アンカーとの間に設けられる主ラインと、前記主ラインに取り付けられた少なくとも一つの中間ブイとを含み、
   前記信号発信部は、水面上に露出するように前記少なくとも一つの中間ブイに取り付けられており、
   前記検出部は、前記信号発信部からの前記発信信号が途絶えた時に前記少なくとも一本の係留ラインの切断を検出するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置。
7. 前記少なくとも一本の係留ラインは、前記浮体と前記アンカーとの間に設けられる主ラインと、前記主ラインに取り付けられた少なくとも一つの中間ブイとを含み、
   前記信号発信部は、水面上に露出するように前記少なくとも一つの中間ブイに取り付けられたＧＰＳ位置検出器であり、
   前記検出部は、前記ＧＰＳ位置検出器で検出される位置が変化した時に前記少なくとも一本の係留ラインの切断を検出するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置。
8. 前記信号発信部は、前記少なくとも一本の係留ラインに作用する応力を計測する応力計測部であり、
   前記検出部は、前記応力計測部で計測された応力が所定応力以下となった場合に前記係留ラインの切断を検出するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置。
9. 前記浮体側に前記係留ラインを支持する少なくとも一つの支持部が設けられており、
   前記少なくとも一つの支持部のうち前記アンカーに最も近い支持部と前記アンカーとの間の前記係留ラインに前記応力計測部が取り付けられていることを特徴とする請求項８に記載の浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置。
10. 前記応力計測部は、歪み計、ピエゾ素子又は光ファイバーの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項８又は９に記載の浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置。
11. 前記少なくとも一本の係留ラインは、複数の環状部材が連結されたチェーンを含み、
    前記応力計測部は、少なくとも一つの前記環状部材に取り付けられた前記歪み計であり、前記環状部材に生じる応力を計測するように構成されたことを特徴とする請求項１０に記載の浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置。
12. 前記信号発信部は、水中に配置されて水圧を計測する水圧計であり、
    前記計測部は、前記水圧計からの水圧に変化があった時に前記係留ラインの切断を検出するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置。
13. 前記浮体は、前記風車が設置される第１コラムと、該第１コラムに接続され、前記第１コラムとともに仮想平面視三角形の各頂点を形成する第２コラム及び第３コラムと、前記第１コラムを前記第２コラム及び前記第３コラムのそれぞれに接続する一対の連結部とを含み、
    前記少なくとも一本の係留ラインは、それぞれ、前記第１コラム、第２コラム及び第３コラムのいずれかに接続される、少なくとも４本の係留ラインからなり、
    前記検出部は、前記少なくとも４本の係留ラインのうち少なくとも一本の係留ラインが切断されたことを検出した時にアラームを出力するアラーム出力部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１２に記載の浮体式風車設備用の係留ライン切断検出装置。
14. 風力発電機が設置される浮体と水底に配置されるアンカーとを接続する係留ラインの切断検出方法であって、
    前記少なくとも一本の係留ラインに取り付けられた信号発信部からの信号を検出する信号検出ステップと、
    前記信号発信部からの発信信号の変化に基づいて前記係留ラインの切断を検出する切断検出ステップとを備えることを特徴とする浮体式風車設備用の係留ライン切断検出方法。
15. 風力発電機と、
    前記風力発電機が設置される浮体と、
    水底に配置されるアンカーと、
    前記浮体及び前記アンカーを接続する少なくとも一本の係留ラインと、
    前記少なくとも一本の係留ラインが切断されたことを検出する係留ライン切断検出装置とを備え、
    前記係留ライン切断検出装置は、前記少なくとも一本の係留ラインに取り付けられた信号発信部と、前記信号発信部からの発信信号の変化に基づいて前記少なくとも一本の係留ラインの切断を検出するように構成された検出部とを含むことを特徴とする浮体式風車設備。
    

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