JP2023513432A - 浮体式海洋プラットフォーム - Google Patents

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Abstract

本発明は、中心柱と、前記中心柱の周りで周方向の少なくとも3つの周辺柱と、前記周辺柱を前記中心柱に接続する中心柱から径方向に延在する梁と、前記周辺柱の各隣接対の間に架かる構造部材とを備え、前記構造部材は、予張力が掛けられている、浮体式海洋プラットフォームに関する。

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 (48)

  1. 中心柱と、前記中心柱の周りで周方向の少なくとも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、前記周辺柱の各隣接対の間に架かる構造部材とを備え、前記構造部材は、予張力が掛けられている、
    浮体式海洋プラットフォーム。
  2. 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。
  3. 前記梁は円形断面を有する、
    請求項1から2のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  4. 前記梁はI字形断面を有する、
    請求項1から3のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  5. 前記中心柱は垂直に延在する、
    請求項1から4のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  6. 前記周辺柱は垂直に延在する、
    請求項1から5のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  7. 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1から6のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  8. 前記構造部材は、鋼管を備えるかまたは鋼管で形成される、
    請求項1から7のいずれか一項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、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、
    請求項1から8のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  10. 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端部に張力ヘッドを備え、前記構造部材は、前記張力ヘッドから前記通路を通って延在する、
    請求項1から9のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  11. 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10に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  12. 前記梁のうちの少なくとも1つはギャングウェイとして機能する、
    請求項1から11のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  13. 前記構造部材は、前記径方向に延在する梁の高度よりも低い高度に配置されている、
    請求項1から12のいずれか一項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、前記径方向に延在する梁の高度よりも高い高度に配置されている、
    請求項1から13のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  15. 前記梁は、ボルト接続を使用して前記柱に接続する、
    請求項1から14のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  16. 共通の水平面内に延在する前記構造部材は同じ予張力を有する、
    請求項1から15のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  17. 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、好ましく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1から16のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  18. 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1から17のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  19. 共通の水平面内に延在する前記梁は同じ付勢力を有する、
    請求項18に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  20. 前記周辺柱は浮力空気チャンバを備える、
    請求項1から19のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  21. 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放している、
    請求項20に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  22. 前記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前記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、
    請求項21に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  23. 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、
    請求項22に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  24. 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22または23に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  25. 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24に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  26. 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22から25のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  27. 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22から26のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  28. 前記周辺柱は、前記開放浮力空気チャンバとは別であってこれに隣接する閉鎖浮力空気チャンバを備える、
    請求項21から27のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  29. 中心柱と、前記中心柱の周りで周方向の少なくとも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、
    前記周辺柱は浮力空気チャンバを備え、前記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を備え、これは、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、
    浮体式海洋プラットフォーム。
  30. 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放している、
    請求項29に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  31. 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、
    請求項29または30に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  32. 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29から31のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  33. 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32に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  34. 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29から34のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  35. 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29から34のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  36. 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29から35のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  37. 前記梁は円形断面を有する、
    請求項29から36のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  38. 前記梁はI字形断面を有する、
    請求項29から37のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  39. 前記中心柱は垂直に延在する、
    請求項29から38のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  40. 前記周辺柱は垂直に延在する、
    請求項29から39のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  41. 前記梁のうちの少なくとも1つはギャングウェイとして機能する、
    請求項29から40のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  42. 前記梁は、ボルト接続を使用して前記柱に接続する、
    請求項29から41のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  43. 周辺柱の各隣接対の間に架かる構造部材であって、前記構造部材に予張力が掛けられている、構造部材を備える、
    請求項29から42のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  44. 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43に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  45. 前記構造部材は、前記径方向に延在する梁の高度よりも低い高度に配置されている、
    請求項43または44に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  46. 前記構造部材は、前記径方向に延在する梁の高度よりも高い高度に配置されている、
    請求項43から45のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  47. 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、好ましく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43から46のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
  48. 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43から47のいずれか一項に記載の浮体式海洋プラットフォーム。
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