JP6622208B2 - 浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法 - Google Patents

浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本願は、2014年2月6日に提出した米国特許仮出願第61/936,596号に基づく利益を主張するものであり、この仮出願の開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は広くは、風車プラットフォームに関する。特には、本発明は、浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法を改良したものと、そのような浮体式風車プラットフォームを係留する方法を改良したものに関する。
風のエネルギーを電力に変換する風車が知られており、代替エネルギー源を電力会社に提供する。地上では、1つの地理的区域に、大量の風車群(風車の数は数百基に及ぶことが多い)をまとめて配置することがある。これらの大量の風車は、望ましくないことに、高レベルのノイズを発生させることがあり、景観的にも不愉快とみなされる場合がある。丘、森、及び建築物などの障害物が原因で、これらの陸上風車にとって最適な気流を得られないこともある。
風車群は、洋上に配置されることもあるが、沿岸の近くにおいて、風車を海底の基礎に固定して取り付けられる水深の場所に配置される。沖では、風車に当たる気流が、様々な障害物(すなわち、丘、森、及び建築物)の存在によって妨げられる可能性が低く、その結果、平均風速が速くなり、電力が大きくなる。沿岸に近い場所で、風車を海底に取り付けるのに必要とされる基礎は、比較的高価であり、比較的浅い水深(最大約25メートルの水深など)でしか実現できない。
水深30メートル以上の米国沖の洋上における風のエネルギー容量は約3,200TWh/年であると米国国立再生可能エネルギー研究所が割り出している。これは、米国のエネルギー使用量の合計(約3,500TWh/年)の約90パーセントに相当する。洋上風力資源の大半は、37〜93キロメートル沖に存在し、この地域では、水深は60メートルを超える。このような深い水域では、固定式の風車用基礎は、経済上、実現不能な可能性が高い。この制限が、風車用の浮体式プラットフォームの開発につながっている。
既知の浮体式風車プラットフォームは、鋼から形成されており、海洋の石油及びガス産業で開発された技術をベースとしている。浮体式風車プラットフォームの他の例は、2011年11月4日に提出された国際出願PCT/US2011/059335号(2012年5月10日に国際公開第2012061710A2号として公開)と、2013年4月15日に提出された米国特許出願第13/863,074号(2013年9月12日に米国特許出願公開第2013/0233231A1号として公開)と、2014年9月24日に提出された国際出願PCT/US2014/057236号(2012年5月10日に国際公開第2012061710A2号として公開)に記載されており、いずれの開示も、参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、依然として、浮体式風車プラットフォームを組み立て、係留する方法を改良したものを提供する必要性が存在する。
本発明は、浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法を改良したものに関する。一実施形態では、浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法は、第1の水深を有する水中に構築されたコファダム又は乾ドックで、浮体式風車プラットフォームの土台アセンブリーを形成してから、そのコファダム又は乾ドックに水を張り、第2の水深を有する水中の組み立て区域に、組み立てた土台アセンブリーを浮かせることを含む。続いて、土台アセンブリーの上に、センターコラムと複数のアウターコラムを組み立てるか又は形成する。センターコラムの上に、タワーを組み立てるか又は形成する。続いて、タワーに風車を組み立て、それによって浮体式風車プラットフォームを画定する。
当業者であれば、下記の詳細な説明を添付の図面に照らして読めば、下記の詳細な説明から本発明の他の利点が分かるであろう。
図1は、本発明による改良型の浮体式風車プラットフォームの立面図である。
図1Aは、図1に示されている浮体式風車プラットフォームの代替的実施形態の部分拡大立面図であり、垂直軸風車を示している。
図2は、図1に示されている改良型の浮体式風車プラットフォームの斜視図である。
図3は、図1及び2に示されている改良型の浮体式風車プラットフォームの分解斜視図である。
図4Aは、図1〜3に示されている土台アセンブリーであって、本発明による浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法を改良したものの第1の実施形態に従って形成された土台アセンブリーの部分斜視図である。
図4Bは、図4Aに示されている土台アセンブリーの部分斜視図であり、底梁とキーストーンの側壁を示している。
図4Cは、図4A及び4Bに示されている土台アセンブリーの部分斜視図であり、底梁とキーストーンの上壁を示している。
図5Aは、図4Cに示されている土台アセンブリーの斜視図であり、ドックに隣接して浮いている状態で示されており、センターコラムとアウターコラムが部分的に形成された状態で示されている。
図5Bは、図5Aに示されている土台アセンブリーの斜視図であり、完全に形成されたセンターコラムとアウターコラムを示している。
図5Cは、図5Bに示されている土台アセンブリーの斜視図であり、上部梁が設置された状態を示しており、浮体式風車プラットフォームの基礎が画定されている。
図6Aは、図5Cに示されている基礎の斜視図であり、タワーが完全に形成された状態を示している。
図6Bは、図6Aに示されている基礎の斜視図であり、その基礎にナセルが組み立てられた状態を示している。
図6Cは、図6Bに示されている基礎の斜視図であり、その基礎にハブが組み立てられた状態を示している。
図6Dは、完全に組み立てられた浮体式風車プラットフォームであって、図6Cに示されている基礎とタワーとを備える浮体式風車プラットフォームの斜視図である。
図7Aは、浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法を改良したものの第3の実施形態に従って、乾ドックで形成された土台アセンブリーを示す斜視図であり、センターコラムとアウターコラムが部分的に形成された状態を示している。
図7Bは、図7Aに示されている土台アセンブリーの斜視図であり、センターコラムとアウターコラムが完全に形成された状態を示している。
図7Cは、図7Bに示されている土台アセンブリーの斜視図であり、上部材が設置された状態を示しており、浮体式風車プラットフォームの基礎が画定されている。
図8Aは、浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法を改良したものの第3の実施形態の第1の工程の際に見られる乾ドックの斜視図である。
図8Bは、図8Aに示されている乾ドックの斜視図であり、浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法を改良したものの第3の実施形態の第2の工程を示している。
図8Cは、図8A及び8Bに示されている乾ドックの斜視図であり、浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法を改良したものの第3の実施形態の第3の工程で形成された土台アセンブリーを示している。
図8Dは、図8Cに示されている土台アセンブリーの斜視図であり、センターコラムとアウターコラムが完全に形成された状態を示している。
図8Eは、図8Dに示されている土台アセンブリーの斜視図であり、上部材が設置された状態を示しており、浮体式風車プラットフォームの基礎が画定されている。
図9Aは、浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法を改良したものの第5の実施形態の第1の工程の際に見られる土台アセンブリーの立面図である。
図9Bは、図9Aに示されている土台アセンブリーであって、浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法を改良したものの第5の実施形態の第2の工程の際に見られる土台アセンブリーの立面図である。
図9Cは、図9A及び9Bに示されている土台アセンブリーであって、浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法を改良したものの第5の実施形態の第3の工程の際の土台アセンブリーの立面図である。
図10は、浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法を改良したものの第6の実施形態に従って、組み立て区域で組み立てられた浮体式風車プラットフォームの立面図である。
図11は、図1〜3に示されている浮体式風車プラットフォームの一部の立面図であり、浮体式風車プラットフォームを係留する方法の第1の実施形態を示している。
図12Aは、図1〜3に示されている浮体式風車プラットフォームを係留するのに用いるアンカーの第1の実施形態の立面図である。
図12Bは、図1〜3に示されている浮体式風車プラットフォームを係留するのに用いるアンカーの第2の実施形態の立面図である。
図12Cは、図1〜3に示されている浮体式風車プラットフォームを係留するのに用いるアンカーの第3の実施形態の立面図である。
図12Dは、図1〜3に示されている浮体式風車プラットフォームを係留するのに用いるアンカーの第4の実施形態の立面図である。
図13は、水域の平面図であり、風車発電所の第1の実施形態を示している。
図14は、水域の平面図であり、風車発電所の第2の実施形態を示している。
以下では、本発明の具体的な実施形態を時折参照しながら、本発明について説明していく。しかしながら、本発明は、違う形態で具現化してもよく、本明細書に示されている実施形態に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示を更に綿密で完全なものにするように、かつ本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように示されている。
図面、特に図1を参照すると、水域の底に係留されている浮体式風車支持システム、すなわちプラットフォーム10の第1の実施形態が示されている。図示されている実施形態では、浮体式風車支持プラットフォーム10は、海底Sに係留された状態で示されている。この海底は、浮体式風車支持プラットフォーム10を稼働させることになるいずれの水域の底であってもよいことが分かるであろう。図示されている浮体式風車プラットフォーム10は、下に詳述されているタワー14を支える基礎12を備える。タワー14は、風車16を支える。基礎は半潜水式であり、半分が水面下に沈んだ状態で水域内で浮かぶように構造化及び構成されている。したがって、基礎12が水に浮かんでいるときには、基礎12の一部が水上に位置することになる。図示されているように、基礎12の一部は、水位線WLよりも下に位置する。本明細書で使用する場合、水位線は、水面が浮体式風車プラットフォーム10と接する大まかな線として定義する。係留ライン18が浮体式風車プラットフォーム10に取り付けられていてよく、更に、その水域での浮体式風車プラットフォーム10の移動を制限するように、海底Sのアンカー20のようなアンカーに取り付けられていてよい。
以下で更に詳細に説明するように、また、図2に最も明確に示されているように、図示されている基礎12は、キーストーン24から径方向外側に延びるとともに、浮力をもたらす3つの底梁22から形成されている。内側コラム、すなわちセンターコラム26がキーストーン24に取り付けられており、3つのアウターコラム28が、底梁22の遠位端に、又は底梁22の遠位端の近くに取り付けられている。センターコラム26とアウターコラム28は、上方、かつ底梁22に対して垂直に延びるとともに、浮力ももたらす。加えて、センターコラム26はタワー14を支える。径方向支持梁、すなわち上部梁30がセンターコラム26と各アウターコラム28に連結している。タワー14は、センターコラム26に取り付けられている。所望に応じて、通路、すなわちキャットウォーク32を各上部梁30に取り付けてよい。各キャットウォーク32は、タワー14の底面の全体又は一部の周囲に取り付けられた連結キャットウォーク32aによって連結されていてよい。
本明細書に示されている実施形態では、風車16は水平軸風車である。あるいは、風車は、図1Aの16’で示されているような垂直軸風車であってもよい。風車16のサイズは、浮体式風車プラットフォーム10が係留される場所の風況と所望の発電出力によって変化することになる。例えば、風車16の出力は、約5MWであってよい。あるいは、風車16の出力は、約1MW〜約10MWの範囲内であってもよい。
風車16は、回転可能なハブ34を備える。少なくとも1つの回転翼36がハブ34に結合されているとともに、ハブ34から外側に延びている。ハブ34は、発電機(図示なし)に回転可能に結合されている。発電機は、変圧器(図示なし)と、図1に示されているような水中電力ケーブル21を介して、電力系統(図示なし)に連結されていてもよい。図示されている実施形態では、ローターは3つの回転翼36を有する。別の実施形態では、ローターは、3つ超又は3つ未満の回転翼36を有してもよい。風車16には、ハブ34の向かい側にナセル37が取り付けられている。
図3に示されているように、キーストーン24は、上壁24aと、下壁24cと、径方向外側に延びる3つの脚部38を備える。各脚部38は、底梁22に取り付けられる実質的に垂直な連結面を画定する端壁38aと、対向し合う側壁38cとを備える。
図示されている実施形態では、キーストーン24は、3つの脚部38を備える。あるいは、キーストーン24は、4つ以上の底梁22に取り付けるために、4つ以上の脚部を備えてもよい。
図示されているキーストーン24は、プレストレスト補強コンクリートから形成されており、内部中央の空洞(図示なし)を備えてよい。各脚部38は、内部脚部空洞(図示なし)も備えてよい。遠心コンクリートプロセス又は従来のコンクリート型など、いずれかの望ましいプロセスを用いて、キーストーン24を製造してよい。あるいは、プレキャストコンクリート業界で使われているような他のプロセスを用いてもよい。キーストーン24のコンクリートは、高張力鋼ケーブル及び高張力鋼補強筋又は鉄筋など、いずれかの従来の補強材で補強してよい。あるいは、キーストーン24は、FRP、鋼、又はプレストレスト補強コンクリートとFRPと鋼とを組み合わせたものから形成してよい。
また、図3に示されているように、各底梁22は、上壁22aと、下壁22cと、対向し合う側壁22dと、キーストーン24の脚部38の端壁38aに連結される第1の端壁22eと、半筒状の第2の端壁22fとを備える。キーストーン24のように、図示されている底梁22は、上記のようなプレストレスト補強コンクリートから形成されている。あるいは、底梁22は、FRP、鋼、又はプレストレスト補強コンクリートとFRPと鋼を組み合わせたものから形成されていてもよい。
所望される場合、各底梁22に、第1のバラスト室(図示なし)が1つ以上、形成されていてもよい。また、各アウターコラム28に、第2のバラスト室(図示なし)が1つ以上、形成されていてもよい。
再び図3を参照すると、センターコラム26は、外面56aと、第1の軸方向端部56bと、第2の軸方向端壁56cとを有する円筒形の側壁56を備え、中空の内部空間(図示なし)を画定する。同様に、アウターコラム28は、外面60aと、第1の軸方向端部60bと、第2の軸方向端壁60cとを有する円筒形の側壁60を備え、中空の内部空間(図示なし)を画定する。キーストーン24と底梁22のように、図示されているセンターコラム26とアウターコラム28は、上記のようなプレストレスト補強コンクリートから形成されている。あるいは、センターコラム26とアウターコラム28は、FRP、鋼、又はプレストレスト補強コンクリートとFRPと鋼を組み合わせたものから形成されていてもよい。センターコラム26とアウターコラム28は、下に詳述されているように、複数の断片で形成してもよい。
図示されている浮体式複合風車プラットフォーム10は、3つの底梁22と3つのアウターコラム28を備える。しかしながら、改良型の浮体式複合風車プラットフォーム10は、4つ以上の底梁22とアウターコラム28を有するように構築してもよいことが分かるであろう。
図3を参照すると、上部材30は、実質的に軸方向に負荷される部材として構成されており、センターコラム26の上端と、各アウターコラム28の上端との間に、実質的に水平に延びている。図示されている実施形態では、上部材30は、外径が約4フィート(1.2m)の管状の鋼で形成されている。あるいは、上部材30は、FRP、プレストレスト補強コンクリート、又はプレストレスト補強コンクリートとFRPと鋼を組み合わせたものから形成されていてよい。各上部材30は、各端部に取り付けブラケット30aを備える。取り付けブラケット30aは、ねじ式固定具などのように、センターコラム26と各アウターコラム28上の鋼プレートなどの取り付け部材30bに取り付けるように構成されている。
上部材30は更に、タワー14の底面の曲げモーメントに実質的に抵抗しないように設計及び構成されており、曲げ荷重を担わない。むしろ、上部材30は、センターコラム26とアウターコラム28との間で引張力と圧縮力を受けたり付与したりする。
図示されている上部材30は、直径約4フィートの鋼で形成されており、補強コンクリートから形成された類似の梁よりも軽くて薄い。浮体式風車プラットフォーム10の上部に、比較的軽くて薄い上部材30、すなわち、軸方向に負荷される部材を用いることにより、浮体式風車プラットフォーム10の底部(重量が最も必要とされるプラットフォーム構造体である)の方に、大きい相対重量を配分可能になる。重量の減少はかなりのものにできる。例えば、重量が約800,000ポンドのコンクリート部材を、重量が約70,000ポンドの鋼製の梁に交換できるので、材料コストと建設コストの節約という利点も得られる。
図示されている実施形態では、タワー14は、中空の内部空間14bを画定する外壁14aを有する管状をしており、いずれかの好適な外径と高さを有してよい。図示されている実施形態では、タワー14の外径は、その底面における第1の直径から、その上端における第2の直径であって、第1の直径よりも小さい第2の直径に向かって細くなっている。図示されているタワー14は、繊維強化ポリマー(FRP)複合材から形成されている。他の好適な複合材の非限定例としては、ガラス及び炭素FRPが挙げられる。タワーは、複合積層材から形成されていてもよい。あるいは、タワー14は、上で詳述したように、基礎12の構成部品と同様に、コンクリート又は鋼から形成されていてもよい。タワー14は、いずれの数の断片14cで形成されていてもよい。
有益なことに、上記のような複合材から形成されるタワー14は、水位線WLよりも上の質量が、従来の鋼タワーと比べて小さい。FRP複合タワー14の質量が小さくなっているので、浮体式風車プラットフォーム10の安定性を保つために水線WLよりも下に位置しなければならない基礎12の質量(いずれのバラストも含む)も、小さくすることができる。これにより、風力発電装置の全体的なコストが減少する。
図4A〜6Dを参照すると、浮体式風車プラットフォーム10のような浮体式風車プラットフォームを組み立てる方法の第1の実施形態が示されている。下に詳述されているように、この方法の第1の実施形態は、浅い乾ドックで、キーストーン24と底梁22を形成又は組み立てて、土台アセンブリー72を画定することと、組み立てた土台アセンブリー72の上に、タワー14と風車16を形成又は組み立てることとを含む。
この方法の第1の工程では、図4A〜4Cに最も明確に示されているように、ドライドック、コファダム、又は乾ドック70が形成されている。図4A〜4Cに示されている実施形態では、乾ドック70は浅い乾ドックである。本明細書で使用する場合、浅い乾ドックは、水深が約10フィートの水域に構築される乾ドックである。あるいは、浅い乾ドック70は、いずれかの所望の水深の水域に構築してもよい。浅い乾ドック70を構築する水域の水深は、乾ドック70に水を張った後に、完成した土台アセンブリー72を浮かせるのに必要な最小喫水の関数となる。図示されている乾ドック70は、4つの壁を有し、そのうちの少なくとも1つ(図では壁71)は、ゲート(図示なし)などによって、水域に対して開くように配置及び構成されている。
続いて、キーストーン24の下壁24cと、底梁22の下壁22cを乾ドック70の中に形成する。下壁24c及び22cは、従来の型枠(図示なし)を用いて現場打ちした補強コンクリートから形成してよい。続いて、キーストーン24の脚部38の側壁38cと、底梁22の側壁22dを形成してから、キーストーン24の上壁24aと、底梁22の上壁22aを形成してよく、それぞれ、下壁24c及び22cと同じ方法で形成する。
形成と固化を行ったら、キーストーン24と底梁22を組み立て、長手方向にポストテンショニングして、土台アセンブリー72を画定してよい。キーストーン24と底梁22は、いずれかの所望のポストテンショニング方法によってポストテンショニングしてよく、すなわち、キーストーン24と底梁22との間に圧縮力を付与してよい。例えば、土台アセンブリー72は、少なくとも各底梁22の長手方向にポストテンショニングしてよい。
あるいは、キーストーン24と各底梁22は、乾ドック70外での製造工程で補強コンクリートから形成して、乾ドック70に移動してもよい。乾ドック70の中に移動したら、上記のように、キーストーン24と底梁22を組み立て、ポストテンショニングしてよい。乾ドック70は、2つ以上の土台アセンブリー72を同時に形成できるように、いずれかの所望のサイズにしてよいことが分かるであろう。
キーストーン24と底梁22を組み立ててポストテンショニングしたら、乾ドック70に水を張り、土台アセンブリー72を岸壁又はドック74と水深約30フィートの水とを有する組み立て区域に浮かせてよい。あるいは、組み立て区域とドック74は、いずれかの所望の水深の水中に配置してもよい。組み立て区域とドック74を配置する水域の水深は、完成した浮体式風車プラットフォーム10を浮かせるのに必要な最小喫水の関数となる。
図5A〜5Cに最も明確に示されているように、土台アセンブリー72がドック74に隣接する組み立て区域で浮いた状態で、センターコラム26とアウターコラム28を形成してよい。センターコラム26とアウターコラム28は、スリップフォーム法、又はジャンプフォーム法など、いずれかの従来の補強コンクリート形成法によって形成してよい。形成したら、続いて、上記のように、センターコラム26とアウターコラム28をポストテンショニングしてよい。
あるいは、図5Aに示されているように、乾ドック70外での製造工程で、センターコラム26を複数の断片27で、アウターコラム28を複数の断片29で補強コンクリートから形成して、乾ドック70の中に移動してもよい。乾ドック70の中に移動したら、クレーン(図示なし)などによって、センターコラム26とアウターコラム28の断片29を組み立て、上記のようにポストテンショニングしてよい。例えば、センターコラム26とアウターコラム28は、それらの長手方向軸に沿って、底梁22の遠位端の上でポストテンショニングしてよい。所望される場合、センターコラム26とアウターコラム28を併せてポストテンショニングする前に、センターコラム26の断片27の間と、各アウターコラムの断片29の間に、接着剤を塗布してもよい。
更に、図5Cに示されているように、センターコラム26とアウターコラム28の完成及びポストテンショニング後に、上記のように、センターコラム26と、各アウターコラム28との上端の間に上部材30を取り付け、それによって、基礎12を画定する。
続いて、図6A〜6Dを参照すると、タワー14を形成し、タワー14に風車16を設置してよい。タワー14は、上記のように、いずれかの所望の材料から作られた断片14cから形成してよく、ドック74において、基礎12に移動してよい。ドック74で基礎12に移動したら、クレーン(図示なし)などによって、タワー14の断片14cを組み立ててよい。所望される場合、上記のように、タワー14をポストテンショニングしてよい。
タワー14を組み立てたら、クレーン(図示なし)などによって、ナセル37(図6Bに示されているようなもの)と、ハブ34(図6Cに示されているようなもの)と、回転翼36(図6Dに示されているようなもの)を組み立て、タワー14に設置してよい。
続いて、完成した浮体式風車プラットフォーム10、すなわち、組み立てたタワー14と風車16とを備える基礎12を一時保持区域などの所望の場所、又は風車プラットフォーム10を稼働させることになる風車発電所に引き入れてよい。一時保持区域では、いずれかの従来の係留法によって、風車プラットフォーム10を一時的に係留してよい。風車プラットフォーム10を稼働させることになる風車発電所では、下記の係留法のうちのいずれかによって、風車プラットフォーム10を係留してよい。
引き入れている間、又は一時的又は恒久的な場所に到達したら、キーストーン24と各底梁22の1つ以上に形成してよいバラスト室(図4Bに示されているバラスト室23など)にバラスト水を圧送してよい。バラスト水、又はその他の形態のバラストを基礎12に加えて、浮体式風車プラットフォーム10を所望の稼働用喫水まで移動してよい。
浮体式風車プラットフォーム10を組み立てる方法の第2の実施形態(図示なし)は、第1の実施形態の方法と実質的に同じであり、乾ドック70でキーストーン24と底梁22を形成及び/又は組み立てることを含む。浮体式風車プラットフォーム10を組み立てる方法の第2の実施形態では、乾ドック70は、深い乾ドックである。本明細書で使用する場合、深い乾ドックは、水深約30フィート、又は完成した浮体式風車プラットフォーム10を浮かすのに必要な最小喫水よりも深い水深の水中に構築される乾ドックである。第2の実施形態の方法に従って浮体式風車プラットフォーム10を組み立てる方法の残りの工程は、第1の実施形態の方法で説明及び図示されているものと同じである。
浮体式風車プラットフォーム10を組み立てる方法の第3の実施形態は、図4A〜4C、7A〜7C、及び6A〜6Dに示されている。下に詳述されているように、第3の実施形態の方法は、上記のように、深い乾ドック70で基礎12の全体を形成又は組み立てることと、更に、深い乾ドック70で、組み立てた基礎12の上にタワー14と風車16を形成又は組み立てることと含む。
第3の実施形態の方法の第1の工程は、図4A〜4Cに図示されているとともに、上で説明されているものと同じである。
キーストーン24と底梁22を組み立て、ポストテンショニングしたら、乾ドック70には水を張らない。代わりに、図7A〜7Cに示されているように、センターコラム26とアウターコラム28を乾ドック70の中で形成する。上で詳述したように、センターコラム26とアウターコラム28は、スリップフォーム法又はジャンプフォーム法など、いずれかの従来の補強コンクリート形成法によって形成してよい。形成したら、続いて、センターコラム26とアウターコラム28を上記のようにポストテンショニングしてよい。
あるいは、図7Aに示されているように、乾ドック70外での製造工程で、センターコラム26を複数の断片27で、アウターコラム28を複数の断片29で補強コンクリートから形成し、乾ドック70の中に移動してもよい。乾ドック70の中に移動したら、上記のように、クレーン(図示なし)などによって、センターコラム26とアウターコラム28の断片29を組み立て、ポストテンショニングしてよい。
更に、図7Cに示されているように、センターコラム26とアウターコラム28の完成及びポストテンショニング後、上記のように、センターコラム26と各アウターコラム28の上端の間に上部材30を取り付けてよい。
図6A〜6Dに示されているとともに、上で説明されているように、タワー14を形成し、タワー14に風車16を設置してよいが、ただし、乾ドック70の中で行う。タワー14を組み立てたら、クレーン(図示なし)などによって、ナセル37(図6Bに示されているようなもの)と、ハブ34(図6Cに示されているようなもの)と、回転翼36(図6Dに示されているようなもの)を組み立て、タワー14の上に設置してよい。
続いて、上記のように、乾ドック70に水を張ったら、完成した浮体式風車プラットフォーム10を浮かせて、所望の場所に引き入れる。
浮体式風車プラットフォーム10を組み立てる方法の第4の実施形態が図8A〜8Eに示されている。下に詳述されているように、第4の実施形態の方法は、深い乾ドック70で、キーストーン24、底梁22、センターコラム26、及びアウターコラム28のモジュール又は断片を形成又はプレキャストしてから、それらを組み立てることを含む。続いて、深い乾ドック70で、上記の方法のいずれかによって、組み立てた基礎12の上に、タワー14と風車16を形成又は組み立てる。
第4の実施形態の方法の第1の工程では、図8A〜8Eに最も明確に示されているように、深い乾ドック70を形成する。
続いて、図8A及び8Bに最も明確に示されているように、キーストーン24の脚部を画定する断片124を乾ドック70の中に移動する。続いて、図8Cに最も明確に示されているように、底梁22の一部を画定する断片122を乾ドック70の中に移動する。キーストーン24の断片124と底梁22の断片122を乾ドック70の中に配置したら、上記のように、各底梁22の長手方向軸に沿って、キーストーン24と各底梁22をポストテンショニングして、土台アセンブリー72を画定してよい。所望される場合、底梁22とキーストーン24を併せてポストテンショニングする前に、底梁22の断片122の間と、キーストーン24の断片124の間に、接着剤を塗布してよい。
キーストーンは、底梁22の前に組み立てるように示されているが、底梁22を組み立ててから、キーストーン24を組み立てることを含め、土台アセンブリー72は、いずれの順番で組み立ててもよいことが分かるであろう。また、キーストーン24は、いずれかの所望の数の断片124で、底梁22は、いずれかの所望の数の断片122で形成してもよい(4つの断片、3つの断片、2つの断片、また更には1つの断片など)。キーストーン24と底梁22は、5つ以上の断片で形成してもよい。
続いて、図8Dに最も明確に示されているように、センターコラム26の一部を画定する断片126と、アウターコラム28の一部を画定する断片128を乾ドック70の中に移動し、底梁22の上に組み立てる。断片126及び128を底梁22の上に配置したら、上記のように、長手方向にポストテンショニングしてよい。続いて、上に説明されているとともに、図8Eに示されているように、上部材30をセンターコラム26と各アウターコラム28に連結して、基礎12を画定する。センターコラム26とアウターコラム28は、いずれかの所望の順番で組み立ててよい。また、センターコラム26は、いずれかの所望の数の断片126で、アウターコラム28は、いずれかの所望の数の断片128で形成してよい(4つの断片、3つの断片、2つの断片、また更には1つの断片など)。センターコラム26とアウターコラム28は、5つ以上の断片で形成してもよい。
基礎12が完成したら、図6A〜6Dに示されているとともに、上に説明されているように、タワー断片14cを組み立て、タワー14に風車16、すなわち、ナセル37と、ハブ34と、回転翼36を設置して、浮体式風車プラットフォーム10を画定してよいが、ただし、これは乾ドック70の中で行う。断片122、124、126、128、上部材30、タワー断片14c、ナセル37、ハブ34、及び回転翼36はそれぞれ、クレーン(図示なし)などのいずれかの所望の手段によって、乾ドック70の中に移動及び設置してよいことは分かるであろう。
続いて、上記のように、乾ドック70に水を張り、完成した浮体式風車プラットフォーム10を浮かせて、所望の場所に引き入れてよい。
浮体式風車プラットフォーム10を組み立てる方法の第5の実施形態が図9A〜9Cに示されている。図示されているように、水域の近くの組み立て区域80で、1つ以上の土台アセンブリー72を形成してよい。図示されている実施形態では、組み立て区域80は、水域まで延びる斜面Rを備える。この実施形態では、乾ドックを必要としない。例えば、土台アセンブリー72は、上記の断片122及び124のようなプレキャスト断片から組み立ててよい。キーストーン24の断片124と、底梁22の断片122を組み立てたら、上記のように、それらを長手方向にポストテンショニングして、土台アセンブリー72を画定してよい。あるいは、キーストーン24と底梁22は現場打ちしてもよい。
土台アセンブリー72を組み立てたら、斜面Rを滑降させて水中まで移動させてよく、その水中で、図5A〜5C、及び6A〜6Dに示されているように、ドック74まで浮かせてよい。ドック74で、センターコラム26とアウターコラム28を形成してよい。土台アセンブリー72は、造船業界で用いる方法と構造体のようないずれかの従来の方法と構造体を用いて、斜面Rを滑降させてよい。センターコラム26とアウターコラム28は、スリップフォーム法又はジャンプフォーム法のようないずれかの従来の補強コンクリート形成法によって形成してよい。あるいは、センターコラム26とアウターコラム28は、上記のように、プレキャスト断片126及び128からを組み立ててよい。続いて、センターコラム26と各アウターコラム28の上端の間に、上部材30を取り付けてよい。図6A〜6Dに示されているように、タワー14を形成し、タワー14に風車16を設置してよい。タワー14は、上記のように、いずれかの所望の材料から作られた断片14cから形成してよい。タワー14の断片14cと、風車16の構成部品は、上記のように組み立ててよい。
浮体式風車プラットフォーム10を組み立てる方法の第6の実施形態が図10に示されている。図示されているように、水域の近くの組み立て区域80で、浮体式風車プラットフォーム10の全体を形成してよい。組み立て区域80で、2つ以上の浮体式風車プラットフォーム10を同時に形成できるように、組み立て区域80を十分大きくしてよいことが分かるであろう。浮体式風車プラットフォーム10は、本明細書に記載されている方法のいずれか、又はそれらを組み合わせたものによって形成してよい。
浮体式風車プラットフォーム10を組み立てたら、斜面Rを滑降させて水中まで移動させてよく、その水中で、浮体式風車プラットフォーム10を浮かせて、一時保持区域、又は風車プラットフォーム10を稼働させることになる風車発電所などの所望の場所に引き入れてよい。上記の土台アセンブリー72のように、組み立てた浮体式風車プラットフォーム10は、造船業界で用いる方法と構造体などのいずれかの従来の方法と構造体を用いて、斜面Rを滑降させてよい。
図1に示されているように、係留ライン18を浮体式風車プラットフォーム10に取り付けてよく、更に、海底Sのアンカー20のようなアンカーに取り付けて、その水域での浮体式風車プラットフォーム10の移動を制限してよい。浮体式風車プラットフォーム10は、水位線WLよりも下で、各アウターコラム28に取り付けた3本以上の係留ラインによって海底Sに取り付けてよい。
図11〜12Dを参照すると、浮体式風車プラットフォーム10を係留する方法の様々な実施形態が示されている。係留法の第1の実施形態では、図11に示されているように、係留ライン200は、ナイロンロープ又はポリエステルロープなどの合成ロープから形成されている。あるいは、係留ライン200の少なくとも一部が、合成ロープから形成されている。加えて、係留ライン200は、ポリプロピレン、ポリエチレン(超高分子量ポリエチレンを含む)、及びアラミド材などの他の材料から形成されていてもよい。図11に示されている係留ライン200は、ピンと張った係留ラインであり、この係留ライン200は、海底Sと浮体式風車プラットフォーム10に連結してから、ピンと張るまでプレテンショニングするか、又は引っ張り、その後、固定して、ピンと張った状態を保つ。係留ライン200は、ウインチなどのいずれかの所望の手段によってプレテンショニングしてよい。
図11を参照すると、水深Dが約400m(1312フィート)の水中で、ピンと張った合成係留ライン200によって係留された浮体式風車プラットフォーム10が示されている。係留ライン200は、アンカー20に、約260〜290m(850〜950フィート)の距離H(浮体式風車プラットフォーム10の中心を通る垂線CLから水平に測定)で取り付けられている。
係留ラインの材料と長さ、及び浮体式風車プラットフォーム10の中心線CLからのアンカーの水平距離は、水深、想定負荷、波の状態、海底の輪郭、及びその他の環境的要因によって定めてよい。
例えば、水深Dが約150m(492フィート)の水中では、係留ライン200をアンカー20に、垂線CLから約167〜198m(550〜650フィート)の水平距離Hで取り付けてよい。水深Dが約105m(344フィート)の水中では、係留ライン200をアンカー20に、垂線CLから約213〜243m(700〜800フィート)の水平距離Hで取り付けてよい。水深Dが約60m(196フィート)の水中では、係留ライン200をアンカー20に、垂線CLから約198〜228m(650〜750フィート)の水平距離Hで取り付けてよい。水深Dが約30m(98フィート)の水中では、係留ライン200をアンカー20に、垂線CLから約137〜167m(450〜550フィート)の水平距離Hで取り付けてよい。
水平距離Hと水深Dとの比が、約1:1〜約15:1の範囲内となるように、ピンと張った合成係留ライン200を配置できるのが好ましい。
係留法の第2の実施形態では、海底Sと浮体式風車プラットフォーム10に連結している鋼チェーンなどのチェーンから、カテナリー係留ライン(図示なし)を形成してよい。
係留法の第3の実施形態では、ワイヤロープの1つ以上の断片に連結しているとともに、海底Sと浮体式風車プラットフォーム10に取り付けられているチェーンの1つ以上の断片から、係留ライン(図示なし)を形成してよい。
係留法の第4の実施形態では、上記の合成ロープの1つ以上の断片に連結しているとともに、海底Sと浮体式風車プラットフォーム10に取り付けられているチェーンの1つ以上の断片から、係留ライン(図示なし)を形成してよい。
係留法の第5の実施形態では、上記の合成ロープの1つ以上の断片と、ワイヤロープの1つ以上の断片に連結しているとともに、海底Sと浮体式風車プラットフォーム10に取り付けられているチェーンの1つ以上の断片から、係留ライン(図示なし)を形成してよい。チェーン断片、合成ロープ断片、及びワイヤロープ断片は、いずれかの所望の順番で、いずれかの従来の取り付け手段によって取り付けてよい。
係留法の第6の実施形態では、上記の合成ロープの1つの断片であって、2つのチェーン断片の間に配置された断片から、係留ライン(図示なし)を形成してよい。
係留法の第7の実施形態では、上記の合成ロープの1つの断片であって、2つのチェーン断片の間に配置された合成ロープ断片から係留ライン(図示なし)を形成してよく、その係留ラインは、その合成ロープの下端の近くに配置したリフト浮力装置(図示なし)を備える。
係留ラインを海底Sに取り付けるのには、図12A〜12Dに示されている4つのタイプのアンカーのいずれかなど、いずれかのタイプのアンカー20を用いてよい。例えば、穿孔アンカー202が図12Aに示されている。このタイプのアンカーは、ピンと張った係留ライン200を固定するのに典型的に用いられ、岩のような物質(楕円201によって概略的に表されている)、又は粒状若しくは粘着性物質(粘土粒子、沈泥、砂、有機物質、及び水の混合物など)の下に岩床がある場所で典型的に用いられる。穿孔アンカー202で海底Sまで穿孔を行ったら、穿孔アンカー202の周りにグラウトGを配置する。いずれかの好適な従来のグラウトGを用いてよい。図示されている実施形態では、連結部材(図示なし)によって、穿孔アンカー202の露出した遠位端(図12Aで見ると上端)に係留ライン200を取り付ける。
第1の駆動アンカー204が図12Bに示されている。このタイプのアンカーも、ピンと張った係留ライン200を固定するのに典型的には用いられるが、典型的には、海底Sが粒状又は粘着性物質からなる場所で用いられる。図示されている実施形態では、係留ライン200は、連結部材(図示なし)によって、駆動アンカー204の露出した遠位端(図12Bで見ると上端)に取り付ける。
第2の駆動アンカー206が図12Cに示されている。このタイプのアンカーは、カテナリー係留ライン212を固定するのに典型的には用いられ、海底Sが粒状又は粘着性物質からなる場所で典型的には用いられる。係留ライン連結部材210が駆動アンカー206に、その遠位端の中間に配置されている。図12Cに示されているように、係留ライン連結部材210は更に、海底Sの表面よりも下の地中に配置されている。
重力ベースのアンカー208が図12Dに示されている。このタイプのアンカーも、典型的には、カテナリー係留ライン212を固定するのに用いられる。重力ベースのアンカー208は、あらゆる土壌タイプに配置でき、特に、海底Sが粒状又は粘着性物質からなる場所で用いるのに非常に適している。図示されている実施形態では、重力ベースのアンカー208の下部に、可能な限り海底Sの近くで係留ライン200を取り付ける。
風車発電所220の第1の実施形態では、図13に示されているように、複数の浮体式風車プラットフォーム10を互いに近接させて係留してよい。各係留ライン200を個々のアンカー20に取り付けてよい。図示されている実施形態では、各係留ライン200は、隣接する浮体式風車プラットフォーム10の係留ライン200と同一直線状に整列されている。あるいは、隣接する浮体式風車プラットフォーム10は、いずれかの好適な距離を置いて配置してよい。隣接する浮体式風車プラットフォーム10の間隔をあけてよい距離は、タワー14及び風車16のサイズ、水深、想定負荷、波の状態、海底の輪郭、及びその他の環境的要因によって定めてよい。
風車発電所230の第2の実施形態では、図14に示されているように、複数の浮体式風車プラットフォーム10を六角形の構成で係留してよく、その場合、2つ又は3つの異なる浮体式風車プラットフォーム10から延びる係留ライン200の遠位端を海底(図14には示されていない)に同じ場所で取り付けてよい。海底に1つの場所で取り付けられているが、2本又は3本の係留ライン200を1つの共通のアンカー20に取り付けても、別々であるが、同じ場所に配置された2つ又は3つのアンカー20に取り付けてもよい。あるいは、その複数の浮体式風車プラットフォーム10は、他の多角形をした構成で係留してもよく、その場合、2つ以上の異なる浮体式風車プラットフォーム10から延びる係留ライン200の遠位端を海底に、同じ場所で取り付けてよい。このような他の多角形は、その複数の浮体式風車プラットフォーム10を係留する環境(水深、想定負荷、波の状態、海底の輪郭、及びその他の環境的要因など)によって決定してよい。
図13と14に示されている浮体式風車プラットフォーム10は、1つ以上の浮体式風車プラットフォーム10を係留して、風車発電所の様々な実施形態を画定するように示されている。しかしながら、本明細書に開示されている方法のうちの1つによって、個々に、かつ水域内のいずれかの所望の場所に、単一の浮体式風車プラットフォーム10を係留してよいことが分かるであろう。
本発明の操作の原理及び形態について、その好ましい実施形態において説明してきた。しかしながら、本明細書に記載されている本発明は、その範囲から逸脱しなければ、具体的に例示及び説明されているものとは別の形で実施してよいことに留意されたい。

Claims (23)

  1. 浮体式風車プラットフォーム10を組み立てる方法において
    キーストーン24の脚部を画定する断片124を乾ドック70の中に移動することと、
    底梁22の一部を画定する断片122を前記乾ドック70の中に移動することと、
    前記断片124を組み立てて前記キーストーン24を画定することと、
    前記断片122を前記キーストーン24に対して組み立てて前記底梁22を画定することと、
    各底梁22の長手方向軸に沿って、前記キーストーン24と各底梁22をポストテンショニングして、土台アセンブリー72を画定することと、
    センターコラム26の一部を画定する断片126と、複数のアウターコラム28の一部を画定する断片128をそれぞれ前記乾ドック70の中に移動することと、
    前記キーストーン24の上に前記断片126を組み立てて、前記センターコラム26を画定することと、
    各底梁22の上に前記断片128を組み立てて、前記アウターコラム28を画定することと、
    前記センターコラム26を、長手方向軸に沿って、前記キーストーン24に対してポストテンショニングすることと、
    前記アウターコラム28のそれぞれを、長手方向軸に沿って、それぞれが組み立てられている底梁22の上で該底梁22に対してポストテンショニングすることと、
    前記センターコラム26と各アウターコラム28との間に上部梁30を画定する径方向支持梁を連結して、基礎12を画定することと、
    前記センターコラム26の上にタワー断片14cを組み立てて、タワー14を画定することと、
    前記タワー14に風車16を組み立てて、浮体式風車プラットフォーム10を画定することとを含むものであって、
    1つ以上のバラスト室が、前記キーストーン24、前記底梁22及び前記アウターコラム28のうちの1つ以上に形成されており、また前記キーストーン24、前記底梁22、前記センターコラム26及び前記アウターコラム28は、補強コンクリートにより形成され、前記上部梁30は、鋼により形成され、前記タワー14は、複合材により形成されていることを特徴とする、方法。
  2. 前記底梁22と前記キーストーン24とを併せてポストテンショニングする前に、前記底梁22の前記断片122の間と、前記キーストーン24の前記断片124の間とに、接着剤を塗布する工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記断片122をひとつに組み立てて、前記底梁22を画定する工程を、組み立てた底梁22を前記キーストーン24に対して組み立てる前に行う、請求項1に記載の方法。
  4. 前記キーストーン24は、2つ以上の断片124から形成される、請求項1に記載の方法。
  5. 各底梁22は、2つ以上の断片122から形成される、請求項1に記載の方法。
  6. 前記センターコラム26および前記アウターコラム28をポストテンショニングする前に、前記センターコラム26の前記断片126の間、前記アウターコラム28の前記断片128の間に、接着剤を塗布する工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記断片126をひとつに組み立てて、前記センターコラム26を画定する工程を、前記断片128をひとつに組み立てて前記アウターコラム28を画定する前に行う、請求項1に記載の方法。
  8. 前記センターコラム26は、2つ以上の断片126から形成される、請求項1に記載の方法。
  9. 各アウターコラム28は、2つ以上の断片128から形成される、請求項1に記載の方法。
  10. 前記乾ドック70に水を張り、所望の場所に、完成した浮体式風車プラットフォーム10を浮かせることを更に含む、請求項1に記載の方法。
  11. 前記乾ドック70を、浮かせたときの前記土台アセンブリー72の喫水よりも深い第1の水深を有する水中に構築し、また完成した浮体式風車プラットフォーム10を浮かせる所望の場所は、浮かせたときの前記浮体式風車プラットフォーム10の喫水よりも深い第2の水深を有する、請求項に記載の方法。
  12. 前記センターコラム26および前記アウターコラム28を、スリップフォーム法とジャンプフォーム法のうちの1つによって形成する、請求項1に記載の方法。
  13. 浮体式風車プラットフォーム10を組み立てる方法であって、
    キーストーンを、キーストーン24の予め形成済みのコンクリート断片124から組み立てることと、
    浮力をもたらす複数の底梁22を、当該底梁22の予め形成済みのコンクリート断片122から組み立てることであって、各底梁22はその近位端が前記キーストーンに取り付けられて前記キーストーン24の径方向外側に延びて、前記キーストーン24と前記複数の底梁22とが土台アセンブリー72を画定するものであって、浮力をもたらす底梁はそれぞれ、その内部にバラスト室を画定する複数の壁を含み、また前記複数の底梁22のそれぞれの長手方向軸が同一平面上にあることと
    各底梁22の長手方向軸に沿って、各底梁に対して前記キーストーンをポストテンショニングすることと、
    前記土台アセンブリー72の上に、センターコラム26を、センターコラム26の予め形成済みの断片128から組み立てることと、
    前記土台アセンブリー72の各底梁の遠位端の上に、アウターコラム28を、アウターコラム28の予め形成済みの断片128から組み立てることと、
    前記センターコラム26と前記アウターコラム28を前記土台アセンブリー72に対して長手方向にポストテンショニングすることと
    前記センターコラム26の上に、タワー14を、前記タワー14の予め形成済みの断片14cから組み立てることと、
    前記タワー14に風車16を組み立て、それによって、前記浮体式風車プラットフォーム10を画定することと、
    を含む方法。
  14. 前記センターコラムを組み立てる工程と前記アウターコラムを組み立て工程が、前記センターコラムの予め形成済みのコンクリート断片および前記アウターコラムの予め形成済みのコンクリート断片を組み立てこと更に含む、請求項1に記載の方法。
  15. 組み立て工程のそれぞれを乾ドックで行う、請求項1に記載の方法。
  16. 前記組み立て工程のそれぞれが完了したら、前記乾ドックに水を張ることを更に含む、請求項15に記載の方法。
  17. 組み立て工程のそれぞれを地上の組み立て区域で行う、請求項1に記載の方法。
  18. 前記土台アセンブリー、前記センターコラム、前記アウターコラム、及び前記タワーの少なくとも1つを現場打ちコンクリートから形成する、請求項17に記載の方法。
  19. 組み立てた浮体式風車プラットフォームを前記組み立て区域から水域内に移動することを更に含む、請求項17に記載の方法。
  20. 前記キーストーン、前記底梁、前記センターコラム、前記アウターコラム、及び前記タワーの断片が、前記乾ドック外の場所で形成したプレキャストコンクリート断片及びコンクリート断片のうちの1つである、請求項1に記載の方法。
  21. 前記キーストーン、前記底梁、前記センターコラム、前記アウターコラム、及び前記タワーの断片が、プレキャストコンクリートの断片であり、前記組み立て区域から離れた場所で形成されたものである、請求項17に記載の方法。
  22. 組み立てた浮体式風車プラットフォームを浮かせて、該浮体式風車プラットフォーム係留されて稼働させることになる水域内の場所に移動することを更に含む、請求項1に記載の方法。
  23. 前記浮体式風車プラットフォームを前記水域の底に係留することを更に含む、請求項2に記載の方法。
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