浮体式风力发电装置及该浮体式风力发电装置的浮设方法
【专利摘要】一种浮体式风力发电装置，具备漂浮在水面的浮体和设于浮体的风力发电机，其中，浮体形成为由3个柱和将3个柱间连接的2个下壳构成的俯视观察大致V字状，柱的上表面以位于下壳的上表面上方的位置的方式形成，并且在3个柱中的至少1个柱的上表面设置风力发电机，向中空状的下壳的内部注水，使下壳的上表面以没在水中的状态浮设在水上。
【专利说明】浮体式风力发电装置及该浮体式风力发电装置的浮设方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具备漂浮在水面的浮体和设于该浮体的风力发电机的浮体式风力发电装置及该浮体式风力发电装置的浮设方法。
【背景技术】
[0002]在海上等设置风力发电装置的情况下，通常采用的是在水深较浅的区域中，在水底设置地基，并在该地基上设置风力发电机的着底式的风力发电装置。然而，在水深较深的区域中，上述着底式的风力发电装置不经济，因此研究了浮体式的风力发电装置的采用。
[0003]作为以往的浮体式风车发电装置，存在有被称为TLP (张紧系留式平台)的方式的风力发电装置。图10是表示由TLP方式构成的以往的风力发电装置的概要图。
[0004]该图10所示的TLP方式的风力发电装置100具备将I个中心柱122和3个拐角柱124由浮筒126连接而成的浮体120，在中心柱124上设置有风力发电机110。而且，打入水底的3根地基桩132与3个拐角柱124由被称为钢筋束的钢管134连接。并且，由钢管134将浮体120沿垂直方向拉拽，强制性地使其半潜水，由此使浮体120难以在风、波浪的作用下摇摆。
[0005]另外，作为以往的浮体式风力发电装置，存在有被称为桅杆方式的方式的风力发电装置。图11是表示由专利文献I公开的桅杆方式构成的以往的风力发电装置的概要图。
[0006]该图11所示的桅杆方式的风力发电装置200具备浮体220，该浮体220由纵长的中空状的浮体主体222、在浮体主体222的下端部形成的平衡重226构成，风力发电机210以从水面突出的状态支承于浮体220的上方。而且，在浮体220的水中部上方设有浮力体224，并且在浮体主体222的下端设有用于减少浮体220的摇摆的立足点228。而且，多个系留索234呈放射状地设置于浮体主体222，该系留索234由配置在水底的锚232固定。如此构成的桅杆方式的风力发电装置200借助平衡重226而使浮体220的重心位置下降，由此抑制由风、波浪引起的摇摆。
[0007]【在先技术文献】
[0008]【专利文献】
[0009]【专利文献I】日本特开2002-188557号公报
[0010]【专利文献2】日本专利第2770449号公报
【发明内容】
[0011]【发明要解决的课题】
[0012]然而，上述的由TLP方式构成的风力发电装置100虽然相对于风、波浪的稳定性优异，但是在水底打设地基桩132，并由高强度的钢管134将浮体120与地基桩132连接，因此地基施工需要相当大的成本。
[0013]另外，在上述的由桅杆方式构成的风力发电装置200中，为了确保相对于风、波浪的稳定性，需要将浮体主体222形成为长条。因此，难以确保在浮体220设置风力发电机210时的浮体220的稳定性，例如，设置用于确保浮体220的稳定性的临时安设结构并将风力发电机210设置在浮体220上时，需要使用大型的船上起重机等，其设置需要相当大的成本。
[0014]另外，在专利文献2中公开了一种浮体式风力发电装置，将管体呈平面桁架状地连结而形成漂浮在水面的浮体，在该浮体上配置多个风力发电机，由此来抑制浮体的建设成本。然而，在专利文献2的浮体式风力发电装置中，由于多个风力发电机呈锯齿状地配置，因此多个风力发电机相互干涉，存在处于下风侧的风力发电机的发电效率下降的问题。
[0015]本发明是为了实现上述那样的现有技术的课题及目的而作出的发明，其目的在于提供一种相对于风及波浪的稳定性优异，制造及设置所花费的成本低，且与风向无关地发挥高发电效率的浮体式风力发电装置。而且，本发明的目的在于提供一种能够以低成本简单地设置这样的浮体式风力发电装置的浮设方法。
[0016]【用于解决课题的方案】
[0017]本发明为了实现上述的现有技术的课题及目的而做出，
[0018]本发明的浮体式风力发电装置具备漂浮在水面的浮体和设置于该浮体的风力发电机，其特征在于，
[0019]所述浮体形成为由3个柱和将该3个柱间连接的2个中空状的下壳构成的俯视观察大致V字状，所述柱的上表面以位于所述下壳的上表面的上方的位置的方式形成，并且在所述3个柱中的至少I个柱的上表面设置所述风力发电机，
[0020]向所述中空状的下壳的内部注水，使下壳的上表面以没在水中的状态浮设在水上。
[0021] 这样，本发明的浮体式风力发电装置具备形成为俯视观察大致V字状的浮体，该浮体由3个柱和将该3个柱间连接的2个中空状的下壳构成，在3个柱中的至少I个柱的上表面设置风力发电机。由俯视观察大致V字状构成的浮体能够增加从整体的重心位置到柱的距离，因此对于摇摆的稳定性高。而且，例如与三角形形状等多边形形状相比，能够减少下壳的个数，因此能够将浮体的制造成本抑制得较低。
[0022]另外，通过向中空状的下壳的内部注水，而下壳的上表面以没在水中的状态浮设在水上，因此成为相对于风、波浪等难以摇摆的结构。
[0023]在上述发明中，优选的是，在所述下壳的内部形成沿着与轴向垂直的方向延伸的隔壁，利用该隔壁将所述下壳的内部分隔成多个隔室。
[0024]若如此构成的话，对于沿轴向形成多个的隔室，通过适当选择注水的隔室和不注水的隔室，能够控制向下壳的注水量，并且也能够将整体的重心位置调整成稳定方向。
[0025]另外，在上述发明中，优选的是，所述2个下壳由梁构件连接。即，优选在俯视观察下形成为大致倒A字状。
[0026]在形成为俯视观察大致V字状的浮体的情况下，应力最集中于2个下壳的接合部，但是若形成为将2个下壳由梁构件连接的俯视观察大致倒A字状，则会缓和接合部的应力集中。
[0027]另外，在上述发明中，可以是，在所述3个柱的位于正中间的柱上配置所述风力发电机。即，可以构成为对于一浮体配置一台风力发电机的浮体式风力发电装置。
[0028]这种情况下，无需考虑在一浮体配置多个风力发电机时产生的风力发电机彼此的相互干涉，因此能够减小浮体尺寸，降低浮体的制造成本。而且，即使在从全部方向吹来风的情况下，也能较高地维持风力发电机的发电效率。
[0029]另外，在上述发明中，可以是，在所述3个柱的位于两端的各柱上配置所述风力发电机。即，可以构成为对于一浮体配置有两台风力发电机的浮体式风力发电装置。
[0030]一整年，例如从东至西及从西至东那样，在大致仅在一个往复方向吹风的场所浮设浮体式风力发电装置的情况下，只要仅对于一个往复方向来考虑风力发电机彼此的相互干涉即可。因此，在3个柱的位于两端的各柱上配置风力发电机，由此不会降低发电效率，可对于一浮体配置两台风力发电机。
[0031]另外，本发明的浮体式风力发电装置的浮设方法是第一至第五方案中任一方案记载的浮体式风力发电装置的浮设方法，其特征在于，具备:
[0032]设置工序，在使所述浮体漂浮在陆地上附近的水面的状态下，从陆地上利用起重机等起吊装置将风力发电机设置在所述浮体上；
[0033]拖航工序，将设置有所述风力发电机的浮体拖航至水上的规定位置；及
[0034]注水工序，对于被拖航至所述规定位置的浮体，向该浮体下壳的内部进行注水，使该下壳的上表面成为没在水中的状态。
[0035]这样，本发明的浮体式风力发电装置的浮设方法中，在使浮体漂浮于陆地上附近的水面的状态下，从陆地上利用起重机等起吊装置将风力发电机设置在浮体上。并且，将设有风力发电机的浮体拖航至水上的规定位置，向下壳的内部进行注水，将浮体式风力发电装置浮设在水上的规定位置。由此，在设置风力发电机时，容易确保浮体的稳定性，并且风力发电机从陆地上利用起重机等起吊装置而设置在浮体上，因此无需像以往那样使用大型的船上起重机等，设置费用可以为低成本。
[0036]【发明效果】
[0037]根据本发明，能够提供一种相对于风及波浪的稳定性优异，制造及设置所花费的成本低，且与风向无关地发挥高发电效率的浮体式风力发电装置。而且，根据本发明，能够提供一种以低成本能够简单地设置这样的浮体式风力发电装置的浮设方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是表示本发明的浮体式风力发电装置的立体图。
[0039]图2是表示本发明的浮体式风力发电装置的侧视图。
[0040]图3是表示本发明的浮体式风力发电装置的俯视图。
[0041]图4是表示本发明的下壳的内部结构的立体图。
[0042]图5是表示本发明的另一实施方式的浮体式风力发电装置的立体图。
[0043]图6是表示本发明的另一实施方式的浮体式风力发电装置的俯视图。
[0044]图7A是表示本发明的浮体式风力发电装置的浮设方法的说明图。
[0045]图7B是表示本发明的浮体式风力发电装置的浮设方法的说明图。
[0046]图7C是表示本发明的浮体式风力发电装置的浮设方法的说明图。
[0047]图8是表示在本发明的浮体式风力发电装置中拖航时及设置时的状态的立体图。
[0048]图9是表示本发明的浮体式风力发电装置的变形例的俯视图。
[0049]图10是表示由以往的TLP方式构成的以往的风力发电装置的概要图。
[0050]图11是表示专利文献I公开的由桅杆方式构成的以往的风力发电装置的概要图。
【具体实施方式】
[0051]以下，基于附图，详细说明本发明的实施方式。
[0052]但是，本发明的范围没有限定为以下的实施方式。以下的实施方式所记载的结构零件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别记载，就不是将本发明的范围仅限定于此，只不过是说明例。
[0053]〈浮体式风力发电装置1>
[0054]图1是表示本发明的浮体式风力发电装置的立体图，图2是表示本发明的浮体式风力发电装置的俯视图，图3是表示本发明的浮体式风力发电装置的侧视图。参照图1?图3，对本发明的浮体式风力发电装置的整体结构进行说明。
[0055]如图1?图3所示，本发明的浮体式风力发电装置I具备漂浮在水面的浮体20和在浮体20上设置的风力发电机10。
[0056]浮体20具备3个柱22 (22a、22b、22c)、将柱22a与柱22b连接的第一下壳24a、及将柱22a与柱22c连接的第二下壳24b，如图2所示，在俯视观察下形成为大致V字状。下壳24如后述那样形成为截面中空状。而且，柱22也形成为截面中空状的情况下，由于作用于柱22的浮力而浮体20整体的稳定性提闻，因此优选。
[0057]另外，如图3所示，柱22的上表面22u以位于下壳24的上表面24u上方的位置的方式形成，并且在浮设时，下壳24上表面24u没在水下，且柱22的上表面22u成为从水面突出的状态。而且，在上述的3个柱22中的位于正中间的柱22a的上表面设置风力发电机10。
[0058]需要说明的是，在本发明中，大致V字状是指整体在俯视观察下能够视觉辨认为大致V字状的形状。因此，例如，图9的(a)?(d)所示那样的形状也包含在本发明的大致V字状中。
[0059]风力发电机10由机舱10a、在柱22a的上表面固定的塔架10b、及相对于机舱1a安装成能够旋转的叶片1c构成。而且，机舱1a由塔架1b支承为能够以塔架1b的轴向为中心旋转，根据风向而将叶片1c向上风侧进行配向。
[0060]另外，浮体20利用由固定于水底的锚32和将锚32与浮体20连接的系留索34构成的系留装置36，来阻止浮体20的浮动及旋转。
[0061]下壳24的内部如图4所示，形成为由甲板外板25a、底外板25b及侧外板(未图 )围成的截面中空状。而且，在与下壳24的轴向垂直的方向上形成有多个横隔壁25c (隔壁)，由这多个横隔壁25c将下壳24的内部水密地分隔成多个隔室25e。并且，具备对这多个隔室25e分别能够注水的未图示的注水单元。需要说明的是，也可以在下壳24的内部形成沿着下壳24的轴向延伸的纵隔壁25d。
[0062]并且，利用上述的注水单元向隔室25e注水，下壳24的上表面24u没在水中，且柱22的上表面22u成为从水面突出的状态，并且利用上述的系留装置36将浮体20系留，由此本发明的浮体式风力发电装置I浮设在水上。
[0063]如此构成的本发明的浮体式风力发电装置I具备形成为俯视观察大致V字状的浮体20，该浮体20包括3个柱22和将该3个柱22间连接的2个中空状的下壳24，在3个柱22中的位于正中间的柱22a的上表面设置有风力发电机10。由俯视观察大致V字状构成的浮体20如图3所示，能够增加从整体的重心位置ο到柱22的距离，因此相对于摇摆的稳定性提高。而且，例如与三角形形状等多边形形状相比，能够减少下壳的个数，因此能够将浮体的制造成本抑制得较低。
[0064]另外，通过向中空状的下壳24的内部注水，而下壳24的上表面24u没在水中，且柱22的上表面22u以从水面突出的状态浮设在水上。这样，下壳24的上表面24u以没在水中的状态浮设在水上，因此成为相对于风、波浪等难以摇摆的结构。
[0065]需要说明的是，在本发明中，下壳24a与下壳24b所成的角度α没有特别限定，但是角度α过小时(接近于O度时)，相对于左右方向的摇摆而变得不稳定，因此不优选。而且，当角度α过大时(接近180度时)，相对于前后方向的摇摆而变得不稳定，因此不优选。由此，在本发明中，上述角度α优选为60?120度，更优选为75?105度，其中最优选90度。
[0066]而且，对于沿轴向形成多个的隔室25e，通过适当选择注水的隔室25e和不注水的隔室25e，能够控制向下壳24的注水量。由此，也能够以下壳24的上表面24u没在水中且柱22的上表面22u成为从水面突出的状态的方式控制注水量。而且，也能够以使整体的重心位置与到柱22的距离变长而整体的稳定性提高的方式调整整体的重心位置。
[0067]另外，在上述的实施方式中，仅在3个柱22中的位于正中间的柱22a上配置风力发电机10。即，构成为对于一个浮体20配置有一台风力发电机10的浮体式风力发电装置
I。若如此形成，则无需考虑在一个浮体配置多个风力发电机时产生的风车彼此的相互干涉，因此能够减小浮体20的尺寸，降低浮体20的制造成本。而且，即使在从全部方向吹来风的情况下，也不会产生风车彼此的相互干涉，因此能够较高地维持风力发电机10的发电效率。
[0068]另外，在本发明的浮体式风力发电装置I中，如图5所示，能够在3个柱22的位于两端的各柱22b、22c上配置风力发电机10。即，也可以构成为对于一个浮体20配置有两台风力发电机10的浮体式风力发电装置I。
[0069]一整年，例如从东至西及从西至东那样，在大致仅在一个往复方向吹风的场所浮设浮体式风力发电装置I的情况下，只要仅对于一个往复方向来考虑风力发电机10彼此的相互干涉即可。因此，也可以在3个柱22的位于两端的各柱22b、22c上配置风力发电机10，由此不会降低发电效率，对于一个浮体20配置两台风力发电机10。
[0070]另外，本发明的浮体式风力发电装置I也可以利用梁构件28将2个下壳24a、24b连接。S卩，如图6所示，也可以形成为俯视观察下大致倒A字状。
[0071]在形成为俯视观察V字状的浮体的情况下，应力最集中于2个下壳24的接合部，但是如图6所示，若形成为将2个下壳24a、24b利用梁构件28连接的俯视观察大致倒A字状，则会缓和接合部的应力集中。
[0072]<浮体式风力发电装置I的浮设方法>
[0073]接下来，基于图7A?图7C及图8，说明浮体式风力发电装置I的浮设方法。
[0074]图7A?图7C是表示本发明的浮体式风力发电装置的浮设方法的说明图。图8是表示在本发明的浮体式风力发电装置中拖航时及浮设时的状态的立体图。
[0075]本发明的浮体式风力发电装置I如图7A的(a)?⑷所示，将柱22及下壳24等分割成可搬运的适当的大小而向水面附近的组装场所搬入，利用起重机52组装浮体20。然后，将组装后的浮体20上架于台车54，在装载于驳船56之后，使台车54退避，对驳船56进行拖航而使其离岸。
[0076]并且，如图7B的(a)~(d)所示，使驳船56潜水而使浮体20漂浮于水面，使浮体20旋转而靠岸之后，对风车(风力发电机)进行组装。
[0077]风车(风力发电机)的组装首先如图7C的(a)所示，将在陆地上由起重机52组装的塔架1b利用履带式起重机58设置在浮体20的柱22a的上表面。接着，如图7C的(b)所示，利用履带式起重机58，在设于柱22a的上表面的塔架1b上设置机舱10a。最后，如图7C的(c)所示，利用履带式起重机58将叶片1c安装于机舱10a。
[0078]并且，如图7C的⑷所示，将设有风力发电机10的浮体20拖航至浮设地点。并且，如图8所示，对于拖航至浮设地点的浮体20，向其下壳24的内部进行注水，使下壳24的上表面成为没在水中的状态。然后，利用未图示的系留装置将浮体20系留，由此设置本发明的浮体式风力发电装置I。
[0079]这样，本发明的浮体式风力发电装置I的浮设方法中，在使浮体20漂浮于水面而靠岸的状态下，从陆地上通过履带式起重机58等起吊装置，将风力发电机10设置在浮体20上。并且，将设有风力发电机10的浮体20拖航至设置预定地点，向下壳24的内部进行注水，对浮体式风力发电装置I进行浮设。由此，在设置风力发电机10时，容易确保浮体20的稳定性，并且风力发电机10从陆地上通过履带式起重机58等起吊装置而设置在浮体20上，因此无需像以往那样使用大型的船上起重机等，设置费用可以为低成本。
[0080]以上，说明了本发明的优选方式，但本发明并未限定为上述的方式，能够进行不脱离本发明的目的的范围内的各种变更。
[0081]【工业实用性】
[0082]本发明可以利用作为具备漂浮在水面的浮体和设于该浮体的风力发电机的浮体式风力发电装置及该浮体式风力发电装置的浮设方法。
[0083]【标号说明】
[0084]I 浮体式风力发电装置
[0085]10 风力发电机
[0086]20 浮体
[0087]22 柱
[0088]24 下壳
[0089]25a 甲板外板
[0090]25b 底外板
[0091]25c 横隔壁
[0092]25d 纵隔壁
[0093]25e 隔室
[0094]28 梁构件
[0095]32 锚
[0096]34 系留索
[0097]36 系留装置
[0098]52起重机
[0099]54台车
[0100]56驳船
[0101]58 履带式起重机
【权利要求】
1.一种浮体式风力发电装置，具备漂浮在水面的浮体和设置于该浮体的风力发电机，其特征在于， 所述浮体形成为由3个柱和将该3个柱间连接的2个中空状的下壳构成的俯视观察大致V字状，所述柱的上表面以位于所述下壳的上表面的上方的位置的方式形成，并且在所述3个柱中的至少I个柱的上表面设置所述风力发电机， 向所述中空状的下壳的内部注水，使下壳的上表面以没在水中的状态浮设在水上。
2.根据权利要求1所述的浮体式风力发电装置，其特征在于， 在所述下壳的内部形成沿着与轴向垂直的方向延伸的隔壁，利用该隔壁将所述下壳的内部分隔成多个隔室。
3.根据权利要求1或2所述的浮体式风力发电装置，其特征在于， 所述2个下壳由梁构件连接。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的浮体式风力发电装置，其特征在于， 在所述3个柱的位于正中间的柱上配置所述风力发电机。
5.根据权利要求1?3中任一项所述的浮体式风力发电装置，其特征在于， 在所述3个柱的位于两端的各柱上配置所述风力发电机。
6.一种浮体式风力发电装置的浮设方法，其是权利要求1?5中任一项所述的浮体式风力发电装置的浮设方法，其特征在于，具备: 设置工序，在使所述浮体漂浮在陆地上附近的水面的状态下，从陆地上利用起重机等起吊装置将风力发电机设置在所述浮体上； 拖航工序，将设置有所述风力发电机的浮体拖航至水上的规定位置；及 注水工序，对于被拖航至所述规定位置的浮体，向该浮体下壳的内部进行注水，使该下壳的上表面成为没在水中的状态。
【文档编号】F03D9/00GK104081044SQ201280068094
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2012年11月2日 优先权日:2011年12月5日
【发明者】太田真, 熊本均, 小松正夫 申请人:三菱重工业株式会社