本発明は、海上に設置され、浮体施設用の基盤の役割を果たすようになっている半潜水型プラットフォームに関する。

風力発電所や波力発電所(つまり波浪からエネルギーを産生する発電所)などの浮体施設には、発電所を支持する、つまり剛性であるだけでなく安定性もあるプラットフォームが必要だが、波浪は浮体構造物全体に縦の動き(ピッチング)と横の動き(ローリング)を交互に伝達する傾向にあるため、これには当然困難が伴う。

このような動きは、施設に対して機械部品の疲労(および摩耗も)や効率の低下を引き起こす負の作用が起きるという理由から、避けなければならないものである。風力タービンの場合、ピッチングおよびローリングの動きは、風力タービンの正常動作に有害なものである。なぜならこの場合、支柱は強い曲げ応力を受け、さらに風力タービンは、風の方向に対して頻繁に軸から外れた状態になるからである。同じように、波力発電所の場合、プラットフォームの安定性が欠けていると、動力装置に無謀な動きが起こり、機械疲労および生産性の低下を引き起こす。

第1の目的は、安定性の高い半潜水型プラットフォームを提供することである。

第2の目的は、剛性の高い半潜水型プラットフォームを提供することである。

第3の目的は、メンテナンス作業が最小になるように信頼性の高い半潜水型プラットフォームを提供することである。

第4の目的は、エネルギー効率の高い半潜水型波力発電所を提供することである。

第5の目的は、エネルギー効率の点で軽重量の半潜水型波力発電所を提供することである。

このようにするために、第一に、半潜水型プラットフォームであって、 ‐プラットフォームの前端端部から後端端部に広がる中央水路を画定する中実の側壁を有する少なくとも2つの長手浮体ケーソン; ‐ケーソンを横断方向に連結する少なくとも1つの梁; ‐ケーソンの下縁よりも下で横断方向に広がる少なくとも1つの安定補助翼 を備える、プラットフォームが提供される。

常に水面下にある安定補助翼は、この補助翼の上にできる水柱の重みによってプラットフォームの平衡を保ち、とりわけピッチングの動きに対する緩衝器の役割を果たす。

ケーソンの側壁が中実であるという特徴により、水路に水を誘導することができ、ローリングの動きを制限する。

このプラットフォームに対して、以下の補足的な様々な特徴を単独でまたは組み合わせて備えることができる: ‐補助翼は、ケーソンの後端端部の近傍に配置される; ‐補助翼は、ケーソンを連結する横断梁と一体化している; ‐補助翼と一体化している梁は、横断面がU字型であり、ケーソンの下縁から延長上に延びている2つの側面を有する; ‐少なくとも2つの安定補助翼が設けられ、1つは前端の補助翼で前端端部の近傍にあり、1つは後端の補助翼で後端端部の近傍にある。

第二に、半潜水型波力発電所であって、前述したようなプラットフォームを基盤として備えるとともに、プラットフォーム上に組み立てられ、水路に配置された少なくとも1つの浮体物を具備し、波浪エネルギーを機械エネルギーに変換できる波力発電機を備える波力発電所が提供される。

この発電所に対して、以下の補足的な様々な特徴を単独でまたは組み合わせて備えることができる: ‐浮体物は、ケーソンを横断方向に連結する横材に関節連結式に取り付けられたアームと連動している; ‐関節連結アームは、横材との連動軸に回転式に取り付けられたコネクティングロッド、および浮体物と連動し、コネクティングロッドに対して関節連結したレバーを備える; ‐コネクティングロッドに連結したピストンを備えた少なくとも1つのジャッキを備えるエネルギー変換器が設けられる; ‐コネクティングロッドの軸は、ケーソンを横断方向に連結する横材に取り付けられる; ‐波浪発電機は、浮体物を水路に横に並べて配置した横断列を備え、それぞれの横断列は、ケ‐ソンの少なくとも一方に取り付けられた関節連結アームと連動している; ‐水路の上流には、傾斜面によって下向きに画定された漏斗形の開口が設けられる; ‐傾斜面は、浮体物の上流で、浮体物の近傍まで広がっている; ‐開口は、下流方向に向かって接近し合う2つの側面によって横断方向に画定される; ‐傾斜面の上流縁に関節連結した波除け板が設けられ、板が傾斜面のほぼ延長上に広がる降下位置と、板が傾斜面と角度を形成する上昇位置との間を上下し、このようにして開口をふさぐ; ‐各浮体物は、側面に小翼を備える。

本発明のその他の目的および利点は、添付の図面を参照して以下に記載した一実施形態についての説明文に照らし合わせることで明らかになるだろう。

半潜水型プラットフォームを示す斜視図である。

海上にある図1のプラットフォームを示す側面図である。

波力発電所を示す斜視図である。

図3の発電所に装備されたエネルギー回収装置を示す概略図である。

図3の発電所の上面図である。

図5の発電所の断面図、および発電所に装備されている波除け板の詳細差し込み図である。

図1には、1つまたは複数の風力タービンを装備した風力発電所、あるいは、後述する例で見ていくような波力発電所などの海洋施設に対する基盤の役割を果たすようになっている半潜水型浮体式プラットフォーム1を示している。2つの発電所(一方は風力発電所でもう一方は波力発電所)は、プラットフォーム1上で一緒に組み立てられてよい。

このプラットフォーム1は、複数の長い浮体ケーソン2を備え、このケーソンは、プラットフォーム1が海上にある際に波浪が伝播する主な方向(図1に矢印で表示)に相当する長手方向に沿ってほぼ平行に配置される。

図示した例では、このケーソン2は2つで、平行6面体の形態であり、断面が正方形または(図示したように)長方形で、好ましくは高さが厚みよりも大きい。ケーソン2は、中実の側壁、すなわち外壁3および内壁4を備え、同壁は共同して対になって、プラットフォーム1の前端端部6から後端端部7までに広がっている中央水路5を画成している。

ケーソン2の中実の側壁3、4があることにより、海水は、波浪が伝播する主な方向に沿って水路5に誘導され、これによってプラットフォーム1のローリングの動きを制限する。

ケーソン2は、長手上縁8およびこれに対向している長手下縁9を備え、(波があっても)海が静かであまり荒れていない場合、上縁が水面から出ていて下縁が水面下にある状態でいられる。

各ケーソン2は、好ましくは中空であり、金属(例えば腐食防止処理済みの鋼鉄)製、複合材料製、または剛性が十分で曲げ力にも腐食にも耐性のあるその他のあらゆる材料製の板を組み立てて作製される。各ケーソン2は、長手面でも(とりわけケーソン2が突出して山形部の頂点まで広がっているとき、またはケーソンの2つの端部が2つの連続する山形部によって支えられているとき)横断面でも(とりわけ局所的な渦があった場合)曲げ応力によりよく抵抗するように、内部リブによって硬化されてよい。

さらに、各ケーソン2を区切ってバラストを形成でき、このバラストに少なくとも部分的に海水を充填するか排水して喫水線を調整する。バラストの充填および排水は、好ましくは自動的に作動するポンプによって実現されてよい。

プラットフォーム1は、ケーソン2を横断方向に連結してケーソンどうしの間を一定に保つとともに構造を硬化させる梁10を備えている。この梁10は、特に、水圧でケーソンの側壁3、4にかかる横断力によって生じる曲げ応力に抵抗するように寸法を決定され、この圧力は、水路5とプラットフォーム1の外側との間の水位に差があるため、外壁3に対するものと内壁4に対するものとでは異なることがある。

プラットフォーム1は、さらに、通常海上では恒久的に水面から出ている少なくとも1つの安定補助翼11を備え、この補助翼11は、好ましくはケーソン2の下縁9よりも下で横断方向に広がっている。

補助翼11が1つのみ設けられる場合、この補助翼は、後端7の近傍に配置されるのが好ましい。しかし、図示した好適な実施形態によれば、プラットフォーム1は、2つの安定補助翼11、すなわち前端6に配置された前端補助翼11、および後端7に配置された後端補助翼11を備えている。

梁10および補助翼11は、分離していてよい。したがって、1つの補助翼が各ケーソン2の一方の端部に広がっていてよい。しかし、図示した好適な実施形態では、各補助翼11は、ケーソン2を連結する横断梁10と一体化し、このようにして一方のケーソン2からもう一方のケーソンへ横断方向に広がっている。

図1を見ればよくわかるように、各補助翼11は、ほぼ平坦な上面(face superieure)12または上面(extrados)を備え、この上面は、ケーソン2の長手下縁9に平行であり、かつこの長手下縁に対向している。

プラットフォーム1の両端に配置されている前端および後端の補助翼11は、水路5を海と恒久的に連通させる空間13を間に置いている。

プラットフォーム1に中間梁10を備えることも検討可能であり、この中間梁で、前端および後端の補助翼11に似ているもののプラットフォーム1のほぼ中央に位置している中間補助翼11を形成して、プラットフォームの安定性および剛性を増大させることができる。

図1および図2に示したように、補助翼11と一体化している各梁10は、横断面がU字型で、ケーソン2の下縁9から垂直な延長上に延びている2つの側面14を有していて、その結果、上面12はケーソン2の下縁9から距離を置いた所に広がり、ケーソン2の下に位置している補助翼は常に水面下にある。

その結果、補助翼11の上にできる水柱の重みによってプラットフォーム1の平衡を安定して維持し、この水柱が、プラットフォーム1の動き、とりわけピッチングの動きを減衰する役割を果たす。前端および後端の2つの補助翼11があることによって、プラットフォーム1の安定性、およびとりわけプラットフォームのピッチングに対する抵抗がさらに増すのは言うまでもない。

図2を見ればわかるように、プラットフォーム1は、プラットフォーム1と連動しているカテナリ15を用いて海底に固定されてよい(好ましくはカテナリを前端6に、例えば前端の補助翼11に固定する)。プラットフォーム1の向きを波浪の方向に対して(波力発電施設の場合)、または風方向に対して(風力発電施設の場合)ほぼ一定に保つため、プラットフォーム1にはさらに、後端7に取り付けた推進タービン16を装備することができ、このタービンでカテナリ15を張った状態にする。このカテナリ15は、カテナリ15が張った状態で垂直に延びるように、好ましくは長さが最短であり、このようにしてプラットフォーム1の安全性をさらに高めるためにプラットフォーム1が固定箇所の周りで揺れるのを制限する。固定箇所は複数設けてよい。

このような構造で、半潜水型プラットフォーム1は、とりわけケーソンの中実の側壁3、4により、また補助翼11があることにより、これらが減衰器のように作用して、安定性が極めて良好になる。

プラットフォーム1の剛性も高く、ケーソン2は縦通材の役割を果たし、梁10は補強用横架材の役割を果たす。

そのため、プラットフォーム1は、構成要素の寿命が長く疲労耐性が高いため、良好な信頼性を備えている。よって、メンテナンス作業(とりわけ消耗部品を交換する作業)は最小になる。

これらの性質により、プラットフォーム1は、風力発電所あるいは波力発電所などの施設に対する基盤の役割を果たすことができる。プラットフォーム1の梁10は、このような設備の様々な構成要素(例えば風力タービンの支柱)に対する支持体の役割を果たすことができる。

図3には、前述したようなプラットフォーム1の上に組み立てた波力発電機18を備える半潜水型浮体波力発電所17を示しており、プラットフォーム1は、この機械18に対する基盤の機能を果たす。

波力発電機18は、波浪エネルギーを機械エネルギーに変換できるように水路5に配置された少なくとも1つの浮体物19を装備している。

図3、図5および図6に示したように、浮体物19は、ケーソン2の上縁8で横断方向に連結されている横材21、22に関節式に取り付けられたアーム20と連動している。

図示した例では、機械18は、浮体物19を水路5に横に並べて配置した横断列を備えている。図示した例では、浮体物19の数は4つで、間隔をあけた2つの横材21、22に一対ずつ取り付けられている。図5を見ればよくわかるように、浮体物は、ケーソン2の近傍で上流の横材21に取り付けられた一対のサイド浮体物19と、下流の横材22に取り付けられた一対の中央浮体物19とにまとめられる。

浮体物19によって各横材21、22に生じる力は、関節連結部の回転に対する抵抗を調節することで均衡にすることができ、これによってプラットフォーム1にかかる応力を最小にする。しかし、浮体物19の動きに共鳴を起こすために(関節連結部を違う形で調節して)不均衡を引き起こし、このようにして機械18の効率を最大にすることも有益になり得る。

各浮体物19は、好ましくは形材であり、そのようにするためにプラットフォーム1の前端6の方を向いている先端部23を備えている。関節連結アーム20は、横材21、22と連動している第1の軸25に回転式に取り付けられたコネクティングロッド24を備えているとともに、浮体物19と連動し、第2の共通回転軸27周りにコネクティングロッド24に対して関節連結しているレバー26を備えている。剛性を高めるため、レバー26と浮体物19との接合は、山形鋼28を用いて補強されてよい。

横材21、22は、好ましくは、とりわけ波浪の機械エネルギーを電気エネルギーに変換するために、発電所1の他の備品を受け入れて収容する技術的な場所を形成するのに十分な余裕があるように寸法を決定される。

機械18は実際に、各浮体物19に対して、浮体物19の機械エネルギーを水力エネルギーに変換する変換器29を備えている。この変換器29は、作動液33で満たされたチャンバ32を画成しているシリンダ31を備える少なくとも1つのジャッキ30を備え、シリンダ内には、コネクティングロッド24に連結しているピストン34がスライド式に取り付けられている。さらに具体的には、図4に概略的に示したように、ピストン34は、コネクティングロッド24の回転軸25と連動する車輪35に連結していて、その結果、コネクティングロッド24の回転が浮体物19の上下運動によって引き起こされて(図6に点線で示したように)、バネの作用によってピストン34が引っ張られる動き(図4の大きい左矢印の方向)と圧縮される動き(図4の小さい右矢印の方向)とが交互に起こる。

機械部品の疲労を制限するために、ジャッキ30は、好ましくは単動型で、ピストン34が引っ張られている際のみに流体33が圧縮されるように(アキュムレータに格納されている可能性のある発電タービンに接続されている外部流体回路内に流入するように)配置される。図示した例では、各変換器29は、対向して動作し(かつ2つとも引っ張られた状態で)、車輪35に連結されている2つのジャッキ30を備え、その結果、(図6に矢印Aで示したように)コネクティングロッド24が揺れるたびに、各々のピストン34に交互に引っ張り力がかかり、これによって浮体物19が上昇する際も下降する際も波浪のエネルギーが回収される。

エネルギー変換器も同じく、好ましくは、該当するコネクティングロッド24に対して各レバー26の関節連結軸27に取り付けられ、その結果、山形部の両側で(図6に矢印Bで示したように)波浪とともに揺れる各浮体物19の振り子の動きも水力エネルギーに(その後電気エネルギーに)変換される。

プラットフォーム1が水路状の構造になっていることにより、波浪は正しく誘導され、浮体物19のローリングの動きを避けて、発電所1のエネルギー効率に有利に働く。プラットフォーム1が空洞のある構造であることにより、重量と力の良好な比率が得られる点に注意されたい。

このエネルギー効率は、水路5で波浪をさらに高くするシステムを用いて一層向上させることができる。

このようにするために、プラットフォーム1は、その前端に漏斗形の開口36を備えるように修正されてよく、この開口は、上流から下流に向かって上向きに傾斜した面37によって下向きに画定されている。この傾斜は約数度であってよく、これは、浮体物19までくる水路5への流れを局所的に遅らせる(またこれに伴いさらに高く上げる)のに十分なものである。

図6の断面図からわかるように、傾斜面37は、浮体物19の近傍まで、浮体物の上流に広がり、プラットフォーム外にある(点線で示したような)水位に対して水路5で水位を(実線で示したように)上げるものの、この図に二重矢印Cで示した浮体物19のピストンの動きを妨げないようにする。

開口36は、下流方向に向かって接近し合う側面38にも画定され、水路5から前端6までの幅を局所的に制限するものを形成し、これによって水路5での水位が浮体物19まで上昇するのを一層高める。

波浪の振幅は、浮体物の側面に設けられた小翼によって、浮体物19の高さで局所的にさらに増大することができる。この小翼は、横断方向に向けられるか、水平方向に対して傾斜して向けられ、流れをそらせ(かつそれによって失速させ)、水路5での水位を局所的に高める。

図3、図5および図6に示した好適な実施形態によれば、プラットフォーム1は、暴風雨に対する防護機構を備え、この機構は、海が激しく荒れることで作動する。

この機構は、プラットフォーム1の前端6に取り付けられた波除け板39を備えている。この板39は、傾斜面37の上流縁に関節連結され、 ‐板39が傾斜面37のほぼ延長上に広がる降下位置(図6左端の実線)と、 ‐板39が傾斜面37と角度を形成する上昇位置(図6左端の点線) との間を上下する。

降下位置では、板39は、水が開口36を通って水路5に流れるように通路を開放する。この位置は、正常な状態(海が穏やかまたはわずかに荒れている状態)にある板39の位置である。図3および図5を見ればわかるように、板39は、ケーソン2の直線セクション40によって両側を囲まれ、このセクションは、側面38の延長上にほぼ平行に広がっている。

海が激しく荒れている状況に板39が置かれている上昇位置では、板39は、開口36をふさいで水路5で波浪が動くのを制限し、このようにして、浮体物19が揺れる振幅が大きくなりすぎて機械18が損傷するリスクを回避する。

図6を見ればわかるように、板39は、ケーソン2の上縁8まで、あるいはそれよりも上に上がることができる。板39は、動力式であってよい。しかし、好適な実施形態によれば、板39は、中空であってよく、この板自体でバラストを形成でき、板39を降下位置にするためにはこの板に海水を満たし、板39を上昇位置にするためにはこの板の水を抜き、このようにして海自体によって板39を浮遊させて自動的に上昇させる。図6の詳細な差し込み図を見ればわかるように、板39は、傾斜面37の上流縁にある関節連結部の近傍に空洞部41を備えていてよく、これによって、上昇位置では(図6の差し込み図に矢印で示したように)海水用の(断面が限られた)通路を形成し、このようにして水路5と周囲の海面との間の圧力差を制限する。

板39を周囲の海面よりもさらに高く上げて、高波が機械18上で砕けるリスクを制限するために、プラットフォーム1には、プラットフォーム1の平衡調節システムを装備でき、これによって前端6を後端7よりも高くする。

このシステムは、前端6側のケーソン2と一体化しているバラストを部分的に空にする機構を備えていてよく、それによって(質量を移動させて)この側のケーソン2を局所的に軽くし、このようにして前端6を後端7よりも上に上げる。この空にする機構は、例えば波浪の振幅を検出する浮標を用いて、あるいは(場合によっては衛星中継を伴う)海洋気象管制センターから発信される信号を受信して、自動的に作動できる。