浮体结构物、浮体式风力发电装置及浮体结构物的制造方法与流程

1.本发明涉及浮体结构物、浮体式风力发电装置及浮体结构物的制造方法，特别是，涉及能够适应将来的风车的大型化的浮体结构物、浮体式风力发电装置及浮体结构物的制造方法。


背景技术：

2.在浮体式风力发电装置的领域中，通常为：在风车的输出(发电容量)决定之后，进行风车的详细设计，计算配置在浮体结构物上的上部结构物(风车及其附带设备)的总重量，并基于该总重量来进行浮体结构物的设计。
3.例如，专利文献1记载的发明目的在于提供能够准确估算由风和波浪引起的反复载荷的影响并使该影响反映于疲劳强度设计的浮体式风力发电装置的设计方法，但段落0020记载有“浮体1设计为产生大于浮体式风力发电装置10a的总重量的浮力，能够使浮体式风力发电装置10a整体漂浮于水面w。”。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2005
‑
240785号公报


技术实现要素：

7.发明所要解决的课题
8.如上述那样，在浮体式风力发电装置中使用的浮体结构物以上部结构物的总重量为基准来设计，从减少费用的观点出发，设计为产生包含安全率的必要最小限度的浮力。
9.然而，近年来，风车的输出(发电容量)具有变大的趋势，伴随着风车的大型化需要重新设计浮体结构物来制造可耐受大型的风车的浮体结构物。因此，存在伴随着风车的大型化而浮体式风力发电设备的制造费用也增大这样的问题点。另外，特别是从发电企业的收益性的观点出发，浮体式风力发电装置的领域需要进一步的降低费用。
10.本发明是鉴于这样的问题点而完成的，目的在于提供即便在风车大型化的情况下也能够更换并设置风车的浮体结构物、浮体式风力发电装置及浮体结构物的制造方法。
11.用于解决课题的技术方案
12.根据本发明，提供一种浮体结构物，其特征在于，具有能够设置第二风车的浮力，上述第二风车具有比安装的第一风车的输出大的输出。
13.另外，根据本发明，提供一种浮体式风力发电装置，其特征在于，具备浮体结构物，上述浮体结构物具有能够设置第二风车的浮力，上述第二风车具有比安装的第一风车的输出大的输出。
14.也可以是，上述浮体结构物具有台座，上述台座对上述第一风车及上述第二风车以能够更换的方式进行支撑。另外，也可以是，上述浮体结构物具有配件，上述配件配置于上述第一风车与上述台座之间，或者配置于上述第二风车与上述台座之间。另外，也可以
是，上述浮体结构物具有至少比上述第一风车的耐用年限长的耐用年限。
15.另外，根据本发明，提供一种浮体结构物的制造方法，其特征在于，包括：第一工序，决定安装的第一风车的输出；第二工序，决定第二风车的最大输出，上述第二风车具有比上述第一风车的输出大的输出，并且具有将来要进行安装的可能性；第三工序，计算能够设置上述第二风车的上述浮体结构物的浮力；及第四工序，基于上述浮力来设计上述浮体结构物。
16.发明效果
17.根据上述的本发明所涉及的浮体结构物、浮体式风力发电装置及浮体结构物的制造方法，浮体结构物具有能够设置具有比安装的第一风车的输出大的输出的第二风车的浮力，因此即便在将来风车大型化的情况下也不需要新制造浮体结构物，而能够利用此前使用的浮体结构物来更换并设置大型化的风车。
18.另外，根据这样的发明，能够增长使用浮体结构物的年限，通过使浮体结构物的耐用年限预先与该使用年限对应，能够实质减少运转时所需的各年的费用(折旧费)，也能够简单地改善发电收益。
附图说明
19.图1是表示本发明的一实施方式所涉及的浮体式风力发电装置的整体结构图。
20.图2是表示浮体结构物与第一风车的连结部的放大图，(a)示出部件展开图，(b)示出剖视俯视图。
21.图3是表示本发明的一实施方式所涉及的浮体结构物的制造方法的流程图。
22.图4是表示浮体结构物与第二风车的连结部的剖视俯视图，(a)示出第一例，(b)示出第二例。
23.图5是表示浮体结构物与风车的连结部的变形例的图，(a)示出第一风车的连结部，(b)示出第二风车的连结部。
具体实施方式
24.以下，使用图1～图5的(b)对本发明的实施方式进行说明。此处，图1是表示本发明的一实施方式所涉及的浮体式风力发电装置的整体结构图。图2是表示浮体结构物与第一风车的连结部的放大图，(a)示出部件展开图，(b)示出剖视俯视图。图3是表示本发明的一实施方式所涉及的浮体结构物的制造方法的流程图。
25.如图1所示那样，本发明的一实施方式所涉及的浮体式风力发电装置1具备：第一风车2，通过接受到风而旋转驱动来进行发电；及浮体结构物4，具有能够设置第二风车3的浮力，上述第二风车3具有比安装的第一风车2的输出大的输出，且具有将来要进行安装的可能性。
26.浮体结构物4的上部结构物即第一风车2例如具有塔21、吊舱22及叶片23。塔21是支撑吊舱22及叶片23的支柱，且与浮体结构物4的台座47连结。吊舱22在内部具有发电机，并通过叶片23的旋转而产生电力。叶片23被吊舱22支撑为能够旋转，并构成为通过风力而旋转驱动。
27.浮体结构物4例如是半潜(semi
‑
submersible：半潜水)型的浮体。此外，浮体结构
物4不限定于半潜型的浮体，也可以是驳船型、翼梁型、张紧系留式平台型等其他型式的浮体。
28.半潜型的浮体结构物4例如具备：配置于浮体结构物4的中心的中心柱41；配置于中心柱41的外周的多个(例如三个)侧柱42；配置于中心柱41及侧柱42的上部的平台43；将中心柱41及侧柱42连结的下部撑臂44；将平台43及侧柱42连结的斜撑臂45；及将浮体结构物4系留于海底的系留索46。此外，这样的半潜型浮体的构造是单纯的一个例子，不限定于图示的构造。
29.中心柱41及侧柱42构成所谓的压载舱，并构成为根据需要能够在内部的空洞注入海水和使内部的空洞排放海水。在平台43的中心部配置有设置第一风车2的台座47。下部撑臂44及斜撑臂45是保持浮体结构物4的强度的构件。
30.例如，如图2的(a)所示那样，台座47是形成在平台43上的圆柱形状或者圆板形状的凸部。在台座47的中心部立设有能够插通于塔21的支撑轴47a。另外，虽未图示，但也可以是，在台座47的上表面，以支撑轴47a为中心以大致放射状形成有多个螺栓孔。螺栓孔也可以形成于在台座47的上表面的外周形成的凸缘部。此外，虽未图示，但台座47也可以是除圆柱形状、圆板形状以外的形状(例如棱柱形状等)。
31.塔21具备在下端部遍及一定范围(高度)形成的圆筒形状的环状部21a和形成于下端部的缘部的凸缘部21b。虽未图示，但在凸缘部21b形成有能够在形成于台座47的螺栓孔旋合螺栓21c(参照图2的(b))的多个开口部。凸缘部21b的外形及开口部形成为与配置在台座47上的螺栓孔的位置匹配。
32.此处，如图2的(b)记载的那样，若将支撑轴47a的直径定义为d1，将环状部21a的内径定义为d2，将环状部21a的外径定义为d3，则具有d1＜d2＜d3的关系。另外，将支撑轴47a的直径d1设定为保持一定强度并且比环状部21a的内径d2充分小的大小，以使得支撑轴47a能够不接触地插入于环状部21a。
33.因此，当在台座47上配置有塔21的情况下，在支撑轴47a与环状部21a之间产生间隙。因此，在本实施方式所涉及的浮体式风力发电装置1中，具备嵌插于支撑轴47a的外周并且嵌插于环状部21a的内周的配件5。
34.如图2的(a)及图2的(b)所示那样，配件5是具有d1的内径(准确而言比d1稍大的直径)及d2的外径(准确而言比d2稍小的直径)的圆筒形状的部件。这样的配件5配置于塔21的环状部21a与台座47的支撑轴47a之间，因此，也能够说是配置于第一风车2与台座47之间。
35.然而，上述的浮体结构物4的浮力以往基于安装的第一风车2的总重量来设计。因此，浮体结构物4的耐用年限通常比第一风车2的耐用年限长，因此，导致由第一风车2的耐用年限来决定浮体式风力发电装置1的寿命(耐用年限)。另外，即便仅将第一风车2更换为新的风车，浮体结构物4的浮力也基于第一风车2的总重量来决定，因此，无法将比第一风车2大的风车搭载于浮体结构物4。
36.另一方面，近年来，浮体式风力发电装置所谋求的输出(发电容量)具有逐渐增加的趋势。因此，设置浮体式风力发电装置5～10年之后，谋求更大型的风车的设置。若风车大型化，则其总重量也增加。作为其结果，为了与风车的大型化对应，必须重新制造与之相称的浮体结构物。
37.因此，在本实施方式所涉及的浮体式风力发电装置1中，即便在风车大型化的情况
下也不需要制造新的浮体结构物，基于具有比安装的第一风车2更大的输出的第二风车3的总重量来计算所需的浮力，从而设计、制造浮体结构物4。
38.即，如图3所示那样，本实施方式所涉及的浮体结构物4的制造方法包括：第一工序step1，决定安装的第一风车2的输出；第二工序step2，决定第二风车3的输出，上述第二风车3具有比第一风车2的输出大的输出，并且具有将来要进行安装的可能性；第三工序step3，计算能够设置第二风车3的浮体结构物4的浮力；及第四工序step4，基于计算出的浮力来设计浮体结构物4。
39.例如，在安装的第一风车2的输出(发电容量)为7.5mw级的情况下，预测数年后谋求10mw级的输出(发电容量)，5～10年后谋求15mw级以上的输出(发电容量)。
40.若浮体结构物4的耐用年限为30～40年，则假定至少具有15mw级以上的输出(发电容量)的风车作为第二风车3，计算其总重量，成为计算为了搭载这样的第二风车3所需的浮力。在基于这样的计算出的浮力而设计、制造出浮体结构物4的情况下，安装第一风车2时的初始费用变高，但能够大幅减少将第一风车2更换为大型化的第二风车3时所需的拆除施工费、制造费等费用。
41.另外，例如，若第一风车2及第二风车3的耐用年限分别为10年，则浮体结构物4的耐用年限也可以具有比第一风车2及第二风车3的耐用年限的总和(20年)长的耐用年限。另外，在安装第一风车2时较难正确地预测将来要进行安装的第二风车3的耐用年限，因此，浮体结构物4的耐用年限也可以是比第一风车2的耐用年限长例如5～10年左右的耐用年限。即，浮体结构物4根据至少具有比第一风车2的耐用年限长的耐用年限的规格来设计、制造。
42.此处，图4是表示浮体结构物与第二风车的连结部的剖视俯视图，(a)示出第一例，(b)示出第二例。第二风车3在塔31的下端部具有环状部31a及凸缘部31b。若将环状部31a的内径定义为d2
′
，将环状部31a的外径定义为d3
′
，则具有d1＜＜d2
′
＜d3
′
的关系。
43.如图4的(a)所示那样，配件5
′
是具有d1
′
的内径(准确而言比d1
′
稍大的直径)及d2
′
的外径(准确而言比d2
′
稍小的直径)的圆筒形状的部件。这样的配件5
′
配置于塔31的环状部31a与台座47的支撑轴47a之间，因此，也能够说是配置于第二风车3与台座47之间。
44.另外，在从第一风车2更换为第二风车3时，从浮体结构物4拆除了第一风车2之后，拆除配件5，将新的配件5
′
设置于台座47之后，设置第二风车3即可。此外，塔31通过螺栓31c而连结于台座47。另外，风车的更换不局限于一次，也可以继续两次、三次更换风车，长时间使用浮体结构物4。
45.通常，具有伴随着风车的大型化而塔31也变粗的趋势，但根据设置第二风车3时的技术能力的不同，塔31的粗度可能比第一风车2的塔21的粗度细。此时，例如，如图4的(b)所示那样，能够通过使配件5
′
成为壁厚较薄的圆筒形状来对应。
46.在上述的实施方式中，成为经由配件5、5
′
而在支撑轴47a嵌插环状部21a、31a的连结构造，但连结构造不限定于这样的结构。此处，图5是表示浮体结构物与风车的连结部的变形例的图，(a)示出第一风车的连结部，(b)示出第二风车的连结部。
47.在图5的(a)及图5的(b)所示的变形例中，在台座47没有形成有支撑轴47a，而经由配件6将第一风车2连结于台座47，经由配件6
′
将第二风车3连接于台座47。
48.图5的(a)所示的配件6具备：具有圆锥台形状的外形的躯干部61；配置于躯干部61的上端且螺栓紧固于凸缘部21b的第一凸缘部62；及配置于躯干部61的下端且螺栓紧固于
台座47的第二凸缘部63。此外，针对将形成于凸缘部21b的开口部、形成于台座47的螺栓孔及各部连结的螺栓，为了方便说明而省略附图。
49.图5的(b)所示的配件6
′
具备：具有圆筒形状的外形的躯干部61
′
；配置于躯干部61
′
的上端且螺栓紧固于凸缘部21b的第一凸缘部62
′
；及配置于躯干部61的下端且螺栓紧固于台座47的第二凸缘部63
′
。此外，针对将形成于凸缘部31b的开口部、形成于台座47的螺栓孔及各部连结的螺栓，为了方便说明而省略附图。
50.这样，通过使用与第一风车2的塔21的下端部构造(环状部21a、凸缘部21b)匹配的形状的配件6及与第二风车3的塔31的下端部构造(环状部31a、凸缘部31b)匹配的形状的配件6
′
，能够将第一风车2及第二风车3设置于浮体结构物4的台座47。
51.根据上述的本实施方式所涉及的浮体结构物4、浮体式风力发电装置1及浮体结构物4的制造方法，浮体结构物4具有能够设置具有比安装的第一风车2的输出大的输出的第二风车3的浮力，因此，即便在将来风车大型化的情况下也不需要新制造浮体结构物4，而能够利用此前使用的浮体结构物4来更换并设置大型化的第二风车3。
52.另外，根据上述的本实施方式，能够增长使用浮体结构物4的年限，通过使浮体结构物4的耐用年限预先与该使用年限对应，能够实质减少运转时所需的各年的费用(折旧费)，也能够简单地改善发电收益。
53.本发明不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更是不言而喻的。
54.附图标记说明
55.1...浮体式风力发电装置
56.2...第一风车
57.3...第二风车
58.4...浮体结构物
59.5、5
′
、6、6
′
...配件
60.21、31...塔
61.21a、31a...环状部
62.21b、31b...凸缘部
63.21c、31c...螺栓
64.22...吊舱
65.23...叶片
66.41...中心柱
67.42...侧柱
68.43...平台
69.44...下部撑臂
70.45...斜撑臂
71.46...系留索
72.47...台座
73.47a...支撑轴
74.61、61
′
...躯干部
75.62、62
′
...第一凸缘部
76.63、63
′
...第二凸缘部。