JP2002206474A - 海上風力発電装置用基礎およびその施行方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 建設に伴う海洋汚染や海岸浸食を軽減できる
と共に建設費用が低廉な海上風力発電装置用基礎および
その施行方法を提供する。 【解決手段】 海上風力発電装置用基礎は、ケーソン
（２、３）とその内部中央に固定された支柱支持体
（７）とを有する。この基礎を海底に沈設した後にケー
ソンの充填物収容空間内に溶融スラグなどの充填物が投
入され、ケーソンの消波ブロック積載面およびケーソン
の周囲に消波ブロック（４）が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、海上風力発電装置
用基礎およびその施行方法に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】自然エネルギを利用した発電プラ
ントとして風力発電装置が知られている。風力発電装置
は、支柱に設けた風車を風で回転させ、この回転エネル
ギを電気エネルギに変換して発電を行うものとなってい
る。風力発電装置の大きさは相当に大きく、例えば風車
の直径及び支柱の高さは６０ｍ程度になり、風力発電装
置を設置するには広大な敷地が必要になる。また、風力
発電には年間を通して一定以上の風速が必要である。こ
の様な観点から、風力発電装置を海上に設置することが
ある。

【０００３】海上風力発電装置の設置に際して、欧州で
は、海底に穴を掘って風車の支柱の基端部分を海底深く
に埋め込むモノポール方式や、海底に沈設したケーソン
に風車の支柱を結合する重力方式が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
の基礎設置方式にあっても大掛かりな建設設備が必要と
なり、発電装置用基礎の建設費用が高額になる。また、
基礎の設置に際して海洋汚染が生じることがあるため、
海上風力発電装置の建設に関し、漁民や地域住民の同意
を得られない場合がある。特に、漁業権が設定されてい
る日本国などでは、漁民の同意がなければ海上風力発電
装置を建設することが非常に困難である。

【０００５】本発明の目的は、建設に伴う海洋汚染や海
岸浸食を軽減できると共に建設費用が低廉な海上風力発
電装置用基礎およびその施行方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係る海上風力発電装置用基礎は、重量物積載面を有する
基礎構造体と、前記基礎構造体の内部中央部に固定され
た支柱支持体とを備え、前記基礎構造体は前記支柱支持
体のまわりに充填物収容空間を有し、前記支柱支持体は
海上風力発電装置の風車の支柱に結合可能に設けられる
ことを特徴とする。

【０００７】請求項２に係る海上風力発電装置用基礎の
施行方法は、請求項１に記載の前記基礎構造体を海底に
沈設する工程と、前記基礎構造体の前記充填物収容空間
内に充填物を投入する工程と、前記基礎構造体の前記重
量物積載面に消波作用のある重量物を積載する工程とを
備えることを特徴とする。請求項１及び２に記載の発電
装置用基礎及びその施行方法によれば、基礎全体を従来
のように例えばケーソンとその内部に設けられたコンク
リート構造物とにより構成する場合に比べて、基礎の容
量や重量が大幅に低減する。すなわち、発電装置用基礎
の重量は、この基礎の上に設置される風力発電装置の風
車の羽根や支柱に加わる風圧による曲げ応力と基礎に加
わる波力とに抗し得るように決定される。本発明では、
基礎構造体に加えてこれに積載される重量物（好ましく
は消波ブロック）が上記の曲げ応力および波力に抗する
ように作用し、従って、基礎構造体の重量は重量物の重
量分だけ少なくてすみ、その容量、高さ及び平面寸法が
小さくなる。このため、風力発電装置用基礎の製造ヤー
ドから設置場所までの運搬に便宜であり、また、その設
置に際して大掛かりな建設設備を用いる必要がない。更
に、基礎構造体の高さが小さく、また、基礎構造体に積
載された重量物の消波作用により基礎構造体に加わる波
力が低減されるため、基礎構造体の重量を小さくするこ
とができ、運搬費用や建設費用が低減する。更に、重量
物は魚礁となって漁民に利益をもたらすので、漁業との
共生が可能となり、海上風力発電装置の建設について漁
民の同意を受け易くなる。

【０００８】請求項３に記載の施行方法は、前記基礎構
造体の周囲に消波作用のある重量物を設置する工程を更
に備えることを特徴とする。この施行方法により設置さ
れた発電装置用基礎によれば、基礎構造体の周囲に設置
され消波作用のある重量物により波が遮られ、基礎構造
体に加わる波力がその分減少し、従って、基礎構造体の
大きさや重量を更に低減可能になる。また、基礎構造体
まわりの消波作用のある重量物により基礎構造体と海底
との間からの砂の流出が防止され、砂の流出による発電
装置用基礎ひいては発電装置の傾きが抑制される。ま
た、海岸浸食が防止される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
一実施形態による海上風車発電装置用基礎について説明
する。本実施形態の発電装置用基礎は、ケーソン上段２
とケーソン下段３とからなるケーソン（基礎構造体）を
備え、ケーソンの内部中央に設置された支柱支持体７に
より風力発電装置の風車の支柱１を支持するものとなっ
ている。支柱１は、鋼鉄製またはコンクリート製であっ
て、中空円筒状をなしており、例えば６０ｍ程度の長さ
を有している。そして、支柱１の上端部には例えば直径
６０ｍ程度の風車と発電機（共に図示略）が取り付けら
れる。

【００１０】ケーソン上段は、例えば鉄骨材を溶接した
ものであって全体として直方体状に形成されており、水
平に延びる上壁とその周縁から垂直下方に延びる周壁
（左右前後の壁）とを有し、その底面は開口している。
ケーソン下段は、例えば鉄骨材からなると共にケーソン
上段よりも大きい直方体状に形成されており、ケーソン
上段の周壁の下端から外方へ水平に延びる上壁と、その
周縁から垂直下方に延びる周壁と、水平に延びる底壁と
を有し、ケーソン下段の上壁は消波ブロック積載面（重
量物積載面）を構成している。以下、ケーソン上段の上
壁およびケーソン下段の底壁をケーソンの上壁および底
壁と称する。

【００１１】既述のように、ケーソン内部中央には支柱
支持体７が設置される。詳しくは、この支柱支持体７
は、ケーソン上壁とケーソン底壁との間に垂直に延びる
鉄骨製の円筒パイプからなり、この円筒パイプ内には鉄
筋コンクリートや砂が充填され、支柱支持体７の強度増
大が図られると共に発電装置用基礎の重量増加に寄与す
る。そして、円筒パイプの上端及び下端は、例えば溶接
やボルト・ナットなどによりケーソンの上壁及び底壁に
結合固定されている。更に、円筒パイプの上端には図示
しないフランジが設けられ、このフランジは、風車の支
柱１の基端に設けられたフランジ（図示略）に例えばボ
ルト・ナットなどにより結合固定される。上述のよう
に、支柱支持体７の円筒パイプをケーソンの上壁及び底
壁の双方に固定するので、支柱支持体７は、風車の支柱
１を介して支柱支持体７に加わる曲げ応力に良く耐え
る。また、支柱支持体７の円筒パイプ内にコンクリート
や砂が充填されているので、風車の支柱１から支柱支持
体７に伝わる振動が吸収される。なお、円筒パイプへの
コンクリートや砂の充填は、一般には発電装置用基礎の
製造時に行われるが、基礎設置場所の水深が浅い場合に
はケーソン沈設時にコンクリートや砂を充填可能であ
る。

【００１２】そして、ケーソンの内部において支柱支持
体７のまわりには充填物収容空間が画成されている。ま
た、この空間内に充填物たとえば溶融スラグ（図示略）
を投入するべく、ケーソンの適所たとえばケーソン上壁
にスラグ投入口が設けられ、このスラグ投入口は適宜の
閉塞手段（図示略）で閉塞可能になっている。既述のよ
うに、発電装置用基礎の重量は、この基礎の上に設置さ
れる風力発電装置の風車の羽根や支柱に加わる風圧によ
る曲げ応力と基礎に加わる波力や潮流に抗し得るように
決定され、所要重量は例えば１５００トン程度である。
本実施形態の場合、ケーソンに積載される消波ブロック
（例えば消波用のコンクリート製四脚体）及び支柱支持
体７の円筒パイプ内に充填されるコンクリートや砂など
の充填物により基礎重量が増加するばかりではなく消波
ブロックにより波力低減作用が奏されるので、ケーソン
自体の重量は上記の所要重量から消波ブロック重量及び
充填物重量を差し引いた以上に小さくなり、ケーソンは
小型軽量である。

【００１３】次に、発電装置用基礎の形状、寸法につい
て云えば、ケーソンの高さは設置場所の水深によって制
約されるが、ケーソン高さをできる限り小さくしてケー
ソンに加わる波力の影響を少なくすることが望ましい。
但し、基礎重量を所要のものにするべく、ケーソン高さ
が小さくなるほどケーソンの平面投影面積を大きくする
必要がある。ケーソンをケーソン上段２とケーソン下段
３とで構成した本実施形態の場合、ケーソンの設置安定
性などの観点からして、ケーソン上段２の高さよりもケ
ーソン下段３の高さを小さくすることが望ましい。ま
た、ケーソン中央に設置された支柱支持体７の中心すな
わち支柱支持体に結合固定される支柱１の中心に関して
対称をなす平面形状にケーソンを形成することが好まし
い。本実施形態では、図２に示すように、ケーソン上段
２及びケーソン下段３の平面形状は正四角形にされる
が、これに限らず多角形や円形でも良い。また、波の到
来方向のケーソン寸法をこれに直交する方向のケーソン
寸法よりも長くしても良く、これにより波力の影響を低
減可能である。

【００１４】以下、上記構成の発電装置用基礎を海底に
設置するための施行方法について説明する。まず、ケー
ソン上段２及びケーソン下段３からなるケーソンが、例
えば陸上の製造ヤードにおいて製造され、次に、支柱支
持体７の円筒パイプがケーソンの内部中央に設置され、
更に円筒パイプ内にコンクリートや砂が充填される。

【００１５】この様にして製造されたケーソンは、消波
ブロック及び溶融スラグと共に基礎設置場所まで運搬さ
れるが、ケーソンは密閉空間を画成するものとなってお
り、運搬に際して海面に浮かべて作業船で曳航可能であ
る。基礎設置場所の水深が浅い場合には、支柱支持体７
の円筒パイプ内へコンクリートや砂を設置現場で充填し
ても良く、これによりケーソンの更なる軽量化が可能で
ある。

【００１６】次に、基礎設置場所において、ケーソンの
適所たとえばケーソン底壁に設けた流入孔（図示略）を
開いてケーソン内に海水を流入させてケーソンを海底に
沈設し、次いで、必要に応じて海水を排出しつつ、作業
船からケーソンの充填物収容空間内に溶融スラグを投入
する。或いは、単にケーソン内に溶融スラグを投入して
ケーソンを海底に沈設する。必要であれば、ケーソン下
段３の周囲の海底６に所要本数の杭を打設してケーソン
の移動を防止する。或いは、この様な杭を予め打設して
おき、その内側にケーソンを沈設させても良い。また、
設置場所の海底６に打設された杭に嵌合可能な凹部（図
示略）をケーソンの底部に設けておき、ケーソン設置時
に凹部を杭に嵌合させたり、或いは、ケーソンの周縁部
に杭挿通孔を形成しておき、ケーソン設置後に杭挿通孔
に挿通させた杭を海底６に打設するようにしても良い。

【００１７】上述のようにして、ケーソンを設置場所に
沈設すると共にケーソン内部に溶融スラグを投入した
後、作業船のクレーンを操作して、図３に示すように、
所要数の消波ブロック４をケーソンの消波ブロック積載
面に設置し、更に、ケーソン下段３の周囲の海底６に消
波ブロック４を配置する。好ましくは、ケーソンの消波
ブロック積載面に設置した消波ブロック群およびケーソ
ン下段３の周囲に配置した消波ブロック群の上に消波ブ
ロックを図４に示すように更に積み上げる。この場合、
ケーソンに設置した消波ブロック群とケーソンの周囲に
設置した消波ブロック群とが一体化され、消波ブロック
による発電装置用基礎の重量増大効果が大きくなり、ま
た、消波効果が向上する。そして、基礎設置場所の水深
が浅い場合には、図５に示すように、消波ブロック群の
一部が海面５の上方に配置されるように消波ブロックを
高く積み上げても良く、この場合、消波ブロック群を消
波堤として利用することができる。

【００１８】また、必要であれば、消波ブロック群の周
囲の海底に杭を打ち込んで、消波ブロックと海底との一
体度合ひいては発電装置用基礎と海底との一体度合を高
めても良く、これにより、発電装置用基礎は通常以上の
波力や風車の支柱１を介して加わる通常以上の曲げ応力
に良く耐え、例えば台風の通過頻度の高い場所での使用
に適したものになる。

【００１９】上述のようにして海底に設置される発電装
置用基礎はその設置に伴う海洋汚染や海岸浸食が少な
く、また、消波機能を有して小型軽量であることから建
設費用が低廉である。そして、発電装置用基礎に風車発
電装置が設置される。この際、基礎の中央に固定された
円筒パイプの上端に設けたフランジと風車の支柱１の基
端に設けられたフランジとが結合固定される。

【００２０】本発明の海上風車発電装置用基礎およびそ
の施行方法は上記実施形態に限定されず、種々に変形可
能である。例えば、上記実施形態では、ケーソン上段と
ケーソン下段とで構成されて一つの消波ブロック積載面
を有するケーソンを用いたが、これに代えて、３つ以上
のケーソン部からなり２つ以上の消波ブロック積載面を
有するケーソンを用いても良い。また、ケーソン下段に
代えて、ケーソンの下部を鉄骨構造物や中空でないコン
クリート構造物で構成しても良く、これによりケーソン
の強度が高まる。

【００２１】また、上記実施形態では、比較的平坦な海
底に設置される基礎について説明したが、基礎設置場所
の海底が傾斜している場合には、基礎構造体の下部たと
えばケーソン下段の底部を海底の傾斜にならった形状に
形成するようにする。これにより、基礎構造体内に設け
られる支柱支持体ひいてはこれに結合される風車の支柱
の海面に対する垂直度合が所要のものとなり、風車が円
滑に動作し、また、風車の支柱に無理な応力が加わらな
くなる。

【００２２】また、消波ブロック群の外側にエアーカー
テンなどの遮蔽を設けて、発電装置用基礎の周囲を魚の
生け簀として活用するようにしても良く、これにより漁
民との共生が図られる。そして、上記実施形態では、基
礎構造体の重量物積載面及び基礎構造体の周囲に配置さ
れ消波作用のある重量物として消波ブロックを用いた
が、消波ブロックに代えて或いは消波ブロックと共に、
消波作用を奏すると共に比重の大きいその他の重量物た
とえば溶融スラグを用いても良い。この場合、溶融スラ
グにネットをかけるなどして溶融スラグの散乱防止を図
っても良い。

【００２３】

【発明の効果】請求項１に記載の海上風力発電装置用基
礎は、基礎構造体とその内部中央部に固定された支柱支
持体とを備え、基礎構造体は支柱支持体のまわりに充填
物収容空間を有し、支柱支持体は風車の支柱に結合可能
に設けられ、また、請求項２に係る施行方法は、請求項
１に記載の基礎構造体を海底に沈設する工程と、基礎構
造体の充填物収容空間内に充填物を投入する工程と、基
礎構造体の重量物積載面に消波作用のある重量物を積載
する工程とを備えるので、基礎構造体に積載される重量
物が発電装置用基礎の重しとなり、発電装置用基礎の容
量や重量を大幅に低減できる。このため、風力発電装置
用基礎の製造ヤードから設置場所までの運搬に便宜であ
り、また、その設置に際して大掛かりな建設設備を用い
る必要がない。更に、基礎構造体の高さが小さく、ま
た、重量物の消波作用により基礎構造体に加わる波力が
低減されるため、基礎構造体の重量を小さくすることが
でき、運搬費用や建設費用が低減する。更に、重量物は
魚礁となって漁民に利益をもたらすので、漁業との共生
が可能となり、海上風力発電装置の建設について漁民の
同意を受け易くなる。

【００２４】請求項３に記載の施行方法は、基礎構造体
の周囲に消波作用のある重量物を設置する工程を備える
ので、基礎構造体の周囲に設置された重量物により波を
遮ることができ、基礎構造体に加わる波力を減少でき、
従って、基礎構造体の大きさや重量を更に低減可能にな
る。また、基礎構造体まわりの消波作用のある重量物に
より基礎構造体と海底との間からの砂の流出を防止でき
るので、発電装置用基礎ひいては発電装置の傾きを抑制
でき、また、海岸浸食を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による海上風力発電装置用
基礎のケーソンを風車の支柱の基端部と共に示す概略斜
視図である。

【図２】図１に示したケーソン及び風車の支柱の概略平
面図である。

【図３】図１に示したケーソンを海底に沈設する施行方
法を示す概略側面図である。

【図４】ケーソン上およびその周囲に消波ブロック群を
一体に配置する施行方法を示す概略側面図である。

【図５】ケーソン上及びその周囲に配置される消波ブロ
ック群を消波堤として利用可能とする施行方法を示す概
略側面図である。

【符号の説明】

１ 風車の支柱 ２ ケーソン上段 ３ ケーソン下段 ４ 消波ブロック ５ 海面 ６ 海底 ７ 支柱支持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D046 DA41 3H078 AA11 AA26 BB18 BB20 CC46

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量物積載面を有する基礎構造体と、前
   記基礎構造体の内部中央部に固定された支柱支持体とを
   備え、前記基礎構造体は前記支柱支持体のまわりに充填
   物収容空間を有し、前記支柱支持体は海上風力発電装置
   の風車の支柱に結合可能に設けられることを特徴とする
   海上風力発電装置用基礎。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の基礎構造体を海底に沈
   設する工程と、前記基礎構造体の前記充填物収容空間内
   に充填物を投入する工程と、前記基礎構造体の前記重量
   物積載面に消波作用のある重量物を積載する工程とを備
   えることを特徴とする海上風力発電装置用基礎の施行方
   法。
3. 【請求項３】 前記基礎構造体の周囲に消波作用のある
   重量物を設置する工程を更に備えることを特徴とする請
   求項２に記載の海上風力発電装置用基礎の施行方法。