JP2005180239A - Foundation of water surface wind power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は海上や湖上など洋上に設置される風力発電装置の基礎に関する。 The present invention relates to a foundation of a wind power generator installed on the ocean such as at sea or on a lake.
風力発電は化石燃料を使用しないのでクリーンなエネルギーとして注目されているが、従来わが国ではほとんど陸上に設置されている。しかし国土の狭いわが国では、常時安定した風力が得られること、人口密集地から十分離れていること、設置が困難な急峻な山地ではないことなどの立地条件が厳しいため、適地を探すのが困難になっている。 Wind power generation is attracting attention as clean energy because it does not use fossil fuels, but in Japan it has been installed almost on land. However, in Japan, where the land is small, it is difficult to find the right place because the location conditions are severe, such as being able to obtain stable wind power at all times, being far enough from densely populated areas, and not being a steep mountainous area that is difficult to install. It has become.
一方洋上には設置に困難な深い海を除いても、多くの適地があり、洋上風力発電装置が注目されている。洋上に風力発電装置を設置する場合には、海底に現場施工でコンクリート製一体型のタワーを立設し、そのタワー上に風力発電装置を配置することが行われている。 On the other hand, there are many suitable sites on the ocean, except for the deep sea where installation is difficult, and offshore wind turbines are attracting attention. In the case of installing a wind power generator on the ocean, a concrete integrated tower is erected on the sea floor by on-site construction, and the wind power generator is arranged on the tower.
さらに、特許文献1にはタワーを短期間で安価に建設できる洋上風力発電装置が開示されている。図5は特許文献1に開示された洋上風力発電装置の縦断面図である。
図5において、Gaは砂状の海底、W.Lは海面である。aはタワーで上部は海面W.Lから突出している。タワー上にはプラットホームjを介して風力発電部gが配置されている。風力発電部gは支柱hと3枚の羽根を有する風車iとを有している。タワーaは、内部に錘として砂を詰めた中空円筒状の基礎ブロックbと、その上に順次小径となる複数の中空円筒状の分割ブロックkを積み上げたタワー本体cとからなる。fは連結具であり、複数の分割ブロックkを貫通して基礎ブロックbとプラットホームjとを連結しており、横荷重を受けても分割ブロックkがバラバラにならないようになっている。基礎ブロックbおよび分割ブロックkはともに鉄筋コンクリート製で、基礎ブロックbは、天壁および底壁を有しており、分割ブロックkは、天壁を有している。 In FIG. 5, Ga is a sandy seabed, W.M. L is the sea level. a is a tower and the upper part is the sea level W. Projecting from L. A wind power generation part g is arranged on the tower via a platform j. The wind power generation part g has a column h and a windmill i having three blades. The tower a is composed of a hollow cylindrical base block b filled with sand as a weight and a tower main body c on which a plurality of hollow cylindrical divided blocks k having successively smaller diameters are stacked. f is a connecting tool, which penetrates the plurality of divided blocks k and connects the basic block b and the platform j so that the divided blocks k do not fall apart even when subjected to a lateral load. Both the foundation block b and the division block k are made of reinforced concrete, the foundation block b has a top wall and a bottom wall, and the division block k has a ceiling wall.
mは転倒防止枠であり、鉄筋コンクリート製であって、砂状の海底Gaに垂直に埋め込まれて上部を砂状の海底Gaより上方に突出させた円筒状の枠本体dと、該枠本体dの外周面から砂状の海底Ga内を水平に延びる鍔部eとを有し、タワーaの自重により砂が散逸するのを枠本体dで防止し,タワーaが傾くのを鍔部eで防止している。図に示すようにタワーaの基礎ブロックbが転倒防止枠mの上部に挿入されている。 m is a fall prevention frame, is made of reinforced concrete, and is embedded in a sandy seabed Ga perpendicularly so that the upper part projects upward from the sandy seabed Ga, and the frame body d And the eaves e extending horizontally in the sandy seabed Ga from the outer peripheral surface of the frame, the frame body d prevents the sand from being dissipated by the weight of the tower a, and the eaves e prevents the tower a from tilting. It is preventing. As shown in the figure, the foundation block b of the tower a is inserted in the upper part of the fall prevention frame m.
図6は同じく特許文献1に開示された、洋上風力発電機装置の他の実施例の図面である。海底が岩盤状の海底Gbである場合には図5に示すような転倒防止枠mは不要で、岩盤状の海底Gbの表面を平らに掘削し、その上に基礎ブロックbを載置すればよい。 FIG. 6 is a drawing of another embodiment of the offshore wind power generator apparatus disclosed in Patent Document 1 as well. When the seabed is a rocky seabed Gb, the fall prevention frame m as shown in FIG. 5 is not necessary. If the surface of the rocky seabed Gb is excavated flatly and the foundation block b is placed thereon, Good.
以上説明した洋上風力発電装置において、図5の枠本体dはオープンケーソンと呼ばれる基礎であり、図6の基礎ブロックbは設置ケーソンと呼ばれる基礎である。設置ケーソンは底部が閉じている箱状のもので、ケーソンヤードで建造した後、水上を船で曳航し、所定の位置に達したら躯体の内部に水などを満たして沈下させて海底に設置する。設置ケーソンは海底の基礎地盤が掘削できる程度の岩盤かあるいは非洗掘性の締め固まった砂地盤の場合に適用できる。海底の表面を平らに仕上げてからケーソンをそのまま設置する。 In the offshore wind turbine generator described above, the frame body d in FIG. 5 is a foundation called an open caisson, and the foundation block b in FIG. 6 is a foundation called an installed caisson. The installation caisson is a box with a closed bottom. After building in the caisson yard, the ship is towed on the water, and when it reaches a predetermined position, the inside of the enclosure is filled with water and submerged and installed on the seabed. . The installed caisson can be applied to rocks that can be excavated from the foundation of the seabed or non-scoured compacted sand. The caisson is installed as it is after the surface of the sea floor is finished flat.
図5のオープンケーソンは井筒とも呼んでいるもので、ケーソンヤードで建造し、仮の底盤をつけて所定の位置まで曳航し、そこで沈めてから仮の底盤を取り外し、その後躯体の内部から掘削し、沈下させて設置する。オープンケーソンは海底が柔らかい粘土、シルト、砂、礫のいずれの地盤にも適用できる。ケーソンが所定の深さに達したら掘削した内部に土砂を捨て込む。 The open caisson in Fig. 5 is also called a well, built in the caisson yard, attached to a temporary base and towed to a predetermined position, submerged there, removed the temporary base, and then excavated from inside the enclosure. Set it down. Open caisson can be applied to any ground of soft clay, silt, sand and gravel. When the caisson reaches a predetermined depth, the earth and sand are thrown into the excavated interior.
以上述べたように、設置ケーソン(図6参照)の場合には海底を平らに地ならしするための掘削が必要であるし、オープンケーソン(図5参照)の場合にはケーソンを沈下させるための掘削が必要で、いずれも海底の掘削のために大規模な工事になる。さらに風力発電装置は自身の重量はそれほど大きくないものの、横風によって発電するものだから、大きな転倒モーメントが働く。したがってその転倒モーメントに対抗するため、ケーソンの重量を大きくするとともに、底面積も大きくしなければならない。さらに海底における大きなコンクリート構造物の建設は海底生物や魚類に対する影響も少なくない。 As described above, in the case of an installed caisson (see Fig. 6), excavation for leveling the seabed is required, and in the case of an open caisson (see Fig. 5), excavation for sinking the caisson is required. Both of which require extensive construction for drilling the seabed. In addition, although the wind power generator itself is not so heavy, it generates electricity by crosswind, so a large overturning moment works. Therefore, in order to counter the overturning moment, the caisson must be increased in weight and the bottom area must be increased. Furthermore, the construction of large concrete structures on the sea floor has a considerable impact on marine organisms and fish.
本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたもので、海底の掘削工事が不要であり、大きな転倒モーメントに対応可能であり、かつ、漁礁として利用可能で環境に優しい洋上風力発電装置の基礎を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of such problems of the prior art, and does not require seabed excavation work, can cope with a large overturning moment, and can be used as a fishing reef and is an environmentally friendly offshore wind turbine generator The purpose is to provide a basis for
上記目的を達成するため本発明の洋上風力発電装置の基礎は、平面視で正多角形の各頂点に配置されて海底に打ち込まれた鋼管杭と、各鋼管杭の杭頭に被せて固定し、風力発電部の支柱の基端部を上記正多角形の中心に位置させて支持する鋼製構台とからなる洋上風力発電装置の基礎であって、上記鋼製構台は下端を上記各鋼管杭の杭頭に被せて固定する鋼管柱と、隣り合った鋼管柱の上下端同士を水平に連結するとともに上端と下端とを斜めに連結する柱連結部材と、各鋼管柱または上記柱連結部材と上記風力発電部の支柱の基端部とを連結して支持する支持部材とからなるものである。 In order to achieve the above object, the foundation of the offshore wind power generator of the present invention is fixed by covering a steel pipe pile placed at each vertex of a regular polygon in a plan view and driven into the seabed, and a pile head of each steel pipe pile. A base of an offshore wind power generator comprising a steel gantry that supports the base end of the column of the wind power generator positioned at the center of the regular polygon, the steel gantry having a lower end at each steel pipe pile A steel pipe column that is fixed over the pile head, a column connecting member that connects the upper and lower ends of adjacent steel pipe columns horizontally and diagonally connects the upper end and the lower end, and each steel pipe column or the column connecting member It comprises a support member that connects and supports the base end of the column of the wind power generation unit.
上記多角形は正多角形であるのが好ましい。 The polygon is preferably a regular polygon.
上記正多角形は正6角形であり、上記支持部材は上記鋼管柱の上端および下端と上記風力発電部の支柱の基端部とを連結する水平部材と、上記鋼管柱の上端と上記風力発電部の支柱の下端とを斜めに連結する斜材とからなるであるのが好ましい。 The regular polygon is a regular hexagon, and the support member is a horizontal member that connects an upper end and a lower end of the steel pipe column and a base end portion of a column of the wind power generation unit, an upper end of the steel tube column, and the wind power generation It is preferable that it consists of the diagonal material which connects the lower end of the support | pillar of a part diagonally.
以下本発明の作用を説明する。本発明の洋上風力発電装置の基礎は鋼製構台を鋼管杭によって支持しており、海底に直接設置しないので、従来のケーソンのように海底の地ならしやケーソンを沈下させるための掘削作業が不要になりその分工数の削減が可能で、費用も安くて済む。風力発電部にかかる横荷重による転倒モーメントは鋼管杭の引き抜き力と押し込み力の差によって受け持たれるので、ケーソンのように大きな自重や大きな底面積が不要になり、建造コストの削減が可能になる。杭を平面視で正多角形の各頂点に配置したので、風が各頂点と中心を結ぶ直線のどの方向から吹いても各杭にかかる引き抜き力や押し込み力は均等になり、転倒に対する安全性が高い。 The operation of the present invention will be described below. The foundation of the offshore wind power generator of the present invention supports a steel gantry by a steel pipe pile and is not directly installed on the seabed, so that excavation work for sinking the seabed leveling and caisson is not required like conventional caisson. As a result, man-hours can be reduced and the cost can be reduced. The overturning moment due to the lateral load applied to the wind power generation unit is handled by the difference between the pulling force and the pushing force of the steel pipe pile, which eliminates the need for a large dead weight and a large bottom area like a caisson, thereby reducing the construction cost. . Since the piles are arranged at each vertex of the regular polygon in plan view, the pulling force and pushing force applied to each pile are equal even if the wind blows from any direction of the straight line connecting each vertex and the center, and safety against falling Is expensive.
さらに鋼製構台は鋼製柱と鋼製梁を組み合わせた構造なのでそれらの間に大きなすき間があり、優良な漁礁となって漁業との共存が可能な環境に優しい基礎である。 Furthermore, because the steel gantry is a structure that combines steel columns and steel beams, there is a large gap between them, and it is an environmentally friendly foundation that can coexist with the fishery as an excellent reef.
以上述べたように本発明の洋上風力発電装置の基礎は海底に打設した鋼管杭により、鋼製構台を支持したので、海底の掘削作業が不要でコストが削減可能であるとともに、転倒モーメントを杭の引き抜き力によって受け持つので安全性が高い。また、鋼製構台は鋼製柱と鋼製梁を組み合わせた構造なので優良な漁礁となるなどの優れた効果を有する。 As described above, the foundation of the offshore wind power generator of the present invention supports the steel gantry by the steel pipe pile placed on the sea floor, so that excavation work on the sea floor is unnecessary and the cost can be reduced, and the falling moment is reduced. Safety is high because it is handled by the pulling force of the pile. In addition, the steel gantry has an excellent effect such as an excellent reef because it is a structure in which steel columns and steel beams are combined.
以下本発明の1実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の基礎を有する洋上風力発電装置の側面図であり、図2は図1のA―A矢視図である。図においてGは海底である。1は鋼管杭であって、平面視で正多角形(本実施例では正6角形)の各頂点に配置されて海底Gに打ち込まれている。なお、本図において洋上風力発電装置は2000〜2500KWの大型のものを想定しており、計算によれば太さが1〜1.4mΦの杭が5本程度あれば十分であると考えられる。杭の打ち込みは杭打ち専用船や起重機船にリーダーを装着した杭打ち船を使用する。杭打ち船は船上に櫓を立て、ハンマーを落下させる形式のものやディーゼルハンマー、油圧ハンマーなどを使用する。ハンマーの杭頭への衝撃を緩和するため杭頭にキャップやクッションを取り付ける。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of an offshore wind power generator having the basis of the present invention, and FIG. 2 is a view taken along the line AA of FIG. In the figure, G is the seabed. Reference numeral 1 denotes a steel pipe pile, which is arranged at each vertex of a regular polygon (a regular hexagon in this embodiment) in a plan view and driven into the seabed G. In this figure, the offshore wind power generator is assumed to have a large size of 2000 to 2500 KW, and according to the calculation, it is considered sufficient if there are about 5 piles having a thickness of 1 to 1.4 mΦ. For pile driving, use a pile driving ship equipped with a leader on a dedicated pile driving ship or a hoist ship. Pile boats use a type that allows a hammer to fall on the ship, a diesel hammer, or a hydraulic hammer. Attach a cap or cushion to the pile head to reduce the impact of the hammer on the pile head.
2は鋼製構台、3は風力発電部である。風力発電部3は3枚の羽根を有する風車5と、風車5を支持する鋼管製の支柱4とを有している。鋼製構台2は下端を各杭の杭頭被せて固定し、支柱4の基端部4aを上記正6角形の中心に位置させて支持している。
2 is a steel gantry and 3 is a wind power generation unit. The wind power generation unit 3 includes a windmill 5 having three blades and a steel pipe support 4 that supports the windmill 5. The
鋼製構台2は鋼管杭1の杭頭が下端の内部に挿入されるように被せて固定する6本の鋼管柱2aを有している。隣り合った鋼管柱2aの上端同士は鋼管製の上部連結材2cによって水平に連結され、下端同士は鋼管製の下部連結材2bによって水平に連結され、上端と下端とは斜め連結材2dによって連結されている。上部連結材2c、下部連結材2bおよび斜め連結材2dによって柱連結部材2Aを構成している。
The
2Bは各鋼管柱2aと支柱4の基端部4aとを連結して支持する支持部材である。支持部材2Bは鋼管柱2aの上端と支柱4の基端部4aとを水平に連結する上部支持材2eと、鋼管柱2aの下端と支柱4の基端部4aとを水平に連結する下部支持材2fと、鋼管柱2aの上端と支柱4の基端部4aの下端とを斜めに連結する斜め支持材2gとからなる。斜め連結材2dや斜め支持材2gを設けることにより、部材の結合によって形成される面が3角形になり、節点の曲げモーメントは大幅に減少して、転倒モーメントに対する抵抗力が大きくなる。6はフランジである。フランジ6は鋼管杭1の杭頭に張り出して取り付けられた下部フランジ6aと,鋼管柱2aの下端に張り出して取り付けられた上部フランジ6bとからなり,上下のフランジ6a、6bをボルトナットにより締結して鋼管柱2aを鋼管杭1の杭頭に固定する。
2B is a support member that connects and supports each
次に本実施形態の作用を説明する。まず海底を調査し、平面視で正6角形の各頂点に太さ1〜1.4mΦの鋼管杭を打ち込む。正6角形の対角線の長さは8〜10m程度とする。一方陸上で鋼製構台2と支柱4の基端側とを一体に製作するとともに、支柱4の先端側に風車5を取り付けたもの製作する。支柱4の基端側の長さは据え付けたときに上端が水面上に突出する長さとする。鋼製構台2と支柱4の基端側とを一体にしたものは現場まで船に乗せて運び、クレーン船で持ち上げて、海底に打ち込んだ鋼管杭1の杭頭にかぶせて杭頭に固定し据え付ける。支柱4の基端側の上端と先端側の下端を海上で溶接又はフランジで接合して据え付けを完了する。
Next, the operation of this embodiment will be described. First, the bottom of the sea is investigated, and steel pipe piles with a thickness of 1 to 1.4 mΦ are driven into each apex of the regular hexagon in plan view. The length of the regular hexagonal diagonal is about 8-10m. On the other hand, the
このように本発明の洋上風力発電装置の基礎は鋼製構台2を鋼管杭1によって支持しており、海底Gに直接設置しないので、従来のケーソンのように海底Gの地ならしやケーソンを沈下させるための掘削作業が不要になりその分工数の削減が可能で、費用も安くて済む。風力発電部3にかかる横荷重による転倒モーメントは鋼管杭1の引き抜き力と押し込み力の差によって受け持たれるので、ケーソンのように大きな自重や大きな底面積が不要になり、建造コストの削減が可能になる。鋼管杭1を平面視で正多角形の各頂点に配置したので、風が各頂点と中心を結ぶ直線のどの方向から吹いても各杭1にかかる引き抜き力や押し込み力は均等になり、転倒に対する安全性が高い。
As described above, the foundation of the offshore wind power generator of the present invention supports the
さらに鋼製構台2は鋼製の柱と梁を組み合わせた構造なのでそれらの間に大きなすき間があり、優良な漁礁となって漁業との共存が可能な環境に優しい基礎である。
Furthermore, since the
図3および図4に本発明の洋上風力発電装置の基礎の他の実施形態の図面であり、図3は側面図、図4は平面図である。図3および図4に示す基礎が図1および図2に示す基礎と異なる点は、図1および図2では鋼管杭1を6本使用し、正6角形の各頂点に配置しているのに対し、図3および図4では鋼管杭1を4本使用し、正方形の各頂点に配置していることであり、その他は同じなので異なる点のみ説明し共通の部分については説明を省略する。 3 and 4 are drawings of another embodiment of the foundation of the offshore wind power generator of the present invention, FIG. 3 is a side view, and FIG. 4 is a plan view. The foundation shown in FIGS. 3 and 4 differs from the foundation shown in FIGS. 1 and 2 in that six steel pipe piles 1 are used in FIGS. 1 and 2 and are arranged at the apexes of a regular hexagon. On the other hand, in FIG. 3 and FIG. 4, four steel pipe piles 1 are used and arranged at each vertex of the square, and the others are the same, so only different points will be described and description of common parts will be omitted.
鋼製構台2Cは枡状の枠体であり、隣り合った鋼管柱2a、2a同士は上下端で上部連結材2c、下部連結材2aおよび斜め連結材2dによって連結されている。隣り合った上部連結材2c、2cおよび下部連結部材2b、2b同士は互いに中央部分で連結材2hによって連結されており、4本の連結材2hにより上部連結材2cまたは下部連結材2bが形成する正方形に内接する小さな正方形を形成している。さらに隣り合った連結材2h、2h同士は互いに中央部分で連結材2iにより連結されており、4本の連結材2iにより、連結材2hが形成する正方形に内接する小さな正方形を形成している。上下の連結材2h、2iの中央部分から水平および斜めに支持部材2j、2kが伸びて支柱4の基端部4aの側面に固着されて支柱4を支持している。
The
本発明は以上述べた実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。たとえば、鋼管杭の配置は正方形や正6角形に限らず、正3角形、正5角形、正8角形などでもよい。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the arrangement of the steel pipe piles is not limited to a square or a regular hexagon, but may be a regular triangle, a regular pentagon, a regular octagon, or the like.
1 鋼管杭
2、2C 鋼製構台
2a 鋼管柱
2A 柱連結部材
2B 支持部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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