JP2006022675A - 風力発電装置の建設方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大型のクレーンなどを用いることなく、山岳地や離島などであっても、比較的容易に高い塔状構造物を有する風力発電装置を建設することができるようにする。
【解決手段】 既設躯体部分１Ｂに挿入されたマスト２の頂部には、ナセル４が取り付けられている。マスト２に対して相対的に上下動可能な押上部材３を介して、既設躯体部分１Ｂに反力をとってマスト２を上昇させる。押上部材３を上昇させた後、既設躯体部分１Ｂと押上部材３との間にタワー１の上昇部分を構築する。この上昇部分を既設躯体部分１Ｂとして、マスト２をさらに上昇させる。以後、この工程を繰り返して、タワー１を完成させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、風力発電装置の建設方法に係り、特に、大型のナセルを有する風力発電装置に建設に利用して好適な風力発電装置の建設方法に関する。

近年、化石エネルギーの枯渇などが心配される中、その他のエネルギーとして、風力や太陽光といった自然エネルギーを利用する機運が高まっている。このような自然エネルギーを利用するものとして、風力によって発電を行う風力発電装置の建設なども積極的に計画されつつある。

このような風力発電装置の建設方法として、従来、特開平１０−２０５４２８号公報に開示されたものがある。この風力発電装置の建設方法では、いわゆるクライミングクレーンを用いて下方から順次塔状構造物を組み立てる。続いて、組み立てられた塔状構造物の側部に第一架台と、ナセルが載置された第二架台とを配置する。それから、第一架台と第二架台とを交互に上昇させ、塔状構造物上部にナセルを固定する。そして、ナセルにブレードを取り付けて、風力発電装置とするというものである。
特開平１０−２０５４２８号公報

ところで、このような風力発電装置を建設するにあたり、わが国の国土事情などを鑑みると、風力発電装置の建設場所としては、山岳地や離島などが風力発電装置を建設する場所として適した場所となっている場合が多い。このような山岳地や離島に風力発電装置を建築しようとすると、風力圧電装置を組み立てるためのクレーンなどの搬送や設置条件などが問題となる。

ここで、上記特許文献１に開示された風力発電装置の建設方法では、塔状構造物を組み立てるために、いわゆるクライミングクレーンを用いている。このため、たとえば大型クレーンを風力発電装置の建設位置に持ち込むよりは有利となるものの、依然として、山岳地や離島などに大型のクレーンを設けなければならないという問題があった。

特に、風力発電装置としては、発電量の大きいものが望まれ、それに伴い、風力発電装置に用いられる塔状構造物は高いものとなり、ナセルは大型であるものとなっている。このような高い塔状構造物の上部に大型のナセルを取り付けることを考えると、クライミングクレーン自体、結局は大型のものを用いなければならないという問題がある。このような大型のクレーンを用いると、このクレーンの解体作業にも手間を要することになるという問題もある。

そこで、本発明の課題は、大型のクレーンなどを用いることなく、山岳地や離島などであっても、比較的容易に高い塔状構造物を有する風力発電装置を建設することができる風力発電装置の建設方法を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る風力発電装置の建設方法は、発電機が収容されたナセルが、塔状構造物の上部に取り付けられ、ナセルにブレードが取り付けられた風力発電装置の建設方法であって、高さ方向に沿った空洞部が形成された塔状構造物における空洞部にマスト部材が挿入され、マスト部材の頂部にはナセルが載置され、マスト部材に対して相対的に上下動可能である押上部材がマスト部材の外周位置に取り付けられており、押上部材を介して、塔状構造物における既設躯体部分に反力をとってマスト部材を上昇させ、続いて押上部材を上昇させた後、塔状構造物の既設躯体部分と押上部材との間に塔状構造物の上昇部分を構築し、塔状構造物の上昇部分を塔状構造物の既設躯体部分として、マスト部材をさらに上昇させ、以後、マスト部材の上昇と塔状構造物の上昇部分の構築とを繰り返して、塔状構造物を完成させ、完成された塔状構造物にナセルを取り付けることを特徴とする。

本発明に係る風力発電装置の建設方法においては、塔状構造物を構築するにあたり、マスト部材と、マスト部材に対して相対的に上下動する押上部材を用いている。このマスト部材と押上部材とを用いることにより、塔状構造物の上昇部分を構築した後、押上部材を介してマスト部材を相対的に上昇させることにより、押上部材と塔状構造物の上昇部分との間にスペースを形成する。このスペースに塔状構造物の次の上昇部分を構築することができる。

したがって、大型の装置を用いることなく、高い塔状構造物を建設することができるので、山岳地や離島などであっても、比較的容易に高い塔状構造物を有する風力発電装置を建設することができる。また、マスト部材の上部にナセルを配置してマスト部材を上昇させている。このため、最終的にナセルを完成したマストの上部にまで別途搬送する必要がないので、その分装置の簡素化を図ることができる。

ここで、高さ方向に貫通する空洞部が形成され、塔状構造物の基礎となる基礎部を構築した後、空洞部にマスト部材を挿入し、押上部材を介して、基礎部に反力をとってマスト部材を上昇させ、続いて押上部材を上昇させた後、塔状構造物の基礎部と押上部材との間に塔状構造物の上昇部分を構築する態様とすることができる。

このように、塔状構造物の基礎となる基礎部における空洞部にマスト部材を挿入し、その後、塔状構造物を構築していくことにより、同様に、大型のクレーンなどの装置を用いることなく、高い塔状構造物を建設することができる。

また、完成した塔状構造物にナセルを取り付けた後、マスト部材を除去する態様とすることができる。

塔状構造物が完成した後は、マスト部材は不要のものとなる。このマスト部材を除去することにより、マスト部材が配置されていた位置を有効利用することができる。

さらに、マスト部材にローラ部材が取り付けられており、マスト部材が上下動する際、マスト部材は、ローラ部材によって構築中の塔状構造物に沿って案内される態様とすることもできる。

このようなローラ部材が設けられていることにより、塔状構造物に対してマスト部材が上下動する際に、マスト部材を確実に上下動させることができる。

また、構築中の塔状構造物に対するマスト部材の上下動を抑止するストッパが設けられており、押上部材を上下動させる際、ストッパによってマスト部材の塔状構造物に対する上下動を抑止する態様とすることもできる。

このようなストッパを設けることにより、マスト部材に対して押上部材を上下動させる際、マスト部材が上下方向に移動しないようにすることができる。

さらに、塔状構造物の上昇部分を構築する際、その下段で用いた型枠を塔状構造物の上昇部分に対応する位置に上昇させ、型枠を用いて塔状構造物の上昇部分を構築する態様とすることもできる。

塔状構造物の上昇部分を構築する際、たとえば型枠が用いられるが、下段で用いた型枠をそのまま上昇させて、塔状構造物の次の上昇部分を構築する際に利用することにより、型枠を別途搬送する手間を省くことができる。

本発明に係る風力発電装置の建設方法によれば、山岳地や離島などであっても、比較的容易に高い塔状構造物を有する風力発電装置を建設することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る風力発電装置の建設途中の状態を示す側面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る風力発電装置の建設方法では、本発明塔状構造物であるタワー１を構築する際、本発明のマスト部材であるマスト２および図２に示す押上装置３を利用している。マスト２の上端部には、台座４が取り付けられ、台座４の上に発電機が収容されたナセル５が載置されている。また、建設途中のタワー１は、基礎部１Ａ上昇部分１Ｂとを備えており、上昇部分１Ｂを構築する際には、本発明の型枠である外枠６（図９）および外枠６の外側に配置された外足場７を利用している。

タワー１は、図２にも示すように、すでに施工され躯体となった既設躯体部分１Ｂを有している。この既設躯体部分１Ｂの上方に、上昇部分が施工される。そして、既設躯体部分１Ｂが所定の高さに到達したときに、タワー１が完成する。上昇部分の施工については、後に説明するように、鉄筋と内側型枠が一体となったハーフプレキャスト版１５（図７）が用いられる。

また、タワー１の外側は、高くなるにしたがって先細りするテーパを有する形状をなしており、地上に固定されている部分が最も径が大きく、上方に行くにしたがって径が小さくなる形状をなしている。さらに、タワー１は、図３〜図５に示すように、平断面内側に凸部１３と凹部１４とが交互に形成された形をなしている。この凸部１３の内側面をつないだ形状は円筒形状をなしており、外側面のようなテーパは付されていない形状とされている。

マスト２は、図２に示すように、縦長の棒状の部材であり、その長手方向が上下方向に向いて配置されている。また、図３〜図５に示すように、マスト２は、平面外形が矩形をなす中空の部材である。マスト２の外形は、図６に示すように、トラスが組み合わされた形で形成されている。なお、図６以外の図では、理解容易のため、マスト２の外形を示す矩形のみを示している。

さらに、マスト２の上端部には、上フランジ２１が設けられ、高さ方向略中央部には、下フランジ２２が設けられており、上フランジ２１と下フランジ２２との間に、ストランド（ワイヤロープ）２３が張設されている。ストランド２３は、図３〜図５に示すように、マスト２の周囲の４箇所に設けられている。

また、マスト２の高さ方向ほぼ中央部には、本発明のローラ部材である上部ローラ部材２４が設けられ、マスト２の下部には、本発明のローラ部材である下部ローラ部材２５が設けられている。上部ローラ部材２４は、図４に示すように、マスト２に固定されたローラプレート２６に枢着され、タワー１における既設躯体部分１Ｂの凸部１３に当接しており、マスト２の上下動に伴って転動する。下部ローラ部材２５も同様にマスト２の下端部に設けられたローラプレート２６の枢着され、タワー１における既設躯体部分１Ｂの凸部に当接しており、マスト２の上下動に伴って転動する。ローラ部材２４，２５は、こうして、マスト２がタワー１に対して上昇または下降する際に、マスト２の移動経路を案内する。

さらに、マスト２の下端部には、マスト２の上下動を抑止するブラケット状のストッパ２７が設けられている。ストッパ２７は、図５に示すように、マスト２の下端部に取り付けられた十字状のベース２８の各先端部にそれぞれ取り付けられており、ストッパ２７を貫通するボルト２９をタワー１における既設躯体部分１Ｂに形成されたボルト孔にねじ込むことにより、マスト２をタワー１に固定する。このストッパ２７により、マスト２の上下動を抑止する。

押上装置３は、図２および図３に示すように、リング状のクライミングリング３１および４つのセンターホールジャッキ３２を備えている。このセンターホールジャッキ３２は、クライミングリング３１の周方向に等間隔で離間して配置されており、各センターホールジャッキ３２の中央に形成された中空部にストランド２３が貫通している。センターホールジャッキ３２を作動させることにより、ストランド２３に対してセンターホールジャッキ３２が上下動する。このストランド２３に対するセンターホールジャッキ３２の上下動により、押上装置３がマスト２に対して相対的に上下動する。

以上の構成を有するマスト２および押上装置３を用いた風力発電装置の建設手順について説明する。まず、風力発電装置の建設手順の大まかな流れを図７および図８を参照して説明する、
風力発電装置を建設するにあたり、図７（ａ）に示すように、地上にタワー１の基礎となる基礎部１Ａを構築する。タワー１の基礎部１Ａを平面視した中央部分には、空洞部が形成されている。基礎部１Ａを形成した後は、図７（ｂ）に示すように、クレーンＣなどを用いて、基礎部１Ａに形成された空洞部にマスト２を挿入する。マスト２を挿入するとともに、マスト２の上端部に台座４を取り付け、台座４上にナセル５を載置する。このとき、台座４には、台座４上での作業を行うための上部足場Ｆを形成する。

こうして、マスト２を挿入し、台座４を取り付けてナセル５を載置したら、図７（ｃ）に示すように、タワー１の基礎部１Ａから順次タワー１の上昇部分を構築していく。タワー１の上昇部分の構築手順については、さらに後に詳しく説明する。構築された上昇部分は、その後既設躯体部分となる。

続いて、図８（ａ）に示すように、既設躯体部分の上に、さらに上昇部分を構築していき、タワー１の高さを高くしていく。また、タワー１が高くなるとともに、マスト２の上端に配置された台座４およびナセル５も上昇していく。その後、タワー１が規定の高さに到達して、タワー１が完成したら、タワー１にナセル５を固定する。その後、図８（ｂ）に示すように、ナセル５にブレードＢを取り付ける一方で、マスト２を下降させる。

それから、ナセル５に対するブレードＢの取り付けが完了した後、図８（ｃ）に示すように、上部足場Ｆを撤去して、上部足場Ｆを形成していた部材を下降させる。こうして、風力発電装置が完成する。

次に、マスト２および押上装置３を用いてタワー１の上昇部分を構築して、タワー１を構築していく手順について説明する。図９および図１０は、タワー１の上昇部分を構築する工程を示す工程図である。

図９（ａ）には、タワー１の既設躯体部分１Ｂが形成された状態を示している。既設躯体部分１Ｂが形成されたときには、既設躯体部分１Ｂの周囲には、外枠６および外足場７が配置された状態となっている。また、マスト２におけるストッパ２７は、タワー１の既設躯体部分１Ｂに固定されており、押上装置３におけるクライミングリング３１は、マスト２の最上部近傍にまで上昇した位置に配置されている。

この状態から、タワー１の上昇部分を構築するにあたり、センターホールジャッキ３２を作動させ、センターホールジャッキ３２内に貫通するストランド２３をセンターホールジャッキ３２に対して上昇させることにより、マスト２に対してクライミングリング３１を下降させる。このとき、マスト２は、ストッパ２７によって、既設躯体部分１Ｂに固定されていることから、ライミングリング３１が下降し、既設躯体部分１Ｂの上端面に当接する。

クライミングリング３１が既設躯体部分１Ｂの上端面に当接したら、ストッパ２７におけるボルト２９を既設躯体部分１Ｂから取り外し、マスト２の上下動を抑止するストッパ機能を解除する。続いて、さらにセンターホールジャッキ３２を作動させて、クライミングリング３１をマスト２に対して相対的に下降させる。すると、クライミングリング３１は、既設躯体部分１Ｂによってその下降を抑制されることから、逆に、マスト２が上昇する。マスト２が上昇している間、マスト２はローラ部材２４，２５に案内され、既設躯体部分１Ｂに沿って上昇する。ここで、既設躯体部分１Ｂの内側面の径は一定であることから、ローラ部材２４，２５は、常に既設躯体部分１Ｂに当接する状態を維持することができる。

マスト２が上昇し、図９（ｂ）に示すように、マスト２が規定の高さ位置に到達したら、センターホールジャッキ３２の作動を停止させる。その後、マスト２におけるストッパ２７を再びボルト２９によって既設躯体部分１Ｂに固定する。このときのマスト２の上昇高さは、タワー１の上昇部分の高さとほぼ同一に設定する。続いて、センターホールジャッキ３２を作動させて、図９（ｃ）に示すように、クライミングリング３１をマスト２の上端部近傍位置まで上昇させる。

クライミングリング３１を上昇させたら、上部足場Ｆに設けた図示しないウィンチなどにより、地上からハーフプレキャスト版１５を持ち上げ、図１０（ａ）に示すように、既設躯体部分１Ｂの上に、ハーフプレキャスト版１５を配置する。ハーフプレキャスト版１５は、既設躯体部分１Ｂの内周面を上方に延長した面に沿うようにして配置されるプレキャストコンクリートからなる内側型枠を備えており、その内側型枠の外側位置に鉄筋が配筋されて形成されている。この鉄筋が配筋されている位置は、既設躯体部分１Ｂの外周面を上方に延長した面よりも内側までの間で配筋されている。

こうして、ハーフプレキャスト版１５を配置したら、図１０（ｂ）に示すように、外枠６および外足場７を上昇させる。外枠６および外足場７を上昇させたら、ハーフプレキャスト版１５における鉄筋部分は、内側型枠と外枠６との間に挟まれる形となる。外枠６は、タワー１の外側面にテーパ形状を付すように、下側に対して上側が内側に若干傾斜する形状をなしている。この外枠６を上昇させて利用することから、タワー１の外側には、一定の傾斜角度をなすテーパ形状が付与される。

この状態で、図１０（ｃ）に示すように、上部足場ＦにホッパＨをセットする。その後、内側型枠と外枠６との間にホッパＨからコンクリート材料などを流入し、内側型枠と外枠６との間にコンクリートを打設する。このまま、コンクリートが固まるまで養生する。このようにして、既設躯体部分１Ｂの上部に、上昇部分が構築される。この上昇部分を養生し、コンクリートが固まった時点で、上昇部分が既設躯体部分となる。なお、既設躯体部分１Ｂの上に上昇部分を構築する際には、上記のように現場でコンクリートを打設する態様のほか、フルプレキャストの躯体を既設躯体部分１Ｂに積み重ねて上昇部分を構築する態様とすることもできる。

こうして、上昇部分が既設躯体部分となった後は、図９（ａ）に示す状態に戻して、さらにその上方に上昇部分を構築していく。このように、マスト２と押上装置３とを用いて、既設躯体部分の上方に上昇部分を順次構築することにより、マスト２の頂部にナセル５を載置した状態でタワー１を構築することができる。したがって、大型のクレーンを用いることなく、風力発電装置を建設することができる。

続いて、タワー１が完成してから、風力発電装置を完成させるまでの手順について、図１１および図１２を参照して説明する。

図９および図１０に示す工程を繰り返し、タワー１が完成したら、図１１（ａ）に示す状態となる。このタワー１が完成した状態では、マスト２は、ストッパ２７によってタワー１に固定されており、押上装置３におけるクライミングリング３１は、タワー１の上端部から離間してその上方位置に配置された状態となっている。

この状態から、センターホールジャッキ３２を作動させ、クライミングリング３１を下降させる。次に、クライミングリング３１がタワー１の上端部に当接した時点でセンターホールジャッキ３２の作動を停止させ、クライミングリング３１がタワー１の上端部に当接した状態とする。

続いて、マスト２のストッパ２７におけるボルト２９を既設躯体部分１Ｂから取り外し、マスト２の上下動を抑止するストッパ機能を解除する。この状態で、センターホールジャッキ３２を作動させて、マスト２を下降させる。マスト２が下降すると、マスト２の上端部に配置された台座４および台座４上に載置されたナセル５も下降する。そして、そのまま、図１１（ｂ）に示すように、ナセル５が載置された台座４がタワー１の上端部に到達するまで、マスト２を下降させる。

こうして、台座４がタワー１の上端部に当接したら、センターホールジャッキ３２の作動を停止させ、マスト２の下降を終了させる。その後、ストッパ２７によってマスト２の上下動を抑止する。それから、台座４を介して、ナセル５をタワー１に固定し、タワー１によってナセル５の荷重を受けるようにする。その後、図１１（ｃ）に示すように、外枠６および外足場７を撤去する。

外枠６および外足場を撤去したら、図１２（ａ）に示すように、マスト２およびセンターホールジャッキ３２などを撤去する。センターホールジャッキ３２は、クライミングリング３１から取り外され、上部足場Ｆに設けられた図示しない小型クレーンなどによって地上に降ろされて撤去される。

また、マスト２を撤去する際には、ストッパ２７を解除した後、上部足場Ｆに設けられた図示しないウィンチなどによってマスト２を吊持する。このまま、タワー１の内側を通して、マスト２を下降させる。マスト２は、ローラ部材２４，２５に案内され、タワー１の内側面に沿って下降させられる。

マスト２を下降させることによって撤去したら、図１２（ｂ）に示すように、上部足場ＦからブレードＢを持ち上げブレードＢをナセル５の先端部に取り付ける。ここでは、まだ上部足場Ｆが撤去されていないので、ブレードＢの取り付け作業も容易に行うことができる。

その後、ブレードＢの取り付け作業が済んだら、図１２（ｃ）に示すように、上部足場Ｆを撤去する。このようにして、風力発電装置が完成する。

このように、本実施形態に係る風力発電装置の建設方法では、マスト２および押上装置３を用いてナセル５を上昇させながらタワー１を構築することができるので、大型のクレーンなどを用いることなく、風力発電装置を建設することができる。したがって、山岳地や離島などであっても、比較的容易に高い塔状構造物を有する風力発電装置を建設することができる。

また、クライミングクレーンを用いた場合には、風力発電装置が建設された時点で、クライミングクレーン自体も大きくなっており、その撤去作業に手間が掛かることになるが、本実施形態では、マスト２および押上装置３等のみを撤去すれば済むので、その撤去作業を簡素なものとすることができる。

本発明の実施形態に係る風力発電装置の建設途中の状態を示す側面図である。 建設途中のタワーの側断面図である。 図２のIII−III線断面である。 図２のIV−IV線断面図である。 図２のＶ−Ｖ線断面図である。 マストの形状の詳細を説明するためのタワーの側面図である。 風力発電装置の建設工程の概要を示す工程図である。 図７に続く工程を示す工程図である。 タワーの上昇部分を構築する工程を示す工程図である。 図９に続く工程を示す工程図である。 タワーが完成してから風力発電装置を完成させるまでの工程を示す工程図である。 図１１に続く工程を示す工程図である。

符号の説明

１…タワー
１Ａ…基礎部
１Ｂ…既設躯体部分
２…マスト
３…押上装置
４…台座
５…ナセル
６…外枠
７…外足場
１３…凸部
１４…凹部
１５…ハーフプレキャスト版
２１…上フランジ
２２…下フランジ
２３…ストランド
２４…上部ローラ部材
２５…下部ローラ部材
２６…ローラプレート
２７…ストッパ
２８…ベース
２９…ボルト
３１…クライミングリング
３２…センターホールジャッキ
Ｂ…ブレード
Ｃ…クレーン
Ｆ…上部足場
Ｈ…ホッパ

Claims (6)

1. 発電機が収容されたナセルが、塔状構造物の上部に取り付けられ、前記ナセルにブレードが取り付けられた風力発電装置の建設方法であって、
   高さ方向に沿った空洞部が形成された塔状構造物における前記空洞部にマスト部材が挿入され、前記マスト部材の頂部には前記ナセルが載置され、前記マスト部材に対して相対的に上下動可能である押上部材が前記マスト部材の外周位置に取り付けられており、
   前記押上部材を介して、前記塔状構造物における既設躯体部分に反力をとって前記マスト部材を上昇させ、続いて前記押上部材を上昇させた後、
   前記塔状構造物の既設躯体部分と前記押上部材との間に塔状構造物の上昇部分を構築し、
   前記塔状構造物の上昇部分を前記塔状構造物の既設躯体部分として、前記マスト部材をさらに上昇させ、
   以後、前記マスト部材の上昇と塔状構造物の上昇部分の構築とを繰り返して、前記塔状構造物を完成させ、
   完成された前記塔状構造物に前記ナセルを取り付けることを特徴とする風力発電装置の建設方法。
2. 高さ方向に貫通する空洞部が形成され、前記塔状構造物の基礎となる基礎部を構築した後、
   前記空洞部に前記マスト部材を挿入し、前記押上部材を介して、前記基礎部に反力をとって前記マスト部材を上昇させ、続いて前記押上部材を上昇させた後、
   前記塔状構造物の基礎部と前記押上部材との間に塔状構造物の上昇部分を構築する請求項１に記載の風力発電装置の建設方法。
3. 完成した前記塔状構造物に前記ナセルを取り付けた後、前記マスト部材を除去する請求項１または請求項２に記載の風力発電装置の建設方法。
4. 前記マスト部材にローラ部材が取り付けられており、
   前記マスト部材が上下動する際、前記マスト部材は、前記ローラ部材によって構築中の前記塔状構造物に沿って案内される請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の風力発電装置の建設方法。
5. 構築中の前記塔状構造物に対する前記マスト部材の上下動を抑止するストッパが設けられており、
   前記押上部材を上下動させる際、前記ストッパによって前記マスト部材の前記塔状構造物に対する上下動を抑止する請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の風力発電同地の建設方法。
6. 前記塔状構造物の上昇部分を構築する際、その下段で用いた型枠を前記塔状構造物の上昇部分に対応する位置に上昇させ、前記型枠を用いて前記塔状構造物の上昇部分を構築する請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の風力発電装置の建設方法。

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