JP2009013829A - 洋上風力発電装置設置用の双胴船および洋上風力発電装置の設置方法 - Google Patents

洋上風力発電装置設置用の双胴船および洋上風力発電装置の設置方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 必要な船舶を最小限にすることによってコストの削減と工期の短縮を図ることのできる洋上風力発電装置設置用の双胴船および洋上風力発電装置の設置方法を提供することである。
【解決手段】 洋上風力発電装置設置用の双胴船１は、連結部材３で適宜間隔をもって繋がれた二艘の船体２間に円筒状のスパー型浮体２３を横倒し状態で格納する格納部４が形成され、前記連結部材３の前部には、回転して直立したスパー型浮体２３を収納する収納部５が切欠形成され、該収納部５の両側の船体２にはスパー型浮体２３を固定するワイヤー７を巻き取るウインチ８が設置され、船体２には自動位置保持装置９が設置されてなる。
【選択図】 図１

Description

本願発明は洋上風力発電装置設置用の双胴船および洋上風力発電装置の設置方法に関するものである。
スパー型浮体の洋上風力発電装置の大深度海域への設置は、スパー型浮体を横倒し状態で設置地点に曳航した後、スパー型浮体内にバラスト水を注入して直立させ、アンカーに接続した係留索をスパー型浮体に繋いだ後、支柱、ナセルおよびブレードを取り付ける方法が考えられている。このような設置において、スパー型浮体の曳航は半潜水式台船と曳船とが使用され、スパー型浮体の回転・直立はＤＰＳ（自動位置保持装置）台船と曳船とが使用され、アンカーの設置はＤＰＳ台船が使用され、係留索の取り付けにはウインチ台船と曳船とが使用され、ブレードの運搬には曳船と台船とが使用され、ブレードの取り付けにはＤＰＳ台船とがそれぞれ使用される。また、その他の洋上風力発電装置の設置方法としては、例えば特開２００５−６９０２５号公報の発明が開示されている。
特開２００５−６９０２５号公報
しかし、上記の設置方法は、各工程において異なった船舶がそれぞれ必要となるため施工効率が悪かった。また大水深では係留索による船舶の係留ができずにＤＰＳ台船による位置保持が必要となる。また起重機船が使用できずに台船上のクローラクレーンを使用するなどの使用船舶が制限されるという問題があった。
本願発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は必要な船舶を最小限にすることによってコストの削減と工期の短縮を図ることのできる洋上風力発電装置設置用の双胴船および洋上風力発電装置の設置方法を提供することである。
以上の課題を解決するための洋上風力発電装置設置用の双胴船は、連結部材で適宜間隔をもって繋がれた二艘の船体間に円筒状のスパー型浮体を横倒し状態で格納する格納部が形成され、前記連結部材の前部には、回転して直立したスパー型浮体を収納する収納部が切欠形成され、該収納部の両側の船体にはスパー型浮体を固定するワイヤーを巻き取るウインチが設置され、船体には自動位置保持装置が設置されたことを特徴とする。
また洋上風力発電装置の設置方法は、連結部材で適宜間隔をもって繋がれた二艘の船体間に円筒状のスパー型浮体を横倒し状態で格納する格納部が形成され、前記連結部材の前部には、回転して直立したスパー型浮体を収納する収納部が切欠形成され、該収納部の両側の船体にはスパー型浮体を固定するワイヤーを巻き取るウインチが設置され、船体には自動位置保持装置が設置された双胴船の船体間における格納部に、円筒状のスパー型浮体を横倒し状態で格納し、前記双胴船をスパー型浮体の設置地点まで曳航して双胴船から複数のアンカーを吊り降ろした後、スパー型浮体を前側を中心に回転させて直立させ、該スパー型浮体に支柱、ナセルおよびブレードを取り付けた後、スパー型浮体にアンカーを係留索で接続することを特徴とする。またスパー型浮体には下部支柱が予め設置されたことを含む。またスパー型浮体はワイヤーで双胴船に固定することを含む。またスパー型浮体の回転は、スパー型浮体内にバラスト水を注入して行うことを含む。またアンカーは係留索を接続した状態で吊り降ろすことを含む。また支柱、ナセルおよびブレードは、スパー型浮体の周囲に設置したリフトアップ装置によってリフトアップして設置することを含むものである。
スパー型浮体の曳航と、回転および直立とを行うことのできる双胴船を提供することができるので効率的かつ経済的な施工ができる。また双胴船は連結部材の上面が広大なデッキスペースとなるため、クローラクレーンなどの作業機械の搭載、資材の積載、直立させたスパー型浮体への支柱、ナセルおよびブレードなどの取り付けをすることができる。また二艘の船体間における格納部に円筒状のスパー型浮体を横倒し状態で格納することができるとともに、同じ箇所でスパー型浮体を回転させて直立させることができる。また自動位置保持装置が設置されたことにより、あらゆる水深海域においても係留索を使用せずに位置を保持することができる。またスパー型浮体をワイヤーで双胴船に簡単かつ短時間に固定することができる。また洋上風力発電装置の設置を必要最小限の作業船によって効率的かつ経済的に行うことができる。またリフトアップ装置に支柱やナセル、ブレードを載せることにより、多少の動揺にも影響されずに、これらのリフトアップと取り付けとを行うことができる。またスパー型浮体に予め取り付けた下部支柱をリフトアップ装置の反力にすることができる。
以下、本願発明の洋上風力発電装置設置用の双胴船（以下、双胴船という）および洋上風力発電装置の設置方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。はじめに双胴船について説明し、次に、この双胴船を使用した洋上風力発電装置の設置方法について説明するが、各実施の形態において同じ構成は同じ符号を付して説明し、異なった構成にのみ異なった符号を付して説明する。
図１〜図３は本願発明の双胴船１を示し、この双胴船１はスパー型浮体を横倒し状態で格納して曳航し、これを回転して直立させた状態で支柱、ナセルおよびブレードを設置するものである。
この双胴船１は、二艘の船体２が連結部材３で適宜間隔をもって連結されて構成され、これらの船体間にスパー型浮体を格納するための格納部４が形成されるとともに、連結部材３の前部には、直立したスパー型浮体を収納する収納部５が切欠形成されている。この格納部４は二艘の船体２の間にその長さ方向に沿って形成され、スパー型浮体が格納可能な長さおよび幅を有している。
また格納部４を形成する船体２の側面と、収納部５の内周面とにはエアークッション６が設置されて横倒し状態で格納されたスパー型浮体と、直立して収納されたスパー型浮体とをそれぞれ固定する。
また二艘の船体２の甲板前方における収納部５の位置する箇所には、ウインチ８およびシーブ２２が設置され、該ウインチ８からのワイヤー７で格納部４に横倒し状態で格納されたスパー型浮体を固定する。
また双胴船１には、設置海域の所定位置（希望位置）に船体位置と船体方位とを自動的に保持するための自動位置保持装置９が設置されている。この自動位置保持装置９は、船体位置計測システム１０と、風向計１１、風速計１２および方位計１３などの各種のセンサー１４とから構成され、これらからの信号によって船体を要求された精度で所定位置に保持するための必要な力と、モーメントとを演算して、４基のスラスター１５へ指令を発進するものである。
したがって、この指令が二艘の船体２の前後に設置されたエンジンユニット１６に発進されると、スラスター１５が作動して船体位置と船体方位とを自動的に保持し、アンカーの打設を必要とせずに大深度海域においても設置作業ができるようになっている。
また連結部材３は二艘の船体２を繋ぐ適宜厚さの鋼板であるため、この上面が広大なデッキプレートになり、ここに架設用タワーマストおよびリフトアップ装置の組立機材１７、クロークレーンなどの施工機械１８、スパー型浮体２３に設置する上部支柱４６、ナセル２０およびブレード２１などが載置されている。
次に、この双胴船１を利用した洋上風力発電装置の設置方法（以下、設置方法という）を図４〜図１１に基づいて説明する。
図４はスパー型浮体２３の製造工程を示したものである。このスパー型浮体２３は、円筒状のプレキャストコンクリートブロック２４を連続的に繋いで構成される。このプレキャストコンクリートブロック２４の製造はコンクリートの打設設備、揚重設備を完備した製造設備においてマッチキャスト方式で行われる。
このマッチキャスト方式とは、先行して製造したコンクリートブロック２５の上面を型枠代わりにしてコンクリートを打設する方法であり、プレキャストコンクリートブロック２４を繋ぐ場合に接合面の誤差が生じないという利点がある。このプレキャストコンクリートブロック２４は円筒状であるため、先行のコンクリートブロック２５の上面に次のコンクリートブロック２６を続けて打設するようになる。
そして、先行のコンクリートブロック２５の上面に打設した、次のコンクリートブロック２６の上面が、その次のコンクリートブロックの型枠として用いられるため、上部のコンクリートブロック（後行のコンクリートブロック）２６の打設後に、このコンクリートブロック２６をクレーンなどで上方へ持ち上げて、先行のコンクリートブロック２５を側方へ引き出した後、上部のコンクリートブロック２６を吊り降ろす。
次に、側方に引き出したコンクリートブロック２５は転倒台２７を用いて９０度に向きを変えて門型クレーン２８で移動し、スパー型浮体一基分のプレキャストコンクリートブロック２４が完成するまで仮置きする。そして一基分のプレキャストコンクリートブロック２４が完成した後に、各プレキャストコンクリートブロック２４の接合面に接着剤を塗布して、これらを接合するとともにＰＣ鋼材（図示せず）でプレストレスを付与して一体化する。
このような方法で大径の浮体２９と小径の浮体３０とを組立形成し、大径の浮体２９の前後に蓋３１を被せるとともに、この前側の蓋３１に小径の浮体３０を接合し、これらをＰＣ鋼材で一体化し、この小径の浮体３０の前部に下部支柱３２を設置すると、内部に９個のバラストタンク３３を備えたスパー型浮体２３が完成する。そして、このスパー型浮体２３を半潜水台船３４に積載する。
次に、半潜水台船３４を海面３５から沈降させてスパー型浮体２３を進水させる。これは船尾側に水中ポンプで海水を注入して半潜水台船の船尾３６から沈降を開始し、スパー型浮体２３を船尾側から着水させていく。次いで、図５の（１）に示すように、半潜水台船３４を最大吃水まで沈降させるとスパー型浮体２３が海面３５に浮上する。
次に、この浮上したスパー型浮体２３の半潜水台船３４からの曳き出しを行うが、同図の（２）に示すように、まず船首側の係留ワイヤー３７を巻き戻して、スパー型浮体２３を船首側に移動させるとともに、船尾側の係留ワイヤー３７との張り合わせを行う。そして、船首側からの曳き出しを開始するとともに、この曳き出しに合わせて係留ワイヤー３７も繰り出すが、必要以上に揺るまないように注意する。そして、同図の（３）に示すように、スパー型浮体２３が半潜水台船３４から離れた時に、係留ワイヤー３７を解除して双胴船１まで曳航する。
次に、図６に示すように、曳航されたスパー型浮体２３の先端に、双胴船１からのワイヤー７を接続し、これをウインチ８で巻き取ることにより、スパー型浮体２３を双胴船１の格納部４に横倒し状態で格納してワイヤー７およびエアクッション６で固定する。そして、このスパー型浮体２３が格納された双胴船１を曳舟によって設置地点まで曳航する。
次に、この双胴船１は設置地点において、図７の（１）に示すように、自動位置保持装置９からの指令に基づく４基のスラスター１５の作動によって所定位置と所定方位とを保持する。そして、同図の（２）に示すように、後部甲板からコンクリート製または鋼製のアンカー４０をウインチ３９によって吊り降ろし、これを適宜距離をもって４箇所に設置する。これらのアンカー４０には係留索４１が接続され、この係留索４１にはワイヤー３８が接続されている。
次に、図８の（１）に示すように、双胴船の格納部４に横倒し状態で格納されたスパー型浮体２３のバラストタンク３３に、水中ポンプによってバラスト水としての海水を注入するとともに、スパー型浮体２３に係留チェーン４２を接続する。この係留チェーン４２は二艘の船体２の後部甲板におけるビット４３からスパー型浮体の係止ローラ４４を介して船体の前部甲板のウインチ８におけるワイヤー７に接続される。したがって、スパー型浮体２３には４本の係留チェーン４２が長さ方向に沿って取り付けられる。
次に、同図の（２）および（３）に示すように、スパー型浮体２３の傾斜状況、吃水および海象状況に注意を払いつつ、バラストタンク３３に順次バラスト水としての海水を注入し続けると、スパー型浮体２３が後尾側から傾斜する。そして、この傾斜に伴なってウインチ８のワイヤー７を送り出すと、スパー型浮体２３の後尾側が、ビット４３に接続された係留チェーン４２で吊り下げられるようにして沈下しつつ、前部におけるシーブー２２からの係留チェーン４２で支えられた先端部を中心に回転して直立する。
このように双胴船の格納部４に横倒し状態で格納されていたスパー型浮体２３は、同じ格納部４において前部を中心に回転して直立し、図９に示すように、この直立した状態で収納部５に収納される。
そして、係留チェーン４２とアンカー４０に接続した係留索４１とを繋いだ後、この係留チェーン４２をウインチ８で巻き取ると、船体とスパー型浮体２３は係留チェーン４２を介して一体型浮体となり、図１０に示すように、スパー型浮体２３が直立状態でアンカー４０に支持される。
次に、図１１に示すように、連結部材３の上面に予め載置しておいた組立機材１７を使用して、スパー型浮体２３における下部支柱３２の周囲に、架設用タワーマスト４７を組立形成し、これにリフトアップ装置４５を設置する。そして、このリフトアップ装置４５によって上部支柱４６をリフトアップし、これを下部支柱３２に接合して支柱１９を形成する。次に、ナセル２０およびブレード２１をリフトアップ装置４５でリフトアップして支柱１９に取り付ける。
次に、これらを取り付けた後、スパー型浮体２３の上部に係留チェーン４２を取り付けて、リフトアップ装置４５を解体する。そして、スパー型浮体２３を完成時の位置まで沈下させると洋上風力発電装置４８が海上に設置される。
なお、上記の実施の形態においては洋上風力発電装置４８を海上に設置したが、これは海上に限らず、湖上であってもよい。
双胴船の平面図である。 双胴船の側面図である。 双胴船の正面図である。 スパー型浮体の製造工程および半潜水台船への積載を示す工程図である。 半潜水台船からのスパー型浮体の曳き出し方法であり、（１）は側面図、（２）および（３）は平面図である。 スパー型浮体を双胴船に格納する平面図である。 アンカーの設置方法であり、（１）は双胴船の平面図、（２）は同側面図、（３）は設置されたアンカーの平面図である。 （１）〜（３）は係留ワイヤーによるスパー型浮体の回転を示す図である。 双胴船におけるスパー型浮体の回転を示す側面図である。 アンカーに支持されたスパー型浮体の正面図である。 スパー型浮体に支柱、ナセルおよびブレードを取り付ける方法であり、（１）は双胴船の平面図、（２）は同側面図である。
符号の説明
１ 双胴船
２ 船体
３ 連結部材
４ 格納部
５ 収納部
６ エアークッション
７、３８ ワイヤー
８、３９ ウインチ
９ 自動位置保持装置
１０ 船体位置計測システム
１１ 風向計
１２ 風速計
１３ 方位計
１４ センサー
１５ スラスター
１６ エンジンユニット
１７ 組立機材
１８ クローラークレーン
１９ 支柱
２０ ナセル
２１ ブレード
２２ ジーブ
２３ スパー型浮体
２４ プレキャストコンクリートブロック
２５、２６ コンクリートブロック
２７ 転倒台
２８ 門型クレーン
２９ 大径の浮体
３０ 小径の浮体
３１ 蓋
３２ 下部支柱
３３ バラストタンク
３４ 半潜水台船
３５ 海面
３６ 船尾
３７ 係留ワイヤー
４０ アンカー
４１ 係留索
４２ 係留チェーン
４３ ビット
４４ 係止ローラー
４５ リフトアップ装置
４６ 上部支柱
４７ 架設用タワーマスト
４８ 洋上風力発電装置

Claims (7)

  1. 連結部材で適宜間隔をもって繋がれた二艘の船体間に円筒状のスパー型浮体を横倒し状態で格納する格納部が形成され、前記連結部材の前部には、回転して直立したスパー型浮体を収納する収納部が切欠形成され、該収納部の両側の船体にはスパー型浮体を固定するワイヤーを巻き取るウインチが設置され、船体には自動位置保持装置が設置されたことを特徴とする洋上風力発電装置設置用の双胴船。
  2. 請求項１の双胴船の船体間における格納部に、円筒状のスパー型浮体を横倒し状態で格納し、前記双胴船をスパー型浮体の設置地点まで曳航して双胴船から複数のアンカーを吊り降ろした後、スパー型浮体を前側を中心に回転させて直立させ、該スパー型浮体に支柱、ナセルおよびブレードを取り付けた後、スパー型浮体にアンカーを係留索で接続することを特徴とする洋上風力発電装置の設置方法。
  3. スパー型浮体には下部支柱が予め設置されたことを特徴とする請求項２に記載の洋上風力発電装置の設置方法。
  4. スパー型浮体はワイヤーで双胴船に固定することを特徴とする請求項２または３に記載の洋上風力発電装置の設置方法。
  5. スパー型浮体の回転は、スパー型浮体内にバラスト水を注入して行うことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の洋上風力発電装置の設置方法。
  6. アンカーは係留索を接続した状態で吊り降ろすことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の洋上風力発電装置の設置方法。
  7. 支柱、ナセルおよびブレードは、スパー型浮体の周囲に設置したリフトアップ装置によってリフトアップして設置することを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の洋上風力発電装置の設置方法。
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