JP2010216273A - 浮体式洋上風力発電装置の基礎構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、浮体式洋上風力発電装置の基礎構造に関し、浮体の傾斜と平面的な回転とを抑制し、全体の大きさをコンパクトにすることが課題であって、それを解決するものである。
【解決手段】一つの浮体２と、この浮体を中心にしてその周囲に配置される複数個の外周浮体３とを互いに剛性を有する部材４で連結した状態で洋上に浮かべ、少なくとも前記浮体の一つに風力発電用機材を載置して成る浮体装置６と、前記中心部の浮体の下部に接続されるアンカー７とでなる洋上風力発電装置の基礎構造において、前記外周浮体３には、前記中心部の浮体２を中心とする半径の外側に向けて突出させた復元力補強部８が設けられている浮体式洋上風力発電装置の基礎構造１とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、洋上にアンカーで係留される浮体において風力発電を行う浮体式の洋上風力発電装置における基礎構造に関するものである。

自然エネルギーである風力を活用した発電方法が、地球環境に優しい活用方法として我が国でも実用されようとしている。この風力発電は、山林立地から多大な風量が得られる洋上立地へと転換しつつある。この洋上風力発電において、基礎構造には着底式と浮体式とがあるが、我が国は、海底地形が陸地から遠ざかるにつれて急激に水深が増すため、着定式の風力発電装置は経済的に不向きであって、浮体式の風力発電装置とすることが有利である。そこで、この浮体式の風力発電施設として、特許文献１，２に記載されているものが知られている。具体的には、複数の浮体部を剛体を有する部材によって環状に連結するものである。環状の中心位置に中間連結部を配置して、引張部で前記浮体部と中間連結部を連結して構成するものである。
特開２００６−３２７２５２号公報 特開２００７−１６０９６５号公報

しかし、発電施設においてはナセル重量が最も大きく、ブレード回転に伴う回転モーメントが非常に大きい。従って浮体は回転モーメントの影響により傾斜することになり、それにより発電効率が低下してしまうので、浮体構造として傾斜を抑制する構造にしなければならない。この浮体傾斜の抑制のために、復元力を確保する構造にするには、浮体質量を大きくしたり、中立軸廻りの水線面二次モーメントを大きくしたりする方法がある。しかしながら、単に浮体質量を大きくするのは、コストが嵩むと共に全体構造が大きくなり製造・運搬にも支障を来すことになる。また、水線面二次モーメントを大きくするには、浮体の平面的レイアウトを大きくすることであるが、経済性に劣ることになる。前記水線面二次モーメントが大きくなると基礎構造における連結梁などの部材に大きな応力が作用するので、基礎構造全体をコンパクトにして作用応力を低減させることが好ましい。更に、浮体が平面的に回転すると、係留しているチェーンなどが絡まるおそれがあり、浮体の安全性が損なわれることになる。本発明に係る浮体式洋上風力発電装置の基礎構造は、このような課題を解決するために提案されたものである。

本発明に係る浮体式洋上風力発電装置の基礎構造の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、一つの浮体と、この浮体を中心にしてその周囲に配置される複数個の外周浮体とを互いに剛性を有する部材で連結した状態で洋上に浮かべ、少なくとも前記浮体の一つに風力発電用機材を載置して成る浮体装置と、前記中心部の浮体の下部に接続されるアンカーとでなる洋上風力発電装置の基礎構造において、前記外周浮体には、前記中心部の浮体を中心とする半径の外側に向けて突出させた復元力補強部が設けられていることである。

前記復元力補強部は、外周浮体の最大幅よりも狭い幅で、上下方向において前記外周浮体の長さと同じかそれより短い長さの大きさで、全体が矩形状に形成され若しくは平面視する断面形状が略三角形状か半楕円形状のいずれかに形成されていること、；
また、前記外周浮体と復元力補強部とは、その間に隔壁を有して２段以上の構造となっていることを含み、
更に、前記中心部の浮体と復元力補強部と一体になった外周浮体とは、外周浮体間に架設される連結部材である外周連結梁とこれの略中央部に一端が連結され他端が前記中心部の浮体に連結される連結部材である中央連結梁を介して、連結されていることとするのが好ましいものである。

本発明の浮体式洋上風力発電装置の基礎構造によれば、コンパクトな基礎構造に設定できて水線面二次モーメントを大きくすることができるので、経済性に優れた浮体構造を構築できる。外周浮体構造を外向きに２段以上にすることで、復元力を効率的に高めることができて、基礎構造の傾斜を例えば５°以内に抑制して発電効率が向上するとともに、回転に対する抵抗力が大きくなり、浮体を係留するチェーンが絡まるのを防止できる。
また、全体の浮体質量を低減できるので、施工性に優れている。更に、各部材への作用応力を低減することができて、安全性が向上するばかりでなく部材の規格も低減できるものである。

本発明に係る浮体式洋上風力発電装置の基礎構造１は、図１に示すように、一つの浮体２と、この浮体２を中心にしてその周囲に配置される複数個の外周浮体３，３…とを互いに剛性を有する部材４で連結した状態で洋上に浮かべ、少なくとも前記浮体の一つに風力発電用機材５を載置して成る浮体装置６と、前記中心部の浮体２の下部に接続されるアンカー、例えばチェーン７とでなるものである。

前記浮体２，外周浮体３は、ともに、コンクリート製である。剛性を有する部材である外周連結梁４は、例えば、鋼管部材である。浮体２、外周浮体３の大きさは、一例として、直径９ｍ〜１０ｍ、高さが３０ｍ〜３２ｍ程度であり、基礎構造１の全体幅は９６ｍ程度である。

前記外周浮体３には、前記中心部の浮体２を中心とする半径の外側に向けて突出させたコンクリート製の復元力補強部８が設けられている。該復元力補強部８は、外周浮体３の最大幅よりも狭い幅で、上下方向において前記外周浮体の長さと同じかそれより短い長さの大きさで、図１で示したものは全体が矩形状に形成されている。

前記復元力補強部８は、図２（Ａ）に示す上記実施例に限定されず、例えば、図２（Ｂ）に示すように、平面視する断面形状が略三角形状か、同図（Ｃ）に示すように、半楕円形状のいずれかに形成されているものでもよい。

前記外周浮体３と復元力補強部８とは、一体にして形成され、若しくは別体にして形成されるものであり、図３（Ａ）に示すように、その間に隔壁１０を有して２段以上の構造となっている。図示したものは２段であるが、３段以上でも良い。尚、外周浮体３の形状は、円筒状に限らず、図４（Ａ）に示すように、２段の矩形構造とすることもできる。

また、他の実施例として、図４（Ｂ）に示すように、剛性を有する部材である外周連結梁４と外周浮体３との接合位置を変えて外側寄りに連結したり、図４（Ｃ）に示すように、矩形状の外周浮体３の側壁面に直交して外周連結梁４が接続されて、その外周浮体３に角部に矩形状の復元力補強部８を設けるようにしたり、図４（Ｄ）に示すように、外周連結梁４の端部４ｃを折り曲げて外周浮体３と連結するようにすることもできる。

前記外周浮体３が復元力補強部８と一体になることで、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、風力で浮体構造６が傾斜した場合、その復元力は、Ｆ＝ＧＭ×Ｗsinθであり、（ＧＭ：メタセンター高さｍ、以下アンダーラインで長さを表す）、各要素は、Ｇ重心、Ｍ傾心、Ｗ浮体質量（ｔｆ）、θ傾斜角度（ｄｅｇ）である。そこで、前記ＧＭを大きくすることが出来れば、浮体質量Ｗをその分小さくしても、同等の復元力が得られる。前記ＧＭを大きくするために、ＧＭ＝Ｉ／Ｖ−ＣＧ から水線面二次モーメントを大きくするものである（Ｉ：水線面の長軸に対する断面二次モーメントｍ^４、Ｖ：排水容積ｍ^３、Ｃ：浮心）。前記復元力補強部８により、外側に張り出させることで前記Ｉが大きくなるものである。これによって、復元力が大きくなり浮体装置６の傾斜を５°以内に抑えて、外周浮体３の質量も従来の浮体の質量よりも小さくすることができる。

前記中心部の浮体２と、復元力補強部８と一体になった外周浮体３とは、図１乃至図３（Ａ）に示すように、外周浮体３，３間に架設される外周連結梁４とこれの略中央部に一端が連結され他端が前記中心部の浮体２に連結される中央連結梁９を介して、連結されている。尚、従来例では、図３（Ｂ）に示すように、中心部の浮体２と、外周浮体３とを、直接的に連結梁４ｂで連結していて、１浮体当たり３点で連結梁４ａ，４ｂとの接合部がある。

上記本発明に係る浮体装置６とすることにより、外周浮体３には、外周連結梁４との接合部が２点となり、作用応力が低減される。また、中心部の浮体２から張り出す中央連結梁９の長さを短くすることにより、この中央連結梁９への作用応力を小さくすることができて部材の規格を低減することができる。

以上の様にして、本発明に係る浮体式洋上風力発電装置の基礎構造１によれば、連結梁や浮体の所要質量が、従来に比較して１０〜２０％程度低減されて、制作費としても２０〜２５％程度削減されるものである。

本発明に係る浮体式洋上風力発電装置の基礎構造１の概略全体斜視図である。 同本発明の浮体式洋上風力発電装置の基礎構造１の平面図（Ａ）と、復元力補強部８の他の実施例を示す平面視した断面図（Ｂ），（Ｃ）である。 同浮体式洋上風力発電装置の基礎構造１の使用状態を示す縦断面図及び平面図（Ａ）と、従来例に係る風力発電装置の基礎構造の使用状態を示す縦断面図及び平面図（Ｂ）とである。 本発明に係る浮体式洋上風力発電装置の基礎構造１における浮体装置６の他の実施例に係る平面図（Ａ）〜（Ｄ）である。 浮体式洋上風力発電装置の基礎構造１の浮体装置６における復元の様子を示す説明図（Ａ），（Ｂ）である。

１ 浮体式洋上風力発電装置の基礎構造、
２ 中心部の浮体、
３ 外周浮体、
４ 外周連結梁、 ４ａ，４ｂ 連結梁、
４ｃ 端部、
５ 風力発電用機材、
６ 浮体装置、
７ チェーン、
８ 復元力補強部、
９ 中央連結梁、
１０ 隔壁。

Claims (4)

1. 一つの浮体と、この浮体を中心にしてその周囲に配置される複数個の外周浮体とを互いに剛性を有する部材で連結した状態で洋上に浮かべ、少なくとも前記浮体の一つに風力発電用機材を載置して成る浮体装置と、前記中心部の浮体の下部に接続されるアンカーとでなる洋上風力発電装置の基礎構造において、
   前記外周浮体には、前記中心部の浮体を中心とする半径の外側に向けて突出させた復元力補強部が設けられていること、
   を特徴とする浮体式洋上風力発電装置の基礎構造。
2. 復元力補強部は、外周浮体の最大幅よりも狭い幅で、上下方向において前記外周浮体の長さと同じかそれより短い長さの大きさで、全体が矩形状に形成され若しくは平面視する断面形状が略三角形状か半楕円形状のいずれかに形成されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の浮体式洋上風力発電装置の基礎構造。
3. 外周浮体と復元力補強部とは、その間に隔壁を有して２段以上の構造となっていること、
   を特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の浮体式洋上風力発電装置の基礎構造。
4. 中心部の浮体と復元力補強部と一体になった外周浮体とは、外周浮体間に架設される連結部材である外周連結梁とこれの略中央部に一端が連結され他端が前記中心部の浮体に連結される連結部材である中央連結梁を介して、連結されていること、
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の浮体式洋上風力発電装置の基礎構造。

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