JP2012056333A - 洋上施設用浮体構造物および洋上施設の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンカーの施工コストを低減することができる洋上施設用浮体構造物および洋上施設の施工方法を提供する。
【解決手段】洋上施設基礎としての中央浮体１２と、中央浮体１２の上下方向の軸心Ｚから径外方側に配置され、中央浮体１２とそれぞれ連結された複数の外側浮体１４とからなる本体１６を備えた洋上施設用の浮体構造物１０であって、本体１６を緊張係留索で海底に係留するための降下可能な重力式アンカー２２と、アンカー２２の水中重量を相殺するための取り外し可能な仮設浮体２４とをさらに備えるようにする。そして、製作ヤードにて製作した洋上施設用浮体構造物１０を洋上施設設置海域に曳航し、本体１６からアンカー２２を降下して海底に着底させ、本体１６の喫水を大きくして係留索を本体１６に固定し、本体１６の喫水を小さくすることで係留索に初期張力を発生させ、仮設浮体２４を撤去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、洋上に浮かべた浮体構造に風車を搭載して洋上風力発電を行う浮体式洋上風力発電施設などの洋上施設用の浮体構造物および洋上施設の施工方法に関するものである。

近年、風力発電が注目されている。しかし、陸地での適地が減少しており、今後は、洋上での立地開発が進むと考えられる。日本は海岸線が長く、洋上での風力開発の推進が期待される。しかし、太平洋など外洋に面していることから海象条件が厳しく、風力発電施設を支える浮体そのものが大型になることや、施工の難易度が高いことから高コストとなることが問題であった。

特に、浮体方式の洋上風力発電施設の建設においては、浮体を係留する係留索とこれを海底に固定するアンカーのコストが高い。また、浮体の係留方式としては、鋼製チェーンなどを用いたカテナリー係留方式である緩係留方式と、鋼管や鋼棒、ケーブルなどに張力を与えて堅牢に固定するテンションレグ係留方式である緊張係留方式が知られている（例えば、特許文献１〜６参照）。

特開２００１−２４８５３５号公報 特開２００２−２８５９５１号公報 特開２００２−２８５９５２号公報 特開２０１０−６４６４８号公報 特開２０１０−３０３７９号公報 特開平４−１９７８８７号公報

ところで、上記の緊張係留方式による緊張係留浮体（ＴＬＰ：テンションレグプラットフォーム）は、浮体の揺れが少なく、陸上用の風車をそのまま搭載できる可能性があることから注目されているが、海象条件の厳しい海域では、アンカー重量が巨大になることからその施工の難易度が上がって、施工コストが増大するおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アンカーの施工コストを低減することができる洋上施設用浮体構造物および洋上施設の施工方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る洋上施設用浮体構造物は、洋上施設基礎としての中央浮体と、前記中央浮体の上下方向の軸心から径外方側に配置され、前記中央浮体とそれぞれ連結された複数の外側浮体とからなる本体を備えた洋上施設用の浮体構造物であって、前記本体を緊張係留索で海底に係留するための降下可能な重力式アンカーと、前記アンカーの水中重量を相殺するための取り外し可能な仮設浮体とをさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る洋上施設用浮体構造物は、上述した請求項１において、前記アンカーを降下して海底に設置する際に前記アンカーの位置を保持する位置保持手段をさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る洋上施設用浮体構造物は、上述した請求項２において、前記位置保持手段は、前記アンカーに接続可能で、バラスト調整により自身に働く浮力を調整可能な位置保持用浮体からなることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る洋上施設用浮体構造物は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記仮設浮体を前記外側浮体に設け、前記アンカーを前記仮設浮体に係留索で接続した状態で降下可能としたことを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る洋上施設用浮体構造物は、上述した請求項１〜４のいずれか一つにおいて、セミサブ型の浮体構造物であることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る洋上施設の施工方法は、上述した請求項１〜５のいずれか一つに記載の洋上施設用浮体構造物を用いて洋上施設を施工する方法であって、製作ヤードにて製作した前記洋上施設用浮体構造物を洋上施設設置海域に曳航し、前記本体から前記アンカーを降下して海底に着底させ、前記本体の喫水を大きくして係留索を前記本体に固定し、前記本体の喫水を小さくすることで前記係留索に初期張力を発生させ、前記仮設浮体を撤去することを特徴とする。

本発明に係る洋上施設用浮体構造物によれば、洋上施設基礎としての中央浮体と、前記中央浮体の上下方向の軸心から径外方側に配置され、前記中央浮体とそれぞれ連結された複数の外側浮体とからなる本体を備えた洋上施設用の浮体構造物であって、前記本体を緊張係留索で海底に係留するための降下可能な重力式アンカーと、前記アンカーの水中重量を相殺するための取り外し可能な仮設浮体とをさらに備えたので、アンカーを予め浮体構造物に備えたことで、現地洋上でのアンカーの施工日数の短縮を図ることができ、アンカーの施工コストを低減することができるという効果を奏する。また、アンカーを予め浮体構造物に備えると浮体構造物に大きな浮力が必要となり浮体構造物本体が大型化するおそれがあるが、取り外し可能な仮設浮体を備えたことで、浮体構造物本体の大型化を防ぐことができる。

本発明に係る洋上施設の施工方法によれば、洋上施設用浮体構造物を用いて洋上施設を施工する方法であって、製作ヤードにて製作した前記洋上施設用浮体構造物を洋上施設設置海域に曳航し、前記本体から前記アンカーを降下して海底に着底させ、前記本体の喫水を大きくして係留索を前記本体に固定し、前記本体の喫水を小さくすることで前記係留索に初期張力を発生させ、前記仮設浮体を撤去するので、アンカーを予め浮体構造物に備えたことで、現地洋上でのアンカーの施工日数の短縮を図ることができ、アンカーの施工コストを低減することができるという効果を奏する。また、アンカーを予め浮体構造物に備えると浮体構造物に大きな浮力が必要となり浮体構造物本体が大型化するおそれがあるが、取り外し可能な仮設浮体を備えたことで、浮体構造物本体の大型化を防ぐことができる。

図１は、本発明に係る洋上施設用浮体構造物の一例を示す斜視図である。 図２は、本発明に係る洋上施設用浮体構造物の一例を示す側面図である。 図３は、本発明に係る洋上施設用浮体構造物の一例を示す上面図である。 図４は、本発明に係る洋上施設の施工方法のフローチャート図である。 図５は、本発明に係る洋上施設の施工方法の工程１を示す図である。 図６は、本発明に係る洋上施設の施工方法の工程２を示す図である。 図７は、本発明に係る洋上施設の施工方法の工程３を示す図である。 図８は、本発明に係る洋上施設の施工方法の工程４を示す図である。 図９は、本発明に係る洋上施設の施工方法の工程５を示す図である。 図１０は、本発明に係る洋上施設の施工方法の工程６を示す図である。 図１１は、本発明の洋上施設の施工方法の変形例１を示す図である。 図１２は、本発明の洋上施設の施工方法の変形例２を示す図である。

以下に、本発明に係る洋上施設用浮体構造物および洋上施設の施工方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１〜図３に示すように、本発明に係る洋上施設用浮体構造物（以下、「浮体構造物」という。）１０は、洋上施設基礎としての円柱状の中央浮体１２と、中央浮体１２の上下方向の軸心Ｚから径外方側に連結配置された３個の円柱状の外側浮体１４とからなる本体１６を備えたセミサブ型（半潜水型）の浮体構造物である。

中央浮体１２は、風力発電用風車および塔４を搭載する風車基礎として用いられる。中央浮体１２の上側の外周面には、斜めに延びた３本の棒状の第１連結部材１８の一端が固定してあり、中央浮体１２の下側の外周面には、水平に延びた３本の棒状の第２連結部材２０の一端が固定してある。

３個の外側浮体１４は、中央浮体１２の軸心Ｚを中心とする円の周方向等間隔に配置してあり、第１連結部材１８、第２連結部材２０を介して中央浮体１２に連結されている。

浮体構造物１０は、円盤状の３個の重力式アンカー２２と、円柱状の３個の仮設浮体２４と、菱形状の３個の位置保持用浮体２６（位置保持手段）とをさらに備えている。

アンカー２２は、３個の外側浮体１４の下面側に配置されるものであり、浮体構造物本体１６をテンドンなどの緊張係留索で海底に係留する際に、外側浮体１４から分離して降下可能に構成してある。アンカー２２は、降下時にはテンドンなどの係留索で仮設浮体２４に接続固定された状態で降下する。このように、アンカー２２を製作ヤード等で予め浮体構造物本体１６に取り付けておける構造とすることで、洋上でのアンカー施工日数の短縮を図ることが可能となる。

仮設浮体２４は、アンカー２２の水中重量を相殺するためのものであり、３個の外側浮体１４の上面側に取り外し可能に設けてある。アンカー２２は、重力式で非常に重量が大きくなることから、このアンカー２２を予め浮体構造物本体１６に取り付けた構造とすると本体１６に大きな浮力が必要となる。しかしながら、この取り外し可能な仮設浮体２４を併せて本体１６に取り付けることで、本体１６のサイズアップを防ぐことが可能となる。つまり、本体１６からアンカー２２を降下して海底にアンカー２２を設置するとともに、本体１６から仮設浮体２４を撤去して本体１６の浮力バランスを保持することができる。

位置保持用浮体２６は、アンカー２２を降下して海底に設置する際にアンカー２２の平面配置位置を保持するためのものであり、バラスト調整により自身に働く浮力を調整可能なものである。位置保持用浮体２６は、両端に形成した凹部の下面の接続部２８を介して２個のアンカー２２の上面に当接した状態で配置されている。

ここで、本実施の形態のアンカー２２は、海底に不陸があることが予想されるため、一体構造のアンカーではなく、複数個（本実施の形態では３個）からなる個別のアンカーを採用している。個別のアンカーを採用すると、設置精度が要求され施工難易度が上がるため、係留索を介して各アンカー２２を仮設浮体２４にて固定した状態で海底まで吊り降ろす構造とする。位置保持用浮体２６は、アンカー２２を吊り降ろす際に、アンカー２２の上面からバラスト重量を作用させつつアンカー２２とともに沈降する。この場合、アンカー２２の揺動を防止してその位置を保持する位置保持手段として利用される。アンカー２２が海底に着底した後に、位置保持用浮体２６はバラストを除去して浮上することができる。

このように、本発明の洋上施設用浮体構造物１０によれば、現地洋上でのアンカーの施工日数の短縮を図ることができ、アンカーの施工コストを低減することができる。また、アンカー２２を予め浮体構造物１０に備えると浮体構造物１０に大きな浮力が必要となり浮体構造物本体１６が大型化するおそれがあるが、取り外し可能な仮設浮体２４を備えたことで、浮体構造物本体１６の大型化を防ぐことができ、浮体構造物本体１６を必要最小限の大きさとすることができる。さらに、位置保持用浮体２６の作用により、アンカー２２を海底に吊り降ろす際のアンカー設置精度を確保することができる。

次に、本発明に係る洋上施設の施工方法について、図４〜図１０を参照しながら説明する。

図４のフローチャート図に示すように、本発明に係る洋上施設の施工方法は、洋上風力発電施設を施工する方法であり、ドッグ（浮体製作ヤード）にて洋上施設用浮体構造物１０を製作し（工程１）、ドッグに注水して浮上させ（工程２）、洋上施設設置海域に曳航する（工程３）。そして、本体１６からアンカー２２を降下して海底ＢＬに着底させ、本体１６の喫水を大きくして係留索３０を本体１６に固定し（工程４）、本体１６の喫水を小さくすることで係留索３０に初期張力を発生させ（工程５）、仮設浮体２４を撤去する（工程６）というものである。
以下に、各工程１〜６の内容を詳述する。

［工程１：浮体構造物の製作・風車を搭載］
図５に示すように、ドッグ内で浮体構造物本体１６、アンカー２２、仮設浮体２４、位置保持用浮体２６、風車を組み立て、浮体構造物１０を製作する。

［工程２：ドッグに注水］
次に、図６に示すように、ドッグに注水して浮体構造物１０を水面に浮上させ、引き出す。

［工程３：現地曳航］
次に、図７に示すように、浮体構造物１０を船舶等で洋上施設設置地点に曳航する。

［工程４：アンカーの降下・海底設置］
次に、図８に示すように、浮体構造物１０とアンカー２２の固定を解除する。位置保持用浮体２６内に注水してバラスト重量を増し、これをアンカー２２とともに降下して海底ＢＬに着底させる。ここで、アンカー２２は、仮設浮体２４と係留索３０で繋がれた状態で降下する。

［工程５：位置保持用浮体の浮上・撤去］
次に、図９に示すように、アンカー２２着底後、位置保持用浮体２６内のバラスト水を排水しエアを注入して浮上させ、位置保持用浮体２６を撤去する。続いて、本体１６内部（例えば、外側浮体１４内部）にバラスト水を注水して本体１６を水面ＷＬから所定の喫水まで沈み込ませ、係留索３０の上端を本体１６（例えば、外側浮体１４上端）に固定する。係留索３０を固定した後、本体１６内部のバラスト水を排水して係留索３０に本体１６の浮力のみで初期張力を付与する。

［工程６：仮設浮体の撤去］
最後に、図１０に示すように、仮設浮体２４を撤去する。こうすることで、洋上風力発電施設１００を施工することができる。

このように、本発明に係る洋上施設の施工方法によれば、現地洋上でのアンカーの施工日数の短縮を図ることができ、アンカーの施工コストを低減することができる。また、アンカー２２を予め浮体構造物１０に備えると浮体構造物１０に大きな浮力が必要となり浮体構造物本体１６が大型化するおそれがあるが、取り外し可能な仮設浮体２４を備えたことで、浮体構造物本体１６の大型化を防ぐことができ、浮体構造物本体１６を必要最小限の大きさとすることができる。さらに、位置保持用浮体２６の作用により、アンカー２２を海底に吊り降ろす際のアンカー設置精度を確保することができる。

次に、本発明に係る洋上施設の施工方法の変形例１および２について図１１および図１２を参照しながら説明する。以下の変形例１、２は、位置保持用浮体２６を引き上げる時の重量と安定性等を配慮した施工方法であり、現場の施工条件等に応じて適宜選択することができる。

［変形例１］
まず、変形例１について説明する。
図１１に示すように、本発明の変形例１に係る洋上施設の施工方法は、洋上施設用浮体構造物の本体１６にウインチ３２を設け、位置保持用浮体２６内のエアを残したままこれをウインチ３２で吊り降ろすものである。ここで、各仮設浮体２４に張り出し架台３４を設け、この架台３４上にウインチ３２を設けて、このウインチ３２からのワイヤロープ３６を位置保持用浮体２６の両端上面に固定してある滑車３８に巻回しておく。

この変形例１の具体的な施工手順を説明する。
上記の工程４（図８）において、浮体構造物１０とアンカー２２の固定を解除した後、位置保持用浮体２６内のエアを残し、アンカー２２および位置保持用浮体２６の吊り重量を軽減した状態で、ウインチ３２により位置保持用浮体２６とともにアンカー２２を降下して海底ＢＬに着底させる。

着底後に、位置保持用浮体２６内からエアを排出して浮力を軽減し、ウインチ３２で位置保持用浮体２６を吊り上げ、水面ＷＬ近くで位置保持用浮体２６内に再びエアを注入して位置保持用浮体２６を撤去する。

続いて、上記の工程５、６と同様にして、本体１６内部にバラスト水を注水して本体１６を水面ＷＬから所定の喫水まで沈み込ませ、係留索３０の上端を本体１６に固定し、本体１６内部のバラスト水を排水して喫水を小さくすることで係留索３０に本体１６の浮力のみで初期張力を発生させる。最後に、仮設浮体２４を撤去する。

［変形例２］
次に、変形例２について説明する。
図１２に示すように、本発明の変形例２に係る洋上施設の施工方法は、上記の変形例１と同様にウインチ３２等を設け、位置保持用浮体２６内に注水して、これを海底に残置するものである。

具体的には、上記の工程４（図８）において、浮体構造物１０とアンカー２２の固定を解除して、位置保持用浮体２６とともにアンカー２２を降下して海底ＢＬに着底させる。着底後に、位置保持用浮体２６内にバラスト水を注水し、そのまま位置保持用浮体２６を海底ＢＬに残置する。

続いて、上記の工程５、６と同様にして、本体１６内部にバラスト水を注水して本体１６を水面ＷＬから所定の喫水まで沈み込ませ、係留索３０の上端を本体１６に固定し、本体１６内部のバラスト水を排水して係留索３０に本体１６の浮力のみで初期張力を発生させる。なお、この変形例２の場合には、上記の工程６のように、仮設浮体２４を撤去する必要はない。

以上説明したように、本発明に係る洋上施設用浮体構造物によれば、洋上施設基礎としての中央浮体と、前記中央浮体の上下方向の軸心から径外方側に配置され、前記中央浮体とそれぞれ連結された複数の外側浮体とからなる本体を備えた洋上施設用の浮体構造物であって、前記本体を緊張係留索で海底に係留するための降下可能な重力式アンカーと、前記アンカーの水中重量を相殺するための取り外し可能な仮設浮体とをさらに備えたので、アンカーを予め浮体構造物に備えたことで、現地洋上でのアンカーの施工日数の短縮を図ることができ、アンカーの施工コストを低減することができるという効果を奏する。また、アンカーを予め浮体構造物に備えると浮体構造物に大きな浮力が必要となり浮体構造物本体が大型化するおそれがあるが、取り外し可能な仮設浮体を備えたことで、浮体構造物本体の大型化を防ぐことができる。

また、本発明に係る洋上施設の施工方法によれば、洋上施設用浮体構造物を用いて洋上施設を施工する方法であって、製作ヤードにて製作した前記洋上施設用浮体構造物を洋上施設設置海域に曳航し、前記本体から前記アンカーを降下して海底に着底させ、前記本体の喫水を大きくして係留索を前記本体に固定し、前記本体の喫水を小さくすることで前記係留索に初期張力を発生させ、前記仮設浮体を撤去するので、アンカーを予め浮体構造物に備えたことで、現地洋上でのアンカーの施工日数の短縮を図ることができ、アンカーの施工コストを低減することができるという効果を奏する。また、アンカーを予め浮体構造物に備えると浮体構造物に大きな浮力が必要となり浮体構造物本体が大型化するおそれがあるが、取り外し可能な仮設浮体を備えたことで、浮体構造物本体の大型化を防ぐことができる。

以上のように、本発明に係る洋上施設用浮体構造物は、洋上に浮かべた浮体構造に風車を搭載して洋上風力発電を行う浮体式洋上風力発電用の浮体構造物および洋上施設の施工方法に有用であり、特に、海底に緊張係留方式で係留する洋上風力発電用浮体構造物および洋上風力発電施設の施工方法に適している。

４ 塔
１０ 洋上施設用浮体構造物
１２ 中央浮体
１４ 外側浮体
１６ 本体
１８ 第１連結部材
２０ 第２連結部材
２２ アンカー
２４ 仮設浮体
２６ 位置保持用浮体（位置保持手段）
２８ 接続部
３０ 係留索
３２ ウインチ
３４ 架台
３６ ワイヤロープ
３８ 滑車
１００ 洋上風力発電施設（洋上施設）
ＷＬ 水面
ＢＬ 海底
Ｚ 軸心

Claims (6)

1. 洋上施設基礎としての中央浮体と、前記中央浮体の上下方向の軸心から径外方側に配置され、前記中央浮体とそれぞれ連結された複数の外側浮体とからなる本体を備えた洋上施設用の浮体構造物であって、
   前記本体を緊張係留索で海底に係留するための降下可能な重力式アンカーと、前記アンカーの水中重量を相殺するための取り外し可能な仮設浮体とをさらに備えたことを特徴とする洋上施設用浮体構造物。
2. 前記アンカーを降下して海底に設置する際に前記アンカーの位置を保持する位置保持手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の洋上施設用浮体構造物。
3. 前記位置保持手段は、前記アンカーに接続可能で、バラスト調整により自身に働く浮力を調整可能な位置保持用浮体からなることを特徴とする請求項２に記載の洋上施設用浮体構造物。
4. 前記仮設浮体を前記外側浮体に設け、前記アンカーを前記仮設浮体に係留索で接続した状態で降下可能としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の洋上施設用浮体構造物。
5. セミサブ型の浮体構造物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の洋上施設用浮体構造物。
6. 請求項１〜５のいずれか一つに記載の洋上施設用浮体構造物を用いて洋上施設を施工する方法であって、
   製作ヤードにて製作した前記洋上施設用浮体構造物を洋上施設設置海域に曳航し、
   前記本体から前記アンカーを降下して海底に着底させ、前記本体の喫水を大きくして係留索を前記本体に固定し、前記本体の喫水を小さくすることで前記係留索に初期張力を発生させ、前記仮設浮体を撤去することを特徴とする洋上施設の施工方法。

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