JP2012201219A - Method for constructing offshore wind power generation facility - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform easy and safe construction on the ocean, and to secure stability when a strong wind blows or billows rise.SOLUTION: The offshore wind power generation facilities 1 include: a floating body 2; mooring cables 4, 4, ... that are connected to the floating body 2; a tower 5 that is erected on the floating body 2; and a nacelle 6 and a plurality of windmill blades 7, 7, ..., which are provided on the top of the tower 5. In construction of the offshore wind power generation facilities 1, when at least the tower 5 is installed on the upper portion of the floating body 2, swinging of the tower 5 is controlled by a mass damper 36 that is installed on the tower 5 or a hanging jig 44a of a crane for hanging the tower 5, and swinging of the floating body 2 is controlled by a control moment gyro 35 that is installed inside the floating body 2.

Description

本発明は、比較的水深の深い海上に設置されるスパー型の洋上風力発電設備の施工方法に関する。   The present invention relates to a method for constructing a spar-type offshore wind power generation facility installed on a relatively deep sea.

従来より、主として水力、火力及び原子力発電等の発電方式が採用されてきたが、近年は環境や自然エネルギーの有効活用の点から自然風を利用して発電を行う風力発電が注目されている。この風力発電設備には、陸上設置式と、水上(主として海上)設置式とがあるが、沿岸域から後背に山岳地形をかかえる我が国の場合は、沿岸域に安定した風が見込める平野が少ない状況にある。一方、日本は四方を海で囲まれており、海上は発電に適した風が容易に得られるとともに、設置の制約が少ないなどの利点を有する。そこで、近年は洋上風力発電設備又は浮体構造が多く提案されている。   Conventionally, power generation methods such as hydropower, thermal power, and nuclear power generation have been mainly employed, but in recent years, wind power generation that generates power using natural wind has attracted attention from the viewpoint of effective use of the environment and natural energy. There are two types of wind power generation facilities: land-based and water-based (mainly sea-based). In Japan, where mountainous landforms are located behind the coast, there are few plains where stable wind can be expected in the coast. It is in. On the other hand, Japan is surrounded on all sides by the sea, and it has the advantage that the wind suitable for power generation can be easily obtained and there are few restrictions on installation. In recent years, therefore, many offshore wind power generation facilities or floating structures have been proposed.

例えば、下記特許文献1では、上下の蓋体と、これらの間に連続的に設置された筒状のプレキャストコンクリートブロックとがPC鋼材で一体接合されてなる下部浮体と、該下部浮体にPC鋼材で一体接合された、上記プレキャストコンクリートブロックよりも小径なプレキャストコンクリートブロックと上蓋とからなる上部浮体とから構成され、下部浮体の下部内側に隔壁によって複数のバラストタンクが形成され、上部浮体の内側には隔壁によって複数の水密区画部が形成された洋上風力発電の浮体構造が提案されている。この特許文献1は、釣浮きのように起立状態で浮くため「スパー型」と呼ばれている。   For example, in Patent Document 1 below, a lower floating body in which upper and lower lid bodies and a cylindrical precast concrete block continuously installed between them are integrally joined with a PC steel material, and a PC steel material on the lower floating body. The upper float is composed of a precast concrete block having a smaller diameter than the precast concrete block and the upper lid, and a plurality of ballast tanks are formed inside the lower float by a partition wall inside the upper float. Has proposed a floating structure for offshore wind power generation in which a plurality of watertight compartments are formed by partition walls. Since this patent document 1 floats in a standing state like a fishing float, it is called a “spar type”.

一方、洋上風力発電設備等の洋上構造物の建設に際し、SEP(Self Elevating Platform:自己昇降式)台船を使用することにより、台船の揺れを抑え、迅速な施工を可能にした施工方法が提案されている(下記特許文献2、3参照)。   On the other hand, when constructing offshore structures such as offshore wind power generation facilities, there is a construction method that uses SEP (Self Elevating Platform) trolleys to suppress swaying of the craft and enable rapid construction. It has been proposed (see Patent Documents 2 and 3 below).

特開2009−18671号公報JP 2009-18671 A 特開2004−1750号公報JP 2004-1750 A 特開2006−37397号公報JP 2006-37397 A

前記スパー型浮体上に風力発電タワーを設置する場合、波の穏やかな湾内で施工を行うのが望ましいが、浮体の吃水(水面下の部分)が概ね70mと深いのに対して、湾内の水深は一般的にこれより浅いため、湾内での施工は困難であった。このため、タワーの設置作業は水深の深い湾外で行わざるを得ないが、湾外で行う場合、湾内より波が高いため、波で揺れる浮体に対し同様に波で揺れるクレーン船で吊り下げたタワーを取り付けることは、浮体とクレーン船とでは波に対する揺動特性が異なるため困難を極め且つ危険を伴う作業であった。従って、波が穏やかな時期を選んで施工せざるを得ないため年間の施工日数が限られ、重機の待機時間が長期化し費用が増大していた。   When installing a wind power generation tower on the spar type floating body, it is desirable to work in a bay where the waves are calm, but the floating body's inundation (the part below the surface of the water) is about 70m deep, while the water depth in the bay is deep. Because it is generally shallower than this, construction in the bay was difficult. For this reason, tower installation work must be performed outside the bay where the water depth is deep, but when it is performed outside the bay, the waves are higher than in the bay. It was extremely difficult and dangerous to install the tower because the floating body and crane ship had different rocking characteristics. Therefore, since it was unavoidable to select a period when the waves were calm, the number of construction days per year was limited, and the standby time for heavy machinery was prolonged, increasing costs.

また、上記特許文献2、3に記載されるように、クレーン船としてSEP台船など、海底に固定する方式の台船を使用すれば少なくとも台船の揺れが抑えられるようになるが、スパー型浮体構造を有する風力発電設備の洋上設置場所では水深が100m近くになるため、最大適用水深が20m程度しかないSEP台船は利用できない。   Further, as described in the above-mentioned Patent Documents 2 and 3, if a base ship of a system fixed to the sea floor such as a SEP base ship is used as a crane ship, at least the swing of the base ship can be suppressed. Since the water depth is close to 100 m at the offshore installation location of the wind power generation facility having a floating structure, the SEP trolley having a maximum applicable water depth of only about 20 m cannot be used.

一方、水深が浅い湾内などでの作業を可能にするため、浮体内部のバラスト水などを除いて浮体の吃水を浅くする方法も考えられるが、吃水を浅くした場合には浮体としての安定性が損なわれるので、このような浮体に対しタワーを設置するのは危険であった。   On the other hand, to make it possible to work in bays where the water depth is shallow, a method of making the floating body shallower except for ballast water inside the floating body is conceivable. It was dangerous to install a tower against such a floating body because it would be damaged.

しかも、浮体やこれに取り付けられる風車タワーはともに接地しておらず、海上に浮かんだりクレーン船等によって空気中にチェーンやワイヤー等で係留または吊り下げられている状態であり、波浪や風により揺れはじめると揺動の制御ができなかった。軽量の場合には、控え綱やタグボートが利用できるが、浮体は約3000t(トン)、風車タワーは約200tに及ぶため、揺動に対する十分な抑止荷重を持たなかった。   Moreover, neither the floating body nor the windmill tower attached to it is in contact with the ground, and is floating on the sea or moored or suspended in the air with a chain or wire by a crane ship, etc. At first, the swing could not be controlled. In the case of light weight, it is possible to use a tie rope or a tugboat, but the floating body is about 3000 t (tons), and the windmill tower is about 200 t.

そこで本発明の主たる課題は、洋上での容易かつ安全な施工を行えるようにするとともに、強風又は波浪時における安定性を確保し得る洋上風力発電設備とその施工方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, a main object of the present invention is to provide an offshore wind power generation facility capable of ensuring easy and safe construction on the ocean and ensuring stability during strong winds or waves, and a construction method thereof.

上記課題を解決するために請求項1に係る本発明として、浮体と、前記浮体に繋がれた係留索と、前記浮体の上に立設されるタワーと、このタワーの頂部に設備されるナセル及び複数の風車ブレードとからなる洋上風力発電設備の施工方法であって、
少なくとも前記タワーを前記浮体の上部に設置する際に、前記タワー又は前記タワーを吊り下げるクレーンの吊り治具に設置されたマスダンパによって、前記タワーの揺動を制御するとともに、前記浮体の内部に設置されたコントロールモーメントジャイロによって、前記浮体の揺動を制御することを特徴とする洋上風力発電設備の施工方法が提供される。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention according to claim 1 includes a floating body, a mooring line connected to the floating body, a tower erected on the floating body, and a nacelle provided at the top of the tower. And an offshore wind power generation facility construction method comprising a plurality of windmill blades,
At least when the tower is installed on the top of the floating body, the tower is controlled by a mass damper installed on a suspension jig of a crane that suspends the tower or the tower, and is installed inside the floating body. There is provided a construction method for an offshore wind power generation facility characterized in that the swing of the floating body is controlled by the controlled moment gyro.

上記請求項1記載の発明では、少なくともタワーを浮体の上部に設置する際に、前記タワー又はタワーを吊り下げるクレーンの吊り治具に設置されたマスダンパによって、前記タワーの揺動を制御するとともに、浮体の内部に設置されたコントロールモーメントジャイロによって、前記浮体の揺動を制御している。従って、洋上で強風及び/又は波浪時においても、クレーン船によって吊り下げられた空中のタワーの揺動がマスダンパによって抑制されるとともに、海上に浮かぶ浮体の揺動がコントロールモーメントジャイロによって抑制されるので、タワー及び浮体の安定性が確保される結果、天候や波浪の影響を受けにくく洋上での容易かつ安全な施工が行えるようになる。なお、前記マスダンパによるタワーの揺動制御は、クレーン船に対する少なくとも左右方向の並進揺動を対象とし、前記コントロールモーメントジャイロによる浮体の揺動制御は、浮体の少なくとも水平方向の並進揺動及び鉛直軸回りの回転揺動を対象とすることが好ましい。   In the invention of claim 1, at least when the tower is installed on the upper part of the floating body, the tower or the mass damper installed in the crane for hanging the tower is used to control the swing of the tower, The swing of the floating body is controlled by a control moment gyro installed inside the floating body. Therefore, even in strong winds and / or waves on the ocean, the swing of the tower suspended in the air by the crane ship is suppressed by the mass damper, and the swing of the floating body floating on the sea is suppressed by the control moment gyro. As a result, the stability of the tower and the floating body is ensured, so that it can be easily and safely constructed on the sea without being affected by the weather and waves. The tower swing control by the mass damper is intended for at least horizontal translation swing with respect to the crane ship, and the floating body swing control by the control moment gyro is at least horizontal translational swing and vertical axis of the floating body. It is preferable to target rotation and swing around.

請求項2に係る本発明として、前記マスダンパは、前記タワーの吊り位置より下側に設置されている請求項1記載の洋上風力発電設備の施工方法が提供される。   As a second aspect of the present invention, there is provided a construction method for an offshore wind power generation facility according to the first aspect, wherein the mass damper is installed below the suspension position of the tower.

上記請求項2記載の発明では、前記マスダンパをタワーの吊り位置より下側、すなわちクレーンの吊り治具の下面側又はこれより下側のタワー部分に設置することによって、タワー下端の揺動が効果的に制御できるようになる。   In the invention according to the second aspect, the lower end of the tower is effectively swung by installing the mass damper below the tower suspension position, that is, on the lower surface side of the crane lifting jig or the tower portion below the crane suspension jig. Control.

請求項3に係る本発明として、前記コントロールモーメントジャイロは、前記浮体の重心高さと同等の位置に設置されている請求項1、2いずれかに記載の洋上風力発電設備の施工方法が提供される。   As a third aspect of the present invention, the control moment gyro is provided at a position equivalent to the height of the center of gravity of the floating body. .

上記請求項3記載の発明では、コントロールモーメントジャイロを浮体の重心高さと同等の位置に設置することにより、浮体の揺動を効果的に制御できるようにしている。   According to the third aspect of the present invention, the swing of the floating body can be effectively controlled by installing the control moment gyro at a position equivalent to the height of the center of gravity of the floating body.

請求項4に係る本発明として、少なくとも3つの前記コントロールモーメントジャイロをそれぞれ、フライホイールの回転軸を直交させた状態で縦に並べて配列している請求項1〜3いずれかに記載の洋上風力発電設備の施工方法が提供される。   The offshore wind power generation according to any one of claims 1 to 3, wherein at least three of the control moment gyros are arranged side by side in a state where the rotation axes of the flywheels are orthogonal to each other. A facility construction method is provided.

上記請求項4記載の発明では、少なくとも3つの前記コントロールモーメントジャイロをそれぞれ、フライホイールの回転軸を直交させた状態で縦に並べて配列することによって、浮体の3次元的な揺動が制御できるようになる。   In the invention according to the fourth aspect, at least three of the control moment gyros are arranged side by side in a state where the rotational axes of the flywheels are orthogonal to each other so that the three-dimensional swing of the floating body can be controlled. become.

請求項5に係る本発明として、前記コントロールモーメントジャイロは、前記浮体の内周に沿って複数設置され、それぞれフライホイールの回転軸方向を前記浮体内周の接線方向と一致させている請求項1〜3いずれかに記載の洋上風力発電設備の施工方法が提供される。   According to a fifth aspect of the present invention, a plurality of the control moment gyros are installed along the inner periphery of the floating body, and the rotation axis direction of the flywheel is made to coincide with the tangential direction of the outer periphery of the floating body. The construction method of the offshore wind power generation facility in any one of -3 is provided.

上記請求項5記載の発明では、コントロールモーメントジャイロを浮体の内周に沿って複数設置し、各コントロールモーメントジャイロのフライホイールの回転軸方向を浮体内周の接線方向と一致させることによって、浮体の直交する三軸回りのピッチング、ローリング、ヨーイングが容易に制御可能となる。   In the invention according to claim 5, a plurality of control moment gyros are installed along the inner circumference of the floating body, and the rotational axis direction of the flywheel of each control moment gyro is made to coincide with the tangential direction of the circumference of the floating body. Pitching, rolling and yawing around three orthogonal axes can be easily controlled.

以上詳説のとおり本発明によれば、洋上での容易かつ安全な施工を行えるようにするとともに、強風又は波浪時における安定性を確保し得る洋上風力発電設備の施工方法が提供できるようになる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for constructing an offshore wind power generation facility that enables easy and safe construction on the ocean and can ensure stability during strong winds or waves.

本発明に係る洋上風力発電設備1の概略図である。1 is a schematic view of an offshore wind power generation facility 1 according to the present invention. 浮体2の縦断面図である。2 is a longitudinal sectional view of a floating body 2. FIG. プレキャスト筒状体12(13)を示す、(A)は縦断面図、(B)は平面図(B-B線矢視図)、(C)は底面図(C-C線矢視図)である。The precast cylindrical body 12 (13) is shown, (A) is a longitudinal sectional view, (B) is a plan view (a view taken along the line B-B), and (C) is a bottom view (a view taken along the line C-C). プレキャスト筒状体12(13)同士の緊結要領図(A)(B)である。FIG. 3 is a schematic diagram (A) and (B) of tight-bonding between precast cylindrical bodies 12 (13). 上側鋼製浮体構造部を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an upper steel floating body structure part. 洋上風力発電設備1の施工手順図(その1)である。It is construction procedure figure (the 1) of offshore wind power generation equipment. 洋上風力発電設備1の施工手順図(その2)である。It is construction procedure figure (the 2) of offshore wind power generation equipment. 洋上風力発電設備1の施工手順図(その3)である。It is construction procedure figure (the 3) of offshore wind power generation equipment. 洋上風力発電設備1の施工手順図(その4)である。It is construction procedure figure (the 4) of offshore wind power generation equipment. 洋上風力発電設備1の施工手順図(その5)の側面図である。It is a side view of the construction procedure figure (the 5) of the offshore wind power generation equipment. 洋上風力発電設備1の施工手順図(その5)の正面図である。It is a front view of the construction procedure figure (the 5) of the offshore wind power generation equipment. 洋上風力発電設備1の施工手順図(その6)である。It is construction procedure figure (the 6) of offshore wind power generation equipment. マスダンパ36の斜視図である。3 is a perspective view of a mass damper 36. FIG. コントロールモーメントジャイロ35の概念図である。3 is a conceptual diagram of a control moment gyro 35. FIG. コントロールモーメントジャイロ35の設置状態(その1)を示す浮体2の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the floating body 2 showing an installation state (part 1) of the control moment gyroscope 35; コントロールモーメントジャイロ35の設置状態(その2)を示す浮体2の横断面図である。It is a cross-sectional view of the floating body 2 showing the installation state (part 2) of the control moment gyroscope 35. コントロールモーメントジャイロ35による浮体2の制御状態を示す概念図である。4 is a conceptual diagram showing a control state of the floating body 2 by a control moment gyro 35. FIG. 他の形態例に係る洋上風力発電設備1の施工手順図である。It is a construction procedure figure of the offshore wind power generation equipment 1 which concerns on the other form example.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に示されるように、洋上風力発電設備1は、浮体2と、この浮体2の上部に設置されるデッキ3と、前記浮体2に繋がれた係留索4、4…と、前記デッキ3の上に立設されるタワー5と、このタワー5の頂部に設備されるナセル6及び複数の風車ブレード7,7…とからなるものである。   As shown in FIG. 1, the offshore wind power generation facility 1 includes a floating body 2, a deck 3 installed on an upper portion of the floating body 2, mooring lines 4, 4... Connected to the floating body 2, and the deck 3. The tower 5 is erected on the top, and the nacelle 6 and the plurality of wind turbine blades 7, 7.

そして、前記浮体2は、図2に示されるように、コンクリート製のプレキャスト筒状体12〜13を高さ方向に複数段積み上げ、各プレキャスト筒状体12〜13をPC鋼材により緊結し一体化を図った下側コンクリート製浮体構造部2Aと、この下側コンクリート浮体構造部2Aの上側に連設された上側鋼製浮体構造部2Bとからなるとともに、上端部を開口させた有底中空部を有するスパー型の浮体構造としたものである。前記浮体2の吃水Lは、2MW級発電設備の場合概ね60m以上に設定される。   As shown in FIG. 2, the floating body 2 is formed by stacking a plurality of precast cylindrical bodies 12 to 13 made of concrete in the height direction, and the precast cylindrical bodies 12 to 13 are tightly coupled by a PC steel material. The lower concrete floating structure 2A and the upper steel floating structure 2B connected to the upper side of the lower concrete floating structure 2A, and the bottomed hollow part having an open upper end A spar-type floating body structure having The flooded water L of the floating body 2 is set to approximately 60 m or more in the case of a 2 MW class power generation facility.

以下、更に具体的に詳述する。   This will be described in more detail below.

前記浮体2は、図2に示されるように、有底円筒形状のバラスト部10と、このバラスト部10の上面に連設された下側コンクリート浮体構造部2Aと、この下側コンクリート浮体構造部2Aの上側に連設された上側鋼製浮体構造部2Bとからなる。前記バラスト部10及び下側コンクリート浮体構造部2Aはすべてコンクリートのプレキャスト部材とされる。下側コンクリート浮体構造部2Aと上側鋼製浮体構造部2Bとの境界部に合成プレキャスト部材13が介在され、両者が接合されている。前記上側鋼製浮体構造部2Bは、高さ方向に段階的に外径寸法が縮小される変断面形状としてある。図示例では2段階の変断面形状としてある。   As shown in FIG. 2, the floating body 2 includes a bottomed cylindrical ballast portion 10, a lower concrete floating structure portion 2 </ b> A connected to the upper surface of the ballast portion 10, and the lower concrete floating structure portion. It consists of the upper steel floating body structure part 2B provided continuously on the upper side of 2A. The ballast portion 10 and the lower concrete floating structure portion 2A are all concrete precast members. A synthetic precast member 13 is interposed at the boundary between the lower concrete floating structure 2A and the upper steel floating structure 2B, and both are joined. The upper steel floating body structure portion 2B has a variable cross-sectional shape in which the outer diameter dimension is gradually reduced in the height direction. In the illustrated example, it has a two-stage variable cross-sectional shape.

前記下側コンクリート浮体構造部2Aは、コンクリート製のプレキャスト筒状体12…と、合成プレキャスト部材13の下半部分とで構成されている。前記プレキャスト筒状体12は、図3に示されるように、軸方向に同一断面とされる円形筒状のプレキャスト部材であり、それぞれが同一の型枠を用いて製作されるか、遠心成形により製造された中空プレキャスト部材が用いられる。   The lower concrete floating body structure portion 2 </ b> A is composed of a precast cylindrical body 12 made of concrete and a lower half portion of the synthetic precast member 13. As shown in FIG. 3, the precast cylindrical body 12 is a circular cylindrical precast member having the same cross section in the axial direction, and each is manufactured using the same mold or by centrifugal molding. The manufactured hollow precast member is used.

壁面内には鉄筋20の他、周方向に適宜の間隔でPC鋼棒19を挿通するためのシース21、21…が埋設されている。このシース21、21…の下端部にはPC鋼棒19同士を連結するためのカップラーを挿入可能とするためにシース拡径部21aが形成されているとともに、上部には定着用アンカープレートを嵌設するための箱抜き部22が形成されている。また、上面には吊り金具23が複数設けられている。   In addition to the reinforcing bars 20, sheaths 21, 21... For inserting the PC steel bars 19 are embedded in the wall surface at appropriate intervals in the circumferential direction. A sheath widened portion 21a is formed at the lower end of the sheaths 21, 21... So that a coupler for connecting the PC steel bars 19 can be inserted, and a fixing anchor plate is fitted on the upper portion. A box opening portion 22 is provided for installation. In addition, a plurality of suspension fittings 23 are provided on the upper surface.

プレキャスト筒状体12同士の緊結は、図4(A)に示されるように、下段側プレキャスト筒状体12から上方に延長されたPC鋼棒19、19…をシース21、21…に挿通させながらプレキャスト筒状体12,12を積み重ねたならば、アンカープレート24を箱抜き部22に嵌設し、ナット部材25によりPC鋼棒19に張力を導入し一体化を図る。また、グラウト注入孔27からグラウト材をシース21内に注入する。なお、前記アンカープレート24に形成された孔24aはグラウト注入確認孔であり、該確認孔からグラウト材が吐出されたことをもってグラウト材の充填を終了する。   As shown in FIG. 4 (A), the precast cylindrical bodies 12 are fastened by inserting the PC steel rods 19, 19... Extended upward from the lower-stage precast cylindrical body 12 into the sheaths 21, 21. However, if the precast cylindrical bodies 12 and 12 are stacked, the anchor plate 24 is fitted into the box opening portion 22, and tension is introduced into the PC steel bar 19 by the nut member 25 to achieve integration. A grout material is injected into the sheath 21 from the grout injection hole 27. The hole 24a formed in the anchor plate 24 is a grout injection confirmation hole, and the filling of the grout material is completed when the grout material is discharged from the confirmation hole.

次に、図4(B)に示されるように、PC鋼棒19の突出部に対してカップラー26を螺合し、上段側のPC鋼棒19、19…を連結したならば、上段となるプレキャスト筒状体12のシース21、21…に前記PC鋼棒19、19…を挿通させながら積み重ね、前記要領によりPC鋼棒19の定着を図る手順を順次繰り返すことにより高さ方向に積み上げられる。この際、下段側プレキャスト筒状体12と上段側プレキャスト筒状体12との接合面には止水性確保及び合わせ面の接合のためにエポキシ樹脂系などの接着剤28やシール材が塗布される。   Next, as shown in FIG. 4 (B), when the coupler 26 is screwed into the protruding portion of the PC steel bar 19 and the upper PC steel bars 19, 19,. The PC steel rods 19, 19 are stacked while being inserted through the sheaths 21, 21 ... of the precast cylindrical body 12, and the procedure for fixing the PC steel rod 19 is sequentially repeated according to the above procedure. At this time, an adhesive 28 such as an epoxy resin or a sealing material is applied to the joint surface between the lower-stage precast tubular body 12 and the upper-stage precast tubular body 12 in order to ensure waterproofness and join the mating surfaces. .

次いで、前記合成プレキャスト部材13は、図5にも示されるように、コンクリート製のプレキャスト筒状体16と鋼製筒状体17との合成構造である。これらは一体的に製作される。前記プレキャスト筒状体16は、前記鋼製筒状体17の肉厚分の厚さを減じた外径寸法とされ、この外周に前記鋼製筒状体17の下半部分が外嵌された構造とし、前記プレキャスト筒状体16の上端面がPC鋼棒19の締結面とされる。   Next, the composite precast member 13 has a composite structure of a concrete precast tubular body 16 and a steel tubular body 17 as shown in FIG. These are manufactured integrally. The precast tubular body 16 has an outer diameter dimension obtained by reducing the thickness of the steel tubular body 17, and the lower half portion of the steel tubular body 17 is fitted on the outer periphery. The upper end surface of the precast cylindrical body 16 is a fastening surface of the PC steel rod 19.

前記上側鋼製浮体構造部2Bは、前記合成プレキャスト部材13の上半部分と、鋼製筒状体14,15とで構成されている。下段側の鋼製筒状体14は、合成プレキャスト部材13と同一の外径寸法とされ、合成プレキャスト部材13に対して、ボルト又は溶接等(図示例はボルト締結)によって連結される。上段側の鋼製筒状体15は、前記下段側の鋼製筒状体14よりも外径寸法が縮小され、変断面形状とされ、下段側の鋼製筒状体14に対してボルト又は溶接等(図示例はボルト締結)によって連結される。前記上段側鋼製筒状体15の上端は開口のままとされるとともに、前記上段側鋼製筒状体15及び下段側鋼製筒状体14との境界部及び下段側鋼製筒状体14と鋼製筒状体17との境界部は空間が仕切られておらず、浮体2内部には中空部が形成されている。   The upper steel floating body structure portion 2 </ b> B is composed of an upper half portion of the synthetic precast member 13 and steel tubular bodies 14 and 15. The lower-stage steel tubular body 14 has the same outer diameter as that of the synthetic precast member 13 and is connected to the synthetic precast member 13 by bolts, welding, or the like (in the illustrated example, bolt fastening). The upper-stage steel tubular body 15 has an outer diameter smaller than that of the lower-stage steel tubular body 14 and has a variable cross-sectional shape. They are connected by welding or the like (in the illustrated example, bolt fastening). The upper end of the upper steel tubular body 15 is left open, the boundary between the upper steel tubular body 15 and the lower steel tubular body 14 and the lower steel tubular body. A space is not partitioned at the boundary between 14 and the steel tubular body 17, and a hollow portion is formed inside the floating body 2.

一方、前記タワー5は、鋼材、コンクリート又はPRC(プレストレスト鉄筋コンクリート)から構成されるものが使用されるが、好ましいのは総重量が小さくなるように鋼材によって製作されたものを用いるのが望ましい。また、前記ナセル6は、風車の回転を電気に変換する発電機やブレードの角度を自動的に変えることができる制御器などが搭載された装置である。   On the other hand, the tower 5 is made of steel, concrete, or PRC (prestressed reinforced concrete). Preferably, the tower 5 is made of steel so as to reduce the total weight. The nacelle 6 is a device equipped with a generator that converts the rotation of the windmill into electricity, a controller that can automatically change the angle of the blade, and the like.

〔施工手順〕
以下、図6〜図12に基づき、前記洋上風力発電設備1の施工手順について詳述する。
[Construction procedure]
Hereinafter, based on FIGS. 6-12, the construction procedure of the said offshore wind power generation equipment 1 is explained in full detail.

(第1手順)
製作ヤードに隣接した洋上において、図6に示されるように、浮体2を海上に横向きで浮かべ、曳航船18により洋上設置場所まで曳航する。浮体2の内部には、予めコントロールモーメントジャイロ35が設置されている。なお、下側コンクリート浮体構造部2Aと、上側鋼製浮体構造部2Bとでは、下側コンクリート浮体構造部2A側の方が重いため、バランス調整用浮体32を浮かべるとともに、この浮体上に設置したウインチ33から繰り出されたワイヤの一端を下側コンクリート浮体構造部2Aの端部に連結し、浮体2が水平になるように調整する。なお、浮体2の前記上段側鋼製筒状体15の上端開口は塞がれている。また、浮体2は、海上に横向きで浮かべた状態でバラスト水31(水又は海水)を注水し、吃水を調整するようにしてもよい。
(First procedure)
On the ocean adjacent to the production yard, as shown in FIG. 6, the floating body 2 is floated sideways on the ocean, and is towed by the tow ship 18 to the offshore installation location. Inside the floating body 2, a control moment gyro 35 is installed in advance. In the lower concrete floating structure 2A and the upper steel floating structure 2B, the lower concrete floating structure 2A side is heavier, so the balance adjustment floating body 32 is floated and installed on the floating structure. One end of the wire fed out from the winch 33 is connected to the end of the lower concrete floating structure 2A, and the floating body 2 is adjusted to be horizontal. In addition, the upper end opening of the upper-stage steel tubular body 15 of the floating body 2 is closed. Further, the floating body 2 may be adjusted by pouring ballast water 31 (water or seawater) in a state of being floated sideways on the sea to adjust the flooding.

前記曳航船18により曳航する方法に代えて、図示しないが、浮体2を台船に搭載して洋上設置場所まで運搬し、洋上設置場所にてクレーンで洋上に浮かべる方法としてもよい。この場合、浮体2内にはバラスト水やバラスト材を投入しておかないことが好ましい。   Instead of the method of towing by the towed ship 18, although not shown, the floating body 2 may be mounted on a carriage and transported to an offshore installation location and floated on the ocean with a crane at the offshore installation location. In this case, it is preferable not to put ballast water or ballast material into the floating body 2.

(第2手順)
図7に示されるように、洋上設置場所に到着したならば、バラスト水31を注水するとともに、前記バランス調整用浮体32上のウインチ33からワイヤを徐々に繰り出すことにより、ゆっくりと浮体2を直立状態に起立させる。
(Second procedure)
As shown in FIG. 7, when arriving at the offshore installation location, the ballast water 31 is poured, and the wire 2 is gradually fed out from the winch 33 on the balance adjusting floating body 32, so that the floating body 2 is slowly upright. Stand up to the state.

図8に示されるように、浮体2を起立させたならば、バラスト部10内にバラスト材43を投入する。前記バラスト材43としては、水より高比重である粉粒状のものが使用され、具体的には、砂、砂利、重晶石を含む鉱物類及び鉄、鉛等の金属粉、金属粒を含む金属類のうち一種または複数種の組み合わせからなるものとすることが好ましい。また、適宜モルタルを混合することもできる。バラスト材43の材質を調整することで、適切な比重のバラスト材43が投入できるようになる。   As shown in FIG. 8, when the floating body 2 is erected, the ballast material 43 is put into the ballast portion 10. As the ballast material 43, a powdery granular material having a specific gravity higher than that of water is used. Specifically, the ballast material 43 includes sand, gravel, minerals including barite, metal powder such as iron and lead, and metal particles. It is preferable that it consists of 1 type or multiple types of combinations among metals. Moreover, mortar can also be mixed suitably. By adjusting the material of the ballast material 43, the ballast material 43 having an appropriate specific gravity can be input.

図9に示されるように、浮体2の上部にデッキ3を設置するとともに、前記浮体2に係留索4の一端を繋ぎ止めるとともに、他端を海底に沈設したアンカーに繋ぎ留めて浮体2の安定を図る。   As shown in FIG. 9, the deck 3 is installed above the floating body 2, and one end of the mooring line 4 is secured to the floating body 2, and the other end is secured to an anchor sunk on the seabed to stabilize the floating body 2. Plan.

(第3手順)
図10及び図11に示されるように、頂部にナセル6及び複数の風車ブレード7、7…を設備したタワー5を、クレーン船44に設備されたクレーンによって吊り下げながら浮体2の上部に設置する。このとき、前記タワー5又はタワー5を吊り下げるクレーンの吊り治具44aにはマスダンパ36が設置されている。これによって、タワー5がクレーン船44に対して少なくとも左右方向に並進揺動するのを制御している。さらに、前記浮体2の内部に設置されたコントロールモーメントジャイロ35によって、浮体2の少なくとも水平方向の並進揺動及び鉛直軸回りの回転揺動を制御している。
(Third procedure)
As shown in FIGS. 10 and 11, a tower 5 equipped with a nacelle 6 and a plurality of windmill blades 7, 7... At the top is installed on the upper part of the floating body 2 while being suspended by a crane installed on a crane ship 44. . At this time, a mass damper 36 is installed on the tower 5 or a hanging jig 44a of a crane that suspends the tower 5. Thereby, the tower 5 is controlled to translate and swing at least in the left-right direction with respect to the crane ship 44. Further, the control moment gyro 35 installed inside the floating body 2 controls at least horizontal translational swing and rotational swing about the vertical axis of the floating body 2.

従って、洋上での強風及び/又は波浪時においても、クレーン船44によって吊り下げられた空中のタワー5の揺動がマスダンパ36によって抑制されるとともに、海上に浮かぶ浮体2の揺動がコントロールモーメントジャイロ35によって抑制されるので、タワー5及び浮体2の安定性が確保される結果、天候や波浪の影響を受けにくく洋上での容易かつ安全な施工が可能となる。   Therefore, even in strong winds and / or waves on the ocean, the swing of the tower 5 in the air suspended by the crane ship 44 is suppressed by the mass damper 36, and the swing of the floating body 2 floating on the sea is controlled by the control moment gyro. As a result, the stability of the tower 5 and the floating body 2 is ensured. As a result, the construction can be easily and safely performed on the ocean with little influence from the weather and waves.

なお、タワー5は、クレーンによる吊天秤治具を利用した2点吊りになるので、回転運動は生じ難く、少なくとも左右方向の並進運動が卓越するため、制御が簡単で安価なマスダンパ36が有利である。   The tower 5 is a two-point suspension that uses a crane lifting balance jig, so that it is difficult for rotational movement to occur, and at least lateral translational movement is excellent. Therefore, a mass damper 36 that is easy to control and inexpensive is advantageous. is there.

一方、浮体2は、前後、左右方向の水平揺動に加え、鉛直軸回りの回転揺動(ヨーイング)が発生するので、マスダンパによる制御は困難である。また、浮体2の場合には、付加重量がそのまま吃水に影響してしまうため、重量が小さく揺動制御の降下が大きいコントロールモーメントジャイロが有利である。   On the other hand, in addition to the horizontal swing in the front-rear and left-right directions, the floating body 2 rotates and swings around the vertical axis (yawing), so that control by the mass damper is difficult. Further, in the case of the floating body 2, since the added weight directly affects the flooding, a control moment gyro having a small weight and a large swing control descent is advantageous.

本形態例では、図10に示されるように、吊り治具44aとクレーン船44本体との間に呼び込みロープ44bが張られているので、タワー5のクレーン船44に対する前後方向の並進揺動は抑制されているが、前記呼び込みロープ44bを使用しない場合には、クレーン船44に対する左右方向の並進揺動に加えて、前後方向の並進揺動も制御可能な2次元のマスダンパ36を使用する。   In this embodiment, as shown in FIG. 10, the pulling rope 44 b is stretched between the hanging jig 44 a and the crane ship 44 main body, so that the translational swing in the longitudinal direction of the tower 5 with respect to the crane ship 44 is In the case where the pull-in rope 44b is not used, the two-dimensional mass damper 36 that can control the translational swing in the front-rear direction in addition to the translational swing in the left-right direction with respect to the crane ship 44 is used.

また、図10及び図11に示されるように、タワー5が上下方向に複数の吊り治具によって支持される場合、マスダンパ36は最下段の吊り治具44aに設置される。   As shown in FIGS. 10 and 11, when the tower 5 is supported by a plurality of suspension jigs in the vertical direction, the mass damper 36 is installed on the bottom suspension jig 44a.

図10及び図11に示される例では、タワー5の頂部にナセル6及び風車ブレード7、7…が予め設置されているが、タワー5を設置した後、ナセル6及び風車ブレード7、7…を設置するようにしてもよい。   10 and 11, the nacelle 6 and the wind turbine blades 7, 7... Are installed in advance on the top of the tower 5. However, after the tower 5 is installed, the nacelle 6 and the wind turbine blades 7, 7. You may make it install.

(第4手順)
すべての部材取付け作業を終えたならば、図12に示されるように、タワー固定用ベース金具34等によりタワー5を正規の高さ位置に固定し施工を完了する。
(4th procedure)
When all the member mounting operations have been completed, as shown in FIG. 12, the tower 5 is fixed to a normal height position by the tower fixing base bracket 34 and the construction is completed.

ところで、前記マスダンパ36及びコントロールモーメントジャイロ35について詳細に説明すると、前記マスダンパ36は、図13に示されるように、フレーム36a上に設けられた2本の平行するレール36b、36bに対して可動質量36cを走行可能に設けるとともに、この走行方向に対し付勢力及び減衰力を付与する引張バネ36d及びダンパー36eを設け、かつ前記可動質量36cに走行駆動を与えるためのアクチュエータ36fを配設した構造を有し、該マスダンパ36が設置された対象物が揺動した方向と逆方向に前記アクチュエータ36fによって前記可動質量36cを走行駆動させることにより、対象物の並進揺動を抑制するものである。なお、図示例では、前記可動質量36cの走行方向と直交する方向に前記フレーム36aを同様に支持する第2フレーム36gが設けられ、直交する2方向の並進揺動が抑制できるようになっているが、前述の通り本施工方法では少なくとも1方向(クレーン船44に対して左右方向)に制御可能となっているものであれば足りる。   Now, the mass damper 36 and the control moment gyro 35 will be described in detail. As shown in FIG. 13, the mass damper 36 has a movable mass with respect to two parallel rails 36b and 36b provided on a frame 36a. 36c is provided so as to be able to travel, and a structure is provided in which a tension spring 36d and a damper 36e for applying an urging force and a damping force to the traveling direction are provided, and an actuator 36f for providing a traveling drive to the movable mass 36c is provided. The movable mass 36c is driven to travel by the actuator 36f in a direction opposite to the direction in which the object on which the mass damper 36 is installed is swung, thereby suppressing the translational rocking of the object. In the illustrated example, a second frame 36g that similarly supports the frame 36a is provided in a direction orthogonal to the traveling direction of the movable mass 36c, so that translational oscillation in two orthogonal directions can be suppressed. However, as described above, it is sufficient that the construction method can be controlled in at least one direction (left and right direction with respect to the crane ship 44).

また、マスダンパ36は、アクティブマスダンパ又はパッシブマスダンパのいずれを用いることができ、アクティブモード及びパッシブモードを切換可能とされるものでもよい。   The mass damper 36 can be either an active mass damper or a passive mass damper, and can be switched between the active mode and the passive mode.

マスダンパ36は、タワー5の吊り位置より下側に設置することが好ましい。図10及び図11では、クレーンの吊り治具44aの下面側又はこれより下側のタワー5に設置されている。これにより、タワー5下端の揺動が効果的に制御できるようになる。   The mass damper 36 is preferably installed below the suspension position of the tower 5. In FIG.10 and FIG.11, it is installed in the tower 5 of the lower surface side or lower side of the hanging jig 44a of a crane. Thereby, swing of the lower end of the tower 5 can be effectively controlled.

なお、前記マスダンパ36は、タワー5の設置後に取り外される。   The mass damper 36 is removed after the tower 5 is installed.

他方、コントロールモーメントジャイロ35は、図14に示されるように、一定速度で高速回転するフライホイール35aを1つ乃至2つのジンバル機構で支持した構造からなり、ジンバルの回転によってコントロールモーメントジャイロ35の角運動量の大きさを一定に保持しつつ、その方向を変えることにより、対象物の角運動量を吸収するためのものである。   On the other hand, as shown in FIG. 14, the control moment gyro 35 has a structure in which a flywheel 35a that rotates at a constant speed is supported by one or two gimbal mechanisms. This is to absorb the angular momentum of the object by changing the direction while keeping the magnitude of the momentum constant.

前記コントロールモーメントジャイロ35は、浮体2の重心Gの高さと同等の位置に設置することが好ましい。これにより、浮体2の揺動が効果的に制御できるようになる。   The control moment gyro 35 is preferably installed at a position equivalent to the height of the center of gravity G of the floating body 2. Thereby, the swinging of the floating body 2 can be effectively controlled.

前記コントロールモーメントジャイロ35は、浮体2内部に対し種々の形態で配設することができる。第1の例は、図15に示されるように、少なくとも3つのコントロールモーメントジャイロ35をそれぞれ、フライホイール35aの回転軸を直交させた状態で縦に並べて配列することができる。これにより、浮体2の3次元の揺動が制御できるようになる。   The control moment gyro 35 can be arranged in various forms inside the floating body 2. In the first example, as shown in FIG. 15, at least three control moment gyros 35 can be arranged side by side in a state where the rotation axes of the flywheels 35a are orthogonal to each other. Thereby, the three-dimensional swing of the floating body 2 can be controlled.

第2の例としては、図16に示されるように、コントロールモーメントジャイロ35を、浮体2の内周に沿って複数、図示例では等間隔に4台設置し、それぞれフライホイール35aの回転軸方向を浮体2内周の接線方向と一致させるように設置することができる。これにより、図17に示されるように、浮体2のピッチング(同図(A))、ローリング(同図(B))、ヨーイング(同図(C))に対し、適宜コントロールモーメントジャイロ35を制御することにより、これらの回転揺動を抑制することができる。   As a second example, as shown in FIG. 16, a plurality of control moment gyros 35 are installed along the inner periphery of the floating body 2, four in the illustrated example at equal intervals. Can be installed so as to coincide with the tangential direction of the inner periphery of the floating body 2. As a result, as shown in FIG. 17, the control moment gyro 35 is controlled appropriately for the floating body 2 pitching (FIG. (A)), rolling (FIG. (B)), and yawing (FIG. (C)). By doing so, these rotational swings can be suppressed.

また、第2の例のように、コントロールモーメントジャイロ35を浮体2の内周に沿って設置することにより、浮体2の中心部に設置するときのように設置のための架台が不要となり、設置作業が容易化できる。   Further, as in the second example, by installing the control moment gyro 35 along the inner periphery of the floating body 2, a mounting base is not required as in the case where it is installed at the center of the floating body 2. Work can be facilitated.

一方、施工時に浮体2の内部に設置された前記コントロールモーメントジャイロ35は、施工後もそのまま残しておき、洋上風力発電設備1の稼働時においてもコントロールモーメントジャイロ35によって風力発電設備1の安定性を確保することができる。   On the other hand, the control moment gyro 35 installed inside the floating body 2 at the time of construction is left as it is after the construction, and the stability of the wind power generation facility 1 is improved by the control moment gyro 35 even when the offshore wind power generation facility 1 is in operation. Can be secured.

〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、バラストとして所定のバラスト材43を用いたが、コンクリートブロックを内部に投入しても良いし、バラスト部10の上側にコンクリート筒状体12の外周にコンクリート製のリングを外嵌させるようにしてもよい。これらは併用してもよい。
(2)上記形態例では、浮体2の上部に設置されたデッキ3の上にタワー5を直接立設するようにしたが、図18に示されるように、少なくとも施工時にタワー5がデッキ3上に設けたタワー昇降設備8によって昇降自在とされ、浮体2内部に収容可能となっているものでもよい。前記タワー昇降設備8は、例えば同図に示されるように、タワー5の基部周囲に所定の間隔でセンターホールジャッキ9,9…を配置するとともに、PC鋼線10の一端をシーブ11を巻回させた後、センターホールジャッキ9を通してタワー5の下端に緊結し、前記センターホールジャッキ9の伸縮操作により、タワー5の下降と上昇とを可能とした設備である。
[Other examples]
(1) In the above embodiment, the predetermined ballast material 43 is used as the ballast. However, a concrete block may be put inside, or a concrete ring may be provided on the outer periphery of the concrete tubular body 12 on the upper side of the ballast portion 10. May be externally fitted. These may be used in combination.
(2) In the above embodiment, the tower 5 is erected directly on the deck 3 installed on the upper part of the floating body 2. However, as shown in FIG. The tower can be moved up and down by a tower lifting / lowering facility 8 provided in the housing 2 and can be accommodated inside the floating body 2. The tower lifting / lowering equipment 8 has center hole jacks 9, 9,... Arranged at predetermined intervals around the base of the tower 5 as shown in the figure, and one end of the PC steel wire 10 is wound around a sheave 11. Then, the center hole jack 9 is tightly connected to the lower end of the tower 5, and the tower 5 can be lowered and raised by the expansion / contraction operation of the center hole jack 9.

前記タワー昇降設備8は、タワー5を任意の高さ位置まで引き上げた状態で、前記ナセル6を設置するとともに、2枚の風車ブレード7,7を設置し、その後、若干タワー5を引き上げて、残りの風車ブレード7を取り付ける場合などに使用される。   The tower lifting / lowering equipment 8 has the nacelle 6 installed in a state where the tower 5 is pulled up to an arbitrary height position, two windmill blades 7 and 7 are installed, and then the tower 5 is slightly lifted up, This is used when attaching the remaining wind turbine blades 7.

すべての部材取付作業を終えたならば、前記タワー昇降設備8を撤去してもよいし、残置しておき、その後のメンテナンス時や強風、波浪時にタワー5を下降させる際に使用できるようにしてもよい。もちろん、タワー下降作業時にタワー昇降設備8を新たに設置するようにしてもよい。   When all the members are attached, the tower lifting / lowering equipment 8 may be removed or left so that it can be used for lowering the tower 5 during subsequent maintenance, strong winds, and waves. Also good. Of course, you may make it install the tower raising / lowering installation 8 newly at the time of tower lowering work.

1…洋上風力発電設備、2…浮体、3…デッキ、4…係留索、5…タワー、6…ナセル、7…風車ブレード、35…コントロールモーメントジャイロ、36…マスダンパ、44…クレーン船   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Offshore wind power generation equipment, 2 ... Floating body, 3 ... Deck, 4 ... Mooring line, 5 ... Tower, 6 ... Nacelle, 7 ... Windmill blade, 35 ... Control moment gyro, 36 ... Mass damper, 44 ... Crane ship

Claims (5)

浮体と、前記浮体に繋がれた係留索と、前記浮体の上に立設されるタワーと、このタワーの頂部に設備されるナセル及び複数の風車ブレードとからなる洋上風力発電設備の施工方法であって、
少なくとも前記タワーを前記浮体の上部に設置する際に、前記タワー又は前記タワーを吊り下げるクレーンの吊り治具に設置されたマスダンパによって、前記タワーの揺動を制御するとともに、前記浮体の内部に設置されたコントロールモーメントジャイロによって、前記浮体の揺動を制御することを特徴とする洋上風力発電設備の施工方法。
A construction method of an offshore wind power generation facility comprising a floating body, a mooring line connected to the floating body, a tower standing on the floating body, a nacelle and a plurality of windmill blades installed at the top of the tower There,
At least when the tower is installed on the top of the floating body, the tower is controlled by a mass damper installed on a suspension jig of a crane that suspends the tower or the tower, and is installed inside the floating body. A method for constructing an offshore wind power generation facility, wherein the swinging of the floating body is controlled by a controlled control gyro.
前記マスダンパは、前記タワーの吊り位置より下側に設置されている請求項1記載の洋上風力発電設備の施工方法。   The construction method of the offshore wind power generation facility according to claim 1, wherein the mass damper is installed below the suspension position of the tower. 前記コントロールモーメントジャイロは、前記浮体の重心高さと同等の位置に設置されている請求項1、2いずれかに記載の洋上風力発電設備の施工方法。   The construction method of the offshore wind power generation facility according to claim 1, wherein the control moment gyro is installed at a position equivalent to a height of the center of gravity of the floating body. 少なくとも3つの前記コントロールモーメントジャイロをそれぞれ、フライホイールの回転軸を直交させた状態で縦に並べて配列している請求項1〜3いずれかに記載の洋上風力発電設備の施工方法。   The construction method of the offshore wind power generation facility according to any one of claims 1 to 3, wherein at least three of the control moment gyros are arranged vertically in a state where the rotation axes of the flywheels are orthogonal to each other. 前記コントロールモーメントジャイロは、前記浮体の内周に沿って複数設置され、それぞれフライホイールの回転軸方向を前記浮体内周の接線方向と一致させている請求項1〜3いずれかに記載の洋上風力発電設備の施工方法。   The offshore wind power according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of the control moment gyros are installed along an inner circumference of the floating body, and a rotation axis direction of the flywheel is made to coincide with a tangential direction of the circumference of the floating body. Construction method of power generation equipment.
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