JP2018203195A

JP2018203195A - 洋上施工用浮体

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Publication number: JP2018203195A
Application number: JP2017113986A
Authority: JP
Inventors: 悠佑吉田; Yusuke Yoshida; 俊祐山崎; Toshisuke Yamazaki; 拓治長; Takuji Cho
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2018-12-27

Abstract

【課題】施工性を高めると共にコストを低減することができる洋上施工用浮体を提供する。【解決手段】洋上風力発電設備の洋上施工用浮体Ｆであって、複数のカラムを備えるセミサブ型の浮体本体１と、浮体本体１の上面に設けられ作業スペース及び載置スペースを備える作業ヤード２と、浮体本体１に設けられ、洋上風力発電設備の構成部品を吊り上げる揚重設備３と、カラムの内部に設けられ、浮体本体１の喫水を調整するバラスト機構４と、を備え、海底Ｓに着底可能に形成されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、洋上施工用浮体に関する。

近年、陸上では風車の適地が減少しているため、洋上における風車の設置が推進されている。また、発電量の増大を図るため、洋上風車が大型化する傾向にある。

洋上風車の組立方法としては、造船所のドックでの組立、岸壁に設置した陸上クレーンによる組立、洋上でのフローティングクレーン（ＦＣ：floating crane）による組立、洋上での自己昇降式作業台船（ＳＥＰ：self elevating platform）による組立（例えば、特許文献１参照）等が知られている。

特開２００４−１７５０号公報

造船所のドックでの組立方法では、ドックの規模により組立可能な洋上風車のサイズが制限され、大型の洋上風車に対応可能なドックは少ないのが現状である。

岸壁に設置した陸上クレーンによる組立方法では、洋上風車の大型化に伴い出力の大きな大型クレーンが必要になり、さらに大型クレーンを支えるために地耐力を強化する岸壁補強工事等の附帯工事が必要になり、施工費が嵩むという問題がある。

洋上でのフローティングクレーンによる組立方法では、波による船体動揺が生じやすいため、稼働率が低いという問題がある。また、洋上風車の大型化に伴い大型のフローティングクレーンを使用する場合には、施工費が嵩むという問題がある。

自己昇降式作業台船による組立方法では、比較的水深の浅い港湾でしか使用できないという問題がある。

従来の組立方法では、それぞれ施工面又はコスト面で問題があり、洋上風車のサイズ、組立に必要なクレーンの揚程、設置海域の状況（波の動揺、水深）等の諸条件を考慮し、最適な組立方法を選択する必要があった。

そこで、本発明の課題は、施工性を高めると共にコストを低減することができる洋上施工用浮体を提供することである。

本発明は、洋上風力発電設備の洋上施工用浮体であって、複数のカラムを備えるセミサブ型の浮体本体と、前記浮体本体の上面に設けられ作業スペース及び載置スペースを備える作業ヤードと、前記浮体本体に設けられ、前記洋上風力発電設備の構成部品を吊り上げる揚重設備と、前記カラムの内部に設けられ、前記浮体本体の喫水を調整するバラスト機構と、を備え、海底に着底可能に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、セミサブ型の浮体本体を備えるため、水線面積を小さくし、波による洋上施工用浮体の動揺影響を低減することができ、ひいては、洋上風力発電設備の洋上施工を安定して行うことができる。また、浮体本体の上面に設けられた作業ヤードと揚重設備とを備えるため、洋上風力発電設備の洋上施工が可能になる。これにより、載置スペースや作業スペースを十分に確保して大型の洋上風力発電設備の洋上施工を行うことができると共に、岸壁に設置した陸上クレーンによる組立の際の岸壁補強工事等の附帯工事が不要となるため施工費を低減することができる。また、浮体本体の喫水を調整するバラスト機構を備えるため、比較的水深の浅い海域では浮体本体を海底に着底させることができるし、比較的水深の深い海域では喫水を調整して浮体本体の姿勢を安定させることができる。つまり、水深に関係なく洋上風力発電設備の洋上施工を行うことができる。また、浮体本体を海底に着底させることで、波による洋上施工用浮体の動揺影響を低減することができ、ひいては、洋上風力発電設備の洋上施工を安定して行うことができる。

また、前記浮体本体に設けられ、当該浮体本体を航行させる推進機構を備えることが好ましい。このようにすると、洋上施工用浮体を自航させることができる。

また、前記浮体本体に設けられ、前記洋上風力発電設備を上載する浮体に対して前記浮体本体を保持する保持機構を備えることが好ましい。このようにすると、例えば、洋上施工中の洋上風力発電設備用浮体と洋上施工用浮体との揺れを同期できると共に、洋上風力発電設備用浮体との距離を一定に保つことができるため、洋上施工を容易に行うことができる。

本発明によれば、施工性を高めると共にコストを低減することができる。

本発明の一実施形態である洋上施工用浮体を用いた、洋上風車用浮体の風力発電設備施工例の斜視図である。第一クレーンのブームを下向きに傾けた状態を示す部分拡大斜視図である。洋上施工用浮体及び洋上風車用浮体が海底に着底している状態を示す説明図である。洋上施工用浮体及び洋上風車用浮体が浮いている状態を示す説明図である。複数の洋上風車用浮体に洋上風車を施工する場合の本実施形態の作用効果を説明するための斜視図である。本発明の一実施形態である洋上施工用浮体を用いた、着床式の風力発電設備施工例を示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。図１に示すように、洋上施工用浮体Ｆは、洋上風力発電設備Ｗ（以下「洋上風車Ｗ」と称する。）の洋上施工に使用する浮体である。洋上施工用浮体Ｆは、浮体本体１と、作業ヤード２と、揚重設備３と、バラスト機構４と、推進機構５と、係留設備６と、保持機構７とを主に備えている。

参照符号Ｇは、洋上風車Ｗを上載する洋上風車用浮体を示している。洋上風車用浮体Ｇは、海底Ｓに着底可能に形成されている。洋上風車Ｗは、本実施形態では水平軸風車であって、タワーＷ１、ナセルＷ２、ブレードＷ３等を含んで構成されている。タワーＷ１の高さは、例えば、約７０〜１００ｍである。また、ナセルＷ２の重量は、例えば、約１００〜４００ｔである。また、ブレードＷ３の長さは、例えば、約４０〜８０ｍである。洋上風車Ｗは、センターカラム上に設置されている。

浮体本体１は、セミサブ型の金属製の浮体であって洋上施工用浮体Ｆの基体となる部分である。浮体本体１は、センターカラム１１と、複数のサイドカラム１２と、連結部材１３とを含んで構成されている。

センターカラム１１は、浮体本体１の真ん中に配置され、上下方向に延在する円筒状の部材である。センターカラム１１の下端には、拡径した大径部１１ａが形成されている。

サイドカラム１２は、センターカラム１１の周囲を取り囲むように配置された円筒状の部材である。サイドカラム１２の数は特に制限されないが、本実施形態では三つ配置されている。また、サイドカラム１２の大きさも適宜設定すればよいが、例えば、直径５〜１０ｍで形成されている。三つのサイドカラム１２は、センターカラム１１を中心とする円の周方向に等間隔で配置されている。三つのサイドカラム１２の中心を結んだ仮想線は、平面視で正三角形状を呈する。サイドカラム１２の配置は、適宜変更してよい。

以下、三つのサイドカラム１２を区別する場合には、第一サイドカラム１２ａ、第二サイドカラム１２ｂ、第三サイドカラム１２ｃのように称する。サイドカラム１２の径は、センターカラム１１の径よりも大きくなっている。サイドカラム１２の高さは、センターカラム１１の高さと同等である。サイドカラム１２の下端には、拡径した大径部１２ｄが形成されている。

センターカラム１１及びサイドカラム１２の高さは、例えば、約５０ｍに設定されている。隣り合うサイドカラム１２，１２同士の間隔は、例えば、約５０ｍに設定されている。洋上風車用浮体Ｇの高さは、例えば、約３０ｍに設定されており、洋上施工用浮体Ｆのセンターカラム１１及びサイドカラム１２よりも低くなっている。この高低差をクレーン揚程に利用することができ、後記する第一クレーン３１は高低差の分、洋上風車Ｗの構成部品Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３等を高く吊り上げることができるようになる。

連結部材１３は、センターカラム１１と各サイドカラム１２とを相互に連結する部材である。連結部材１３は、３つの上側連結部材１３ａと、３つの下側連結部材１３ｂと、３つのブレース材１３ｃとを含んで構成されている。各部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、センターカラム１１と一のサイドカラム１２との間に一本ずつ配置されている。上側連結部材１３ａは、センターカラム１１とサイドカラム１２の上端外周面同士を水平に連結している。下側連結部材１３ｂは、センターカラム１１とサイドカラム１２の下端外周面同士（大径部１１ａ，１２ｄ同士）を水平に連結している。ブレース材１３ｃは、上側連結部材１３ａと下側連結部材１３ｂとの間において、センターカラム１１の上方外周面とサイドカラム１２の下方外周面とを斜めに連結している。

作業ヤード２は、洋上風車Ｗの施工時における作業スペースであって、洋上風車Ｗの構成部品Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３や揚重設備３のカウンターウェイト（図示略）等の載置スペースにもなる。作業ヤード２は、例えば、デッキやグレーチング等からなる。作業ヤード２は、浮体本体１の上面に設けられており、本実施形態ではセンターカラム１１と三つの上側連結部材１３ａ上に設置されている。作業ヤード２は、三つのサイドカラム１２の上端外周面を繋ぐように設置されており、平面視で三角形状を呈する。

揚重設備３は、浮体本体１の上面に設けられており、洋上風車Ｗの構成部品Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３等を吊り上げる設備である。揚重設備３は、第一クレーン３１と、第一クレーン３１よりも小型の第二クレーン３２とを有する。第一クレーン３１及び第二クレーン３２は、いずれも起伏可能かつ水平旋回可能に構成されている。

第一クレーン３１は、第二クレーン３２よりも出力の大きい大型のクレーンであって、主に洋上風車Ｗの施工に使用されるものである。第一クレーン３１は、洋上風車用浮体Ｇに最も近い第一サイドカラム１２ａの上端に設置されている。第一クレーン３１は、タワー３１ａ、運転台３１ｂ、ブーム３１ｃ、フック３１ｄ等を含んで構成されている。第一クレーン３１は、ブーム３１ｃを下向きに傾けて図２のようにブーム３１ｃの先端側を作業ヤード２上に倒伏してもよいし、ブーム３１ｃの先端側を第二サイドカラム１２ｂ上又は第三サイドカラム１２ｃ上に倒伏してもよい。第一クレーン３１は、本実施形態では固定式クレーンとしたが、作業ヤード２上を走行可能な移動式クレーンにしてもよい。

第二クレーン３２は、主に第一クレーン３１の組立、解体、フック３１ｄの配置調整、洋上風車Ｗの構成部品Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の配置調整等に使用されるものである。第二クレーン３２は、第一クレーン３１の設置場所とは別の第二サイドカラム１２ｂの上端に設置されている。第二クレーン３２は、タワー３２ａ、ブーム３２ｂ、フック３２ｃ等を含んで構成されている。第二クレーン３２は、本実施形態では固定式クレーンとしたが、作業ヤード２上を走行可能な移動式クレーンにしてもよい。なお、洋上風車Ｗの施工を行える第一クレーン３１を少なくとも１台搭載すれば、第二クレーン３２を搭載しなくてもよい。

バラスト機構４は、浮体本体１の喫水や姿勢を調整する機構である。バラスト機構４は、バラストタンク４１、バラスト制御盤４２等を含んで構成されている。

バラストタンク４１は、サイドカラム１２内において下方に設置されており、バラスト水（例えば海水）を貯留できる。図示は省略するが、サイドカラム１２は、海水の注水口と排水口とを備えている。バラストタンク４１は、バラスト配管、バラストポンプ、バラスト弁等を介して注水口と排水口とにそれぞれ連通している。

バラスト制御盤４２は、バラストポンプの作動やバラスト弁の開閉等を制御し、バラストタンク４１内の水量を制御するものである。バラスト制御盤４２は、サイドカラム１２内においてバラストタンク４１の上方に設置されている。

洋上施工用浮体Ｆは、各サイドカラム１２のバラストタンク４１内の水量を個別に調整することにより、浮体本体１の喫水や姿勢を制御できるようになっている。具体的には、洋上施工用浮体Ｆは、図３に示すように各バラストタンク４１内にバラスト水を所定量注水して浮体本体１を海底Ｓに着底させることができる。一方、洋上施工用浮体Ｆは、図４に示すように各バラストタンク４１内のバラスト水を所定量排水して浮体本体１を浮かせることができる。また、第一クレーン３１や第二クレーン３２による洋上風車Ｗの構成部品Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３等の重量物の吊り上げ等で洋上施工用浮体Ｆの重心位置が移動する場合には、各バラストタンク４１内の水量を変更することにより、洋上施工用浮体Ｆの重心位置の移動を低減し姿勢を安定させることができる。つまり、バラスト機構４は、重量物のカウンターウェイトとしても利用される。

図１に示すように、推進機構５は、浮体本体１に設けられており、浮体本体１を航行させる機構である。洋上施工用浮体Ｆは、推進機構５を備えることにより、前後進及び旋回可能に構成されている。推進機構５は、サイドカラム１２の大径部１２ｄの外周面に付設されたスラスタからなる。スラスタは、各サイドカラム１２に、例えば一つずつ付設され、駆動方向が１２０度ずつ異なるように配置されている。

なお、センターカラム１１の下端に推進機構としてアジマススラスタ（図示略）を付設してもよい。アジマススラスタを付設する場合には、洋上施工用浮体Ｆの着底を阻害しないようにセンターカラム１１内に格納可能な構造にするとよい。また、ＤＰＳ（Dynamic Positioning System）を洋上施工用浮体Ｆに搭載してもよい。ＤＰＳは、推進機構５の推力を制御して洋上施工用浮体Ｆを洋上の所定位置に自動的に位置保持させるシステムである。ＤＰＳを備えることにより、波や風による洋上施工用浮体Ｆの漂流を防止することができる。

係留設備６は、浮体本体１に設けられており、洋上施工用浮体Ｆを岸壁に係留するための設備である。係留設備６は、例えば、ボラード等からなる。係留設備６は、ロープ等の係留索（図示略）の一端が掛止される。係留索の他端は、岸壁に設置されるボラード等に掛止される。係留設備６の設置位置や数は、特に制限されないが、本実施形態では第三サイドカラム１２ｃの上端に一つ設置されている。

保持機構７は、浮体本体１に設けられており、洋上風車用浮体Ｇに対して浮体本体１を保持する機構である。保持機構７は、図４に示す洋上施工用浮体Ｆと洋上風車用浮体Ｇとがいずれも浮いている場合に使用するのが好ましい。保持機構７は、図３に示す洋上施工用浮体Ｆと洋上風車用浮体Ｇとがいずれも海底Ｓに着底している場合には使用しなくてもよい。保持機構７は、本実施形態では洋上風車用浮体Ｇに最も近い第一サイドカラム１２ａに付設されている。保持機構７は、第一把持部７１と、第二把持部７２と、連結部７３とを有する。

第一把持部７１は、第一サイドカラム１２ａの外周面を把持する円筒状の部位である。第一把持部７１は、周方向の二箇所に分断部７１ａ（図１では一箇所のみ図示）を有しており、半割構造になっている。一方の半割部は、連結部７３に一体形成されている。二つの半割部は、図示せぬ固定手段で互いに連結されている。第一把持部７１は、第一サイドカラム１２ａに対して着脱自在に設けられている。

第二把持部７２は、洋上風車用浮体Ｇの一のサイドカラムの外周面を把持する円筒状の部位である。第二把持部７２は、周方向の二箇所に分断部７２ａ（図１では一箇所のみ図示）を有しており、半割構造になっている。一方の半割部は、連結部７３に一体形成されている。二つの半割部は、図示せぬ固定手段で互いに連結されている。第二把持部７２は、洋上風車用浮体Ｇの一のサイドカラムに対して着脱自在に設けられている。

連結部７３は、第一把持部７１と第二把持部７２とを相互に連結する部位である。連結部７３は、平面視かつ正面視で矩形状を呈する。

本実施形態に係る洋上施工用浮体Ｆは、基本的に以上のように構成されるものである。次に、その作用効果について説明する。本実施形態によれば、図１に示すように、セミサブ型の浮体本体１を備えるため、水線面積を小さくし、波による洋上施工用浮体Ｆの動揺影響を低減することができ、ひいては、洋上風車Ｗの洋上施工を安定して行うことができる。また、浮体本体１の上面に設けられた作業ヤード２と揚重設備３とを備えるため、洋上風車Ｗの洋上施工が可能になる。これにより、載置スペースや作業スペースを十分に確保して大型の洋上風車Ｗの洋上施工を行うことができると共に、岸壁に設置した陸上クレーンによる組立の際の岸壁補強工事等の附帯工事が不要となるため施工費を低減することができる。

また、本実施形態によれば、図３に示すように、浮体本体１の喫水を調整するバラスト機構４を備えるため、比較的水深の浅い海域では各バラストタンク４１内にバラスト水を所定量注水して浮体本体１を海底Ｓに着底させることができる。浮体本体１を海底Ｓに着底させることで、波による洋上施工用浮体Ｆの動揺影響を低減することができ、ひいては、洋上風車Ｗの洋上施工を安定して行うことができる。なお、この場合は、海底Ｓにアンカー（図示省略）を打って、浮体本体１を移動不能としてもよい。

一方、図４に示すように、比較的水深の深い海域では各バラストタンク４１内のバラスト水を所定量排水して浮体本体１を海底Ｓから浮上させることができる。この場合も、喫水を調整することにより、洋上施工用浮体Ｆの姿勢を安定させることができる。つまり、本実施形態の洋上施工用浮体Ｆによれば、水深に関係なく洋上風車Ｗの洋上施工を安定して行うことができる。

また、本実施形態によれば、図１に示すように、浮体本体１に設けられ当該浮体本体１を航行させる推進機構５を備えるため、洋上施工用浮体Ｆを自航させることができる。

また、本実施形態によれば、図１に示すように、浮体本体１に設けられ洋上風車用浮体Ｇに対して浮体本体１を保持する保持機構７を備えるため、洋上施工中の洋上風車用浮体Ｇと洋上施工用浮体Ｆとの揺れを同期できると共に、洋上風車用浮体Ｇとの距離を一定に保つことができる。これにより、洋上風車用浮体Ｇと洋上施工用浮体Ｆとが浮いている場合においても、洋上風車Ｗの洋上施工を容易に行うことができる。

ここで、図５を参照して、複数の洋上風車用浮体Ｇを洋上に設置し、洋上風車Ｗを施工する場合の本実施形態の作用効果について説明する。図５では、三つの洋上風車用浮体Ｇを、符号Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｃを付して区別する。洋上風車Ｗの組立作業は大きく分けて、（１）洋上風車Ｗの構成部品Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の組付、（２）内部の配線、（３）試運転、の順番で施工される。例えば、従来の岸壁に設置した陸上クレーンによる組立方法では、一の洋上風車Ｗの全ての組立作業が完了し、当該洋上風車Ｗを岸壁から設置海域へ向けて移動させた後に、次の洋上風車Ｗの組立作業に取り掛かるため施工性が悪く、施工期間も非常に長くなる。

これに対し、図５に示すように、本実施形態に係る洋上施工用浮体Ｆでは、自航機能を備えるため、一の洋上風車用浮体Ｇａにおける洋上風車Ｗの構成部品Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の組付が完了すると、別の洋上風車用浮体Ｇｂ，Ｇｃに順次移動して洋上風車Ｗの構成部品Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の組付を行うことができる。すなわち、本実施形態によれば、一の洋上風車用浮体Ｇａにおける洋上風車Ｗの内部の配線等を待つことなく、別の洋上風車用浮体Ｇｂ，Ｇｃに順次移動して洋上風車Ｗの構成部品Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の組付を行うことができるため組立時の施工性が高く、施工期間も大幅に短縮することができる。また、洋上風車Ｗの洋上設置後には、洋上施工用浮体Ｆを設置海域まで移動して洋上風車Ｗの修繕作業を行えるため、修繕時の施工性も高い。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、本実施形態では、推進機構５を搭載して自航する構成としたが、推進機構５を搭載せずに洋上施工用浮体Ｆを曳航する構成にしてもよい。曳航する際のロープは、係留設備６に掛止するとよい。本実施形態では、係留設備６を搭載したが、係留設備６を搭載しなくてもよい。本実施形態では、水平軸風車の洋上施工に洋上施工用浮体Ｆを使用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば垂直軸風車の洋上施工に洋上施工用浮体Ｆを使用してもよい。本実施形態では、浮体式の洋上風車Ｗの洋上施工に洋上施工用浮体Ｆを使用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図６に示す着床式の洋上風車Ｗａの洋上施工に洋上施工用浮体Ｆを使用してもよい。図６の参照符号Ｍは、支持構造物を示している。支持構造物Ｍは、洋上風車Ｗａを上載すると共に、海底Ｓに移動不能に着底している。図６に示す浮体本体１は、海底Ｓに着底している。洋上施工用浮体Ｆと支持構造物Ｍとがいずれも海底Ｓに着底している場合には、保持機構７を使用しなくてもよい。これにより、保持機構７を着脱する手間を省くことができる。

Ｆ洋上施工用浮体
１浮体本体
２作業ヤード
３揚重設備
４バラスト機構
５推進機構
６係留設備
７保持機構
Ｇ洋上風車用浮体（浮体）
Ｗ，Ｗａ洋上風車（洋上風力発電設備）

Claims

洋上風力発電設備の洋上施工用浮体であって、
複数のカラムを備えるセミサブ型の浮体本体と、
前記浮体本体の上面に設けられ作業スペース及び載置スペースを備える作業ヤードと、
前記浮体本体に設けられ、前記洋上風力発電設備の構成部品を吊り上げる揚重設備と、
前記カラムの内部に設けられ、前記浮体本体の喫水を調整するバラスト機構と、を備え、海底に着底可能に形成されていることを特徴とする洋上施工用浮体。
前記浮体本体に設けられ、当該浮体本体を航行させる推進機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の洋上施工用浮体。
前記浮体本体に設けられ、前記洋上風力発電設備を上載する浮体に対して前記浮体本体を保持する保持機構を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の洋上施工用浮体。