JP2021008730A - 着床式洋上架台 - Google Patents

Abstract

【課題】着床式とすることで安定した発電や風況計測を実現しながら、洋上において安価に設置可能な着床式洋上架台を提供する。【解決手段】着床式洋上架台は、風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台であって、風力発電機３０又は風況観測機３５を設置するための台座部３と、下端を海底５０に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端部に台座部３を固定してなる支柱部１と、海底５０に載置されて、支柱部１の下端部が固定されるベース部２とを備えている。支柱部１は、少なくとも一部を中空とする浮体部４を備えており、浮体部４にはたらく浮力の浮心Ｆが、ベース部２が固定された支柱部１の重心Ｇよりも上方に位置して、支柱部１を鉛直姿勢に保持している。【選択図】図１

Description

本発明は、洋上で風況などの気象データの計測を行う観測機や洋上風力発電機を支持する基台となる着床式洋上架台に関する。

近年の石油資源の枯渇に伴い、太陽エネルギーに代表される再生可能エネルギーが注目されている。しかしながら、太陽光発電は、天気による変動が大きく、また、夜間には発電できないため、これに代わる再生可能エネルギーとして風力発電が注目されている。風力発電は、民家近くでは低周波騒音などの問題が指摘されているため、これを回避するため、洋上に風力発電設備を設置することに注目されている。洋上風力発電機を設置するには、洋上に発電機を設置するための架台（プラットフォーム）が必要となる。また、洋上風力発電機を設置するに際して、その設置環境の選定や発電能力試算のため、予め設置候補の洋上にて風向、風量、風速などの風況観測を行う必要がある。

洋上における風力発電機の設置や、風況などの気象データを計測する観測機等の洋上架台システム（プラットフォーム）の設置方法としては、固定式（着床式）と浮体式に大別される。固定式のプラットフォームとして、例えば特許文献１に示す構造が提案されている。この観測塔は、図６に示すように、主柱１１０、ブーム１２０、計測機器１４０等を有する。ブーム１２０は主柱１１０から側方に延び、長手方向と直交する方向の断面が扁平状であるブーム本体を有する。計測機器１４０はブーム先端に設けられ、風況などの気象データの計測を行う。ブーム１２０は、主柱１１０から架け渡されたワイヤ１３０により保持される。これにより、水上において好適に気象データを計測できるとされている。
しかしながら、この観測塔では、海底に基礎を打設しなければならず、設置工事に多大の費用と手間がかかるという問題があった。

一方で、浮体式のプラットフォームとしては、例えば特許文献２に示すような海上風況観測装置が提案されている。この海上風況観測装置は、図７に示すように、風向風速計２０１と、風向風速計２０１を海面２０２上所定の高さに保持する高さ保持用ポ−ル２０３と、高さ保持用ポール２０３の下端部に接続した浮力体２０４と、浮力体２０４に接続した係留索２０５と、係留索２０５に接続したシンカー２０６と、風向風速計２０１の姿勢を水平に保つために、高さ保持用ポール２０３の傾斜にともなって風向風速計２０１を取り付けた部材を回動させる姿勢保持用ロッド２０７とで構成される。
しかしながら、このような浮体式のプラットフォームでは、上下に移動するため安定しないという問題がある。また、現状では浮体式の風況観測装置で測定された風況データは、正式な風況データとして扱われないという問題がある。すなわち、風況測定は着床式で行わねばならない。

特開２０１７−１６１３９２号公報 特許３９５１６３１号公報

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、着床式とすることで安定した発電や風況計測を実現しながら、洋上において安価に設置可能な着床式洋上架台を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の実施形態にかかる着床式洋上架台は、風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台であって、風力発電機又は風況観測機を設置するための台座部と、下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端部に台座部を固定してなる支柱部と、海底に載置されて、支柱部の下端部が固定されるベース部とを備えている。支柱部は、少なくとも一部を中空とする浮体部を備えており、浮体部にはたらく浮力の浮心が、ベース部が固定された支柱部の重心よりも上方に位置して、支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしている。

上記構成により、支柱部の下端部が固定されるベース部を海底に載置した着床式としたことで、台座部は上下方向に移動せず安定した発電や風況計測を実施できる。また、支柱部の一部を中空状として簡単な構造の浮体部を設けることで、製造コストを削減しながら支柱部を安定した姿勢に保持できる。とくに、ベース部が固定された支柱部の重心を架台の下部に配置することで、架台を安定して海底に着床させながら、浮体部の浮心を重心よりも上方に配置することで、上下方向に延長された支柱部を安定して鉛直姿勢に保持できる。このように、上記構成の着床式洋上架台によれば浮体式と着床式の両方の利点を享受できる。

本発明の第２の実施形態にかかる着床式洋上架台は、さらに、支柱部を海底に固定するための複数の索体を備えており、複数の索体を、支柱部の中間部から放射状に張設して海底に固定している。

上記構成により、台風等により海が荒れる環境下においても安定的に架台を保持できる利点が得られる。

本発明の第３の実施形態にかかる着床式洋上架台は、支柱部を円筒状の鋼管で形成しており、鋼管の内部を中空として浮体部を構成している。

上記構成によると、支柱部を円筒状の鋼管とすることで、トラスや鉄塔のような複雑な構造体とすることなく製造コストを削減できと共に、鋼管の内部を中空とすることで簡単に浮体部を設けつつ、大きな浮力を得ることができる。

本発明の第４の実施形態にかかる着床式洋上架台は、浮体部が、内部に隔壁を備えており、隔壁を介して中空状の内部を複数に区画している。

上記構成により、仮に浮体部の内部に浸水することがあっても隔壁によって浸水領域が拡大することを抑制し、安全性が高められる。また、浮体部の内部を隔壁で複数に区画することで、浮心の位置を安定させることができ、支柱部を安定して所定の鉛直姿勢に保持できる特長もある。

本発明の第５の実施形態にかかる着床式洋上架台は、支柱部の下端部を中実として重り部を形成している。

上記構成によると、支柱部の下端部を中実として重り部を形成することで、架台の重心位置を下方に配置しつつ、支柱部の中空領域で形成される浮体部の浮心を上方に配置して、支柱部をより安定して鉛直姿勢に保持できる。

本発明の第６の実施形態にかかる着床式洋上架台は、支柱部が、下部にコンクリートブロックを一体的に連結して重り部を形成している。

上記構成によると、支柱部の下部にコンクリートブロックを一体的に連結して重り部を形成することで、架台の重心位置を下方に配置しつつ、支柱部の中空領域で形成される浮体部の浮心を上方に配置して、支柱部をより安定して鉛直姿勢に保持できる。また、この構造は、コンクリートブロックの体積や形状を変更することで、重り部の重量を容易に調整できる特徴がある。

本発明の第７の実施形態にかかる着床式洋上架台は、ベース部がコンクリートケーソンで、コンクリートケーソンの重量を、浮体部にはたらく浮力よりも大きくしている。

上記構成によれば、架台をコンクリートケーソンで確実に海底に着床させることが可能となる。また、支柱部の下端にコンクリートケーソンを固定することで、支柱部の下端をシンカーとして利用し、浮力とのバランスを維持できる。特に、この構成によると、水深２０〜５０ｍ程度の浅い海域の洋上での着床式洋上架台として好適に利用できる。

本発明の第８の実施形態にかかる着床式洋上架台は、ベース部が、海底に敷設された金属プレートで、支柱部は、下端部を中実とすると共に、下端から下方に突出するパイル部を有しており、パイル部を金属プレートに貫通させて海底に埋設している。

上記構成によると、ベース部を金属プレートとして海底に敷設すると共に、支柱部の下端に設けたパイル部を金属プレートに貫通させて海底に埋設することで、架台の下端を確実に海底に固定して、台風等により架台が横移動するのを有効に防止できる。さらに、以上の構成によると、支柱部の重量を海底に敷設された金属プレートで支持できるので、支柱部の重量による海底面への圧力を金属プレートで小さくでき、支柱部が必要以上に海底に深く埋設されるのを防止して架台の着床位置を安定させることができる。

本発明の実施形態１に係る着床式洋上架台の側面図である。 図１に示す着床式洋上架台の浮体部の拡大断面図である。 図１に示す着床式洋上架台のベース部の拡大断面図である。 本発明の実施形態２に係る着床式洋上架台の側面図である。 図４に示す着床式洋上架台の支柱部とベース部の分解断面図である。 従来の観測塔の側面図である。 従来の海上風況観測装置の側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部品を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

本発明の着床式洋上架台は、風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台である。この着床式洋上架台は、主として、水深を２０ｍ〜１００ｍとする海洋において、風力発電機や風況観測機を洋上に設置するために使用される。ただ、本発明の着床式洋上架台は、海洋上のみならず、所定の水深を有する湖の湖底に着床させて水面上に風力発電機や風況観測機を配置する架台として使用することもできる。したがって、本明細書において、洋上とは、海洋上だけでなく、湖上も含む広い意味で使用する。

図１〜図３に実施形態１に係る着床式洋上架台１００を、図４と図５に実施形態２に係る着床式洋上架台２００をそれぞれ示す。図１〜図３に示す実施形態１の着床式洋上架台１００は、風況観測機３５を洋上に設置する例を示しており、図４と図５に示す実施形態２の着床式洋上架台２００は、風力発電機３０を洋上に設置する例を示している。

（実施形態１）
図１は実施形態１に係る着床式洋上架台１００の設置状態を示す側面図であり、図２は図１に示す着床式洋上架台１００の浮体部の拡大断面図であり、図３は図１に示す着床式洋上架台１００のベース部の拡大断面図である。この着床式洋上架台１００は、風況観測機３５又は風力発電機又を設置するための台座部３と、下端を海底５０に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端部に台座部３を固定してなる支柱部１と、海底５０に載置されて、支柱部１の下端部が固定されるベース部２とを備えている。

（台座部３）
台座部３は、風況観測機３５又は風力発電機を洋上の所定の位置に配置するための台座であって、上端部を洋上に突出させるように配置された支柱部１の上端に設けられている。図１に示す台座部３は、プラットホームとしており、支柱部１の上端に水平な姿勢で固定されている。

水平姿勢で配置される台座部３は、上面に風力発電用の風況を観測する各種風況観測機が設置され、あるいは風力発電機が設置される。風力発電用の風況を観測する各種風況観測機３５は、図１に示すように、風向計、風量計、風力計等である。これらの風況観測機３５は、観測地点における風向き、風量、風速を検出して風況を観測する。

風力発電機３０は、図４に示すように、風力を受けて回転する複数のブレード３１と、回転するブレード３１の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機３２と、発電機３２を収納しているナセル３３と、ナセル３３を所定の高さに配置するためのタワー３４とを備えている。風力発電機３０は、タワー３４の基部が着床式洋上架台２００の台座部３の上面に固定されて、洋上において所定の姿勢で配置される。

さらに、台座部３は、風況観測機３５や風力発電機３０に加えて、各種監視装置や各種観測装置を設置することもできる。このような装置として、例えば、バードレーダーや監視カメラ、気象観測用の気象レーダ等が挙げられる。

（支柱部１）
図１に示す支柱部１は、上下方向に延長された柱状であって、下端が海底５０に配置されると共に、上端が洋上に突出する全長を有している。海底５０から海洋上に延長して配置される支柱部１は、鉛直姿勢で配置されており、海中に配置される本体部分の下端部にベース部２を固定し、海面上に突出する突出部の上端に台座部３を固定している。支柱部１は、台座部３を海面から３ｍ〜１０ｍ突出させる姿勢で配置している。したがって、支柱部１の全長は、設置場所の水深よりも３ｍ〜１０ｍ長くなるようにしている。例えば、水深を３０ｍとする海域に設置される架台においては、支柱部１の全長を３３ｍ〜４０ｍとして、上端部を海面上に３ｍ〜１０ｍ突出させる。

図１に示す支柱部１は、所定の外径を有する円筒状の鋼管１０で形成されている。円筒状の鋼管１０で形成される支柱部１は、複数本の鋼管１０を連結して所定の長さに形成される。図１に示す支柱部１は、長さを１０ｍとする鋼管１０を４本連結して、全長を４０ｍとしている。図２及び図３に示す各々の鋼管１０は、端縁に沿って外側に突出するフランジ部１１を設けており、対向するフランジ部１１同士を連結具１２を介して連結することで、複数の鋼管１０を直線状に連結して所定の全長としている。ただ、使用する鋼管１０の長さや連結する本数は、種々に設計変更することができる。このように、支柱部１を複数の鋼管１０で形成する構造は、既成の鋼管を使用することで、製造コストを低減しながら、簡単かつ容易に製造できる特長がある。

支柱部１は、安定した姿勢で配置するために、少なくともの一部を中空とする浮体部４を備えている。円筒状の鋼管１０で構成される支柱部１は、海中に配置される本体部分において、内部を中空とする領域を設けて浮体部４を形成している。浮体部４は、内部を中空状とすることで、浮力に対する重量を少なくして、実質的に浮力を大きくしている。

複数の鋼管で形成される支柱部は、鋼管の内部全体を一つの空間として、浮体部を構成することもできるが、好ましくは、内部に隔壁１３を設けて、浮体部４を形成する中空部１４を複数の領域に分割する。図２に示す浮体部４は、複数の隔壁１３を設けて、中空部１４を複数の区画室１４Ａに区画している。図２に示す支柱部１は、互いに連結される鋼管１０同士の間に挟着プレート１３Ａを介在させて、この挟着プレート１３Ａを隔壁１３としている。鋼管１０同士の間に配置される挟着プレート１３Ａは、鋼管１０の端縁に設けたフランジ部１１に沿う外形を有しており、対向するフランジ部１１同士の間に密着状態で挟着されて、隣接する鋼管１０同士の内部を区画している。この挟着プレート１３Ａは、鋼管１０のフランジ部１１との間にパッキンを介在させることで、各々の区画室１４Ａを水密構造に閉塞できる。

さらに、図２に示す支柱部１は、鋼管１０の中間部分において、鋼管１０の内部領域を分割する分割プレート１３Ｂを設けて隔壁１３としている。図に示す分割プレート１３Ｂは、鋼管１０の内形に沿う外形を有しており、外周面を鋼管１０の内周面に密着させる状態で固定されて、鋼管１０の内部を複数の区画室１４Ａに分割している。

以上のように、支柱部１の内部に形成される中空部１４を、隔壁１３によって複数の区画室１４Ａに分割する構造は、浮体部４の内部に浸水することがあっても隔壁１３によって浸水領域の拡大を抑制できると共に、浮体部４の内部を隔壁１３で複数に区画することで、浮体部４にはたらく浮力の中心（以後、浮心Ｆと呼ぶ）の位置を安定させて、支柱部１を所定の鉛直姿勢に保持できる。

ここで、海水中の物体にはたらく浮力Ｐは、海水中に浸かっている物体の体積に、海水の比重を乗じたものとなる。すなわち、浮力Ｐの大きさは、海水中の物体の体積に比例する。このため、浮体部４は、支柱部１の外径を大きくすることで、より大きな浮力Ｐが得られることになる。したがって、支柱部１は、架台に要求される浮力Ｐを考慮して最適な外径に調整される。支柱部１の外径は、台座部３に配置する機器や架台を設置する海域の水深によっても変更されるが、例えば、水深２０ｍ〜５０ｍの海域に設置される架台においては、台座部３に風況観測機（例えば、重量を約１ｔとする）を配置する場合、支柱部１の外径を０．８ｍ〜２ｍとすることができる。また、水深４０ｍ〜１００ｍの海域に設置される架台においては、台座部３に風力発電機を配置する場合、支柱部１の外径を５ｍ〜１２ｍ、好ましくは７〜１０ｍとすることができる。

さらに、支柱部１は、架台を海底５０に着床させて設置した状態で、支柱部１を安定して鉛直姿勢に保持するために、浮体部４にはたらく浮力の浮心Ｆが、ベース部２に固定された支柱部１の重心Ｇよりも上方に位置するように構成される。すなわち、上下に延長される支柱部１は、浮体部４に上向きに作用する浮力Ｐの浮心Ｆを上方に配置し、下向きに作用する重力Ｗの重心Ｇが下方に位置する低重心とすることで鉛直姿勢に保持される。

図１に示す支柱部１は、後述するベース部２を下端部に固定することで、ベース部２に固定される支柱部１の重心Ｇを浮体部４の浮心Ｆよりも下方に配置することができる。さらに、支柱部１は、好ましくは、下端部を中実として重り部１５を形成することにより、支柱部１における重心Ｇを下方に配置することができる。図３に示す支柱部１は、下端部において、鋼管１０の内部にコンクリートを充填して重り部１５を形成している。この構造によると、支柱部１の下端部に形成される重り部１５により、支柱部１の重心Ｇを下方に配置しつつ、支柱部１の中空領域で形成される浮体部４の浮心Ｆを上方に配置して、支柱部１をより安定して鉛直姿勢に保持できる。

図に示す支柱部１は、下端部に充填するコンクリートを介して、ベース部２と一体的に連結している。この構造によると、支柱部１とベース部２との連結構造をより強固にできる。この支柱部１は、下端にベース部２を固定して、ベース部２と支柱部１とを一体とした状態で海底に沈降できる。この架台は、ベース部２をシンカーとしてスムーズに沈降できる。ただ、下端部にベース部２が固定される支柱部１は、必ずしも下端部に重り部１５を設ける必要はなく、ベース部２の重量のみで架台を沈降させて海底５０に着床させることもできる。

（ベース部２）
ベース部２は、海底５０に載置されて、支柱部１の下端部が固定される。ベース部２は、海水よりも比重が大きく、支柱部１の下端部に固定された状態で、ベース部２が固定された支柱部１全体の重心位置を、支柱部１単体の重心位置よりも下方に移動させている。図１及び図３に示すベース部２は、コンクリートケーソン２１としている。コンクリートケーソン２１は、全体を所定の形状に形成した鉄筋コンクリート製で、図に示すように、海底５０に水平姿勢で載置している。鉄筋コンクリートは、比重が約２．４ｔ／ｍ^３であって、簡単かつ安価に製造できるので、支柱部１の下端部に固定されるケーソンの材料として最適である。

コンクリートケーソン２１は、その重量が、浮体部４にはたらく浮力Ｐよりも大きくなるように、好ましくは、浮体部４にはたらく浮力Ｐの２倍よりも大きくなるように製造される。コンクリートケーソン２１は、平面視を多角形状または円形状とする柱状とし、あるいは、角錐台形状や円錐台形状とすることができる。コンクリートケーソン２１は、海底５０に対する設置面積が大きくなるように底面積を広く成形することで、支柱部１の傾動や架台の横ずれを有効に防止できる。

図３のコンクリートケーソン２１は、支柱部１の下端をインサート成形しており、支柱部１の下端部とコンクリートケーソン２１とを一体的に連結している。さらに、コンクリートケーソン２１は、支柱部１をより確実に連結して固定するために、金属板からなる複数の固定部２２をインサート成形している。複数の固定部２２は、コンクリートケーソン２１の上面から上方に突出しており、支柱部１の下端部の外周面に放射状に固定された複数の固定リブ１６に固定具１７を介して固定されている。

（索体５）
さらに、図１に示す着床式洋上架台１００は、支柱部１を海底５０に固定するための複数の索体５を備えている。索体５は、ワイヤー等の線材、あるいは鎖やチェーン等であって、支柱部１が台風等の影響で強風や荒波を受けた際に、支柱部１を安定して保持できる強度を有している。複数の索体５は、支柱部１の中間部から放射状に張設されて海底５０に固定されている。索体５は、その一端が、支柱部１の中間部であって、海中に配置される本体部分に設けた連結部１８に固定されると共に、他端がアンカー２３を介して海底５０に固定されている。索体５は、支柱部１とアンカー２３との間において、所定の引張り力を受けるように、その長さとアンカーによる固定位置が決定されて所定のテンションとなるように張設される。支柱部１から放射状に配置される複数の索体５は、好ましくは３〜６本として、架台を安定して保持できる。

（実施形態２）
図４は実施形態２に係る着床式洋上架台２００の設置状態を示す側面図であり、図５は図４に示す着床式洋上架台２００の支柱部１とベース部２の連結構造を示す分解断面図である。これらの図に示す着床式洋上架台２００は、重量の大きな風力発電機３０を支持しながら所定の位置に保持できるように、支柱部１の外径を大きくすると共に、支柱部１の下端部をベース部２に対して連結、固定する構造を独特の構造としている。

図５に示す支柱部１は、下端部を中実として重り部１５を形成すると共に、下端から下方に突出するパイル部６を設けている。パイル部６は、図４に示すように、海底５０に埋設されるアンカー部材として支柱部１を海底５０の定位置に固定する。図５に示すパイル部６は、円筒状の鋼管１９であって、支柱部１を構成する円筒状の鋼管１０よりも外径を小さくしている。重り部１５は、支柱部１を形成する鋼管１０の内部に鉄筋コンクリート製のコンクリートブロックを成形して設けている。この構成によると、重り部１５の重量を大きくすることで、支柱部１を自重により海底５０に沈降できるので、水深４０ｍ〜１００ｍの比較的大水深海域で使用する着床式洋上架台とする場合、経済的にも優れており好適である。支柱部１の下部に形成されて重り部１５を構成するコンクリートブロックは、図５に示すように、パイル部６となる鋼管１９の上部を埋設しており、鋼管１９の下部を支柱部１の下端面の中央部から下方に突出させてパイル部６としている。

ただ、支柱部は、全体を鋼管で形成することなく、一部をコンクリート製とすることもできる。この支柱部は、例えば、上部を鋼管で形成し、下部をコンクリートブロックで構成し、このコンクリートブロックを重り部として機能させることができる。支柱部の下部を構成するコンクリートブロックからなる重り部は、内部に鉄骨や鉄筋等で形成される骨格を埋設することで全体を補強できる。さらに、重り部を構成するコンクリートブロックは、上部に配置される鋼管の下端部を上面にインサートして一体的に成形されると共に、パイル部となる鋼管の上部を下面にインサートして定位置に配置できる。この支柱部は、コンクリートブロックの体積や形状を変更することで、重り部の重量を容易に調整できる特徴がある。この構造も、水深４０ｍ〜１００ｍの比較的大水深海域で使用する着床式洋上架台として好適である。

ベース部２は、所定の面積を有する金属プレート２５である。金属プレート２５であるベース部２は、例えば鋼板としている。金属プレート２５であるベース部２は、海底２５に敷設されると共に、複数の固定杭２６を介して海底５０に固定される。金属プレート２５は、支柱部１の下端から突出するパイル部６を貫通させるための貫通穴２５Ａを開口している。この貫通孔２５Ａは、パイル部６を通過できるが、支柱部１を通過できない大きさに開口している。この金属プレート２５は、支柱部１から突出するパイル部６を貫通穴２５Ａに貫通させて海底５０に埋設させると共に、支柱部１の底面を上面で支持するようにしている。

図に示すパイル部６は、金属プレート２５の貫通穴２５Ａに挿入された状態で、支柱部１の自重により海底５０に押し込まれて埋設される。ただ、パイル部６は、金属プレートの貫通穴２５Ａに挿入された状態で、支柱部１の上端に下向きの負荷をかけて、パイル部６を海底５０に押し込むこともできる。

金属プレート２５は、その面積を広くすることで、上面に載置される支柱部１による加重を分散させて、海底面に対する圧力を小さくできる。例えば、海底が砂地である場合には、面積の広い金属プレート２５を敷設することで、支柱部１が砂地に沈むのを阻止できる。図に示す金属プレート２５は、例えば、その面積を支柱部１の底面積の５倍以上、好ましくは１０倍以上として、支柱部１による圧力を小さくして、支柱部１の下端が、必要以上に海底５０に押し込まれるのを防止している。以上の支柱部１は、下端から突出するパイル部６が金属プレート２５の貫通穴２５Ａを貫通する状態で海底５０に埋設されることにより海底５０に強固に固定されて、ベース部２の上面の定位置に固定される。

（実施例１）
以下、着床式洋上架台の具体例を示す。ここでは、実施例１として、図１に示すように、水深３０ｍの海底５０に着床させる架台であって、支柱部１の上端部の１０ｍを海洋上に突出させて、上端の台座部３に風況観測機３５を設置する着床式洋上架台１００とする。
支柱部１は、外径を１ｍ、厚さを２ｃｍとする円筒状の鋼管１０で形成し、全長を４０ｍとして、下端部に６ｍの高さまでコンクリートを充填して重り部１５を設ける。
ベース部２は、５ｍ×５ｍ×１ｍのコンクリートケーソン２１とし、支柱部１の下端部を埋設して一体構造とする。
支柱部１の上端には風況観測機３５が固定された台座部３を設置する。

この着床式洋上架台１００の全体の重量Ｗは、
Ｗ＝支柱部の重量＋重り部の重量＋ベース部の重量＋台座部の重量
＝１９．７ｔ＋１０．４ｔ＋６０ｔ＋１ｔ
＝９１．１ｔ
となって、約９１ｔとなり、その重心Ｇの位置は、図１に示すように、支柱部１の下端部であってベース部２との境界の近傍となる。

また、この着床式洋上架台１００は、支柱部１の内部を中空として浮体部４を設けている。この浮体部４は、支柱部１の内部において約２４ｍにわたって形成された中空部１４と考えると、この浮体部４にはたらく実質的な浮力Ｐは、以下のように考えることができる。
Ｐ＝浮体部の中空部の容積×海水の比重
＝０．４８ｍ×０．４８ｍ×３．１４×２４ｍ×１．０３ｔ／ｍ^３
＝１７．９ｔ
また、この浮体部４にはたらく浮力Ｐの浮心Ｆは、浮体部４の中心であって、図１に示すように、支柱部１のほぼ中央部分となる。

以上のように、この着床式洋上架台１００は、重心Ｇが支柱部１の下端部に位置することで低重心を実現し、海底５０に着床した状態で設置しながら、支柱部１に形成される浮体部４にはたらく浮力の中心である浮心Ｆを支柱部１の中央部に配置することで、上下に延長された支柱部１を安定して鉛直姿勢に保持することができる。

（実施例２）
また、実施例２として、図４に示すように、水深３０ｍの海底５０に着床させる架台であって、支柱部１の上端部の１０ｍを海洋上に突出させて、上端の台座部３に風力発電機３０を設置する着床式洋上架台２００とする。
支柱部１は、外径を１０ｍ、厚さを１０ｃｍとする円筒状の鋼管１０で形成し、全長を４０ｍとして、下端部に１２ｍの高さまでコンクリートを充填して重り部１５を設ける。 さらに、この重り部１５には、外径を５ｍ、厚さを２ｃｍとする円筒状であって、全長を１０ｍとする鋼管１９を埋設し、支柱部１の下面から下方に５ｍ突出させてパイル部６を設ける。
ベース部２は、２０ｍ×２０ｍ×５ｃｍの鋼板とし、中央部には、支柱部１の下端から突出するパイル部６を貫通させる直径７ｍの貫通穴１５Ａを開口する。
支柱部１の上端に固定された台座部３には風力発電用機３０を設置する。

この着床式洋上架台２００の支柱部１の重量Ｗは、
Ｗ＝支柱部の重量＋重り部の重量＋パイル部の重量
＝９８２ｔ＋２１６７ｔ＋２４．７ｔ＝３１７３．７ｔ
となって、約３１７４ｔとなり、その重心Ｇの位置は、図４に示すように、支柱部１の下端部となる。

また、この着床式洋上架台２００は、支柱部１の内部を中空として浮体部４を設けている。この浮体部４は、支柱部１の内部において約１８ｍにわたって形成された中空部１４と考えると、この浮体部４にはたらく実質的な浮力Ｐは、以下のように考えることができる。
Ｐ＝浮体部の中空部の容積×海水の比重
＝４．９ｍ×４．９ｍ×３．１４×１８ｍ×１．０３ｔ／ｍ^３
＝１３５６ｔ
また、この浮体部４にはたらく浮力Ｐの浮心Ｆは、浮体部４の中心であって、図１に示すように、支柱部１のほぼ中央部分となる。

以上のように、この着床式洋上架台１００は、重心Ｇが支柱部１の下端部に位置することで低重心を実現しながら、支柱部１に設けたパイル部６をベース部２に貫通させて海底５０に埋設することで、海底５０に確実に固定できる。また、支柱部１に形成される浮体部４にはたらく浮力の中心である浮心Ｆを支柱部１の中央部に配置することで、上下に延長された支柱部１を安定して鉛直姿勢に保持することができる。

本発明の着床式洋上架台は、洋上で風況などの気象データの計測を行う風況観測機や洋上風力発電機を支持する架台として好適に使用できる。

１００、２００…着床式洋上架台
１…支柱部
２…ベース部
３…台座部
４…浮体部
５…索体
６…パイル部
１０…鋼管
１１…フランジ部
１２…連結具
１３…隔壁
１３Ａ…挟着プレート
１３Ｂ…分割プレート
１４…中空部
１４Ａ…区画室
１５…重り部
１６…固定リブ
１７…固定具
１８…連結部
１９…鋼管
２１…コンクリートケーソン
２２…固定部
２３…アンカー
２５…金属プレート
２５Ａ…貫通穴
２６…固定杭
３０…風力発電機
３１…ブレード
３２…発電機
３３…ナセル
３４…タワー
３５…風況観測機
５０…海底
１１０…主柱
１２０…ブーム
１３０…ワイヤ
１４０…計測機器
２０１…風向風速計
２０２…海面
２０３…高さ保持用ポール
２０４…浮力体
２０５…係留索
２０６…シンカー
２０７…姿勢保持用ロッド

Claims (8)

1. 風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台であって、
   風力発電機又は風況観測機を設置するための台座部と、
   下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端部に前記台座部を固定してなる支柱部と、
   海底に載置されて、前記支柱部の下端部が固定されるベース部と、
   を備え、
   前記支柱部は、少なくとも一部を中空とする浮体部を備えており、
   前記浮体部にはたらく浮力の浮心が、前記ベース部が固定された該支柱部の重心よりも上方に位置して、該支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしてなる着床式洋上架台。
2. 請求項１に記載の着床式洋上架台であって、さらに、
   前記支柱部を海底に固定するための複数の索体を備えており、
   複数の前記索体が、前記支柱部の中間部から放射状に張設されて海底に固定されてなる着床式洋上架台。
3. 請求項１又は２に記載の着床式洋上架台であって、
   前記支柱部が円筒状の鋼管で形成されており、前記鋼管の内部を中空として前記浮体部を構成してなる着床式洋上架台。
4. 請求項３に記載の着床式洋上架台であって、
   前記浮体部が、内部に隔壁を備えており、前記隔壁を介して中空状の内部を複数に区画してなる着床式洋上架台。
5. 請求項３又は４に記載の着床式洋上架台であって、
   前記支柱部が、下端部を中実として重り部を形成してなる着床式洋上架台。
6. 請求項３又は４に記載の着床式洋上架台であって、
   前記支柱部が、下部にコンクリートブロックを一体的に連結して重り部を形成してなる着床式洋上架台。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の着床式洋上架台であって、
   前記ベース部がコンクリートケーソンで、前記コンクリートケーソンの重量が、前記浮体部にはたらく浮力よりも大きい着床式洋上架台。
8. 請求項１から６のいずれか一項に記載の着床式洋上架台であって、
   前記ベース部が、海底に敷設された金属プレートであって、
   前記支柱部は、下端部を中実とすると共に、下端から下方に突出するパイル部を有しており、
   前記パイル部を前記金属プレートに貫通させて海底に埋設してなる着床式洋上架台。

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