JP2022106515A - 洋上風車の架台製作作業船 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立てた架台基礎を運ぶ大型船を必要とせず、また、大型クレーンを備えた作業船を必要とせずに、海上の設置現地で架台基礎を構築する。【解決手段】洋上に風力発電用の風車を設置する浮体式の架台を製作する作業船であって、右舷側、左舷側に分かれた二股構造を有する船尾部と、前記船尾部の海面に開いた空間に配置され、製造途上の架台基礎を搭載可能な昇降機と、甲板上でコンクリート型枠、鉄筋籠を移送するクレーンと、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、洋上風車の架台製作作業船に関する。

近年、石炭、石油等の化石エネルギーから再生型エネルギーへの転換が世界的に進展しており、これを背景に、風力発電用の風車の建設が広く行われている。その中でも、洋上に設置される洋上風車が注目されている。洋上風車では、海中に設けられる架台基礎構造上に風車、発電機が設置される。洋上風車の場合、発電に適した設置場所が豊富にあり、安定して発電できるという利点がある。

洋上風車を設置する場合、陸上にて組み立てられた架台基礎構造や、風車翼と増速機を内蔵するナセル等を船で設置海域に運び、クレーンを備えた作業船を使って、設置作業を行っている。設置場所には、石油の掘削に使われているようなジャッキアップ型（自己昇降式台船）の作業船が用いられることが多い。

従来、洋上風車の設置では、架台基礎構造を運ぶ船舶や、洋上での建設に使用する作業船を必要としている。水深が深くなると、架台基礎構造を運ぶ船舶にも大型のものが必要となる。

そこで、近年では、架台基礎を浮体構造として、設置位置まで浮かせたまま曳航する方式が提案されている（特許文献１）。

特開２０１３－１７０４９３号公報

上述したように、従来、洋上風車の建設には、運搬船や作業船を必要とし、風車の大型化、大水深化に伴ない傭船コストの増大が問題となっている。

本発明は、前記従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであって、組み立てた架台基礎を運ぶ大型船を必要とせず、また、大型クレーンを備えた作業船を必要とせずに、海上の設置現地で架台基礎を構築できるようにした洋上風車の架台製作作業船を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る洋上風車の架台製作作業船は、洋上に風力発電用の風車を設置する浮体式の架台を製作する作業船であって、右舷側、左舷側に分かれた二股構造を有する船尾部と、前記船尾部の海面に開いた空間に配置され、製造途上の架台基礎を搭載可能な昇降機と、甲板上でコンクリート型枠、鉄筋籠を移送するクレーンと、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の一実施形態に係る洋上風車の架台設置工法は、架台製作作業船を用い、 前記昇降台上でのコンクリート打設により前記架台基礎の一つの小区画を継ぎ足す工程と、
前記小区画を製作した後、前記小区画分相当距離だけ前記昇降台を降ろし、製作中の架台基礎を海中に降下させる工程と、を繰り返すことを特徴とするものである。

本発明の実施形態による洋上風車と架台製作作業船の概要を示す図である。 風力発電用の風車が設置されか架台基礎を示す正面図である。 架台製作作業船を示す図で、図３（Ａ）は、架台製作作業船を示す平面図、図３（Ｂ）はその側面図、図３（Ｃ）は正面図である。 架台基礎の底部を製作する工程を示す図である。 図４で製作した底部キャップの１つ上の小区画を継ぎ足す工程を示す図である。 製作された架台基礎の中間構造物を昇降機で海中に降ろす工程を示す図である。 次の２段目の小区画のコンクリート打設を示す図である。 重りコンクリートを底部キャップの上に適宜打設する工程を示す図である。 おもりコンクリートを追加していく工程を示す図である。 延伸した架台基礎の中間構造物に、重りとして、水を注入する工程を示す図である。 架台基礎の最上部の区画を製作する工程を示す図である。 架台製作作業船を架台基礎から離脱させる工程を示す図である。

以下、本発明による洋上風車の架台製作作業船の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態による洋上風車と架台製作作業船の概要を示す図である。図１において、参照番号１２は風車を海上に支持する架台基礎を示している。参照番号１１は、海面を表している。参照番号１４は架台製作作業船を示している。

本実施形態では、架台基礎１２は、架台製作作業船１４の上で、コンクリートを打設しながら構築される。この点、架台基礎１２を地上で製作する従来の工法とは異なっている。架台製作作業船１４では、架台基礎１２は、小区画ずつ継ぎ足すようにして製作されるので、そのために必要な設備が設けられている。

図１では、完成した架台基礎１２がロケーションに浮いた状態で設置されている状態が示されている。架台基礎１２の下部は、アンカー１６にアンカーチェーン１５によって連結されている。架台基礎１２は、中空の長い円筒形の構造物である。架台基礎１２の長さは、水深によって様々であるが、本実施形態では、約５０メートルの長さを想定している。

図１に示されるように、架台基礎１２は、鉛直に立った姿勢で浮くようになっている浮体型の架台である。底部にはコンクリート製のおもり８４が設けられている。架台基礎１２の上端部は、海面１１から突き出ており、図２に示されるように、風力発電用の風車１０が設置される。風車１０は、タワー１８の頂部にナセル１９、風車翼２０を備えている。

次に、図３を参照しながら、架台製作作業船１４について説明する。
図３（Ａ）は、架台製作作業船１４を示す平面図、図３（Ｂ）はその側面図、図３（Ｃ）は正面図である。
図３（Ａ）において、船首側と船尾側は図に示す通りである。 船の進行方向に向かって右側が右舷であり、左側が左舷である。架台製作作業船１４の船首側の甲板上には、事務所２１、動力源の発電機２３が配置されている。この実施形態の架台製作作業船１４は、機関を備えた自航できる船舶ではなくて、いわゆるバージ型の船である。移動する際には、曳航される。甲板上の右舷側、左舷側には、クレーン用のレール２２A、２２Bが敷設されている。参照番号２４は、門型クレーンである。門型クレーン２４は、レール２２A、２２Bに沿って甲板上を船尾から船首側まで移動することができる。

図３（Ａ）に示されるように、船体の中央から船尾にかけて二股構造に船体が分かれており、右舷側船体２３Ａと左舷側船体２３Ｂの間は海面に対して開いた空間になっている。甲板の中央部は、架台基礎１２の小区画のコンクリート型枠８１を製作する作業エリア２４である。甲板の船尾側では、右舷側船体２３Ａと左舷側船体２３Ｂに作業台２５が架け渡されており、この作業台２５では、架台基礎１２の各小区画用の鉄筋籠８２が組み立てられる作業エリア２６になっている。

図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示されるように、門型クレーン２４は、脚３１とビーム３２からなる門型フレームを備えている。ビーム３２には、巻上機３３がビーム３２の長手方向に走行可能に設置されている。巻上機３３には、ワイヤロープ３４を介して吊り具３５が吊られている。

コンクリート型枠製作用の作業エリア２４と鉄筋組み立ての作業エリア２６の間には、昇降機３０が設置されている。この昇降機３０は、コンクリートの打設作業、コンクリートの養生を行い、また製作した小区画をつなぎ合わせて海中に降ろしていく作業に用いられる。

この昇降機３０では、昇降台３８にコンクリート枠や鉄筋を載せて、コンクリートの打設や養生が行われる。昇降台３８は、四台配置された巻上機４０によって昇降するようになっている。なお、図３（Ａ）において、３２ａ、３２ｂは、製作途上の架台基礎を固定保持する保持装置である。

本実施形態による洋上風車の架台製作作業船は、以上のように構成されるものであり、次に、この架台製作作業船を用いて実施する基礎構造の設置工法について説明する。
図４は、架台基礎１２の底部１３（図２参照）を製作する工程を示す図である。このうち、図４（Ａ）は、昇降機３０の昇降台３８に鋼板製の底部キャップ４２を載置し、この底部キャップ４０に鉄筋籠４０を設置した状況を示す図で、図４（Ｂ）は、底部キャップ３８内にコンクリートを打設する工程を示す図である。

昇降台３８の初期位置は、甲板よりも下がった位置で海面１１よりも高い位置にある。底部キャップ３８、鉄筋籠４０は、それぞれ門型クレーン２４によって昇降台３８に運ばれる。
図４（Ｂ）に示されるように、コンクリートの打設では、図示されないバッチャー船からコンクリートの供給管８０を底部キャップ３８の真上に延ばし、コンクリートを流し込む。なお、コンクリート型枠製作用の作業エリア２４では、コンクリートを養生する間、次の小区画の製作に用いるコンクリート型枠８１が準備され、鉄筋組立用の作業エリア２６では、同じく小区画で用いる鉄筋籠８２が準備される。

次に、図５は、図４で製作した底部キャップ４２の１つ上の小区画を継ぎ足す工程を示す図である。このうち、図５（Ａ）は、鉄筋籠８２にコンクリート型枠８１を取り付けた状態を示す図である。コンクリート型枠８１は門型クレーン２４により運ばれ、鉄筋籠４０の外側に配置される。
図５（Ｂ）は、コンクリート型枠８１にコンクリートを流し込む工程を示す図である。コンクリートは、バッチャー船の供給管８０から供給される。

図６は、製作された架台基礎の中間構造物１００を昇降機３０で海中に降ろす工程を示す図である。このうち、図６（Ａ）では、コンクリート型枠８１が撤去された状態が示されている。図６（Ｂ）は、昇降機３０の昇降台３８が降下し、架台基礎の底部キャップ４２が海中に没した状態が示されている。このようにして架台基礎の中間構造物１００を海中に降下させることで、次の小区画の船上での製作が可能になる。

図７は、次の２段目の小区画のコンクリート打設を示す図である。このうち、図７（Ａ）は、鉄筋籠８２とコンクリート型枠８１を下の小区画に継ぎ、コンクリートを流し込む工程が示されている。図７（Ｂ）では、コンクリートの養生を終えた後、型枠８１が撤去された状態の架台基礎の中間構造物１００が示されている。

架台基礎の構築では、船上で架台基礎の中間構造物１００に小区画を継ぎ足していって、海中に降下していく工程を繰り返すことになる。中間構造物１００の内部は中空なので、排水量相当分の浮力が発生する。浮力を打ち消すためには、図８に示すように、重りコンクリート７０を底部キャップ４２の上に適宜打設する。図８（Ａ）では、図７に示した位置からは、継ぎ足した一小区画分だけ、架台基礎の中間構造物１００は海中に降下している。図８（Ｂ）は、バウチャー船の供給管８０からコンクリートを中間構造物１００に投入し、重りコンクリート８４を打設している工程を示している。

こうして、順次、小区画を継ぎ足しながら、架台基礎の中間構造物１００を延伸させていくと、発生する浮力はさらに大きくなって、重りコンクリート８４が不足してくる。そこで、適宜、図９に示されるように、おもりコンクリート８４を追加していく。図９（Ａ）は、追加の重りコンクリートを打設する工程を示し、図９（Ｂ）は、昇降機３０の昇降台３８が一小区画分降下し、次ぎの小区画のコンクリートを打設する位置まで、中間構造物１００が海中に降ろされた状況を示している。

次に、図１０は、延伸した架台基礎の中間構造物１００に、重りとして、水８６を注入する工程を示している。重りとしてのコンクリートは、風車の搭載分も含めて計算されているので、風車が載っていないこの段階では、浮力が過剰であるため、正確な浮力計算の上、バランスに必要な量の水を注水することになる。

図１１は、架台基礎の最上部の区画を製作する工程を示す図である。この図１１では、最上部に型枠８７と鉄筋かご８８を設置し、コンクリートを打設している状況が示されている。

以上の工程を経て、架台基礎１２の船上でのコンクリート打設による製作は終了する。
ここで、図１２は、架台製作作業船１４を架台基礎１２から離脱させる工程を示す図である。このうち、図１２（Ａ）では、完成した架台基礎１２が昇降台３８に載っている状態を示している。このままでは、昇降台３８を回収できず、架台製作作業船１４は離脱できない。

そこで、架台基礎１２の内部の水８６を水中ポンプ９２で強制的に排出させる。水の排出が終わると、図１２（Ｂ）に示されるように、浮力の増大により架台基礎１２が浮き上がる。この状態で船体を前進させれば、船尾は二股構造に開いているので、離脱することができる。その後、昇降台３８を巻き上げて回収する。
こうして完成した架台基礎１２は、図１に示されるように、アンカーチェーン１５を介してアンカー１６に連結される。

以上、説明したように、本実施形態によれば、従来のように、陸上で製作した架台基礎を船で運んだり、海中に鉛直に立てる複雑な作業も必要なく、架台製作作業船上で、小区画ずつ継ぎ足しながら、浮体式の架台基礎を効率良く設置することができる。

以上、本発明に係る洋上風車の架台製作作業船について、好適な実施形態を挙げて説明したが、この実施形態は、例示として挙げたもので、発明の範囲の制限を意図するものではない。もちろん、明細書に記載された新規な装置、方法およびシステムは、様々な形態で実施され得るものであり、さらに、本発明の主旨から逸脱しない範囲において、種々の省略、置換、変更が可能である。請求項およびそれらの均等物の範囲は、発明の主旨の範囲内で実施形態あるいはその改良物をカバーすることを意図している。

１０…風車、１１…海面、１２…架台基礎、１４…架台製作作業船、１７…重り、１８…タワー、１９…ナセル、２０…水車翼、２１…事務所、２２A、２２B…レール、２４…門型クレーン、２３Ａ…右舷側船体、２３Ｂ…左舷側船体、２４…作業エリア、２６…作業エリア、３０…昇降機、３１…脚、３２…ビーム、３３…巻上機、３４…ワイヤロープ、３５…吊り具、３８…昇降台、４０…巻上機、４２…底部キャップ、８１…コンクリート型枠、８２…鉄筋籠、１００…中間構造物

Claims (5)

1. 洋上に風力発電用の風車を設置する浮体式の架台を製作する作業船であって、
   右舷側、左舷側に分かれた二股構造を有する船尾部と、
   前記船尾部の海面に開いた空間に配置され、製造途上の架台基礎を搭載可能な昇降機と、
   甲板上でコンクリート型枠、鉄筋籠を移送するクレーンと、を備えたことを特徴とする洋上風車の架台製作作業船。
2. 請求項１に記載の架台製作作業船を用い、
   前記昇降台上でのコンクリート打設により前記架台基礎の一つの小区画を継ぎ足す工程と、
   前記小区画を製作した後、前記小区画分相当距離だけ前記昇降台を降ろし、製作中の架台基礎を海中に降下させる工程と、
   を繰り返すことを特徴とする洋上風車の架台設置工法。
3. 製作中の前記架台基礎の底部には、コンクリート製の重りを設置することを特徴とする請求項２に記載の洋上風車の架台設置工法。
4. 前記架台基礎の自重と浮力とのバランスに応じて、水を重りとして注水することを特徴とする請求項２に記載の洋上風車の架台設置工法。
5. 完工した架台基礎から前記架台製作作業船を離脱させるために、前記重りにした水を排水させることを特徴とする請求項４に記載の洋上風車の架台設置工法。

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