JP2022160521A - 洋上作業設備およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】深海域でも安定した作業が可能であり、かつ、作業効率を向上させ得る洋上作業設備を提供する。【解決手段】洋上作業設備は、３本の脚柱１０と、脚柱１０に対して昇降可能に支持されたデッキ２０と、デッキ２０に搭載されたクレーン３０とを有する。デッキ２０は、浮体構造体として構成され、メインデッキ部２１と、メインデッキ部２１から張り出して形成された第１張り出し部２２とを有する。クレーン３０は、第１張り出し部２２に搭載されている。洋上作業設備は、掘削設備およびカンチレバーを撤去したジャッキアップ式掘削リグに第１張り出し部２２およびクレーン３０を付加することによって構成される。第１張り出し部２２は、カンチレバーの支持構造を利用してメインデッキ部２２に付加される。【選択図】図２

Description

本発明は、洋上風力発電設備等の洋上設備の建設に用いることのできる洋上作業設備およびその製造方法に関する。

自然エネルギー有効活用の観点から、洋上風力発電が注目されている。

洋上風力発電設備の建設には、自己昇降式作業台船（ＳＥＰ）といった洋上作業設備が用いられることが多い。自己昇降式作業台船は、通常、複数の脚柱と、これら脚柱に昇降自在に支持されたデッキとを有する（特許文献１、特許文献２）。デッキには作業用のクレーンが搭載され、このクレーンを用いて洋上風力発電設備の組み立てが行われる。また、デッキは、洋上風力発電設備の各種部品の荷役スペースなどとして利用することもできる。

特許文献１：特開２０１５－３７９２５号公報
特許文献２：特開２０１６－２１５９３７号公報

近年、洋上風力発電設備として、例えば６ＭＷ以上の大出力の洋上風力発電設備が開発されており、それに伴って、洋上風力発電設備のサイズ自体が大型化するとともに、着床式に加えて浮体式設備が開発・実用化される流れとなっている。前述したとおり、洋上作業設備のデッキは、作業用のクレーンが搭載され、また各種部品の荷役スペースなどとしても利用される。よって、大型の洋上風力発電設備を施工するためには、より大型のデッキを有する洋上作業設備が必要となる。また、浮体式風力設備を施工するためには、水深が９０ｍを越える海域でも安定して作業できる洋上作業設備が必要となる。

水深が９０ｍを越える海域での洋上施工には、既存の自己昇降式作業台船で使用できるものがないため、通常は大型浮体式クレーンを使用するが、波による影響を受けやすく、作業待機期間が発生するなど作業効率低下が生じやすい。一方、大型のデッキを有する洋上作業設備は、港湾から洋上設備の建設現場である海域までの曳航速度の低下を招く。曳航速度の低下は、洋上設備の工期の長期化の原因となる。

そこで本発明は、深海域でも安定した作業が可能であり、かつ、作業効率を向上させ得る洋上作業設備およびその製造方法を提供することを目的の一つとする。

本発明の洋上作業設備は、
３本以上の脚柱と、
浮体構造物として構成され、前記脚柱に対して昇降可能に支持されたデッキと、
前記デッキに搭載されたクレーンと、
を有し、
前記デッキは、前記脚柱が配置されるメインデッキ部と、前記メインデッキ部から張り出して形成された張り出し部と、を有する洋上作業設備であって、
前記洋上作業設備は、前記メインデッキ部および前記脚柱を有する既存のジャッキアップ式掘削リグに前記張り出し部および前記クレーンを付加することによって構成され、
前記張り出し部は、前記既存のジャッキアップ式掘削リグに搭載されている船上掘削設備のためのカンチレバーの支持構造を利用して、前記メインデッキ部に付加され、
前記クレーンは前記張り出し部に搭載されている。

本発明の洋上作業設備の製造方法は、
３本以上の脚柱、前記脚柱が配置され、前記脚柱に対して昇降可能に支持されたメインデッキ部、前記メインデッキ部に支持構造を介して支持されたカンチレバーおよび前記カンチレバーに配置された掘削設備を有するジャッキアップ式掘削リグを用意すること、
前記ジャッキアップ式掘削リグから、前記カンチレバーおよび前記掘削設備を撤去すること、
前記メインデッキ部から張り出して形成された張り出し部を、前記支持構造を利用して前記メインデッキ部に付加すること、および
前記張り出し部にクレーンを搭載する設置することを含む。

本発明によれば、深海域であっても安定かつ効率的に作業可能な洋上作業設備を提供することができる。また、本発明の洋上作業設備の製造方法によれば、上記洋上作業設備を短期間かつ低コストで製造することができる。

本発明の一実施形態による洋上作業設備の概略側面図である。 図１に示す洋上作業設備の概略平面図である。 図２に示す洋上作業設備において、デッキの内部構造を示す図である。 脚柱で囲まれる領域内にクレーンを配置した場合のクレーンの作業範囲を説明する図である。 デッキを複層構造とした本発明の他の形態による洋上作業設備の概略側面図である。 図１に示す洋上作業設備の利用形態の一例を説明する図である。

図１～図３を参照すると、脚柱１０と、脚柱１０に支持されたデッキ２０と、デッキ２０に搭載されたクレーン３０とを有する、本発明の一実施形態による洋上作業設備１が示されている。この洋上作業設備１は、例えば洋上風力発電設備などの洋上設備の建設に用いることができる。デッキ２０は浮体構造体として構成されており、洋上作業設備１を用いた洋上設備の建設に際し、洋上作業設備１は、タグボートなどの曳航用船舶によって洋上設備の建設現場である海域まで曳航される。

脚柱１０は、この洋上作業設備１による洋上での作業中に、デッキ２０を海面よりも上方で支持するものである。したがって、脚柱１０は、下端部を海底に着底させた状態で、デッキ２０を海面よりも上方で支持できる長さを有している。洋上作業設備１は、デッキ２０を安定して支持するために３本以上の脚柱１０を有している。脚柱１０の構造は、脚柱１０が上記の機能を果たすことができる限り任意であってよく、例えば、洋上作業設備１の一種である自己昇降式作業台船あるいはジャッキアップ式掘削リグに用いられる脚柱の構造など、公知の構造を採用することができる。脚柱１０の長さは特に限定されないが、例えば、９０ｍを超える海域での施工時でも脚柱１０を着底させて波による影響を受けず安定して施工を行うことができる長さを有することが好ましい。また、脚柱１０の断面形状も、特に限定されず、円形や多角形など任意の形状であってよい。

デッキ２０は、昇降機構（不図示）によって脚柱１０に対して昇降自在に支持される。昇降機構としては、ラックアンドピニオン機構など任意の機構を用いることができる。洋上作業設備１の曳航時には、この昇降機構を動作させ、脚柱１０が着底しないように脚柱１０をデッキ２０に対して上昇させる。デッキ２０は浮体構造体として構成されているので、脚柱１０を上昇させることによって洋上作業設備１が海面上に浮かび、この状態で洋上作業設備１を曳航することができる。

デッキ２０は、天壁２０ａ、底壁２０ｂおよび外周壁２０ｃを有し、これによってデッキ２０は閉じた内部空間が形成された浮体構造体として構成されている。図２Ａに示すように、デッキ２０の内部空間は、強度部材である少なくとも１つの隔壁２０ｄによって複数の区画に分けられ、これによって、デッキ２０の上面を作業スペースおよび建設する洋上設備の部品搭載用スペースとして利用するのに十分な機械的強度を確保している。

図２に示すように、デッキ２０は、メインデッキ部２１、第１張り出し部２２および第２張り出し部２３を有している。図示した形態では、デッキ２０は２つの第１張り出し部２２および２つの第２張り出し部２３を有しているが、第１張り出し部２２の数および第２張り出し部２３の数は任意であってよい。これらメインデッキ部２１、第１張り出し部２２および第２張り出し部２３のうち、メインデッキ部２１は上方から見て最も大きな面積を有する部分であり、脚柱１０は、メインデッキ部２１の外縁部に配置されている。よって、メインデッキ部２１の上面の大部分を、作業スペースおよび建設する洋上設備の部品搭載用スペースとして利用することができる。洋上設備が洋上風力発電設備である場合、デッキ２０は、例えば、洋上風力発電設備１基分の部品を搭載できるスペースを有することが好ましい。メインデッキ部２１の平面形状は任意であってよい。

第１張り出し部２２は、上から見て、隣り合う２本の脚柱１０を結ぶ辺に対してメインデッキ部２１から凸状に張り出した形状とすることができる。また、第１張り出し部２２の上面は、メインデッキ部２１の上面と同一平面上にあるように構成することが好ましい。これにより、デッキ２０の上面の作業スペースおよび部品搭載用スペースを実質的に拡大することができる。

第１張り出し部２２にはクレーン３０が搭載される。クレーン３０は固定式であってもよいし、クローラ式であってもよい。ただし、作業は第１張り出し部２２上で移動を伴わずに行うことが多いため、実質的には固定式のクレーン３０で十分である。また、固定式のクレーン３０は、クローラ式のクレーンと比べて、デッキ２０上での占有面積も少なく、デッキ２０上により大きいスペースを確保できるという点からも有利である。

第１張り出し部２２にクレーン３０を搭載することで、クレーン３０は、デッキ２０を支持するすべての脚柱１０（本形態では３本の脚柱１０）で囲まれる領域の外側に位置することになる。

このように、クレーン３０を第１張り出し部２２に搭載し、脚柱２０で囲まれる領域の外側に位置させることで、図２に示すように、クレーン３０の作業範囲θ１（クレーン３０の旋回中心Ｏを中心とした回転範囲）を、１８０°を超える範囲まで拡大することができる。これに対し、図３に示すようにメインデッキ部２１上にクレーン３０を搭載した場合、通常、脚柱１０はメインデッキ部２１の隅部に配置されることから、クレーン３０は、２本の脚柱１０に挟まれた領域に位置することになる。そのため、クレーン３０の作業範囲θ２は、１８０°未満となる。クレーン３０の作業範囲が拡大することによって、クレーン３０による作業の自由度を向上させることができる。

なお、デッキ２０全体が浮体構造体として構成されていれば、第１張り出し部２２自身は浮体構造体として構成されていてもよいし浮体構造体として構成されていなくてもよい。第１張り出し部２２が浮体構造体として構成される場合、第１張り出し部２２は、メインデッキ２１と同様、第１張り出し部２２に内部空間を形成する天壁、底壁および外周壁を有することができる。第１張り出し部２２は、必要に応じてさらに隔壁を有していてもよい。

第２張り出し部２２は、第１張り出し部２２とは異なる位置にて、メインデッキ部２１の幅員を超えない形状でメインデッキ２１から張り出して形成されている。第２張り出し部２２も第１張り出し部２１と同様、上から見て、隣り合う２本の脚柱１０を結ぶ辺に対してメインデッキ部２１から凸状に張り出した形状とすることができる。また、第２張り出し部２２は、浮体構造体として構成されている。したがって、第２張り出し部２２は、メインデッキ部２１と同様、第２張り出し部２３に内部空間を形成する天壁、底壁および外周壁を有することができる。第２張り出し部２３は、必要に応じて隔壁をさらに有していてもよい。

メインデッキ部２１に第２張り出し部２３を付加することによって、デッキ２０上のスペースが拡大され、それと同時に、洋上作業設備１の曳航中の安定性を向上させることができる。また、第２張り出し部２３がメインデッキ部２１の幅員を超えない形状であるので、曳航時に抵抗が大きくなることが抑制される。これにより、曳航速度の低下が抑制されるなど洋上作業設備１を効率よく曳航することができる。曳航時の抵抗をより抑制するためには、洋上作業設備１が図２Ａに示す白抜き矢印方向に曳航されるように構成されるとき、第２張り出し部２３を、メインデッキ部２１と第２張り出し部２３とを組み合わせた形状が、船首側から船尾側へ向かって幅が広がる船形となるような形状とすることが好ましい。

以上、デッキ２０が単層構造である場合について説明したが、デッキ２０は複層構造であってもよい。図４に、複層のデッキを有する洋上作業設備の概略側面図を示す。なお、図４に示す洋上作業設備についての以下の説明おいて、これまで説明した洋上作業設備と同様の構成については図１等と同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

図４に示す洋上作業設備１では、デッキ２０は、天壁２０ａの上方に天壁２０ａと間隔をあけて配置された第２天壁１２０ａと、第２天壁１２０ａを天壁２０ａと間隔をあけて支持する第２外周壁１２０ｃおよび第２隔壁（不図示）とを有し、これによってデッキ２０は２層構造とされる。これら天壁２０ａ、第２天壁１２０ａ、第２外周壁１２０ｃおよび第２隔壁によって、天壁２０ａの上方に配置された構造は、複数の区画に分けられた内部空間が形成された浮体構造体として構成される。よって、天壁２０ａ上に第２天壁１２０ａ、第２外周壁１２０ｃおよび第２隔壁といった構造物を付加しても、デッキ２０は、洋上作業設備を曳航できるようにするのに必要な浮力が確保される。

第２天壁１２０ａおよび第２外周壁１２０ｃは、メインデッキ部２１（図２参照）、第１張り出し部２２（図２参照）および第２張り出し部（図２参照）のうち少なくともメインデッキ部２１に対応する位置に配置することができる。すなわち、デッキ２０全体が２層構造とされる必要はない。ただし、デッキ２０の上面を有効に利用できるようにするためには、メインデッキ部２１、第１張り出し部２２および第２張り出し部２３のすべての領域が２層構造となるように第２天板１２０ａおよび第２外周壁１２０ｃを配置することが好ましい。

このようにデッキ２０を２層構造とすることで、デッキ２０の機械的強度を向上させることができ、デッキ２０上により重量物を搭載することができるようになる。その結果、洋上設備建設の施工ヤードから建設現場である海域までの部品の運搬に際して、より多くの、あるいはより重量のある部品の運搬に洋上作業設備を利用することができる。ここではデッキ２０を２層構造とした場合について説明したが、デッキ２０を３層以上で構成することもできる。

次に、本形態の洋上作業設備１を用いた洋上設備の建設方法について、洋上設備が洋上風力発電設備である場合を例に挙げて説明する。

まず、建設用の施工ヤードから建設現場である海域まで、洋上風力発電設備の風車部材など各種部品および洋上作業設備１を移動させる。洋上作業設備１の移動は、脚部１０をデッキ２０に対して上昇させ、デッキ２０が海面上に浮かんた状態で洋上作業設備１を曳航用船舶で曳航することによって行う。この際、デッキ２０上に、洋上風力発電設備の部品を搭載する。デッキ２０が、洋上風力発電設備１基分の部品を搭載できるスペースを有し、かつ機械的強度を有していれば、洋上風力発電設備の部品の移動には、部品運搬用の船舶は必要ない。

洋上風力発電設備の部品および洋上作業設備１の移動が完了したら、洋上作業設備１の脚柱１０をデッキ２０に対して降下させ、脚柱１０を海底に着底させる。このとき、図１に示すように、デッキ２０が海面から離れて上方に位置するまで脚柱１０を降下させる。これにより、海象条件の影響を受けずに洋上風力発電設備を建設することができる。

脚柱１０を海底に着底させた後、デッキ２０上の部品をクレーン３０で吊り下げ、クレーン３０による洋上風力発電設備の組み立てを行う。クレーン３０は第１張り出し部２２に搭載されており、クレーン３０の作業範囲がより拡大されるので、スムーズな組み立てが可能である。

洋上風力発電設備の組み立て後、再び脚柱１０をデッキ２０に対して上昇させ、曳航用船舶によって洋上作業設備１を施工ヤードに帰還させる。

複数の洋上作業設備１を接続して、洋上設備の部品の荷役や組み立てのための、洋上設備建設用施工ヤードとして利用することもできる。図５に、複数の洋上作業設備１を利用した施工ヤードの平面図を示す。

図５に示す施工ヤードは、デッキ２０上で洋上設備の部品の荷役や組み立て行うことができるように、３基の洋上作業設備１を接続したものである。クレーン３０が第１張り出し部２２に搭載されているので、より広いデッキスペースを確保できる。また、クレーン３０が互い違いに位置するように洋上作業設備１を配置することで、同時に複数のクレーン３０を動作させた場合であっても互いに干渉することが抑制される。

施工ヤードは、プロジェクトごとに設置することができる。洋上作業設備１を施工ヤードとして利用することで、ヤード作業が終了したら、そのまま洋上作業設備１を洋上設備の建設海域に移動させ、洋上設備の建設を行うことができる。施工ヤードは、恒久設備として使用することもできる。このように、洋上作業設備１を施工ヤードとして利用することにより、洋上設備用の港湾設備の代用となり、施工ヤードを低コストでかつ短期に設置することができる。

以上、本発明について代表的な実施形態を例に挙げて説明した。本発明による洋上作業設備１は、メインデッキ部２１および脚柱１０を有する、自己昇降式作業台船あるいはジャッキアップ式掘削リグといった既存の洋上作業設備に対し、第１張り出し部２１およびクレーン３０を付加し、また必要に応じてさらに第２張り出し部２３を付加することによって構成することができる。「既存の洋上作業設備」とは、その洋上作業設備の目的とする機能を有するように既に組み立てられて存在している洋上作業設備の意味であり、本形態による洋上作業設備１は、そのような洋上作業設備を改造して構成することができる。

一般に、自己昇降式作業台船およびジャッキアップ式掘削リグ等の従来の洋上作業設備は、自己昇降式の脚柱、および脚柱に対して昇降可能に支持されたプラットフォーム（上述した本形態の洋上作業設備１におけるメインデッキ部２１に相当する）を有する。

そこで、既存の洋上作業設備を利用（改造）して本発明による洋上作業設備を構成することで、既存の洋上作業設備の構造の脚柱およびプラットフォームを利用してそれぞれ脚柱１０およびメインデッキ部２１を構成することができる。それにより、より簡便にかつ短い工期で洋上作業設備を得ることができ、結果的に、洋上作業設備の大幅なコストダウンが達成される。特に、既存のジャッキアップ式掘削リグを利用して洋上作業設備１を構成することにより、水深が９０ｍを超える海域での洋上施工時に脚柱を着底させることにより波による影響を受けず安定して施工を行うことのできる洋上作業設備をより簡便にかつ短い工期で得ることができる。

また、ジャッキアップ式掘削リグは、洋上で着底した状態で石油や天然ガスの掘削作業を行えるよう、船上掘削設備を有している。船上掘削設備は、プラットフォーム上に設置されたカンチレバーに搭載されている。ただし、カンチレバーは駆動機構によってプラットフォーム上を移動し、プラットフォームから乗り出した位置で掘削作業をする。そのような、駆動機構および船上掘削設備も含めたカンチレバー全体の荷重を支持するため、プラットフォームは、必要な強度を有する隔壁等の強度部材を支持構造として内部に持っている。

本形態はこの点に着目し、第１張り出し部２２を構成するに際して、既存のジャッキアップ式掘削リグが有しているカンチレバーの支持構造を利用している。すなわち、第１張り出し部２２は、カンチレバーの支持構造によって支持されて、メインデッキ部２１から張り出している。ここで、「カンチレバーの支持構造」とは、上述した、駆動機構および船上掘削設備も含めたカンチレバー全体の荷重を支持するためにプラットフォームが有している支持構造であり、具体的には、カンチレバー全体を支持するのに必要な強度を有する強度部材、例えば隔壁である。このように、ジャッキアップ式掘削リグに元々存在している支持構造を利用することで、例えば洋上風力発電設備のナセルなどの重量構造物を楊重可能なクレーン３０を搭載するのに十分な機械的強度を有する第１張り出し部２２を、新たに強度部材を追加することなく、元々存在している強度部材に合わせてより簡単に追加することができる。結果的に、洋上作業設備の大幅なコストダウンが達成される。

なお、上述のようにジャッキアップ式掘削リグのカンチレバーの支持構造を利用して第１張り出し部２２を構成する場合、ジャッキアップ式掘削リグのカンチレバーおよび船上掘削設備が撤去されて、カンチレバーの支持構造上に第１張り出し部２２が構成され、その上にクレーン３０が搭載される。したがって、洋上作業設備１は、もはや掘削リグとしては機能しない。

また、デッキ２０の機械的強度を向上させるためにデッキ２０を複層構造とする場合、既存の天壁をより高い機械的強度を有する天壁と交換することが一般的に考えられる。しかし、通常、天壁の下面には電気配線や給排水管などさまざまな構造物が取り付けられている。したがって、天壁を交換する場合はこれらの構造物も一緒に交換する必要がある。そこで、図４に示したように、天壁２０ａをそのまま残してその上方に第２天壁１２０ａを配置するようにしたことで、既存の電気配線および給排水管などを活用することができ、その結果、洋上作業設備１の建造工期を短縮するとともに、建造コストの上昇を抑制することができる。

１ 洋上作業設備
１０ 脚柱
２０ デッキ
２０ａ 天壁
２０ｂ 底壁
２０ｃ 外周壁
２０ｄ 隔壁
２１ メインデッキ部
２２ 第１張り出し部
２３ 第２張り出し部
３０ クレーン
１２０ａ 第２天壁
１２０ｃ 第２外周壁

Claims (7)

1. ３本以上の脚柱と、
   浮体構造物として構成され、前記脚柱に対して昇降可能に支持されたデッキと、
   前記デッキに搭載されたクレーンと、
   を有し、
   前記デッキは、前記脚柱が配置されるメインデッキ部と、前記メインデッキ部から張り出して形成された張り出し部と、を有する洋上作業設備であって、
   前記洋上作業設備は、前記メインデッキ部および前記脚柱を有する既存のジャッキアップ式掘削リグに前記張り出し部および前記クレーンを付加することによって構成され、
   前記張り出し部は、前記既存のジャッキアップ式掘削リグに搭載されている船上掘削設備のためのカンチレバーの支持構造を利用して、前記メインデッキ部に付加され、
   前記クレーンは前記張り出し部に搭載されている洋上作業設備。
2. 前記デッキは、浮体構造体として構成された第２張り出し部をさらに有する請求項１に記載の洋上作業設備。
3. 前記第２張り出し部は、前記メインデッキ部の幅員を超えない形状で前記メインデッキ部から張り出して形成されている請求項２に記載の洋上作業設備。
4. 前記第２張り出し部は、前記メインデッキ部と組み合わせた形状が、船首側から船尾側へ向かう方向に幅が広がる船形となるような形状で前記メインデッキ部から張り出して形成されている請求項２または３に記載の洋上作業設備。
5. 前記デッキは、天壁、底壁、外周壁および隔壁を有し、前記天壁、前記底壁および前記外周壁によって前記デッキに内部空間が形成され、前記隔壁によって前記内部空間が複数の区画に分けられる請求項１から４のいずれか一項に記載の洋上作業設備。
6. 前記天壁の上方に配置された第２天壁と、前記第２天壁を前記天壁と間隔をあけて支持する第２外周壁および第２隔壁とをさらに有する請求項５に記載の洋上作業設備。
7. 洋上作業設備の製造方法であって、
   ３本以上の脚柱、前記脚柱が配置され、前記脚柱に対して昇降可能に支持されたメインデッキ部、前記メインデッキ部に支持構造を介して支持されたカンチレバーおよび前記カンチレバーに配置された掘削設備を有するジャッキアップ式掘削リグを用意すること、
   前記ジャッキアップ式掘削リグから、前記カンチレバーおよび前記掘削設備を撤去すること、
   前記メインデッキ部から張り出して形成された張り出し部を、前記支持構造を利用して前記メインデッキ部に付加すること、および
   前記張り出し部にクレーンを搭載することを含む、洋上作業設備の製造方法。

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