JP2023048916A - 着床式洋上架台の構築方法、着床式洋上架台、及び洋上風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水深が４０ｍ～１２０ｍの海域に構築しながら、工期を短縮して製造コストと設置コストを低減する。【解決手段】着床式洋上架台の構築方法は、海底に設置された状態で粒状錘が積載される鋼鉄製の土台部と、円筒状の鋼管で形成されて、海底に設置された土台部に下端を連結した状態で、上端を洋上に突出させる全長を有する支柱部と、収容部に積載される所定量の粒状錘とを準備する準備工程と、土台部と支柱部と粒状錘とを着床式洋上架台の構築領域の洋上に運搬する運搬工程と、構築領域の海底面に、上面が水平面状に整地された基礎部を形成する基礎部形成工程と、土台部を海底に沈めて基礎部の上に設置する土台部設置工程と、支柱部を垂直姿勢で海中に沈めて、海底に設置された土台部のソケット筒部に支柱部の下端部を挿入して連結する支柱部設置工程と、土台部の収容部に粒状錘を積載する積載工程とを含んでいる。【選択図】図９

Description

本発明は、洋上に設置される着床式洋上架台とその構築方法、及び洋上風力発電装置に関し、とくに、水深を４０ｍ～１２０ｍとする海域に好適に構築される着床式洋上架台とその構築方法、及び着床式洋上架台を備える洋上風力発電装置に関する。

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。

洋上風力発電装置は、風力発電機を設置する洋上架台システムの設置方法として、浮体式と固定式（着床式）に大別される（特許文献１ないし３参照）。
浮体式の架台システムを備える洋上風力発電装置は、所定の深さ以上、例えば１００ｍ以上の水深を有する海域で設置可能であり、海面に浮かせた状態で使用するため、風力発電装置を同じ規格として多量生産が可能である。ただ、浮体式の風力発電装置の場合、架台システム自体も大型化する必要があって、個々の製造単価が高くなるため、採算が悪くなる問題点があった。また、浮体式の風力発電装置の場合、水深１００ｍ以下の海域に設置することは難しい。

これに対して、固定式の架台システムを備える洋上風力発電装置は、土台となる部分を海底に設置するので風力発電装置を安定して支持できる特長があるが、一方で、装置を設置する海域の水深によって、使用する架台システムのタイプによる種々の問題点がある。例えば、水深３５ｍ以下の海域では、モノパイルタイプの架台を備える風力発電装置が好適に採用されている。モノパイルタイプの架台は、１本の金属管の下端を海底に固定し、海面上に突出する上端側に風力発電機を配置して支持するので、製造コストを低減できる。ただ、モノパイルタイプの架台は、水深が３５ｍ以上になると、製造コストが高くなるため、採算が悪くなる問題点がある。

このため、水深が４０ｍ以上の海域では、鉄骨を組み立てたタワー（鉄塔）からなるジャケットタイプの架台を備える風力発電装置が好適に採用されている。このように、鉄塔からなるジャケットタイプの架台システムは、波の影響を受けにくくできる特長がある。また、ジャケットタイプの架台は、石油の採掘等に使用される鉄塔のように、その製造技術が確立されているため、水深がある程度深く（例えば４０ｍ以上）なっても、これに対応して製造することができる。ただ、石油の採掘に比べて風力発電では収益が少なく、採算が悪くなる問題点がある。とくに、ジャケットタイプの架台は、鉄塔の下端を海底に固定するために、太くて長いアンカーを地下深くに打設する必要があり、設置コストが極めて大きくなる。また、ジャケットタイプの架台は、鉄骨で製造されるので耐用年数が約２５年と短く、長期間にわたって使用できないため、風力発電装置を維持するためには、このジャケットを交換する必要があり、さらに採算が悪化してしまう。

特開２０１６－１１３９９６号公報 特開２００５－１８０２３９号公報 特開２００３－２０６８５２号公報 特開２０１７－２０３３０５号公報

さらに、着床式の基礎として特許文献４に、洋上施設の基礎が開示される。この公報に記載される洋上施設の基礎は、海底に設置される底版部と、底版部と一体に定着される鋼製桁部材を有する桁部と、底版部と分離自在に底板部上に配置される中詰材と、底版部から立ち上がる鋼管支柱であって、鋼管支柱の上端部に洋上施設のタワーの下端部が接続され、鋼管支柱の下方側面に鋼製桁部材の一端が接合される鋼管支柱と、底版部から外周側に一体に立設する側壁部とを備えている。この構造の基礎は、鋼製桁部材を介して鋼管支柱に一体的に固定された底版部の周囲に立設する側壁部を備えており、この底版部を海底に設置した状態で、底版部上に分離自在に配設される中詰材を充填して海底に設置する状態で鋼管支柱の上端を洋上に配置する構造としている。

ただ、以上の構造の基礎は、底版部を鉄筋コンクリート製とするため、底版部の製造に時間がかかる欠点がある。それは、型枠を設置した状態でコンクリートを打設した後、コンクリートが降下するのに時間を要するからである。このため、この基礎は、短期間で構築することができず、構築にかかるコストを低減できない問題点がある。また、この公報には、底版部として鋼製であっても良い旨が記載される。ところが、底版部を鋼製とすると、全体の重量が軽くなるため、水深の深い海底に沈降できない問題点がある。とくに、この底版部は、鋼管支柱の下端を重り部として底版部に一体的連結しているので、鋼管支柱の内部には中空部が形成される構造となっている。この構造の基礎を海底に沈めようとすると、水深が浅い場合には沈降できるが、水深が深くなると、中空状の支柱にはたらく浮力が大きくなるため、スムーズに海底に沈降できない問題点がある。とくに、底版部を鋼製とすると、ますます重量が軽くなって水深の深い海底に沈降できなくなる。このため、この公報に記載される基礎は、水深が４０ｍ以下の海域においては実施できても、水深を４０ｍ以上とする海域においては有効に活用できなくなる。

特に、近年では風力発電機として発電電力が１０ＭＷ以上のものが主流となりつつ有り、このような大型の風力発電機を支持する基礎としては、鋼管支柱の外径を大きくする必要がある。困ったことに外径の大きな鋼管支柱では、さらに浮力が大きくなるため、ますます水深の深い海域では利用が困難になってしまう問題点がある。

以上のように、水深が４０ｍ～１２０ｍの海域においては、風力発電装置の架台として未だ有効な技術が確立されていないのが現状である。とくに、海岸線が長く、急深な沿岸域の多い日本においては、風況に適した海域として中水域の海域も多く、これらの海域における経済性の高い方式の実用化・普及が急務となっている。

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、水深が４０ｍ～１２０ｍの海域においても構築可能であって、工期を短縮して製造コストと設置コストを低減できる着床式洋上架台とその製造方法、及び洋上発電装置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

本発明のある態様に係る着床式洋上架台の構築方法は、風力発電機を洋上に設置するための着床式洋上架台の構築方法である。この構築方法は、海底に設置された状態で粒状錘が積載される鋼鉄製の土台部であって、海底に設置される底板部と、底板部の中央部に固定されて、支柱部の下端部が挿入されて連結されるソケット筒部と、ソケット筒部の側面と底板部の上面に固定されて、ソケット筒部を底板部に固定する複数の固定壁部と、底板部の外周に沿って立設されて、内側に粒状錘の収容部を形成する周壁部と、を備える土台部と、円筒状の鋼管で形成されて、海底に設置された土台部に下端を連結した状態で、上端を洋上に突出させる全長を有する支柱部と、収容部に積載される所定量の粒状錘と、を準備する準備工程と、土台部と支柱部と粒状錘とを着床式洋上架台の構築領域の洋上に運搬する運搬工程と、構築領域の海底面に、上面が水平面状に整地された基礎部を形成する基礎部形成工程と、土台部を海底に沈めて基礎部の上に設置する土台部設置工程と、支柱部を垂直姿勢で海中に沈めて、海底に設置された土台部のソケット筒部に支柱部の下端部を挿入して連結する支柱部設置工程と、土台部の収容部に粒状錘を積載する積載工程とを含んでいる。

上記方法によれば、底板部の中央部にソケット筒部を備える土台部を海底に設置した後、鋼管で形成された支柱部を海中に沈めて、支柱部の下端部をソケット筒部に挿入して土台部に連結するので、土台部と支柱部とを別工程で海中に沈めることで、構築海域の水深に起因する悪影響を抑制しながら、土台部と支柱部を速やかに沈降させて定位置に設置できる。とくに、土台部と支柱部とを別部材として製造することで、製造や運搬にかかる時間と費用を低減でき、構築にかかる工期を短縮してコストを削減できる。また、土台部を鋼鉄製とすることで、従来のように、コンクリートで基礎を構築する構造に比べて、土台部の製造にかかる手間と時間を低減して、土台部の製造コストを大幅に削減できる。さらにまた、土台部は、周壁部の内側に形成された収容部に粒状錘を積載することにより粒状錘の重量で定位置に保持されて支柱部を垂直姿勢に保持するので、土台部と粒状錘とを別々に運搬することで、運搬にかかるコストを低減しながら、多量の粒状錘であっても、容易に運搬して積載できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台の構築方法は、支柱部設置工程の後工程として、ソケット筒部に挿入された支柱部の下端部の内部に水中コンクリートを充填するコンクリート充填工程を含んでいる。上記方法によると、水中で連結される土台部のソケット筒部と支柱部の下端部とを水中コンクリートを介して一体的に固定できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台の構築方法は、積載工程が、土台部設置工程の前工程として、または土台部設置工程において、収容部に粒状錘を積載する第１積載工程と、土台部設置工程の後工程として、収容部に粒状錘を積載する第２積載工程とを含んでいる。

上記方法によると、土台部を海底に沈める前工程として、または、土台部を海底に沈める工程において、第１積載工程として収容部に粒状錘を積載し、土台部を海底に沈めた後、第２積載工程として収容部に粒状錘を積載するので、多量の粒状錘を分割して収容部に積載できる。とくに、第１積載工程では、洋上又は海面近くにおいて収容部に粒状錘を積載できるので、能率良く、しかも正確に多量の粒状錘を収容部に積載できる。また、収容部に粒状錘を積載して重量を大きくした状態で土台部を海底に沈降させるので、降下する土台部にはたらく潮流等の影響を抑制しながら正確な位置に速やかに沈降できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台の構築方法は、準備工程において、土台部の底板部の外周に沿って立設される周壁部を底板部に水密に連結して、土台部全体を上方開口の箱形に形成し、運搬工程において、土台部を海面上に浮かせた状態で曳航して構築領域の洋上まで運搬する。上記方法によると、土台部を海面上に浮かせた状態で曳航して運搬できるので、運搬にかかる時間を短縮しながら、運搬コストを低減できる。

本発明のある態様に係る着床式洋上架台は、風力発電機を洋上に設置するための着床式洋上架台であって、海底に配置される鋼鉄製の土台部と、下端を土台部に連結して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されてなる円筒状の鋼管で形成された支柱部と、土台部に積載される粒状錘を収容するための収容部とを備えている。土台部は、海底に設置される底板部と、底板部の中央部に固定されて、支柱部の下端部が挿入されて連結されるソケット筒部と、ソケット筒部の側面と底板部の上面に固定されて、ソケット筒部を底板部に固定する複数の固定壁部と、底板部の外周に沿って立設されて、内側に収容部を形成する周壁部とを備えている。土台部は、収容部に積載される粒状錘によって定位置に保持されると共に、ソケット筒部に連結された支柱部を鉛直姿勢に保持するよう構成している。

上記構成によれば、海底に配置される土台部が、鋼管で形成される支柱部の下端部が挿入されるソケット筒部を底板部の中央部に備え、支柱部の下端部をソケット筒部に挿入して支柱部と土台部とを連結するので、土台部と支柱部とを別々に製造して運搬でき、製造コストと輸送コストを低減できる。また、設置時においては、構築海域の水深による悪影響を抑制しながら、土台部と支柱部とを別々に海中に沈めて連結できるので設置作業を容易にして、工期を短縮できると共に、構築にかかる費用を低減できる特長が実現できる。また、土台部を鋼鉄製とすることで、従来のように、コンクリートで基礎を構築する構造に比べて、土台部の製造に係る手間と時間を低減して、土台部の製造コストを大幅に削減できる。さらにまた、土台部は、底板部の外周に沿って立設した周壁部の内側に形成された収容部に粒状錘を積載することにより粒状錘の重量で定位置に保持されて支柱部を垂直姿勢に保持するので、土台部と粒状錘とを別々に運搬することで、運搬にかかるコストを低減しながら、多量の粒状錘であっても、容易に運搬して積載できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、土台部のソケット筒部が、上方に向かって内形が次第に大きくなるテーパー形状で、支柱部の下端部が、下端に向かって外形が次第に小さくなるテーパー形状である。上記構成によると、下端に向かって次第に外形が小さくなる支柱部の下端部を、上方に向かって次第に内形が大きくなるソケット筒部に対して、簡単かつ確実に案内して連結作業を容易にできる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、土台部が海底に設置された状態で、ソケット筒部に挿入される支柱部の下端部の内部に水中コンクリートを充填している。上記構成によると、水中で連結される土台部のソケット筒部と支柱部の下端部とを水中コンクリート介して一体的に連結できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、土台部が、ソケット筒部の中央部に水中コンクリートに埋設される第１のアンカー部を備えており、支柱部が、下端部の内側に水中コンクリートに埋設される第２のアンカー部を備えている。上記構成によると、ソケット筒部に挿入される支柱部の下端部に充填される水中コンクリートに埋設される第１のアンカー部及び第２のアンカー部を介して土台部と支柱部の下端部とを確実に固定できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、周壁部が、底板部と分離可能な筒体であって、底板部の上面に載置されて定位置に配置されている。上記構成によると、周壁部を底板部と分離可能な筒体とすることで、周壁部を底板部に対して溶接等により固定することなく、底板部の上面に載置して定位置に配置できる。このため、土台部の製造時間と製造コストをさらに低減できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、土台部の周壁部の平面視における外形が、多角形状または方形状である。上記構成によると、土台部の周壁部の平面視における外形を多角形状または方形状とするので、鋼鉄製の底板部の外形を直線形状に加工できると共に、鋼鉄製の平板を使用して周壁部を形成できるので製造コストを低減できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、土台部の周壁部の平面視における外形が、円形状である。上記構成によると、土台部の平面視を円形状とすることで、土台部に対して潮流を方向性なく作用させて受け流すことができる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、収容部に積載される粒状錘が、砂利、砕石、鉱石、スラグのいずれかである。上記構成により、粒状錘を、砂利、砕石、鉱石、スラグのいずれかとすることで、収容部内への粒状錘の充填が容易となる上、粒状錘を除去する際には、サクションや水中ポンプ等の吸引装置を使用して効率よく粒状錘を吸引して除去できる。また、粒状錘をスラグとする構造においては、廃棄物として多量に発生するスラグを有効利用しながら、製造コストを低減できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、土台部の外径が２０ｍ以上で、支柱部の全長が５０ｍ以上である。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、土台部を、水深４０ｍ～１２０ｍの海底に設置している。上記構成によると、支柱部と土台部とを別部材とすることで、支柱部と土台部とを別々に水中に沈めて連結できるので、鋼管で形成される支柱部に作用する浮力の影響を最小限にしながら、水深が４０ｍ～１２０ｍの海域においても設置作業を容易にできる。

本発明のある態様に係る着床式洋上架台を備える洋上風力発電装置は、以上のいずれかに記載の着床式洋上架台と、支柱部の上端に設置された風力発電機とを備えている。

本発明の実施形態１に係る洋上風力発電装置の一部断面概略正面図である。 図１に示す洋上風力発電装置の着床式洋上架台の一部断面概略正面図である。 図２に示す着床式洋上架台の拡大断面図である。 図３に示す着床式洋上架台の拡大断面斜視図である。 図３に示す着床式洋上架台の土台部の斜視図である。 土台部の他の一例を示す斜視図である。 土台部の板の一例を示す分解斜視図である。 土台部の他の一例を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる着床式洋上架台の構築方法を示す工程図である。 積載工程の他の一例を示す工程図である。

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を洋上に設置するための架台であって、主として、水深を４０ｍ～１２０ｍとする海洋上に風力発電機を設置するための架台である。ただ、着床式洋上架台は、風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を設置することもできる。

（実施形態１）
図１は実施形態１に係る着床式洋上架台９の上に風力発電機６を設置した洋上風力発電装置１００の設置状態を示す一部断面概略正面図である。図２ないし図５は、図１に示す洋上風力発電装置１００の着床式洋上架台９を示す図であって、図２は一部断面概略正面図を、図３及び図４は土台部１と支柱部２との連結構造を示す拡大断面図と拡大断面斜視図を、図５は土台部１の斜視図をそれぞれ示している。これらの図に示す着床式洋上架台９は、海底に配置される土台部１と、下端を土台部１に連結して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されてなる支柱部２と、土台部１に積載される粒状錘５を収容するための収容部４とを備えている。

（土台部１）
土台部１は、海底に設置される底板部１１と、底板部１１の中央部に固定されて、支柱部２の下端部２Ｂが挿入されて連結されるソケット筒部１２と、ソケット筒部１２の側面と底板部１１の上面に固定されて、ソケット筒部１２を底板部１１に固定する複数の固定壁部１３と、底板部１１の外周に沿って立設されて、内側に収容部４を形成する周壁部１４とを備えている。土台部１は、底板部１１、ソケット筒部１２、固定壁部１３、及び周壁部１４を鋼鉄製としている。具体的には、鋼鉄製の複数の板材を切断、接合することで所定の形状に形成している。このように、土台部１を鋼鉄製とする構造は、土台部の製造にコンクリートを使用する従来の構造に比較して、製造にかかる時間を大幅に短縮して、製造コストを低減できる特長がある。

底板部１１は、所定の面積を有する鋼鉄製の平板である。底板部１１は、例えば、複数枚の鋼板を連結して所定の面積としている。底板部１１は、海底に形成される基礎部３の上面に設置されて定位置に配置される。底板部１１は、水深４０ｍ～１２０ｍの海底に設置された状態で、中心部に垂直姿勢で連結される支柱部２を起立姿勢で支持できるように十分に大きな面積に形成される。底板部１１は、例えば、最大外径を２５ｍ以上であって、好ましくは３０ｍ以上として、支柱部２を安定して支持できる。ただ、底板部１１は、大きすぎると製造コストや運搬コストが高くなると共に、海底に形成される基礎部３を広くする必要があるので、最大外径を５０ｍ以下であって、好ましくは４５ｍ以下とする。また、底板部１１は、十分な強度を有するように、鋼板の厚さを１～５ｃｍであって、たとえば、２～３ｃｍとする。

図５に示す底板部１１は、一辺を３０ｍ～４５ｍとする方形状であって、外形を正方形状としている。ただ、底板部１１は、長方形とすることも、図６と図７に示すように、円形状とすることも、図８に示すように多角形状とすることもできる。図８に示す底板部１１は、正八角形状としている。なお、円形状の底板部１１においては、直径が最大外径であり、多角形状の底板部１１においては、最大の対角線を最大外径とする。

ソケット筒部１２は、略円筒状に形成された鋼鉄製の周壁１２Ａで形成されており、底板部１１の上面の中央部に上方開口の姿勢で固定されている。ソケット筒部１２は、内側に支柱部２の下端部２Ｂを挿入できるように、支柱部２の下端部２Ｂの外周面に沿う内面形状としている。図に示すソケット筒部１２は、上方に向かって内形が次第に大きくなるテーパー形状、すなわち、その内面形状を逆円錐台の側面に沿う形状としており、支柱部２の下端部２Ｂを下端に向かって外形が次第に小さくなるテーパー形状として、この形状の支柱部２を挿入しやすくしている。とくに、図３に示すソケット筒部１２は、支柱部２の下端部２Ｂをソケット筒部１２に挿入して、支柱部２の下端が底板部１１に当接する状態で、支柱部２の下端部２Ｂの外周面がソケット筒部１２の内周面に密着する嵌合構造で連結されるようにしている。このように、ソケット筒部１２の内形を、支柱部２の下端部２Ｂの外形に沿う形状として、互いに嵌合状態で連結される構造とすることで、支柱部２の下端部２Ｂを簡単かつ確実にソケット筒部１２に案内しながら、隙間なく連結できる特長がある。ただ、ソケット筒部と支柱部の下端部は必ずしも嵌合するテーパー形状とする必要はなく、互いに嵌合する円筒状とすることもできる。

ソケット筒部１２は、円筒状の支柱部２の下端部２Ｂを内側に挿入した状態で、支柱部２を安定して支持できるように、周壁１２Ａの厚さを３ｃｍ～１０ｃｍ、好ましくは４ｃｍ～８ｃｍとする。また、ソケット筒部１２は、周壁１２Ａの高さを支柱部２の外径よりも大きく、例えば、支柱部２の外径の１．２倍～２倍とする。ソケット筒部１２は、周壁１２Ａの高さを高くして周壁１２Ａを厚くすることで、安定して支柱部２を支持できる。ただ、ソケット筒部１２は、周壁１２Ａを高くして厚くすると製造コストが高くなるので、好ましくは前述の範囲とする。

ソケット筒部１２は、複数の固定壁部１３を介して底板部１１に固定される。図に示す固定壁部１３は、鋼板を所定の形状、図においては略台形状の四角形に切断したもので、底辺を底板部１１の上面に固定すると共に、一方の側縁をソケット筒部１２の側面である周壁１２Ａの外周面に固定してソケット筒部１２を底板部１１の定位置に固定している。ソケット筒部１２の側面に固定される側縁は、ソケット筒部１２の軸方向に延長して固定されており、固定壁部１３を底板部に対して垂直な起立姿勢となるように固定している。図に示す土台部１は、底板部１１の中心部に配置されるソケット筒部１２の外周面から放射状に延びる複数の固定壁部１３を介して、底板部１１にソケット筒部１２を固定している。このように、ソケット筒部１２から放射状に配置された複数の固定壁部１３を介してソケット筒部１２を底板部１１に固定する構造は、支柱部２からソケット筒部１２に作用する力を分散させることができ、優れた強度を実現できる。

固定壁部１３は、好ましくは、溶接により底板部１１とソケット筒部１２に接合される。固定壁部１３は、その面積を大きくして、底板部１１との接合部を長くし、ソケット筒部１２との接合部を長くすることで、ソケット筒部１２と底板部１１との連結強度を強くでき、固定壁部１３の厚さを厚くすることで、荷重や応力に対する強度を強くできる。固定壁部１３は、例えば、その厚さを１ｃｍ～３ｃｍとし、底板部１１との接合長さを底板部１１の最大外径の１／５以上、好ましくは１／４以上とし、ソケット筒部１２との接合長さをソケット筒部１２の高さの１／２以上、好ましくは２／３以上とする。

周壁部１４は、底板部１１の外周に沿って立設されて、その内側に粒状錘５を積載するための収容部４を形成している。図５と図６に示す土台部１は、底板部１１の外周縁部に沿って、底板部１１の外形に等しい平面形状を有する周壁部１４を設けている。図５に示す周壁部１４は、所定の高さを有する周壁であって平面視を正方形状としている。平面視を正方形状とする周壁部１４は、所定の長さと幅を有する複数枚の鋼板を長さ方向に接合すると共にコーナー部で直角に接合して所定の形状に形成される。図６に示す周壁部１４は、所定の高さを有する周壁の平面形所を円形状としている。平面視を円形状とする周壁部１４は、所定の長さと幅を有する複数枚の鋼板を所定の曲率半径で湾曲すると共に、複数の鋼板を互いに接合して連結することで円形状に形成される。周壁部１４の高さは、内側に形成される収容部４の容積を決定するので、土台部１に要求される重量を考慮して、言い換えると、収容部４に充填される粒状錘５の総重量が最適な重量となるようにその高さが決定される。周壁部１４は、例えば、ソケット筒部１２の高さ以下であって、例えば、４ｍ～１０ｍ、好ましくは５ｍ～８ｍとする。ただ、収容部に充填して積載される粒状錘の総重量は、収容部の容積だけではなく、粒状錘の密度によっても変化するので、これらのことも考慮して周壁部１４の高さを決定する。

図５と図６に示す土台部１は、底板部１１の外周に沿って立設された周壁部１４を溶接して底板部１１に固定している。図５と図６に示す土台部１は、底板部１１の外形を周壁部１４の外形よりも一回り大きくして、外側に突出するフランジ部１５を設けている。これにより、周壁部１４は、例えば、下端縁の内側と外側の両方の境界部分を底板部１１に溶接して底板部１１に対して強固に接合できる。さらに、図に示す周壁部１４は、内側に沿って配設された複数の固定リブ１６を介して底板部１１に固定している。これにより、周壁部１４を垂直姿勢として底板部１１に対してより強固に固定できる。このように、周壁部１４を全周にわたって底板部１１に溶接する構造は、周壁部１４と底板部１１とを水密に連結して、土台部１全体の外観を上方開口の箱形とすることができる。この構造の土台部１は、工場で製造された後、構築領域に運搬する際には、土台部１全体を海面上に浮かせた状態で曳航して運搬できる。したがって、運搬にかかる手間や時間、運搬コストを低減できる特長がある。

ただ、周壁部は、必ずしも底板部１１に溶接する必要はなく、また、底板部１１に固定する必要もない。例えば、図７及び図８に示すように、円形状または正多角形状に形成された周壁部１４を、底板部１１に固定することなく、底板部１１の上面に載置して定位置に配置することもできる。図７に示す土台部１は、複数の固定壁部１４の内、互いに直交して直径方向に延びる４枚の固定壁部１３の先端を周壁部１４の内周面まで延長することで、また、図８においては、多角形状の周壁部１４の対角線方向に延びる４枚の固定壁部１３の先端を周壁部１４のコーナー部の内周面まで延長することで、これらの固定壁部１３を介して周壁部１４を位置決めしながら定位置に載置できるようにしている。これらの構造では、周壁部１４は底板部１１には固定されないが、鋼鉄製の周壁部１４は海水に対する比重が大きいため、海中においてもその自重で底板部１１に接近した状態に保持されて周壁部１４が底板部１１から脱落することはない。また、周壁部１４の内側に形成される収容部４に積載される粒状錘５の重みで倒れることもない。このように、周壁部１４を底板部１１に対して非固定状態で配置する構造は、さらに、製造コストを低減できる。

さらに、底板部１１に固定する周壁部１４は、必ずしも溶接により底板部１１に固定する必要はなく、図８の鎖線で示すように、底板部１１に固定プレート１７を固定し、この固定プレート１７にボルト等の連結具を介して固定することもできる。さらに、図８に示す周壁部１４は、複数の鋼板１４Ａを溶接して接合することなく、連結プレート１８を介して連結する構造を示している。このように、複数の鋼板１４Ａを連結プレート１８で連結する構造は、ボルト等の連結具を介して、簡単に連結できる特長がある。とくに、隣り合う鋼板１４Ａ同士の相対的な角度を連結プレート１８で特定しながら正確に連結できる。以上のように、底板部１１に対して非固定状態で載置される周壁部１４や複数の鋼板１４Ａを連結プレート１８で連結する構造の周壁部１４は、必ずしも工場内で土台部１として組み立てる必要はなく、洋上の作業船上において組み立てることもできる。

（支柱部２）
支柱部２は、図１及び図２に示すように、上下方向に延長された柱状であって、下端を海底５０に設置された土台部１に連結すると共に、上端を洋上に突出させる鉛直姿勢として海中に配置している。支柱部２は、円筒状の鋼管で形成されており、下端が海底に設置された土台部１に連結された状態で、上端が洋上に突出する全長を有している。図１と図２に示す支柱部２は、海中に配置される本体部２Ａの下端部２Ｂを土台部１を連結し、海面上に突出する突出部２Ｃの上端に風力発電機６を固定している。支柱部２は、上端を海面から１０ｍ～１５ｍ突出させる姿勢で配置している。したがって、支柱部２の全長は、設置場所の水深よりも１０ｍ～１５ｍ長くなるようにしている。例えば、水深を８０ｍとする海域に設置される着床式洋上架台９においては、支柱部２の全長を９０ｍ～９５ｍとして、上端部を海面上に１０ｍ～１５ｍ突出させる。

支柱部２は、上端に設置される風力発電機６を安定して支持するために要求される強度を考慮して最適な外径に設計される。支柱部２の外径は、支柱部２の上に設置する浮力発電機６の規格や、着床式洋上架台９を設置する海域の水深によっても変更される。例えば、図１に示すように、水深４０ｍ～１２０ｍの海域に設置されて、発電量を１０ＭＷ～１５ＭＷとするサイズの風力発電機６を支持する支柱部２は、外径を大きくすることで安定して支持できる。一例として、水深５０ｍ～１００ｍの海域に設置される着床式洋上架台９においては、支柱部２の外径を５ｍ～１２ｍ、好ましくは６～１０ｍとすることができる。さらに、支柱部２の厚さは、例えば、これを構成する鋼管の厚さであって、例えば、３ｃｍ～１０ｃｍ、好ましくは４ｃｍ～８ｃｍとする。

図１及び図２に示す支柱部２は、所定の外径を有する円筒状の鋼管で形成されている。円筒状の鋼管で形成される支柱部２は、図示しないが、複数本の鋼管を連結して所定の長さに形成される。支柱部２は、たとえば、長さを１０ｍ～数十ｍとする鋼管を複数本連結して、所定の全長としている。各々の鋼管は、対向する端縁同士を溶接して連結し、あるいは端縁に沿って外側に突出するフランジ部を設けて、対向するフランジ部同士を連結具を介して連結することで、複数の鋼管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２を複数の鋼管で形成する構造は、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。複数の鋼管で形成される支柱部２は、鋼管の内部全体を一つの空洞として、支柱部２を海中に沈める際には、内部に海水を浸入させる構造とする。これにより、構築領域の水深に関係なく、全長の長い支柱部２であっても速やかに沈降させて海中に設置できる。

海中に垂直姿勢で沈降される支柱部２は、海底に設置された土台部１のソケット筒部１２に下端部が挿入されて連結される。図３と図４に示すソケット筒部１２は、前述のように、上方に向かって内形が次第に大きくなるテーパー形状としているので、支柱部２の下端部２Ｂは、下端に向かって外形が次第に小さくなるテーパー形状として、その外周面の形状を逆円錐台の側面に沿う形状としている。とくに、図３に示す支柱部２は、下端部２Ｂをソケット筒部１２に挿入して、下端が底板部１１に当接する状態で、支柱部２の下端部２Ｂの外周面がソケット筒部１２の内周面に密着する嵌合構造で連結されるようにしている。このように、支柱部２の下端部２Ｂの外形を、ソケット筒部１２の内形に沿う形状として、互いに嵌合状態で連結される構造とすることで、支柱部２の下端部２Ｂを簡単かつ確実にソケット筒部１２に案内しながら、隙間なく連結できる特長がある。ただ、支柱部の下端部をテーパー形状とすることなく円筒状として、円筒状のソケット筒部に挿入することもできる。

以上のように、土台部１が海底に設置された状態で、下端部２Ｂがソケット筒部１２に挿入される支柱部２は、外周面がソケット筒部１２の内周面に密着することで安定して連結されるが、さらに、支柱部２とソケット筒部１２の連結部には、図３に示すように、水中コンクリート２０を充填して固定することもできる。ここで、支柱部２は、海中においてソケット筒部１２に連結されるので、支柱部２の内部には海水が充満している。したがって、ソケット筒部１２と支柱部２との連結部の内部に充填するコンクリートには、水中コンクリート２０を使用する。水中コンクリート２０は、例えば、洋上からパイプを介して圧送されて、支柱部２の下端部２Ｂの内部に充填される。

図３と図４は、支柱部２の下端部２Ｂと土台部１のソケット筒部１２との連結部を示す図であって、図３は支柱部２の下端部２Ｂの内側に水中コンクリート２０を充填した状態を示す断面図を、図４は互いに連結される支柱部２とソケット筒部１２の内部構造を示す分解断面斜視図をそれぞれ示している。これらの図に示す土台部１と支柱部２は、水中コンクリート２０に埋設される第１のアンカー部２１と第２のアンカー部２２とを備えており、水中コンクリート２０に埋設される第１のアンカー部２１及び第２のアンカー部２２を介して土台部１と支柱部２とをより強固に固定している。

土台部１は、ソケット筒部１２の中央部に水中コンクリート２０に埋設される第１のアンカー部２１を設けている。第１のアンカー部２１は、ソケット筒部１２の中央部において、底板部１１から上方に突出する姿勢で設けられている。図の第１のアンカー部２１は、複数の鉄骨を井形に組み合わせると共に、支持材となる鉄骨を介して底板部１１の上面から所定の高さに突出するように底板部１１に固定されている。この第１のアンカー部２１は、ソケット筒部１２に挿入される支柱部２の下端部２Ｂに干渉しない位置に設けている。

支柱部２は、下端部２Ｂの内側に水中コンクリート２０に埋設される第２のアンカー部２２を設けている。第２のアンカー部２１は、支柱部２の下端部２Ｂにおいて、内面から内側に突出する姿勢で設けられている。図の第２のアンカー部２１は、支柱部２の下端部の対向する内面を互いに連結してなる複数の鉄骨を井形に組み合わせたもので、上下に複数段に設けている。この第２のアンカー部２２も、支柱部２の下端部２Ｂをソケット筒部１２に挿入する状態で、ソケット筒部１２の内側に設けた第１のアンカー部２１に干渉しない位置に設けている。以上の構造によると、ソケット筒部１２に支柱部２の下端部２Ｂが挿入された状態で内部に充填される水中コンクリート２０に第１のアンカー部２１及び第２のアンカー部２２を埋設することで、土台部１と支柱部２の下端部２Ｂとを確実に固定できる。さらに、支柱部２の下端部２Ｂの内側に水中コンクリート２０を充填する構造は、水中コンクリート２０を重り部として支柱部２の重心を下方に配置して、支柱部２をより安定して鉛直姿勢に保持できる特長もある。

図に示す第１のアンカー部２１及び第２のアンカー部２２は、その一例であって、以上の構造に特定しない。第１のアンカー部２１及び第２のアンカー部２２は、水中コンクリート２０に埋設されて土台部１や支柱部２を水中コンクレート２０に固定できる他の全て構造とすることができる。さらに、第１のアンカー部２１と第２のアンカー部２２は、両方またはいずれか一方に鉄筋を配設し、鉄筋コンクリートとしてより強固に土台部１と支柱部２とを固定することもできる。

さらに、支柱部２は、垂直姿勢に安定して保持するために、一部を中空状とすることもできる。円筒状の鋼管で構成される支柱部２は、海中に配置される本体部２Ａにおいて、内部を中空とする領域を設けて中空部２３を形成することができる。支柱部２は、例えば、海中に配置される本体部２Ａの上部において内部の海水を排水することで、支柱部２の上部に中空部２３を設けることができる。この構造は、支柱部２に充満された海水の一部をポンプ等の吸引機構で吸い上げて排水することで、支柱部２の上部に簡単に中空部２３を設けることができる。このように中空部２３を備える支柱部２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できるので、土台部１にはたらく荷重を低減できる。例えば、厚さを６ｃｍ、外形を約６ｍとする鋼管からなる支柱部２においては、海面から２０ｍ分の海水を排水することで、５００ｔ以上の荷重を低減することができる。さらに、支柱部２の上部に中空部２３を設けることで、支柱部２にはたらく浮力の中心である浮心に対して、支柱部２の重心を低い位置に配置することができ、上下方向に延長して配置される支柱部２を安定して鉛直姿勢に保持できる特長がある。

（粒状錘５）
以上のように、海底に設置された土台部１は、支柱部２の下端部がソケット筒部１２に挿入されて連結されると共に、粒状錘５が積載されて定位置に保持される。土台部１は、周壁部１４の内側に、粒状錘５を収容する収容部４を形成している。収容部４に充填される粒状錘５は、所定の大きさの粒状に形成された錘であって、例えば、砂利、砕石、鉱石、スラグ等が使用できる。粒状錘５は、好ましくは鉄鉱石またはスラグとする。粒状錘５を鉄鉱石とする場合、比重が約３．４と高いので容積を少なくしながら十分な重量を確保することができる。また、鉄鉱石から流出する鉄分が海藻の養分となるため、周囲における生物の生育環境を改善できる効果もある。また、粒状錘をスラグとする場合、廃棄物として多量に発生するスラグを有効利用しながら、製造コストを低減できる。

粒状錘は、その外径を１００ｍｍ以下であって、好ましくは、６０ｍｍ以下とする。粒状錘５は、砂利、砕石、鉱石、スラグのいずれかとし、とくに、砕石、鉱石、スラグについては以上の外径とすることで、収容部４内への充填を容易にできる特長がある。また、粒状錘を除去する際には、サクションや水中サンドポンプ等の吸引装置を使用して効率よく吸引して除去できる。とくに、吸引装置は、水搬工法によりスラリー輸送することで、外径を数ｃｍとする粒状の砂利や砕石、鉱石、スラグ等であっても容易に吸引して運搬することができる。

（プラットホーム２４）
プラットホーム２４は、風力発電機６を洋上の所定の位置に配置するための設置台であって、上端部を洋上に突出させるように配置された支柱部２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プラットホーム２４は、上面に風力発電機６が設置される。さらに、プラットホーム２４は、風力発電機６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、あるいは風向計、風量計、風力計等の風況観測機が挙げられる。

以上の構造の着床式洋上架台９は、図１に示すように、支柱部２の上端に風力発電機６が設置されて洋上風力発電装置１００として使用される。図示しないが、着床式洋上架台９は、支柱部２の上端に風況観測機を設置して、洋上風況観測装置として使用することもできる。

（風力発電機６）
風力発電機６は、図１に示すように、風力を受けて回転する風車６０と、回転する風車６０の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機（図示せず）と、発電機を収納しているナセル６３と、ナセル６３を所定の高さに配置するためのタワー６４とを備えている。風車６０は、複数のブレード６１を備えており、中心に設けたハブ６２に複数のブレード６１を等間隔で固定している。風力発電機６は、タワー６４の基部が支柱部２の上端に固定されて、着床式洋上架台９の上に所定の姿勢で設置される。図に示す洋上風力発電装置１００は、タワー６４の基部であって、支柱部２の上端の外周に沿って作業用のプラットホーム部２３を設けている。

以上の着床式洋上架台９は、以下の工程で構築される。
［準備工程］
この工程では、海底に配置される鋼鉄製の土台部１と、円筒状の鋼管で形成されて、下端を土台部１に連結した状態で上端を洋上に突出させる全長を有する支柱部２と、収容部４に積載される所定量の粒状錘５とを準備する。鋼鉄製の土台部１は、図３～図５に示すように、海底に設置される底板部１１と、底板部１１の中央部に固定されて、支柱部２の下端部が挿入されて連結されるソケット筒部１２と、ソケット筒部１２の側面と底板部１１の上面に固定されて、ソケット筒部１２を底板部１１に固定する複数の固定壁部１３と、底板部１１の外周に沿って立設されて、内側に収容部４を形成する周壁部１４とを備える構造に製造される。粒状錘５は、収容部４に積載される所定量であって、収容部４に充填された状態で、土台部１及び支柱部２を定位置に保持できる重量となる量を準備する。粒状錘５には、例えば、所定の大きさに粉砕された鉄鉱石を使用する。以上の準備工程では、土台部１及び支柱部２は、工場にて製造される。

［運搬工程］
準備工程で準備された土台部１と支柱部２と粒状錘５とを着床式洋上架台９が構築される構築領域の洋上に運搬する。このとき、準備工程で製造された土台部１であって、底板部１１の外周に沿って立設される周壁部１４を底板部１１に水密に連結して、全体を上方開口の箱形に形成してなる土台部１は、運搬工程において、土台部１を海面上に浮かせた状態で曳航して構築領域の洋上まで運搬することができる。さらに、鉄鉱石である粒状錘５は、砕石運搬船で運搬する。

［基礎部形成工程］
図９の（Ａ）で示すように、着床式洋上架台９を構築する領域の海底において、土台部１を設置するための基礎部３を形成する。基礎部３は、土台部１が設置される海底の表面状態を良好にして、その上面に土台部１を安定して載置するために海底面５０に形成される。基礎部３は、例えば、基礎捨石層３１の外形を、土台部１の外形よりも１～１０ｍ、好ましくは３～５ｍ大きくなるように形成する。基礎部３は、土台部１を水平姿勢で載置できるように、上面を水平面状に整地する。基礎部３は、図２及び図３に示すように、土台部１が設置される領域全体を海底面５０に対して所定の深さに掘削し、一段低く形成された掘削部３０に捨石３２を敷設して設けた基礎捨石層３１と、基礎捨石層３１の上面に配置された被覆部材３３とを備えている。基礎捨石層３１は、掘削部３０に敷設される多数の捨石３２を所定の厚さとなるように積層すると共に、上面を均して平面状としている。平面状に均された基礎捨石層３１の上面には、被覆部材３３を敷設している。被覆部材３３は、津波による押し波や引き波で基礎捨石層３１を構成する捨石３２や砂、土砂が流出しないように、基礎捨石層３１を上から押圧する重量を有する板状ないしシート状の部材であって、基礎捨石層３１の上面全体を被覆している。このような被覆部材３３として、アスファルトマット３３Ａが使用できる。アスファルトマット３３Ａは、アスファルトを所定の厚さのマット状に成形したものであって、激しい潮流によっても流されない比重と、基礎捨石層３１の表面に沿って変形可能な柔軟性とを備えている。アスファルトマット３３Ａからなる被覆部材３３は、基礎捨石層３１の上面に密着状態で敷設されて、その自重で基礎捨石層３１を上面から押圧する。これにより、基礎捨石層３１を構成する多量の捨石３２が激しい潮流や津波により流出して基礎部３が変形するのを有効に防止している。ただ、被覆部材は、高炉徐冷スラグを所定の厚さになるように敷設した被覆層とすることもできる。

さらに、被覆部材にはコンクリートパネルを使用することもできる。この基礎部は、複数枚のコンクリートパネルを基礎捨石層の上面に敷き詰めることで、基礎捨石層を構成する捨石の流出を防止できる。さらに、基礎部２は、基礎捨石層３１の上面に敷設されたアスファルトマット３３Ａの上に、コンクリートブロックやコンクリートパネルを配置することもできる。

［土台部設置工程］
この工程では、図９の（Ｂ）で示すように、運搬工程で構築領域の洋上まで運搬された土台部１を海底に沈めて基礎部３の上に設置する。土台部１を沈める際には、例えば、クレーン等で土台部１を吊り下げた状態で自重により海底に沈降させる。このとき、水中カメラ等で設置位置を確認しながらクレーンを操作することで、土台部１を基礎部３の正確な位置に設置することができる。

［支柱部設置工程］
この工程では、図９の（Ｃ）で示すように、運搬工程で構築領域の洋上まで運搬された支柱部２を垂直姿勢で海中に沈めて、海底に設置された土台部１に下端を連結する。支柱部２は、図９の（Ｃ）に示すように、垂直姿勢として海水中に沈める状態で、円筒状の鋼管の内部に海水を浸入させながら沈降するので、構築海域の水深に関係なく、支柱部２の自重により、支柱部２をスムーズに海水中に沈降させることができる。海底まで沈降する支柱部２は、図３と図４に示すように、下端部２Ｂが、土台部１に設けたソケット筒部１２に挿入されて定位置に連結される。この工程においても、水中カメラ等で支柱部２の下端部２Ｂの位置を確認しながら、支柱部２をソケット筒部１２に対して正確に挿入することができる。

［コンクリート充填工程］
この工程では、図９の（Ｄ）で示すように、ソケット筒部１２に挿入された支柱部２の下端部２Ｂの内部に水中コンクリート２０を充填して、土台部１と支柱部２とを固定する。水中コンクリート２０は、例えば、洋上からパイプを介して圧送して、支柱部２の下端部２Ｂの内部に充填する。支柱部２の下端部２Ｂに充填される水中コンクリート２０は、図３に示すように、土台部１に設けた第１のアンカー部２１と支柱部２に設けた第２のアンカー部２２とを埋設する状態で充填される。これにより、水中コンクリート２０が硬化した状態では、埋設される第１のアンカー部２１と第２のアンカー部２２とを介して土台部１と支柱部２とが強固に固定される。

［積載工程］
この工程では、土台部１の収容部４に所定量の粒状錘５を積載して充填する。図９の（Ｅ）では、底面が開閉可能な収納容器５１を使用して定量の粒状錘５を海底まで吊り下げ、収容部４の上方において収納容器５１の底を開いて粒状錘５を沈降させて収容部４に充填する例を示している。この方法は、簡単かつ確実に粒状錘５を収容部４の所定の位置に積載することができる。ただ、粒状錘５は、海面から散布して沈降させることもできる。

図９の（Ｅ）は、支柱部２の下端部２Ｂを土台部１に連結した後に、所定量の粒状錘５を収容部４に積載して充填する例を示している。ただ、本発明は、粒状錘５を収容部４に充填するタイミングを、以上のタイミング、すなわち、支柱部２を土台部１に連結した後工程には特定しない。粒状錘５は、種々のタイミングにおいて収容部４に積載することもできる。

積載工程は、例えば、土台部設置工程の前工程として、または土台部設置工程において、収容部４に粒状錘５を積載する第１積載工程と、土台部設置工程の後工程として、収容部４に粒状錘を積載する第２積載工程とに分割して粒状錘５を収容部４に充填することもできる。この方法では、土台部１を海底に沈める前、または、土台部１を海底に沈める途中において、第１積載工程として収容部４にある程度の粒状錘５を積載する。とくに、第１積載工程では、洋上もしくは海面近くの水中において収容部４に粒状錘５を積載できるので、能率良く、しかも正確に多量の粒状錘５を積載できる。このようにある程度の粒状錘５を収容部４に積載して全体の重量を重くした状態で土台部１を海底に沈降させることで、潮流等の影響を抑制しながら土台部１を直下に降下させて正確な位置に速やかに設置できる。土台部１を海底に沈めて定位置に設置した後、第２積載工程として収容部４に残りの粒状錘５を積載する。

さらに、図１０に示す積載工程は、土台部１を海底に設置する土台部設置工程の後工程であって、支柱部２を垂直姿勢で海中に沈めて、土台部１のソケット筒部１２に下端部を挿入して連結する支柱部設置工程の前工程として、粒状錘５を収容部４に積載する例を示している。図１０に示す積載工程では、海底に設置された土台部１に設けた上方開口のソケット筒部１２の内部に粒状錘５が侵入しないように、ソケット筒部１２の上方開口を閉塞する蓋体１９を設けている。図に示す蓋体１９は、略円錐形状であって、ソケット筒部１２の上方開口を閉塞するように、脱着可能な構造で連結している。この形状の蓋体１９は、沈降する粒状錘５を側面に沿って落下させることでソケット筒部１２への浸入が防止できる。図１０の（Ａ）では、洋上に停泊する砕石運搬船５２の船底を開いて、砕石運搬船５２から多量の粒状錘５を海中に沈降させる状態を示している。このように、洋上から粒状錘５を沈降させる場合には、好ましくは、周辺の潮流を考慮して潮流の上流側から粒状錘５を沈降させる。この方法によると、多量の粒状錘５を最も効率よく収容部４に供給することができる。所定量の粒状錘が供給されると、図１０の（Ｂ）で示すように、蓋体１９を引き上げて除去してソケット筒部１２の上方を開放し、その後、図１０の（Ｃ）で示すように支柱部２を垂直姿勢で沈降させて、下端部２Ｂをソケット筒部１２に挿入する。

以上のように積載工程で、土台部１の収容部４に所定量の粒状錘５が充填されることで、多量の粒状錘５の荷重により、土台部１が定位置に保持されると共に、土台部１のソケット筒部１２に連結された支柱部２が垂直姿勢に保持される。以上のようにして、土台部１に連結された支柱部２は、上端部が海面上に突出する状態で配置される。

さらに、粒状錘５は、網材や通水性のある袋体等に充填した集合体の状態で沈降させることもできる。この場合もクレーン等で吊り下げて正確に充填できる。さらに、図の鎖線で示すように、土台部１の周壁部１４の周囲にも錘体５５を設置することができる。この構造は。この錘体５５により、土台部１が水平方向に位置ずれするのを確実に防止できる。このような錘体５５として、前述の粒状錘５を袋体に充填した集合体とすることも、コンクリートブロック等とすることもできる。ただし、この錘体は、設置場所の環境によって省略することができる。

［発電機設置工程］
以上のようにして構築された着床式洋上架台９の支柱部２の上端に、図１に示すように風力発電機４を設置して洋上風力発電装置１００が構築される。

本発明は、洋上に風力発電機を配置する着床式洋上架台として、水深４０ｍ～１２０ｍの海域においても好適に構築できる。

１００…洋上風力発電装置
１…土台部
２…支柱部
２Ａ…本体部
２Ｂ…下端部
２Ｃ…突出部
３…基礎部
４…収容部
５…粒状錘
６…風力発電機
９…着床式洋上架台
１１…底板部
１２…ソケット筒部
１２Ａ…周壁
１３…固定壁部
１４…周壁部
１４Ａ…鋼板
１５…フランジ部
１６…固定リブ
１７…固定プレート
１８…連結プレート
１９…蓋体
２０…水中コンクリート
２１…第１のアンカー部
２２…第２のアンカー部
２３…中空部
２４…プラットホーム
３０…掘削部
３１…基礎捨石層
３２…捨石
３３…被覆部材
３３Ａ…アスファルトマット
５０…海底面
５１…収納容器
５２…砕石運搬船
５５…錘体
６０…風車
６１…ブレード
６２…ハブ
６３…ナセル
６４…タワー

本発明は、洋上に設置される着床式洋上架台とその構築方法、及び洋上風力発電装置に関し、とくに、水深を４０ｍ～１２０ｍとする海域に好適に構築される着床式洋上架台とその構築方法、及び着床式洋上架台を備える洋上風力発電装置に関する。

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。

洋上風力発電装置は、風力発電機を設置する洋上架台システムの設置方法として、浮体式と固定式（着床式）に大別される（特許文献１ないし３参照）。
浮体式の架台システムを備える洋上風力発電装置は、所定の深さ以上、例えば１００ｍ以上の水深を有する海域で設置可能であり、海面に浮かせた状態で使用するため、風力発電装置を同じ規格として多量生産が可能である。ただ、浮体式の風力発電装置の場合、架台システム自体も大型化する必要があって、個々の製造単価が高くなるため、採算が悪くなる問題点があった。また、浮体式の風力発電装置の場合、水深１００ｍ以下の海域に設置することは難しい。

これに対して、固定式の架台システムを備える洋上風力発電装置は、土台となる部分を海底に設置するので風力発電装置を安定して支持できる特長があるが、一方で、装置を設置する海域の水深によって、使用する架台システムのタイプによる種々の問題点がある。例えば、水深３５ｍ以下の海域では、モノパイルタイプの架台を備える風力発電装置が好適に採用されている。モノパイルタイプの架台は、１本の金属管の下端を海底に固定し、海面上に突出する上端側に風力発電機を配置して支持するので、製造コストを低減できる。ただ、モノパイルタイプの架台は、水深が３５ｍ以上になると、製造コストが高くなるため、採算が悪くなる問題点がある。

このため、水深が４０ｍ以上の海域では、鉄骨を組み立てたタワー（鉄塔）からなるジャケットタイプの架台を備える風力発電装置が好適に採用されている。このように、鉄塔からなるジャケットタイプの架台システムは、波の影響を受けにくくできる特長がある。また、ジャケットタイプの架台は、石油の採掘等に使用される鉄塔のように、その製造技術が確立されているため、水深がある程度深く（例えば４０ｍ以上）なっても、これに対応して製造することができる。ただ、石油の採掘に比べて風力発電では収益が少なく、採算が悪くなる問題点がある。とくに、ジャケットタイプの架台は、鉄塔の下端を海底に固定するために、太くて長いアンカーを地下深くに打設する必要があり、設置コストが極めて大きくなる。また、ジャケットタイプの架台は、鉄骨で製造されるので耐用年数が約２５年と短く、長期間にわたって使用できないため、風力発電装置を維持するためには、このジャケットを交換する必要があり、さらに採算が悪化してしまう。

特開２０１６－１１３９９６号公報 特開２００５－１８０２３９号公報 特開２００３－２０６８５２号公報 特開２０１７－２０３３０５号公報

さらに、着床式の基礎として特許文献４に、洋上施設の基礎が開示される。この公報に記載される洋上施設の基礎は、海底に設置される底版部と、底版部と一体に定着される鋼製桁部材を有する桁部と、底版部と分離自在に底板部上に配置される中詰材と、底版部から立ち上がる鋼管支柱であって、鋼管支柱の上端部に洋上施設のタワーの下端部が接続され、鋼管支柱の下方側面に鋼製桁部材の一端が接合される鋼管支柱と、底版部から外周側に一体に立設する側壁部とを備えている。この構造の基礎は、鋼製桁部材を介して鋼管支柱に一体的に固定された底版部の周囲に立設する側壁部を備えており、この底版部を海底に設置した状態で、底版部上に分離自在に配設される中詰材を充填して海底に設置する状態で鋼管支柱の上端を洋上に配置する構造としている。

ただ、以上の構造の基礎は、底版部を鉄筋コンクリート製とするため、底版部の製造に時間がかかる欠点がある。それは、型枠を設置した状態でコンクリートを打設した後、コンクリートが降下するのに時間を要するからである。このため、この基礎は、短期間で構築することができず、構築にかかるコストを低減できない問題点がある。また、この公報には、底版部として鋼製であっても良い旨が記載される。ところが、底版部を鋼製とすると、全体の重量が軽くなるため、水深の深い海底に沈降できない問題点がある。とくに、この底版部は、鋼管支柱の下端を重り部として底版部に一体的連結しているので、鋼管支柱の内部には中空部が形成される構造となっている。この構造の基礎を海底に沈めようとすると、水深が浅い場合には沈降できるが、水深が深くなると、中空状の支柱にはたらく浮力が大きくなるため、スムーズに海底に沈降できない問題点がある。とくに、底版部を鋼製とすると、ますます重量が軽くなって水深の深い海底に沈降できなくなる。このため、この公報に記載される基礎は、水深が４０ｍ以下の海域においては実施できても、水深を４０ｍ以上とする海域においては有効に活用できなくなる。

特に、近年では風力発電機として発電電力が１０ＭＷ以上のものが主流となりつつ有り、このような大型の風力発電機を支持する基礎としては、鋼管支柱の外径を大きくする必要がある。困ったことに外径の大きな鋼管支柱では、さらに浮力が大きくなるため、ますます水深の深い海域では利用が困難になってしまう問題点がある。

以上のように、水深が４０ｍ～１２０ｍの海域においては、風力発電装置の架台として未だ有効な技術が確立されていないのが現状である。とくに、海岸線が長く、急深な沿岸域の多い日本においては、風況に適した海域として中水域の海域も多く、これらの海域における経済性の高い方式の実用化・普及が急務となっている。

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、水深が４０ｍ～１２０ｍの海域においても構築可能であって、工期を短縮して製造コストと設置コストを低減できる着床式洋上架台とその製造方法、及び洋上発電装置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

本発明のある態様に係る着床式洋上架台の構築方法は、風力発電機を洋上に設置するための着床式洋上架台の構築方法である。この構築方法は、水深４０ｍ～１２０ｍの海底に全体が水没する状態で設置された状態で粒状錘が積載される鋼鉄製の土台部であって、海底に設置される底板部と、底板部の中央部に固定されて、支柱部の下端部が挿入されて連結されるソケット筒部と、ソケット筒部の側面と底板部の上面に固定されて、ソケット筒部を底板部に固定する複数の固定壁部と、底板部の外周に沿って立設されて、内側に粒状錘の収容部を形成する周壁部と、を備える土台部と、円筒状の鋼管で形成されて、海底に設置された土台部に下端を連結した状態で、上端を洋上に突出させる全長を有する支柱部と、収容部に積載される所定量の粒状錘と、を準備する準備工程と、土台部と支柱部と粒状錘とを着床式洋上架台の構築領域の洋上に運搬する運搬工程と、構築領域の海底面に、上面が水平面状に整地された基礎部を形成する基礎部形成工程と、土台部を海底に沈めて基礎部の上に設置する土台部設置工程と、支柱部を垂直姿勢で海中に沈めて、海底に設置された土台部のソケット筒部に支柱部の下端部を挿入して連結する支柱部設置工程と、土台部の収容部に粒状錘を積載する積載工程とを含んでいる。

上記方法によれば、底板部の中央部にソケット筒部を備える土台部を海底に設置した後、鋼管で形成された支柱部を海中に沈めて、支柱部の下端部をソケット筒部に挿入して土台部に連結するので、土台部と支柱部とを別工程で海中に沈めることで、構築海域の水深に起因する悪影響を抑制しながら、土台部と支柱部を速やかに沈降させて定位置に設置できる。とくに、土台部と支柱部とを別部材として製造することで、製造や運搬にかかる時間と費用を低減でき、構築にかかる工期を短縮してコストを削減できる。また、土台部を鋼鉄製とすることで、従来のように、コンクリートで基礎を構築する構造に比べて、土台部の製造にかかる手間と時間を低減して、土台部の製造コストを大幅に削減できる。さらにまた、土台部は、周壁部の内側に形成された収容部に粒状錘を積載することにより粒状錘の重量で定位置に保持されて支柱部を垂直姿勢に保持するので、土台部と粒状錘とを別々に運搬することで、運搬にかかるコストを低減しながら、多量の粒状錘であっても、容易に運搬して積載できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台の構築方法は、海底に設置された状態で粒状錘が積載される鋼鉄製の土台部であって、海底に設置される底板部と、底板部の中央部に固定されて、支柱部の下端部が挿入されて連結されるソケット筒部と、ソケット筒部の側面と底板部の上面に固定されて、ソケット筒部を底板部に固定する複数の固定壁部と、底板部の外周に沿って立設されて、内側に粒状錘の収容部を形成する周壁部と、を備える土台部と、円筒状の鋼管で形成されて、海底に設置された土台部に下端を連結した状態で、上端を洋上に突出させる全長を有する支柱部と、収容部に積載される所定量の粒状錘と、を準備する準備工程と、土台部と支柱部と粒状錘とを着床式洋上架台の構築領域の洋上に運搬する運搬工程と、構築領域の海底面に、上面が水平面状に整地された基礎部を形成する基礎部形成工程と、土台部を海底に沈めて基礎部の上に設置する土台部設置工程と、支柱部を垂直姿勢で海中に沈めて、海底に設置された土台部のソケット筒部に支柱部の下端部を挿入して連結する支柱部設置工程と、支柱部設置工程の後工程として、ソケット筒部に挿入された支柱部の下端部の内部に水中コンクリートを充填するコンクリート充填工程と、土台部の収容部に粒状錘を積載する積載工程とを含んでいる。上記方法によると、水中で連結される土台部のソケット筒部と支柱部の下端部とを水中コンクリートを介して一体的に固定できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台の構築方法は、積載工程が、土台部設置工程の前工程として、土台部を海底に沈める前に収容部に粒状錘を積載し、または土台部設置工程において、土台部を海底に沈める途中において収容部に粒状錘を積載する第１積載工程と、土台部設置工程の後工程として、土台部を海底に沈めて定位置に設置した後、収容部に粒状錘を積載する第２積載工程とを含んでいる。

上記方法によると、土台部を海底に沈める前工程として、または、土台部を海底に沈める工程において、第１積載工程として収容部に粒状錘を積載し、土台部を海底に沈めた後、第２積載工程として収容部に粒状錘を積載するので、多量の粒状錘を分割して収容部に積載できる。とくに、第１積載工程では、洋上又は海面近くにおいて収容部に粒状錘を積載できるので、能率良く、しかも正確に多量の粒状錘を収容部に積載できる。また、収容部に粒状錘を積載して重量を大きくした状態で土台部を海底に沈降させるので、降下する土台部にはたらく潮流等の影響を抑制しながら正確な位置に速やかに沈降できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台の構築方法は、準備工程において、土台部の底板部の外周に沿って立設される周壁部を底板部に水密に連結して、土台部全体を上方開口の箱形に形成し、運搬工程において、土台部を海面上に浮かせた状態で曳航して構築領域の洋上まで運搬する。上記方法によると、土台部を海面上に浮かせた状態で曳航して運搬できるので、運搬にかかる時間を短縮しながら、運搬コストを低減できる。

本発明のある態様に係る着床式洋上架台は、風力発電機を洋上に設置するための着床式洋上架台であって、水深４０ｍ～１２０ｍの海底に全体が水没する状態で配置される鋼鉄製の土台部と、下端を土台部に連結して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されてなる円筒状の鋼管で形成された支柱部と、土台部に積載される粒状錘を収容するための収容部とを備えている。土台部は、海底に設置される底板部と、底板部の中央部に固定されて、支柱部の下端部が挿入されて連結されるソケット筒部と、ソケット筒部の側面と底板部の上面に固定されて、ソケット筒部を底板部に固定する複数の固定壁部と、底板部の外周に沿って立設されて、内側に収容部を形成する周壁部とを備えている。土台部は、収容部に積載される粒状錘によって定位置に保持されると共に、ソケット筒部に連結された支柱部を鉛直姿勢に保持するよう構成している。

上記構成によれば、海底に配置される土台部が、鋼管で形成される支柱部の下端部が挿入されるソケット筒部を底板部の中央部に備え、支柱部の下端部をソケット筒部に挿入して支柱部と土台部とを連結するので、土台部と支柱部とを別々に製造して運搬でき、製造コストと輸送コストを低減できる。また、設置時においては、構築海域の水深による悪影響を抑制しながら、土台部と支柱部とを別々に海中に沈めて連結できるので設置作業を容易にして、工期を短縮できると共に、構築にかかる費用を低減できる特長が実現できる。また、土台部を鋼鉄製とすることで、従来のように、コンクリートで基礎を構築する構造に比べて、土台部の製造に係る手間と時間を低減して、土台部の製造コストを大幅に削減できる。さらにまた、土台部は、底板部の外周に沿って立設した周壁部の内側に形成された収容部に粒状錘を積載することにより粒状錘の重量で定位置に保持されて支柱部を垂直姿勢に保持するので、土台部と粒状錘とを別々に運搬することで、運搬にかかるコストを低減しながら、多量の粒状錘であっても、容易に運搬して積載できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、海底に配置される鋼鉄製の土台部と、下端を土台部に連結して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されてなる円筒状の鋼管で形成された支柱部と、土台部に積載される粒状錘を収容するための収容部とを備えている。土台部は、海底に設置される底板部と、底板部の中央部に固定されて、支柱部の下端部が挿入されて連結されるソケット筒部と、ソケット筒部の側面と底板部の上面に固定されて、ソケット筒部を底板部に固定する複数の固定壁部と、底板部の外周に沿って立設されて、内側に収容部を形成する周壁部とを備えている。土台部は、収容部に積載される粒状錘によって定位置に保持されると共に、ソケット筒部に連結された支柱部を鉛直姿勢に保持するよう構成している。土台部のソケット筒部が、上方に向かって内形が次第に大きくなるテーパー形状で、支柱部の下端部が、下端に向かって外形が次第に小さくなるテーパー形状である。上記構成によると、下端に向かって次第に外形が小さくなる支柱部の下端部を、上方に向かって次第に内形が大きくなるソケット筒部に対して、簡単かつ確実に案内して連結作業を容易にできる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、海底に配置される鋼鉄製の土台部と、下端を土台部に連結して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されてなる円筒状の鋼管で形成された支柱部と、土台部に積載される粒状錘を収容するための収容部とを備えている。土台部は、海底に設置される底板部と、底板部の中央部に固定されて、支柱部の下端部が挿入されて連結されるソケット筒部と、ソケット筒部の側面と底板部の上面に固定されて、ソケット筒部を底板部に固定する複数の固定壁部と、底板部の外周に沿って立設されて、内側に収容部を形成する周壁部とを備えている。土台部は、収容部に積載される粒状錘によって定位置に保持されると共に、ソケット筒部に連結された支柱部を鉛直姿勢に保持するよう構成している。着床式洋上架台は、土台部が海底に設置された状態で、ソケット筒部に挿入される支柱部の下端部の内部に水中コンクリートを充填している。上記構成によると、水中で連結される土台部のソケット筒部と支柱部の下端部とを水中コンクリート介して一体的に連結できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、土台部が、ソケット筒部の中央部に水中コンクリートに埋設される第１のアンカー部を備えており、支柱部が、下端部の内側に水中コンクリートに埋設される第２のアンカー部を備えている。上記構成によると、ソケット筒部に挿入される支柱部の下端部に充填される水中コンクリートに埋設される第１のアンカー部及び第２のアンカー部を介して土台部と支柱部の下端部とを確実に固定できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、海底に配置される鋼鉄製の土台部と、下端を土台部に連結して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されてなる円筒状の鋼管で形成された支柱部と、土台部に積載される粒状錘を収容するための収容部とを備えている。土台部は、海底に設置される底板部と、底板部の中央部に固定されて、支柱部の下端部が挿入されて連結されるソケット筒部と、ソケット筒部の側面と底板部の上面に固定されて、ソケット筒部を底板部に固定する複数の固定壁部と、底板部の外周に沿って立設されて、内側に収容部を形成する周壁部とを備えている。土台部は、収容部に積載される粒状錘によって定位置に保持されると共に、ソケット筒部に連結された支柱部を鉛直姿勢に保持するよう構成している。周壁部が、底板部と分離可能な筒体であって、底板部の上面に載置されて定位置に配置されている。上記構成によると、周壁部を底板部と分離可能な筒体とすることで、周壁部を底板部に対して溶接等により固定することなく、底板部の上面に載置して定位置に配置できる。このため、土台部の製造時間と製造コストをさらに低減できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、土台部の周壁部の平面視における外形が、多角形状または方形状である。上記構成によると、土台部の周壁部の平面視における外形を多角形状または方形状とするので、鋼鉄製の底板部の外形を直線形状に加工できると共に、鋼鉄製の平板を使用して周壁部を形成できるので製造コストを低減できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、土台部の周壁部の平面視における外形が、円形状である。上記構成によると、土台部の平面視を円形状とすることで、土台部に対して潮流を方向性なく作用させて受け流すことができる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、収容部に積載される粒状錘が、砂利、砕石、鉱石、スラグのいずれかである。上記構成により、粒状錘を、砂利、砕石、鉱石、スラグのいずれかとすることで、収容部内への粒状錘の充填が容易となる上、粒状錘を除去する際には、サクションや水中ポンプ等の吸引装置を使用して効率よく粒状錘を吸引して除去できる。また、粒状錘をスラグとする構造においては、廃棄物として多量に発生するスラグを有効利用しながら、製造コストを低減できる。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、土台部の外径が２０ｍ以上で、支柱部の全長が５０ｍ以上である。

本発明の他の態様に係る着床式洋上架台は、土台部を、水深４０ｍ～１２０ｍの海底に設置している。上記構成によると、支柱部と土台部とを別部材とすることで、支柱部と土台部とを別々に水中に沈めて連結できるので、鋼管で形成される支柱部に作用する浮力の影響を最小限にしながら、水深が４０ｍ～１２０ｍの海域においても設置作業を容易にできる。

本発明のある態様に係る着床式洋上架台を備える洋上風力発電装置は、以上のいずれかに記載の着床式洋上架台と、支柱部の上端に設置された風力発電機とを備えている。

本発明の実施形態１に係る洋上風力発電装置の一部断面概略正面図である。 図１に示す洋上風力発電装置の着床式洋上架台の一部断面概略正面図である。 図２に示す着床式洋上架台の拡大断面図である。 図３に示す着床式洋上架台の拡大断面斜視図である。 図３に示す着床式洋上架台の土台部の斜視図である。 土台部の他の一例を示す斜視図である。 土台部の板の一例を示す分解斜視図である。 土台部の他の一例を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる着床式洋上架台の構築方法を示す工程図である。 積載工程の他の一例を示す工程図である。

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を洋上に設置するための架台であって、主として、水深を４０ｍ～１２０ｍとする海洋上に風力発電機を設置するための架台である。ただ、着床式洋上架台は、風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を設置することもできる。

（実施形態１）
図１は実施形態１に係る着床式洋上架台９の上に風力発電機６を設置した洋上風力発電装置１００の設置状態を示す一部断面概略正面図である。図２ないし図５は、図１に示す洋上風力発電装置１００の着床式洋上架台９を示す図であって、図２は一部断面概略正面図を、図３及び図４は土台部１と支柱部２との連結構造を示す拡大断面図と拡大断面斜視図を、図５は土台部１の斜視図をそれぞれ示している。これらの図に示す着床式洋上架台９は、海底に配置される土台部１と、下端を土台部１に連結して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されてなる支柱部２と、土台部１に積載される粒状錘５を収容するための収容部４とを備えている。

（土台部１）
土台部１は、海底に設置される底板部１１と、底板部１１の中央部に固定されて、支柱部２の下端部２Ｂが挿入されて連結されるソケット筒部１２と、ソケット筒部１２の側面と底板部１１の上面に固定されて、ソケット筒部１２を底板部１１に固定する複数の固定壁部１３と、底板部１１の外周に沿って立設されて、内側に収容部４を形成する周壁部１４とを備えている。土台部１は、底板部１１、ソケット筒部１２、固定壁部１３、及び周壁部１４を鋼鉄製としている。具体的には、鋼鉄製の複数の板材を切断、接合することで所定の形状に形成している。このように、土台部１を鋼鉄製とする構造は、土台部の製造にコンクリートを使用する従来の構造に比較して、製造にかかる時間を大幅に短縮して、製造コストを低減できる特長がある。

底板部１１は、所定の面積を有する鋼鉄製の平板である。底板部１１は、例えば、複数枚の鋼板を連結して所定の面積としている。底板部１１は、海底に形成される基礎部３の上面に設置されて定位置に配置される。底板部１１は、水深４０ｍ～１２０ｍの海底に設置された状態で、中心部に垂直姿勢で連結される支柱部２を起立姿勢で支持できるように十分に大きな面積に形成される。底板部１１は、例えば、最大外径を２５ｍ以上であって、好ましくは３０ｍ以上として、支柱部２を安定して支持できる。ただ、底板部１１は、大きすぎると製造コストや運搬コストが高くなると共に、海底に形成される基礎部３を広くする必要があるので、最大外径を５０ｍ以下であって、好ましくは４５ｍ以下とする。また、底板部１１は、十分な強度を有するように、鋼板の厚さを１～５ｃｍであって、たとえば、２～３ｃｍとする。

図５に示す底板部１１は、一辺を３０ｍ～４５ｍとする方形状であって、外形を正方形状としている。ただ、底板部１１は、長方形とすることも、図６と図７に示すように、円形状とすることも、図８に示すように多角形状とすることもできる。図８に示す底板部１１は、正八角形状としている。なお、円形状の底板部１１においては、直径が最大外径であり、多角形状の底板部１１においては、最大の対角線を最大外径とする。

ソケット筒部１２は、略円筒状に形成された鋼鉄製の周壁１２Ａで形成されており、底板部１１の上面の中央部に上方開口の姿勢で固定されている。ソケット筒部１２は、内側に支柱部２の下端部２Ｂを挿入できるように、支柱部２の下端部２Ｂの外周面に沿う内面形状としている。図に示すソケット筒部１２は、上方に向かって内形が次第に大きくなるテーパー形状、すなわち、その内面形状を逆円錐台の側面に沿う形状としており、支柱部２の下端部２Ｂを下端に向かって外形が次第に小さくなるテーパー形状として、この形状の支柱部２を挿入しやすくしている。とくに、図３に示すソケット筒部１２は、支柱部２の下端部２Ｂをソケット筒部１２に挿入して、支柱部２の下端が底板部１１に当接する状態で、支柱部２の下端部２Ｂの外周面がソケット筒部１２の内周面に密着する嵌合構造で連結されるようにしている。このように、ソケット筒部１２の内形を、支柱部２の下端部２Ｂの外形に沿う形状として、互いに嵌合状態で連結される構造とすることで、支柱部２の下端部２Ｂを簡単かつ確実にソケット筒部１２に案内しながら、隙間なく連結できる特長がある。ただ、ソケット筒部と支柱部の下端部は必ずしも嵌合するテーパー形状とする必要はなく、互いに嵌合する円筒状とすることもできる。

ソケット筒部１２は、円筒状の支柱部２の下端部２Ｂを内側に挿入した状態で、支柱部２を安定して支持できるように、周壁１２Ａの厚さを３ｃｍ～１０ｃｍ、好ましくは４ｃｍ～８ｃｍとする。また、ソケット筒部１２は、周壁１２Ａの高さを支柱部２の外径よりも大きく、例えば、支柱部２の外径の１．２倍～２倍とする。ソケット筒部１２は、周壁１２Ａの高さを高くして周壁１２Ａを厚くすることで、安定して支柱部２を支持できる。ただ、ソケット筒部１２は、周壁１２Ａを高くして厚くすると製造コストが高くなるので、好ましくは前述の範囲とする。

ソケット筒部１２は、複数の固定壁部１３を介して底板部１１に固定される。図に示す固定壁部１３は、鋼板を所定の形状、図においては略台形状の四角形に切断したもので、底辺を底板部１１の上面に固定すると共に、一方の側縁をソケット筒部１２の側面である周壁１２Ａの外周面に固定してソケット筒部１２を底板部１１の定位置に固定している。ソケット筒部１２の側面に固定される側縁は、ソケット筒部１２の軸方向に延長して固定されており、固定壁部１３を底板部に対して垂直な起立姿勢となるように固定している。図に示す土台部１は、底板部１１の中心部に配置されるソケット筒部１２の外周面から放射状に延びる複数の固定壁部１３を介して、底板部１１にソケット筒部１２を固定している。このように、ソケット筒部１２から放射状に配置された複数の固定壁部１３を介してソケット筒部１２を底板部１１に固定する構造は、支柱部２からソケット筒部１２に作用する力を分散させることができ、優れた強度を実現できる。

固定壁部１３は、好ましくは、溶接により底板部１１とソケット筒部１２に接合される。固定壁部１３は、その面積を大きくして、底板部１１との接合部を長くし、ソケット筒部１２との接合部を長くすることで、ソケット筒部１２と底板部１１との連結強度を強くでき、固定壁部１３の厚さを厚くすることで、荷重や応力に対する強度を強くできる。固定壁部１３は、例えば、その厚さを１ｃｍ～３ｃｍとし、底板部１１との接合長さを底板部１１の最大外径の１／５以上、好ましくは１／４以上とし、ソケット筒部１２との接合長さをソケット筒部１２の高さの１／２以上、好ましくは２／３以上とする。

周壁部１４は、底板部１１の外周に沿って立設されて、その内側に粒状錘５を積載するための収容部４を形成している。図５と図６に示す土台部１は、底板部１１の外周縁部に沿って、底板部１１の外形に等しい平面形状を有する周壁部１４を設けている。図５に示す周壁部１４は、所定の高さを有する周壁であって平面視を正方形状としている。平面視を正方形状とする周壁部１４は、所定の長さと幅を有する複数枚の鋼板を長さ方向に接合すると共にコーナー部で直角に接合して所定の形状に形成される。図６に示す周壁部１４は、所定の高さを有する周壁の平面形所を円形状としている。平面視を円形状とする周壁部１４は、所定の長さと幅を有する複数枚の鋼板を所定の曲率半径で湾曲すると共に、複数の鋼板を互いに接合して連結することで円形状に形成される。周壁部１４の高さは、内側に形成される収容部４の容積を決定するので、土台部１に要求される重量を考慮して、言い換えると、収容部４に充填される粒状錘５の総重量が最適な重量となるようにその高さが決定される。周壁部１４は、例えば、ソケット筒部１２の高さ以下であって、例えば、４ｍ～１０ｍ、好ましくは５ｍ～８ｍとする。ただ、収容部に充填して積載される粒状錘の総重量は、収容部の容積だけではなく、粒状錘の密度によっても変化するので、これらのことも考慮して周壁部１４の高さを決定する。

図５と図６に示す土台部１は、底板部１１の外周に沿って立設された周壁部１４を溶接して底板部１１に固定している。図５と図６に示す土台部１は、底板部１１の外形を周壁部１４の外形よりも一回り大きくして、外側に突出するフランジ部１５を設けている。これにより、周壁部１４は、例えば、下端縁の内側と外側の両方の境界部分を底板部１１に溶接して底板部１１に対して強固に接合できる。さらに、図に示す周壁部１４は、内側に沿って配設された複数の固定リブ１６を介して底板部１１に固定している。これにより、周壁部１４を垂直姿勢として底板部１１に対してより強固に固定できる。このように、周壁部１４を全周にわたって底板部１１に溶接する構造は、周壁部１４と底板部１１とを水密に連結して、土台部１全体の外観を上方開口の箱形とすることができる。この構造の土台部１は、工場で製造された後、構築領域に運搬する際には、土台部１全体を海面上に浮かせた状態で曳航して運搬できる。したがって、運搬にかかる手間や時間、運搬コストを低減できる特長がある。

ただ、周壁部は、必ずしも底板部１１に溶接する必要はなく、また、底板部１１に固定する必要もない。例えば、図７及び図８に示すように、円形状または正多角形状に形成された周壁部１４を、底板部１１に固定することなく、底板部１１の上面に載置して定位置に配置することもできる。図７に示す土台部１は、複数の固定壁部１４の内、互いに直交して直径方向に延びる４枚の固定壁部１３の先端を周壁部１４の内周面まで延長することで、また、図８においては、多角形状の周壁部１４の対角線方向に延びる４枚の固定壁部１３の先端を周壁部１４のコーナー部の内周面まで延長することで、これらの固定壁部１３を介して周壁部１４を位置決めしながら定位置に載置できるようにしている。これらの構造では、周壁部１４は底板部１１には固定されないが、鋼鉄製の周壁部１４は海水に対する比重が大きいため、海中においてもその自重で底板部１１に接近した状態に保持されて周壁部１４が底板部１１から脱落することはない。また、周壁部１４の内側に形成される収容部４に積載される粒状錘５の重みで倒れることもない。このように、周壁部１４を底板部１１に対して非固定状態で配置する構造は、さらに、製造コストを低減できる。

さらに、底板部１１に固定する周壁部１４は、必ずしも溶接により底板部１１に固定する必要はなく、図８の鎖線で示すように、底板部１１に固定プレート１７を固定し、この固定プレート１７にボルト等の連結具を介して固定することもできる。さらに、図８に示す周壁部１４は、複数の鋼板１４Ａを溶接して接合することなく、連結プレート１８を介して連結する構造を示している。このように、複数の鋼板１４Ａを連結プレート１８で連結する構造は、ボルト等の連結具を介して、簡単に連結できる特長がある。とくに、隣り合う鋼板１４Ａ同士の相対的な角度を連結プレート１８で特定しながら正確に連結できる。以上のように、底板部１１に対して非固定状態で載置される周壁部１４や複数の鋼板１４Ａを連結プレート１８で連結する構造の周壁部１４は、必ずしも工場内で土台部１として組み立てる必要はなく、洋上の作業船上において組み立てることもできる。

（支柱部２）
支柱部２は、図１及び図２に示すように、上下方向に延長された柱状であって、下端を海底５０に設置された土台部１に連結すると共に、上端を洋上に突出させる鉛直姿勢として海中に配置している。支柱部２は、円筒状の鋼管で形成されており、下端が海底に設置された土台部１に連結された状態で、上端が洋上に突出する全長を有している。図１と図２に示す支柱部２は、海中に配置される本体部２Ａの下端部２Ｂを土台部１を連結し、海面上に突出する突出部２Ｃの上端に風力発電機６を固定している。支柱部２は、上端を海面から１０ｍ～１５ｍ突出させる姿勢で配置している。したがって、支柱部２の全長は、設置場所の水深よりも１０ｍ～１５ｍ長くなるようにしている。例えば、水深を８０ｍとする海域に設置される着床式洋上架台９においては、支柱部２の全長を９０ｍ～９５ｍとして、上端部を海面上に１０ｍ～１５ｍ突出させる。

支柱部２は、上端に設置される風力発電機６を安定して支持するために要求される強度を考慮して最適な外径に設計される。支柱部２の外径は、支柱部２の上に設置する浮力発電機６の規格や、着床式洋上架台９を設置する海域の水深によっても変更される。例えば、図１に示すように、水深４０ｍ～１２０ｍの海域に設置されて、発電量を１０ＭＷ～１５ＭＷとするサイズの風力発電機６を支持する支柱部２は、外径を大きくすることで安定して支持できる。一例として、水深５０ｍ～１００ｍの海域に設置される着床式洋上架台９においては、支柱部２の外径を５ｍ～１２ｍ、好ましくは６～１０ｍとすることができる。さらに、支柱部２の厚さは、例えば、これを構成する鋼管の厚さであって、例えば、３ｃｍ～１０ｃｍ、好ましくは４ｃｍ～８ｃｍとする。

図１及び図２に示す支柱部２は、所定の外径を有する円筒状の鋼管で形成されている。円筒状の鋼管で形成される支柱部２は、図示しないが、複数本の鋼管を連結して所定の長さに形成される。支柱部２は、たとえば、長さを１０ｍ～数十ｍとする鋼管を複数本連結して、所定の全長としている。各々の鋼管は、対向する端縁同士を溶接して連結し、あるいは端縁に沿って外側に突出するフランジ部を設けて、対向するフランジ部同士を連結具を介して連結することで、複数の鋼管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２を複数の鋼管で形成する構造は、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。複数の鋼管で形成される支柱部２は、鋼管の内部全体を一つの空洞として、支柱部２を海中に沈める際には、内部に海水を浸入させる構造とする。これにより、構築領域の水深に関係なく、全長の長い支柱部２であっても速やかに沈降させて海中に設置できる。

海中に垂直姿勢で沈降される支柱部２は、海底に設置された土台部１のソケット筒部１２に下端部が挿入されて連結される。図３と図４に示すソケット筒部１２は、前述のように、上方に向かって内形が次第に大きくなるテーパー形状としているので、支柱部２の下端部２Ｂは、下端に向かって外形が次第に小さくなるテーパー形状として、その外周面の形状を逆円錐台の側面に沿う形状としている。とくに、図３に示す支柱部２は、下端部２Ｂをソケット筒部１２に挿入して、下端が底板部１１に当接する状態で、支柱部２の下端部２Ｂの外周面がソケット筒部１２の内周面に密着する嵌合構造で連結されるようにしている。このように、支柱部２の下端部２Ｂの外形を、ソケット筒部１２の内形に沿う形状として、互いに嵌合状態で連結される構造とすることで、支柱部２の下端部２Ｂを簡単かつ確実にソケット筒部１２に案内しながら、隙間なく連結できる特長がある。ただ、支柱部の下端部をテーパー形状とすることなく円筒状として、円筒状のソケット筒部に挿入することもできる。

以上のように、土台部１が海底に設置された状態で、下端部２Ｂがソケット筒部１２に挿入される支柱部２は、外周面がソケット筒部１２の内周面に密着することで安定して連結されるが、さらに、支柱部２とソケット筒部１２の連結部には、図３に示すように、水中コンクリート２０を充填して固定することもできる。ここで、支柱部２は、海中においてソケット筒部１２に連結されるので、支柱部２の内部には海水が充満している。したがって、ソケット筒部１２と支柱部２との連結部の内部に充填するコンクリートには、水中コンクリート２０を使用する。水中コンクリート２０は、例えば、洋上からパイプを介して圧送されて、支柱部２の下端部２Ｂの内部に充填される。

図３と図４は、支柱部２の下端部２Ｂと土台部１のソケット筒部１２との連結部を示す図であって、図３は支柱部２の下端部２Ｂの内側に水中コンクリート２０を充填した状態を示す断面図を、図４は互いに連結される支柱部２とソケット筒部１２の内部構造を示す分解断面斜視図をそれぞれ示している。これらの図に示す土台部１と支柱部２は、水中コンクリート２０に埋設される第１のアンカー部２１と第２のアンカー部２２とを備えており、水中コンクリート２０に埋設される第１のアンカー部２１及び第２のアンカー部２２を介して土台部１と支柱部２とをより強固に固定している。

土台部１は、ソケット筒部１２の中央部に水中コンクリート２０に埋設される第１のアンカー部２１を設けている。第１のアンカー部２１は、ソケット筒部１２の中央部において、底板部１１から上方に突出する姿勢で設けられている。図の第１のアンカー部２１は、複数の鉄骨を井形に組み合わせると共に、支持材となる鉄骨を介して底板部１１の上面から所定の高さに突出するように底板部１１に固定されている。この第１のアンカー部２１は、ソケット筒部１２に挿入される支柱部２の下端部２Ｂに干渉しない位置に設けている。

支柱部２は、下端部２Ｂの内側に水中コンクリート２０に埋設される第２のアンカー部２２を設けている。第２のアンカー部２１は、支柱部２の下端部２Ｂにおいて、内面から内側に突出する姿勢で設けられている。図の第２のアンカー部２１は、支柱部２の下端部の対向する内面を互いに連結してなる複数の鉄骨を井形に組み合わせたもので、上下に複数段に設けている。この第２のアンカー部２２も、支柱部２の下端部２Ｂをソケット筒部１２に挿入する状態で、ソケット筒部１２の内側に設けた第１のアンカー部２１に干渉しない位置に設けている。以上の構造によると、ソケット筒部１２に支柱部２の下端部２Ｂが挿入された状態で内部に充填される水中コンクリート２０に第１のアンカー部２１及び第２のアンカー部２２を埋設することで、土台部１と支柱部２の下端部２Ｂとを確実に固定できる。さらに、支柱部２の下端部２Ｂの内側に水中コンクリート２０を充填する構造は、水中コンクリート２０を重り部として支柱部２の重心を下方に配置して、支柱部２をより安定して鉛直姿勢に保持できる特長もある。

図に示す第１のアンカー部２１及び第２のアンカー部２２は、その一例であって、以上の構造に特定しない。第１のアンカー部２１及び第２のアンカー部２２は、水中コンクリート２０に埋設されて土台部１や支柱部２を水中コンクレート２０に固定できる他の全て構造とすることができる。さらに、第１のアンカー部２１と第２のアンカー部２２は、両方またはいずれか一方に鉄筋を配設し、鉄筋コンクリートとしてより強固に土台部１と支柱部２とを固定することもできる。

さらに、支柱部２は、垂直姿勢に安定して保持するために、一部を中空状とすることもできる。円筒状の鋼管で構成される支柱部２は、海中に配置される本体部２Ａにおいて、内部を中空とする領域を設けて中空部２３を形成することができる。支柱部２は、例えば、海中に配置される本体部２Ａの上部において内部の海水を排水することで、支柱部２の上部に中空部２３を設けることができる。この構造は、支柱部２に充満された海水の一部をポンプ等の吸引機構で吸い上げて排水することで、支柱部２の上部に簡単に中空部２３を設けることができる。このように中空部２３を備える支柱部２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できるので、土台部１にはたらく荷重を低減できる。例えば、厚さを６ｃｍ、外形を約６ｍとする鋼管からなる支柱部２においては、海面から２０ｍ分の海水を排水することで、５００ｔ以上の荷重を低減することができる。さらに、支柱部２の上部に中空部２３を設けることで、支柱部２にはたらく浮力の中心である浮心に対して、支柱部２の重心を低い位置に配置することができ、上下方向に延長して配置される支柱部２を安定して鉛直姿勢に保持できる特長がある。

（粒状錘５）
以上のように、海底に設置された土台部１は、支柱部２の下端部がソケット筒部１２に挿入されて連結されると共に、粒状錘５が積載されて定位置に保持される。土台部１は、周壁部１４の内側に、粒状錘５を収容する収容部４を形成している。収容部４に充填される粒状錘５は、所定の大きさの粒状に形成された錘であって、例えば、砂利、砕石、鉱石、スラグ等が使用できる。粒状錘５は、好ましくは鉄鉱石またはスラグとする。粒状錘５を鉄鉱石とする場合、比重が約３．４と高いので容積を少なくしながら十分な重量を確保することができる。また、鉄鉱石から流出する鉄分が海藻の養分となるため、周囲における生物の生育環境を改善できる効果もある。また、粒状錘をスラグとする場合、廃棄物として多量に発生するスラグを有効利用しながら、製造コストを低減できる。

粒状錘は、その外径を１００ｍｍ以下であって、好ましくは、６０ｍｍ以下とする。粒状錘５は、砂利、砕石、鉱石、スラグのいずれかとし、とくに、砕石、鉱石、スラグについては以上の外径とすることで、収容部４内への充填を容易にできる特長がある。また、粒状錘を除去する際には、サクションや水中サンドポンプ等の吸引装置を使用して効率よく吸引して除去できる。とくに、吸引装置は、水搬工法によりスラリー輸送することで、外径を数ｃｍとする粒状の砂利や砕石、鉱石、スラグ等であっても容易に吸引して運搬することができる。

（プラットホーム２４）
プラットホーム２４は、風力発電機６を洋上の所定の位置に配置するための設置台であって、上端部を洋上に突出させるように配置された支柱部２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プラットホーム２４は、上面に風力発電機６が設置される。さらに、プラットホーム２４は、風力発電機６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、あるいは風向計、風量計、風力計等の風況観測機が挙げられる。

以上の構造の着床式洋上架台９は、図１に示すように、支柱部２の上端に風力発電機６が設置されて洋上風力発電装置１００として使用される。図示しないが、着床式洋上架台９は、支柱部２の上端に風況観測機を設置して、洋上風況観測装置として使用することもできる。

（風力発電機６）
風力発電機６は、図１に示すように、風力を受けて回転する風車６０と、回転する風車６０の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機（図示せず）と、発電機を収納しているナセル６３と、ナセル６３を所定の高さに配置するためのタワー６４とを備えている。風車６０は、複数のブレード６１を備えており、中心に設けたハブ６２に複数のブレード６１を等間隔で固定している。風力発電機６は、タワー６４の基部が支柱部２の上端に固定されて、着床式洋上架台９の上に所定の姿勢で設置される。図に示す洋上風力発電装置１００は、タワー６４の基部であって、支柱部２の上端の外周に沿って作業用のプラットホーム部２３を設けている。

以上の着床式洋上架台９は、以下の工程で構築される。
［準備工程］
この工程では、海底に配置される鋼鉄製の土台部１と、円筒状の鋼管で形成されて、下端を土台部１に連結した状態で上端を洋上に突出させる全長を有する支柱部２と、収容部４に積載される所定量の粒状錘５とを準備する。鋼鉄製の土台部１は、図３～図５に示すように、海底に設置される底板部１１と、底板部１１の中央部に固定されて、支柱部２の下端部が挿入されて連結されるソケット筒部１２と、ソケット筒部１２の側面と底板部１１の上面に固定されて、ソケット筒部１２を底板部１１に固定する複数の固定壁部１３と、底板部１１の外周に沿って立設されて、内側に収容部４を形成する周壁部１４とを備える構造に製造される。粒状錘５は、収容部４に積載される所定量であって、収容部４に充填された状態で、土台部１及び支柱部２を定位置に保持できる重量となる量を準備する。粒状錘５には、例えば、所定の大きさに粉砕された鉄鉱石を使用する。以上の準備工程では、土台部１及び支柱部２は、工場にて製造される。

［運搬工程］
準備工程で準備された土台部１と支柱部２と粒状錘５とを着床式洋上架台９が構築される構築領域の洋上に運搬する。このとき、準備工程で製造された土台部１であって、底板部１１の外周に沿って立設される周壁部１４を底板部１１に水密に連結して、全体を上方開口の箱形に形成してなる土台部１は、運搬工程において、土台部１を海面上に浮かせた状態で曳航して構築領域の洋上まで運搬することができる。さらに、鉄鉱石である粒状錘５は、砕石運搬船で運搬する。

［基礎部形成工程］
図９の（Ａ）で示すように、着床式洋上架台９を構築する領域の海底において、土台部１を設置するための基礎部３を形成する。基礎部３は、土台部１が設置される海底の表面状態を良好にして、その上面に土台部１を安定して載置するために海底面５０に形成される。基礎部３は、例えば、基礎捨石層３１の外形を、土台部１の外形よりも１～１０ｍ、好ましくは３～５ｍ大きくなるように形成する。基礎部３は、土台部１を水平姿勢で載置できるように、上面を水平面状に整地する。基礎部３は、図２及び図３に示すように、土台部１が設置される領域全体を海底面５０に対して所定の深さに掘削し、一段低く形成された掘削部３０に捨石３２を敷設して設けた基礎捨石層３１と、基礎捨石層３１の上面に配置された被覆部材３３とを備えている。基礎捨石層３１は、掘削部３０に敷設される多数の捨石３２を所定の厚さとなるように積層すると共に、上面を均して平面状としている。平面状に均された基礎捨石層３１の上面には、被覆部材３３を敷設している。被覆部材３３は、津波による押し波や引き波で基礎捨石層３１を構成する捨石３２や砂、土砂が流出しないように、基礎捨石層３１を上から押圧する重量を有する板状ないしシート状の部材であって、基礎捨石層３１の上面全体を被覆している。このような被覆部材３３として、アスファルトマット３３Ａが使用できる。アスファルトマット３３Ａは、アスファルトを所定の厚さのマット状に成形したものであって、激しい潮流によっても流されない比重と、基礎捨石層３１の表面に沿って変形可能な柔軟性とを備えている。アスファルトマット３３Ａからなる被覆部材３３は、基礎捨石層３１の上面に密着状態で敷設されて、その自重で基礎捨石層３１を上面から押圧する。これにより、基礎捨石層３１を構成する多量の捨石３２が激しい潮流や津波により流出して基礎部３が変形するのを有効に防止している。ただ、被覆部材は、高炉徐冷スラグを所定の厚さになるように敷設した被覆層とすることもできる。

さらに、被覆部材にはコンクリートパネルを使用することもできる。この基礎部は、複数枚のコンクリートパネルを基礎捨石層の上面に敷き詰めることで、基礎捨石層を構成する捨石の流出を防止できる。さらに、基礎部２は、基礎捨石層３１の上面に敷設されたアスファルトマット３３Ａの上に、コンクリートブロックやコンクリートパネルを配置することもできる。

［土台部設置工程］
この工程では、図９の（Ｂ）で示すように、運搬工程で構築領域の洋上まで運搬された土台部１を海底に沈めて基礎部３の上に設置する。土台部１を沈める際には、例えば、クレーン等で土台部１を吊り下げた状態で自重により海底に沈降させる。このとき、水中カメラ等で設置位置を確認しながらクレーンを操作することで、土台部１を基礎部３の正確な位置に設置することができる。

［支柱部設置工程］
この工程では、図９の（Ｃ）で示すように、運搬工程で構築領域の洋上まで運搬された支柱部２を垂直姿勢で海中に沈めて、海底に設置された土台部１に下端を連結する。支柱部２は、図９の（Ｃ）に示すように、垂直姿勢として海水中に沈める状態で、円筒状の鋼管の内部に海水を浸入させながら沈降するので、構築海域の水深に関係なく、支柱部２の自重により、支柱部２をスムーズに海水中に沈降させることができる。海底まで沈降する支柱部２は、図３と図４に示すように、下端部２Ｂが、土台部１に設けたソケット筒部１２に挿入されて定位置に連結される。この工程においても、水中カメラ等で支柱部２の下端部２Ｂの位置を確認しながら、支柱部２をソケット筒部１２に対して正確に挿入することができる。

［コンクリート充填工程］
この工程では、図９の（Ｄ）で示すように、ソケット筒部１２に挿入された支柱部２の下端部２Ｂの内部に水中コンクリート２０を充填して、土台部１と支柱部２とを固定する。水中コンクリート２０は、例えば、洋上からパイプを介して圧送して、支柱部２の下端部２Ｂの内部に充填する。支柱部２の下端部２Ｂに充填される水中コンクリート２０は、図３に示すように、土台部１に設けた第１のアンカー部２１と支柱部２に設けた第２のアンカー部２２とを埋設する状態で充填される。これにより、水中コンクリート２０が硬化した状態では、埋設される第１のアンカー部２１と第２のアンカー部２２とを介して土台部１と支柱部２とが強固に固定される。

［積載工程］
この工程では、土台部１の収容部４に所定量の粒状錘５を積載して充填する。図９の（Ｅ）では、底面が開閉可能な収納容器５１を使用して定量の粒状錘５を海底まで吊り下げ、収容部４の上方において収納容器５１の底を開いて粒状錘５を沈降させて収容部４に充填する例を示している。この方法は、簡単かつ確実に粒状錘５を収容部４の所定の位置に積載することができる。ただ、粒状錘５は、海面から散布して沈降させることもできる。

図９の（Ｅ）は、支柱部２の下端部２Ｂを土台部１に連結した後に、所定量の粒状錘５を収容部４に積載して充填する例を示している。ただ、本発明は、粒状錘５を収容部４に充填するタイミングを、以上のタイミング、すなわち、支柱部２を土台部１に連結した後工程には特定しない。粒状錘５は、種々のタイミングにおいて収容部４に積載することもできる。

積載工程は、例えば、土台部設置工程の前工程として、または土台部設置工程において、収容部４に粒状錘５を積載する第１積載工程と、土台部設置工程の後工程として、収容部４に粒状錘を積載する第２積載工程とに分割して粒状錘５を収容部４に充填することもできる。この方法では、土台部１を海底に沈める前、または、土台部１を海底に沈める途中において、第１積載工程として収容部４にある程度の粒状錘５を積載する。とくに、第１積載工程では、洋上もしくは海面近くの水中において収容部４に粒状錘５を積載できるので、能率良く、しかも正確に多量の粒状錘５を積載できる。このようにある程度の粒状錘５を収容部４に積載して全体の重量を重くした状態で土台部１を海底に沈降させることで、潮流等の影響を抑制しながら土台部１を直下に降下させて正確な位置に速やかに設置できる。土台部１を海底に沈めて定位置に設置した後、第２積載工程として収容部４に残りの粒状錘５を積載する。

さらに、図１０に示す積載工程は、土台部１を海底に設置する土台部設置工程の後工程であって、支柱部２を垂直姿勢で海中に沈めて、土台部１のソケット筒部１２に下端部を挿入して連結する支柱部設置工程の前工程として、粒状錘５を収容部４に積載する例を示している。図１０に示す積載工程では、海底に設置された土台部１に設けた上方開口のソケット筒部１２の内部に粒状錘５が侵入しないように、ソケット筒部１２の上方開口を閉塞する蓋体１９を設けている。図に示す蓋体１９は、略円錐形状であって、ソケット筒部１２の上方開口を閉塞するように、脱着可能な構造で連結している。この形状の蓋体１９は、沈降する粒状錘５を側面に沿って落下させることでソケット筒部１２への浸入が防止できる。図１０の（Ａ）では、洋上に停泊する砕石運搬船５２の船底を開いて、砕石運搬船５２から多量の粒状錘５を海中に沈降させる状態を示している。このように、洋上から粒状錘５を沈降させる場合には、好ましくは、周辺の潮流を考慮して潮流の上流側から粒状錘５を沈降させる。この方法によると、多量の粒状錘５を最も効率よく収容部４に供給することができる。所定量の粒状錘が供給されると、図１０の（Ｂ）で示すように、蓋体１９を引き上げて除去してソケット筒部１２の上方を開放し、その後、図１０の（Ｃ）で示すように支柱部２を垂直姿勢で沈降させて、下端部２Ｂをソケット筒部１２に挿入する。

以上のように積載工程で、土台部１の収容部４に所定量の粒状錘５が充填されることで、多量の粒状錘５の荷重により、土台部１が定位置に保持されると共に、土台部１のソケット筒部１２に連結された支柱部２が垂直姿勢に保持される。以上のようにして、土台部１に連結された支柱部２は、上端部が海面上に突出する状態で配置される。

さらに、粒状錘５は、網材や通水性のある袋体等に充填した集合体の状態で沈降させることもできる。この場合もクレーン等で吊り下げて正確に充填できる。さらに、図の鎖線で示すように、土台部１の周壁部１４の周囲にも錘体５５を設置することができる。この構造は。この錘体５５により、土台部１が水平方向に位置ずれするのを確実に防止できる。このような錘体５５として、前述の粒状錘５を袋体に充填した集合体とすることも、コンクリートブロック等とすることもできる。ただし、この錘体は、設置場所の環境によって省略することができる。

［発電機設置工程］
以上のようにして構築された着床式洋上架台９の支柱部２の上端に、図１に示すように風力発電機４を設置して洋上風力発電装置１００が構築される。

本発明は、洋上に風力発電機を配置する着床式洋上架台として、水深４０ｍ～１２０ｍの海域においても好適に構築できる。

１００…洋上風力発電装置
１…土台部
２…支柱部
２Ａ…本体部
２Ｂ…下端部
２Ｃ…突出部
３…基礎部
４…収容部
５…粒状錘
６…風力発電機
９…着床式洋上架台
１１…底板部
１２…ソケット筒部
１２Ａ…周壁
１３…固定壁部
１４…周壁部
１４Ａ…鋼板
１５…フランジ部
１６…固定リブ
１７…固定プレート
１８…連結プレート
１９…蓋体
２０…水中コンクリート
２１…第１のアンカー部
２２…第２のアンカー部
２３…中空部
２４…プラットホーム
３０…掘削部
３１…基礎捨石層
３２…捨石
３３…被覆部材
３３Ａ…アスファルトマット
５０…海底面
５１…収納容器
５２…砕石運搬船
５５…錘体
６０…風車
６１…ブレード
６２…ハブ
６３…ナセル
６４…タワー

本発明のある態様に係る着床式洋上架台は、風力発電機を洋上に設置するための着床式洋上架台であって、水深４０ｍ～１２０ｍの海底に全体が水没する状態で配置される鋼鉄製の土台部と、内部に海水を流入させる状態で海中に沈められて、海底において下端が土台部に連結されて、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長された姿勢で海中に配置される円筒状の鋼管で形成された全長を５０ｍ以上とする支柱部と、土台部に積載される粒状錘を収容するための収容部とを備えている。土台部は、海底に設置される底板部と、底板部の中央部に固定されて、支柱部の下端部が挿入されて連結されるソケット筒部と、ソケット筒部の側面と底板部の上面に固定されて、ソケット筒部を底板部に固定する複数の固定壁部と、底板部の外周に沿って立設されて、内側に収容部を形成する周壁部とを備えている。土台部は、収容部に積載される粒状錘によって定位置に保持されると共に、ソケット筒部に連結された支柱部を鉛直姿勢に保持するよう構成している。

Claims (15)

1. 風力発電機を洋上に設置するための着床式洋上架台の構築方法であって、
   海底に設置されて粒状錘が積載される鋼鉄製の土台部であって、
   海底に設置される底板部と、
   前記底板部の中央部に固定されて、支柱部の下端部が挿入されて連結されるソケット筒部と、
   前記ソケット筒部の側面と前記底板部の上面に固定されて、前記ソケット筒部を前記底板部に固定する複数の固定壁部と、
   前記底板部の外周に沿って立設されて、内側に前記粒状錘の収容部を形成する周壁部と、
   を備える土台部と、
   円筒状の鋼管で形成されて、海底に設置された前記土台部に下端を連結した状態で上端を洋上に突出させる全長を有する支柱部と、
   前記収容部に積載される所定量の粒状錘と、
   を準備する準備工程と、
   前記土台部と前記支柱部と前記粒状錘とを着床式洋上架台の構築領域の洋上に運搬する運搬工程と、
   構築領域の海底面に、上面が水平面状に整地された基礎部を形成する基礎部形成工程と、
   前記土台部を海底に沈めて前記基礎部の上に設置する土台部設置工程と、
   前記支柱部を垂直姿勢で海中に沈めて、海底に設置された前記土台部の前記ソケット筒部に前記支柱部の下端部を挿入して連結する支柱部設置工程と、
   前記土台部の前記収容部に前記粒状錘を積載する積載工程と、
   を含む着床式洋上架台の構築方法。
2. 請求項１に記載される着床式洋上架台の構築方法であって、
   支柱部設置工程の後工程として、前記ソケット筒部に挿入された前記支柱部の下端部の内部に水中コンクリートを充填するコンクリート充填工程を含む着床式洋上架台の構築方法。
3. 請求項１または２に記載される風力発電機を洋上に設置するための着床式洋上架台の構築方法であって、
   前記積載工程が、
   前記土台部設置工程の前工程として、または前記土台部設置工程において、前記収容部に前記粒状錘を積載する第１積載工程と、
   前記土台部設置工程の後工程として、前記収容部に前記粒状錘を積載する第２積載工程とを含む着床式洋上架台の構築方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載される風力発電機を洋上に設置するための着床式洋上架台の構築方法であって、
   前記準備工程において、前記土台部の前記底板部の外周に沿って立設される前記周壁部を前記底板部に水密に連結して、前記土台部全体を上方開口の箱形に形成し、
   前記運搬工程において、前記土台部を海面上に浮かせた状態で曳航して構築領域の洋上まで運搬する着床式洋上架台の構築方法。
5. 風力発電機を洋上に設置するための着床式洋上架台であって、
   海底に配置される鋼鉄製の土台部と、
   下端を前記土台部に連結して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されてなる円筒状の鋼管で形成された支柱部と、
   前記土台部に積載される粒状錘を収容するための収容部と、
   を備え、
   前記土台部は、
   海底に設置される底板部と、
   前記底板部の中央部に固定されて、前記支柱部の下端部が挿入されて連結されるソケット筒部と、
   前記ソケット筒部の側面と前記底板部の上面に固定されて、前記ソケット筒部を前記底板部に固定する複数の固定壁部と、
   前記底板部の外周に沿って立設されて、内側に前記収容部を形成する周壁部と、
   を備え、
   前記土台部は、前記収容部に積載される粒状錘によって定位置に保持されると共に、前記ソケット筒部に連結された前記支柱部を鉛直姿勢に保持するよう構成してなる着床式洋上架台。
6. 請求項５に記載される着床式洋上架台であって、
   前記土台部の前記ソケット筒部が、上方に向かって内形が次第に大きくなるテーパー形状であって、
   前記支柱部の下端部が、下端に向かって外形が次第に小さくなるテーパー形状である着床式洋上架台。
7. 請求項５または６に記載される着床式洋上架台であって、
   前記土台部が海底に設置された状態で、前記ソケット筒部に挿入される前記支柱部の下端部の内部に水中コンクリートが充填されてなる着床式洋上架台。
8. 請求項７に記載される着床式洋上架台であって、
   前記土台部は、前記ソケット筒部の中央部に前記水中コンクリートに埋設される第１のアンカー部を設けており、
   前記支柱部が、下端部の内側に前記水中コンクリートに埋設される第２のアンカー部を設けてなる着床式洋上架台。
9. 請求項５から８のいずれか一項に記載される着床式洋上架台であって、
   前記周壁部が、前記底板部と分離可能な筒体であって、前記底板部の上面に載置されて定位置に配置されてなる着床式洋上架台。
10. 請求項５から９のいずれか一項に記載される着床式洋上架台であって、
    前記土台部の前記周壁部の平面視における外形が、多角形状または方形状である着床式洋上架台。
11. 請求項５から９のいずれか一項に記載される着床式洋上架台であって、
    前記土台部の前記周壁部の平面視における外形が、円形状である着床式洋上架台。
12. 請求項５から１１のいずれか一項に記載される着床式洋上架台であって、
    前記収容部に積載される粒状錘が、砂利、砕石、鉱石、スラグのいずれかである着床式洋上架台。
13. 請求項５ないし１２のいずれか一項に記載される着床式洋上架台であって、
    前記土台部の外径が２０ｍ以上で、前記支柱部の全長が５０ｍ以上である着床式洋上架台。
14. 請求項５ないし１３のいずれか一項に記載される着床式洋上架台であって、
    前記土台部が、水深４０ｍ～１２０ｍの海底に設置される着床式洋上架台。
15. 着床式洋上架台を備える洋上風力発電装置であって、
    請求項５ないし１４のいずれかに記載する前記着床式洋上架台と、
    前記支柱部の上端に設置された風力発電機と、
    を備える洋上風力発電装置。

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