JP2024057389A - 浮体式洋上風力発電用下部構造、及び浮体式洋上風力発電用下部構造の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大型化にも適用可能であり、タワー等の下端に生じるモーメントを低減することが可能な浮体式洋上風力発電用下部構造等を提供する。【解決手段】 浮体式洋上風力発電用下部構造１は、風力発電装置３を洋上に浮かべた状態で支持するための基礎構造である。浮体式洋上風力発電用下部構造１は、洋上に浮いた状態で、風力発電装置３が浮体式洋上風力発電用下部構造１の上床版５の上方に配置される。浮体式洋上風力発電用下部構造１は、主に、筒状構造体７、上床版５、下床版９等によって構成される。複数の中空の筒状構造体７の下端には下床版９が接合され、上方には上床版５が接合される。すなわち、上床版５とした床版９とで、複数の筒状構造体７が固定され、筒状構造体７の内部には、密閉された空間が形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、洋上の風力発電装置を支持する浮体式洋上風力発電用下部構造等に関する。

洋上風力発電風車などの洋上構造物として、浮体式でタワー等を支持する方式が提案されている。一般的に、着床式の下部構造に対して、このような浮体式の下部構造は、コスト等を考慮すると、例えば５０ｍ以上の水深で適用される。また、浮体式の下部構造としては、水深等に応じていわゆるバージ型、セミサブ型、スパー型等が提案されている。

ここで、全高よりも全幅が広い浮体である、いわゆるセミサブ型の浮体は、複数の円形または多角形の筒状浮体が用いられ、風力発電用のタワー又はタワーの直下に直接接合される筒状体（以下単に「タワー等」とする。）は、下方または上下において水平方向の梁などの連結材によって他の筒状浮体と連結される構造が一般的である（例えば、特許文献１～３）。

特開２０１８－５３８９９号公報 特表２０１７－５０６１８４号公報 特表２０１８－５１３８０８号公報

近年、受風効率、発電効率、メンテナンス効率等により、風車規模のコストメリットを狙った大型化が検討されている。すなわち、より長い受風用の翼（ブレード）に伴いより高いタワーが用いられる。これに伴い、浮体式の下部構造自体も大型化する必要がある。

前述したように、一般的なセミサブ型の浮体式の下部構造では、タワー等は、梁構造によって他の周囲の筒状浮体と連結される。この際、翼への受風力の強弱や波浪による浮体の揺動との関係に伴うタワーの揺動等によって、梁（タワーに対して垂直な方向の連結部材）との接合部にはタワーの転倒挙動に伴うモーメントと水平力（せん断力）がかかる。

下端のみに梁を有する浮体式の下部構造では、タワーの上端からタワー等の下端までの距離が大きくなるほど、タワー等からのモーメントが大きくなる。したがって、風車規模の大型化に伴い、より大きなモーメントが下端の梁構造に付与されることとなる。このため、モーメントを低減する対策が要求される。また、複雑な形状によるコストアップはするものの、下端を補うために上端にも梁を有する浮体式の下部構造としても、モーメントや水平力は風向きや波の向きによりあらゆる方向に作用するため、上下端ともに堅固な梁が必要となる。さらに、梁の連結部では応力集中の課題も有する。

一方、従来の浮体式の下部構造としては、一般的に鋼製の筒状浮体及び梁が用いられる。しかし、浮体式の下部構造の大型化に伴う厚肉鋼板の加工には課題がある。これは、大型風車の厚肉かつ大口径の杭を製造してきたヨーロッパに対し、日本国内の工場では、厚肉鋼板の曲げ加工について、加工機が無いことや製作管理ノウハウが追い付いていないことを背景としている。

これに対し、コンクリートを用いた浮体式の下部構造を用いた方法も提案されている。しかし、コンクリート製の下部構造であっても、前述したようなタワー等の下端に生じるモーメントと水平力に対しては対策が必要である。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、大型化にも適用可能であり、タワー等の下端に生じるモーメントと水平力を低減することが可能な浮体式洋上風力発電用下部構造等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、第１の発明は、全高よりも全幅が広い浮体式洋上風力発電用下部構造であって、風力発電装置用のタワーが取り付けられる上床版と、前記上床版の下方に接合される複数の中空の筒状構造体と、複数の前記筒状構造体の下端に接合される下床版と、を具備することを特徴とする浮体式洋上風力発電用下部構造である。筒状構造体の形状は水圧に有利な円形とすることが望ましく、それにより筒状構造体の壁厚の薄肉化とこれに伴う軽量化につながる。

複数の前記筒状構造体同士の間に、波が通過可能な隙間が形成されていることが望ましい。

前記筒状構造体同士の間において、補強構造が設けられることが望ましい。なお、補強構造としては、上床版と下床版に設けられて、上床版と下床版を補強する構造であってもよい。

前記風力発電装置用のタワーは、前記上床版の略中央に配置され、前記風力発電装置用のタワーの下方であって、前記上床版の下部には、中央補強構造が設けられてもよい。この場合、前記中央補強構造は、前記上床版と前記下床版の間に配置された、前記筒状構造体であってもよい。
また、前記風力発電装置用のタワーは、前記上床版の端部筒状構造体の上部に偏心配置してもよい。

前記筒状構造体は、プレストレストコンクリート製であり、前記中央補強構造と前記上床版との接合部において、厚みが厚い増厚部が設けられ、前記増厚部には、前記増厚部と、前記上床版とにまたがって緊張材が配置されてもよい。

前記下床版のサイズは、前記上床版のサイズよりも大きくてもよい。

前記下床版及び前記上床版は、複数の前記筒状構造体を包含可能な形状であって、前記筒状構造体との接合部近傍の外縁をつなぐ直線に対して、前記筒状構造体同士の間にはくびれ形状が形成されてもよい。

前記筒状構造体は、複数のリング部材が長手方向に連結されて構成されてもよい。

前記筒状構造体は、プレストレストコンクリート製であり、前記筒状構造体と、前記上床版又は前記下床版との接合部において、厚みが厚い増厚部が設けられ、前記増厚部には、前記増厚部と、前記上床版又は前記下床版とにまたがって緊張材が配置されてもよい。

第１の発明によれば、従来の梁構造ではなく、筒状構造体を下床版と上床版とで挟み込むようにして構成し、風力発電装置用のタワーを上床版に取り付けることで、タワーによるモーメントを上床版で受けることができる。このため、下部（下床版）でモーメントを受ける場合と比較して、タワー先端からの距離を短くすることができ、モーメントを低減することができる。また、タワーによるモーメントと水平力を梁の様な水平方向に限定された複数方向ではなく、上床版の全ての水平方向で受けることができる。このため、上端の梁でモーメントと水平力を受ける場合と比較しても、あらゆる方向のモーメントと水平力を効率よく支持することができる。

なお、本発明において風力発電装置用のタワーには、風力発電装置が搭載されるタワーと直接接合されるトランジションピース等も含むものとする。すなわち、上床版とタワーとの間に設けられるトランジションピース等の接合用の構造を含むものとする。

また、複数の筒状構造体同士の間に隙間を形成することで、隙間を波が通過可能とすることができる。このため、波力の影響を抑制することができる。

また、筒状構造体同士の間において、上床版と下床版に補強構造を設けることで、上床版及び下床版と、筒状構造体との接合部における接合強度を高めることができる。

また、風力発電装置用のタワーを、上床版の略中央に配置することで、下部構造が大型化しても、バランスを取りやすくなり、バラストによる姿勢や喫水等の調整が容易となる。この際、タワーの下方であって、上床版の下部に中央補強構造を設けることで、タワーから受ける力に対して、より高い強度を確保することができる。

この場合、中央補強構造として、上床版と下床版の間に配置された、筒状構造体を適用することができる。このようにすることで、同一の筒状構造体を利用することができ、製造性が向上するだけでなく、より大きな浮力を確保することができる。なお、この場合でも、タワー等から受けるモーメントは、上床版で受けるため、中央補強構造を介して下床版へ直接加わるモーメントと水平力を低減することができる。

また、筒状構造体をプレストレストコンクリート製とした際に、中央補強構造と上床版との接合部において、厚みが厚い増厚部を設け、増厚部に、増厚部と上床版とにまたがって緊張材を配置することで、中央補強構造と上床版との接合強度をより高めることができる。

また、下床版のサイズを上床版のサイズよりも大きくして、下床版の張り出し量を大きくすることで、下部構造の上下動（ヒーブ）等を抑制することができ、下床版の一部を揺動抑制機能として機能させることができる。

また、下床版及び上床版の形状を、複数の筒状構造体との接合部近傍の外縁をつなぐ直線に対して、筒状構造体同士の間にくびれ形状を形成することで、例えばタワー等を上床版上に配置する場合などにおいて、浮体式の下部構造の軽量化や浮体組立に用いるクレーンの小型化に寄与し、クレーンと上床版等との干渉を避けることができる。

また、筒状構造体が複数のリング部材を長手方向に連結して構成するため、連結数を変えるだけで、所望の長さに施工することができる。特に、コンクリート製とする場合、リングごとの型枠が同サイズ（径、高さ、厚さ）になるだけでなく、風車の大きさなどの設計条件に応じて、同サイズの円筒の本数にて調整可能な場合もあるため、型枠が同寸法となり、転用が図られるといった低コスト化にもつながる。

また、筒状構造体をプレストレストコンクリート製とした際に、それぞれの筒状構造体と、上床版及び下床版との接合部において、厚みが厚い増厚部を設け、増厚部と、上床版又は下床版とにまたがって緊張材を配置してもよく、この場合には、筒状構造体と上床版又は下床版との接合強度をより高めることができる。また、筒状構造体の増厚方向を一般部に対して外側または内側の一方とする場合、内側または外側の型枠を転用することが可能である。

第２の発明は、第１の発明にかかる浮体式洋上風力発電用下部構造の施工方法であって、岸壁近傍において、移動機構の上部に前記下床版を施工する工程ａと、前記下床版上に、前記筒状構造体を設置する工程ｂと、前記筒状構造体上に前記上床版を設置する工程ｃと、前記下床版と前記上床版との間で、前記筒状構造体にプレストレスを付与する工程ｄと、を具備し、上記工程の少なくとも一部の間において、前記移動機構を移動させて、並行して複数の工程を実施することを特徴とする浮体式洋上風力発電用下部構造の施工方法である。

前記工程ｃにおいて、他の移動機構によって、構台上の前記上床版を前記筒状構造体の上方に水平方向に移動させて配置してもよい。

前記工程ｃにおいて、他の移動機構によって、前記上床版の埋設型枠を前記筒状構造体の上方に移動させて配置し、前記埋設型枠にコンクリートを打設することで前記上床版を施工してもよい。

第２の発明によれば、浮体を浜出しする岸壁の近傍で個々のパーツごとに組み立てて移動させていくことで、大型の浮体を運搬する工程を削減することができる。また、各工程を移動させながら行うことで、複数の工程を同時に進行させることができる。

例えば、筒状構造体を下床版上に施工した後、隣接する構台等の上で施工された上床版を水平方向に移動させることで、大型の上床版を効率よく筒状構造体の上方に配置することができる。

また、筒状構造体を下床版上に施工した後、上床版の埋設型枠を筒状構造体の上方に配置し、埋設型枠にコンクリートを打設することで上床版を施工することで、大型の上床版を効率よく施工することができる。

本発明によれば、大型化にも適用可能であり、タワー等の下端に生じるモーメントや水平力を低減することが可能な浮体式洋上風力発電用下部構造等を提供することができる。

浮体式洋上風力発電用下部構造１の使用状態を示す図。 （ａ）は浮体式洋上風力発電用下部構造１を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線断面図。 （ａ）は他の浮体式洋上風力発電用下部構造１を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線断面図。 （ａ）は他の浮体式洋上風力発電用下部構造１を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ－Ｃ線断面図。 （ａ）～（ｃ）は他の浮体式洋上風力発電用下部構造１を示す正面図。 （ａ）は他の浮体式洋上風力発電用下部構造１を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ－Ｄ線断面図。 （ａ）は他の浮体式洋上風力発電用下部構造１を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＥ－Ｅ線断面図。 （ａ）は他の浮体式洋上風力発電用下部構造１を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＩ－Ｉ線断面図、（ｃ）は（ｂ）の他の実施形態を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、他の下床版９の形態を示す図。 浮体式洋上風力発電用下部構造１の施工工程を示す図。 （ａ）～（ｃ）は下床版９の施工工程を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、筒状構造体７の施工工程を示す図。 （ａ）～（ｃ）は、図１２（ｂ）のＧ部であって、筒状構造体７と下床版９との接合部の構造を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、筒状構造体７と下床版９との他の接合部の構造を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、上床版５の施工工程を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、上床版５の他の施工工程を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、トランジションピース１３と中央補強構造１９ａとの接合構造を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、トランジションピース１３と中央補強構造１９ａとの他の接合構造を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、トランジションピース１３と中央補強構造１９ａとの他の接合構造を示す図。 （ａ）は、トランジションピース１３と中央補強構造１９ａとの他の接合構造を示す図、（ｂ）は周方向の緊張材３５ｃを示す図。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、浮体式洋上風力発電用下部構造１の使用状態を示す図である。浮体式洋上風力発電用下部構造１は、洋上に浮かべた状態で風力発電装置３を支持するためのセミサブ型の浮体である。浮体式洋上風力発電用下部構造１は、全高よりも全幅が広い。浮体式洋上風力発電用下部構造１は、洋上に浮いた状態で、風力発電装置３のタワーが浮体式洋上風力発電用下部構造１の上床版５の上方に取り付けられる。

なお、本実施形態では、前述したように、トランジションピース１３を含めて、風力発電装置３のタワーが浮体式洋上風力発電用下部構造１の上床版５の上方に取り付けられるものとする。この際、風力発電装置３のタワー（トランジションピース１３）は、上床版５の略中央に配置されることが、安定上望ましいが、側方での偏心配置でもバラスト等での調整が可能である。また、上床版５は、例えば海上に露出しており、係留索１１が接続される。すなわち、浮体式洋上風力発電用下部構造１は、係留索１１によって海底に係留される。

図２（ａ）は、浮体式洋上風力発電用下部構造１を示す正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。浮体式洋上風力発電用下部構造１は、主に、筒状構造体７、上床版５、下床版９等によって構成される。複数の中空の筒状構造体７の下端には下床版９が接合され、上方には上床版５が接合される。すなわち、上床版５と下床版９とで、複数の筒状構造体７が固定され、筒状構造体７の内部には、密閉された空間が形成される。なお、前述したように、上床版５には風力発電装置３のタワーが取り付けられる。

筒状構造体７は、鉄筋・型枠・コンクリート現場打ちでの一体構築方法でもよいが、複数のセグメント又はリング部材が長手方向に連結されて構成することが望ましく、これにより早く構築できる。筒状構造体７の製造方法については詳細を後述する。なお、図示した例では、筒状構造体７が３本併設される例を示すが、これには限られない。例えば、筒状構造体７は４本以上であってもよい。

また、下床版９は、筒状構造体７の最外周部よりも外方にはみ出していることが望ましい。このように、平面視において、下床版９の少なくとも一部を筒状構造体７の外方にはみ出させることで、このはみ出している部分が、浮体式洋上風力発電用下部構造１を洋上に浮かべた際の揺動の抵抗となり、揺動を抑制することができる。このため、例えば、下床版９のサイズを、上床版５のサイズよりも大きくしてもよい。

ここで、図２（ｂ）に示すように、複数の筒状構造体７は、隙間をあけて配置されることが望ましい。このように、複数の筒状構造体７同士の間に、隙間を形成することで、波が隙間を通過することが可能となり、横から受ける波力を抑制することができる。

一方、筒状構造体７同士を壁体でつなげてもよい。図３（ａ）は、他の浮体式洋上風力発電用下部構造１を示す正面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。図３に示す例では、複数の筒状構造体７同士が補強壁１５によって連結される。すなわち、複数の筒状構造体７同士の間には、波が通過することが可能な隙間は形成されない。この場合には、補強壁１５で囲まれた空間も浮体として機能するとともに、補強壁１５が上床版５と下床版９の補強構造として機能し、特に、上床版５及び下床版９と筒状構造体７との接合部を、補強壁１５によって補強することができる。このように、筒状構造体７同士の間は、必ずしも隙間が形成されなくてもよい。また、波の通過用に一部貫通部を設けてもよい。

また、筒状構造体７同士の間に他の補強構造を設けてもよい。図４（ａ）は、他の浮体式洋上風力発電用下部構造１を示す正面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ－Ｃ線断面図である。図４に示す例では、筒状構造体７同士の間において、上床版５と下床版９には補強構造１７が設けられる。補強構造１７は、筒状構造体７の上部と下部にのみ形成されるため、複数の筒状構造体７同士の間に、隙間を形成することができ、波が隙間を通過することが可能となる。このように、上床版５及び下床版９と筒状構造体７との接合部近傍に補強構造１７を形成することで、上床版５及び下床版９と筒状構造体７との接合部の強度向上と、波による影響の抑制を両立することができる。なお、補強構造１７は、上床版５及び下床版９と一体で構成してもよく、別部材で構成して上床版５及び下床版９に接合してもよい。さらに、補強構造１７を筒状構造体７と接合することで、より一層の強度向上が図られる。

また、筒状構造体７同士の間に他の補強構造を設けてもよい。図５（ａ）、図５（ｂ）に示す例では、筒状構造体７同士の間に、斜材（方杖）である補強構造１７ａが配置される。より詳細には、図５（ａ）では、筒状構造体７同士の間の空間を対角線上に補強構造１７ａが配置され、図５（ｂ）では、逆Ｖ字状（又はＶ字状）に補強構造１７ａが配置される。なお、図５（ａ）、図５（ｂ）に示す例では、補強構造１７ａは上床版５又は下床版９に固定されるが、図５（ｃ）に示すように、補強構造１７ａを筒状構造体７に固定してもよく、その両方に固定してもよい。また、補強構造１７ａは図示した形態でなくてもよいが、いずれの形態であっても複数の筒状構造体７同士の間に隙間を形成することができるため、波が隙間を通過することが可能となる。

また、上床版５の略中央部の下方に補強構造を設けてもよい。図６（ａ）は、他の浮体式洋上風力発電用下部構造１を示す正面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ－Ｄ線断面図である。図６に示す例では、上床版５の略中央部の下方に中央補強構造１９が配置される。中央補強構造１９は、それぞれの筒状構造体７から中央に向けて形成された壁状の部位である。前述したように、風力発電装置３のタワー（図示省略）の下部は、上床版５の略中央に配置されることが望ましい。この際、風力発電装置３のタワーと上床版５との接合部には大きなモーメントと水平力が付与される。これに対し、風力発電装置３のタワーの下方であって、上床版５の下部に、中央補強構造１９を設けることで、上床版５の略中央を補強することができる。

また、上床版５の略中央部の下方に設ける中央補強構造は図６に示す形態には限られない。図７（ａ）は、他の浮体式洋上風力発電用下部構造１を示す正面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＥ－Ｅ線断面図である。図７に示す例では、風力発電装置３のタワーの下方であって、上床版５の下部に、中央補強構造１９ａが設けられる。中央補強構造１９ａは、上床版５と下床版９の間に配置された、筒状構造体７と同様の構造である。すなわち、三つの筒状構造体７の略中央に、さらに一つの筒状構造体７が設置される。この場合、風力発電装置３のタワーと中央補強構造１９ａは上床版５を介して連続するが、風力発電装置３のタワーから受ける力はまず上床版５で受けることになり、上床版５が受けた力の一部が中央補強構造１９ａによってさらに下床版９に伝達される。このように上床版５と下床版９の略中央部が、中央補強構造１９ａで連結されるため、上方からの荷重も上床版５と下床版９の両方で受けることができる。なお、筒状構造体７と中央補強構造１９ａ（中央の筒状構造体７）との間に隙間を形成することができるため、波が隙間を通過することが可能となる。筒状構造体７と中央補強構造１９ａ（中央の筒状構造体７）の間に図３～図６に示す補強構造を設けてもよい。

図８（ａ）は、他の浮体式洋上風力発電用下部構造１を示す正面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＩ－Ｉ線断面図である。図８に示す例では、風力発電装置３のタワーの下方であって、上床版５の下部に、中央補強構造１９ａが設けられるとともに、上床版５の下面に、中央補強構造１９ａと筒状構造体７とを連結するように、補強構造１７が設けられる。すなわち、三つの筒状構造体７の略中央に、さらに一つの筒状構造体７が設置され、これらが周囲の補強構造１７で連結される。このように上床版５と下床版９の略中央部が、中央補強構造１９ａで連結されるとともに、その周囲の上床版５が補強構造１７で補強されるため、タワーのモーメントによって生じる力の一部を、より効率よく外側の筒状構造体７に逃すことができる。なお、さらに高い強度を確保するためには、図８（ｃ）に示すように、中央補強構造１９ａの径を、他の筒状構造体７よりも大きくしてもよい。また、さらに、中央補強構造１９ａの厚みを、他の筒状構造体７よりも厚くしてもよい。このようにすることで、後述する中央補強構造１９ａに配置される緊張材の本数を増やしたり径を大きくしたりすることが可能となる。このように、タワーの曲げモーメントの大きさに対して、必要に応じ、上床版５への補強構造１７での補強や、中央補強構造１９ａの径の拡大、増厚、緊張材の材質の変更・本数・径の増加、梁や斜材追加などを、適宜選択または組み合わせることによって、より高い強度を確保することができる。

また、上床版５及び下床版９の形状は上述した実施形態には限られない。図９（ａ）、図９（ｂ）に示す例では、平面視において、下床版９の外形にくびれ２１が形成される。なお、上床版５に対しても同様の形態とすることができる。すなわち、下床版９及び上床版５は、複数の筒状構造体７を包含可能な形状であって、筒状構造体７との接合部近傍の外縁をつなぐ直線（図中Ｆ）に対して、筒状構造体７同士の間にくびれ形状が形成される。なお、図９（ａ）に示すように、筒状構造体７の外周部よりも筒状構造体７と中央補強構造１９ａとの連結部の幅を狭くしてもよいし、図９（ｂ）に示すように、筒状構造体７の外周部と筒状構造体７と中央補強構造１９ａとの連結部の幅をほぼ等しくしてもよい。また、前述したように、下床版９のサイズを上床版５のサイズよりも大きくする場合において、下床版９と上床版５とを同一の外形でサイズのみを変えてもよく、上床版５を図９（ａ）に示すような形態として、下床版９を図９（ｂ）に示すような形態としてもよい。このようにくびれ２１を形成することで、例えば、上床版５の略中央に風力発電装置３のタワーを設置する際に、クレーンのブームと上床版５とが干渉することを抑制することができる。
さらに、図示はしていないが、上床版や下床版内を一部中空にすることで所要の強度を確保しながら軽量化を図ることが可能である。中空化ないしは軽量化の方法としては、コンクリート打設前にボイドと呼ばれる中空または発泡スチロールなどの埋設体を設置しておけばよい。

次に、浮体式洋上風力発電用下部構造１の施工方法について説明する。なお、筒状構造体７、上床版５、下床版９はコンクリート製であってもよく、鋼製であってもよいが、以下の説明では、各構成がプレストレストコンクリート製であるとして説明する。また、浮体式洋上風力発電用下部構造１としては、図２～図９のいずれの形態であってもよいが、図９（ｂ）に示す例で説明する。

図１０は、浮体式洋上風力発電用下部構造１の製造工程を示す図である。なお、以下の説明では各部材の内部の鉄筋等については図示を省略する。浮体式洋上風力発電用下部構造１は、岸壁２５の近傍における浮体製作ヤード２３において製造される。

まず、岸壁２５近傍の浮体製作ヤード２３の下床版９の施工位置において、移動機構（図示省略）の上部に下床版９を構築する。移動機構としては、例えば、多軸台車やエアキャスターなどを利用することができる。次に、下床版９を移動させて、筒状構造体７の施工位置において、下床版９の上に、筒状構造体７（以下、筒状構造体７と同様の構造である中央補強構造１９ａを含む）を設置する。さらに、下床版９を移動させて、上床版５の施工位置において、筒状構造体７上に上床版５を設置する。この際、下床版９と上床版５との間で、筒状構造体７に鉛直方向のプレストレスを付与する。以上により、浮体式洋上風力発電用下部構造１が完成する。トランジションピースを設置し、これを含めたプレストレス付与でもよい（図示省略）。

このように、浮体製作ヤード２３において、各工程の少なくとも一部の間において、移動機構を移動させることで、並行して複数の工程を実施することができる。なお、製造完成した浮体式洋上風力発電用下部構造１は半潜水台船２７上に移動される。半潜水台船２７に移動後は、移動機構から架台に受け替え、移動機構を陸上に退避させる。半潜水台船２７は所用の水深箇所まで曳航し、バラスト注水にて沈め、浮体式洋上風力発電用下部構造１を離脱させる。また、半潜水台船２７上において、上床版５上に風力発電装置３等が設置される。その後、所用の水深箇所において半潜水台船２７を沈めることで、浮体式洋上風力発電用下部構造１等を半潜水台船２７から離脱させて、設置場所まで曳航して、設置場所に風力発電装置３を設置することができる。一般的には、風力発電装置３等の設置箇所は、広いヤードと岸壁側での大型クレーンを要するため、浮体製作ヤード２３とは別箇所になる。また、浮体式洋上風力発電用下部構造１等を半潜水台船２７から離脱させた後に、風力発電装置３等の設置を行ってもよい。

次に、各工程についてより詳細に説明する。図１１は、下床版９の施工方法の一例を示す図である。前述したように、下床版９が大型化すると、一体で施工することが困難である。このため、図１１（ａ）に示すように、複数の分割床版２９を予めプレキャスト材として施工し、これを一体化する方法を採用してもよい。

より詳細には、まず、埋設底枠と鋼製側枠（又は埋設側枠）を設置し、内部鉄筋（定着材３１ａ、定着鉄筋３１ｂ含む）を設置した後コンクリートを打設する。養生期間経過後に、鋼製側枠を脱型して各分割床版２９を施工することができる。なお、定着材３１ａは、各分割床版２９の上面に突出して、後述する筒状構造体７との接合部における緊張材の定着部として機能する。また、定着鉄筋３１ｂは、分割床版２９同士の接合方向に突出し、分割床版２９同士を接合する際に接合部として機能する。なお、定着材３１ａは、各分割床版２９の上面に突出させず孔とし、台形状などの嵌合構造を設けることで、位置合わせと組み立てが容易になる。

次に、各分割床版２９を移動機構上に配置して、それぞれの分割床版２９同士の間に間詰コンクリート３３を打設して複数の分割床版２９同士を一体化する。この際、図１１（ｃ）に示すように、内部に配置された鞘管に緊張材３５を配置して例えば３方向から緊張・定着することでプレストレスを付与することができる。なお、下床版９の分割形態は図示した例には限られない。また、緊張材３５の配置も図示した例には限られない。

図１２（ａ）は、得られた下床版９の上方に筒状構造体７を施工する工程を示す図である。前述したように、筒状構造体７は、複数のリング部材３７が長手方向（鉛直方向）に連結されて構成される。この際、リング部材３７同士の間には止水部材や、ずれ止めの凹凸嵌合構造を設けてもよい。また、リング部材３７は、あらかじめ周方向に緊張材が配置されてプレストレスが付与されてもよい。すべてのリング部材３７を連結することで、筒状構造体７の施工が完了する。なお、リング部材３７は、リング状に一体で構成されたプレストレストコンクリート製や、周方向に複数に分割構成されたセグメントを周方向に連結することでリング状としてもよい。

図１３（ａ）は、図１２（ｂ）のＧ部における断面図であり、下床版９と筒状構造体７との接合部の構造を示す概略図である。前述したように、下床版９には、あらかじめ円形の周方向に所定の間隔で定着材３１ａが埋設される。また、筒状構造体７の下部（最下段のリング部材３７）には空間が形成され、定着材３１ａと緊張材３５ａとを接続するカプラ４１が収容される。緊張材３５ａは緊張されて筒状構造体７の上方で定着されることで、筒状構造体７にプレストレスを付与することができる。カプラ４１とその空間は、筒状構造体７の下部（最下段のリング部材３７）側ではなく、下床版９側に設けてもよく、この場合はリング部材３７の設置時に下床版９上の定着材３１ａの突出がなくなる。

なお、図１２（ｂ）に示すように、下床版９に定着材３１ａを埋設するのではなく、下床版９の下方に箱抜き３９を設けて定着材３１ａを定着させてもよい。この方法であれば、定着材３１ａを下側から後設置にすることで、リング部材３７の設置時に下床版９上の定着材３１ａの突出がなくすことができる。また、定着作業を容易にするために、箱抜き３９を下床版９の上面側から形成し、下床版９の上方で定着作業を可能としてもよい。

また、図１３（ａ）は筒状構造体７の平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＨ－Ｈ線断面図（筒状構造体７の展開図）である。図１３に示すように、緊張材３５ａを下床版９に定着するのではなく、下床版９を略Ｕ字状に貫通させて両端を筒状構造体７の上方で緊張後に定着させてもよい。

次に、筒状構造体７の上方に上床版５を配置する。図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、上床版５を筒状構造体７の上方に設置する方法を示す図である。上床版５は隣接する構台４９上の移動機構４３ａ上で施工される。上床版５は、例えば下床版９と同様に複数に分割してから一体化してもよい。ここで、構台４９は、下床版９等の移動方向（下床版９等を移動させる移動機構４３の移動方向）の側方に配置される。すなわち、移動機構４３に対して移動機構４３ａは略直行する方向へ移動可能である。このため、移動機構４３ａによって、構台４９上の上床版５を筒状構造体７の上方に水平方向に移動させて配置することができる。

なお、あらかじめ上床版５を施工した後に筒状構造体７の上方に配置するのではなく、筒状構造体７の上方で上床版５を施工してもよい。図１６（ａ）、図１６（ｂ）は、筒状構造体７の上方で上床版５を施工する方法を示す図である。この場合には、例えば図１５に示す方法で、筒状構造体７の上方に埋設型枠４５（埋設底枠及び埋設側枠）を配置し、埋設型枠４５に補強鉄筋等を配置してコンクリートを打設することで、上床版５を施工してもよい。すなわち、移動機構４３ａによって、上床版５の埋設型枠４５を筒状構造体７の上方に移動させて配置し、埋設型枠４５にコンクリートを打設することで上床版５を施工することができる。

なお、前述したように、下床版９と筒状構造体７は、一括して縦方向に緊張される緊張材３５ａによってプレストレスが付与される。この際、緊張材３５ａの上方は、上床版５に定着してもよい。また、中央の筒状構造体７（中央補強構造１９ａ）においては、上方の風力発電タワー（トランジションピース）の固定を兼ねてもよい。

図１７（ａ）は、トランジションピース１３の固定構造の一例を示す概略図である。なお、以下の各実施形態では、緊張材３５ａが下床版９に定着される例を示すが、その定着方法は、図１３（ａ）～図１３（ｃ）のいずれの形態であってもよく、図１４に示すように緊張材３５ａを配置してもよい。

図１７（ａ）に示す例では、緊張材３５ａは上床版５を貫通してトランジションピース１３において定着される。すなわち、トランジションピース１３は、緊張材３５ａによって上床版５に固定される。このようにすることで、トランジションピース１３の固定が容易となる。

なお、図１７（ｂ）に示すように、中央補強構造１９ａと上床版５との接合部において、厚みが厚い増厚部４７を設けてもよい。例えば、中央補強構造１９ａを構成するリング部材として、最上段のリング部材を、他のリング部材と内径は一定のまま外径を大きくして厚肉としてもよい。この場合には、増厚部４７に、増厚部４７と上床版５とにまたがって緊張材３５ｂを配置することができる。この際、緊張材３５ｂが緊張材３５ａの外側に配置されるため作業性が良好である。

なお、さらに、中央補強構造１９ａと下床版９との接合部においても、厚みが厚い増厚部４７を設けてもよい。例えば、中央補強構造１９ａを構成するリング部材として、最下段のリング部材を、他のリング部材と内径は一定のまま外径を大きくして厚肉としてもよい。この場合には、増厚部４７に、増厚部４７と下床版９とにまたがって緊張材３５ｂを配置することができる。

なお、図示した例では、中央補強構造１９ａに対して増厚部４７を設けたが、中央補強構造１９ａ以外の筒状構造体７にも適用可能である。すなわち、プレストレストコンクリート製の筒状構造体７に対して、上床版５又は下床版９との接合部において、厚みが厚い増厚部４７を設け、増厚部４７に、増厚部４７と上床版５又は下床版９とにまたがって緊張材を配置してもよい。

また、増厚部４７の形態は図１７（ｂ）に示す例には限られない。図１８（ａ）は、増厚部４７を中央補強構造１９ａの内側に形成した例を示す図である。なお、以下、中央補強構造１９ａに対する例を説明するが、他の筒状構造体７にも同様に適用可能である。この場合には、中央補強構造１９ａを構成するリング部材として、最上段及び最下段のリング部材を、他のリング部材と外径は一定のまま内径を小さくして厚肉としてもよい。このようにすることで、中央補強構造１９ａの外周面に段差が形成されないため、前述した波等に対する抵抗を小さくすることができることや、円筒内部の補強部間の長さを少しでも小さく強固できる。

また、図１８（ｂ）に示すように、増厚部４７を中央補強構造１９ａの内側と外側の両方に形成してもよい。この場合には、中央補強構造１９ａを構成するリング部材として、最上段及び最下段のリング部材を、他のリング部材に対して外径が大きく、内径を小さくして厚肉としてもよい。このようにすることで、中央補強構造１９ａの上下における強度をより高めることができる。

なお、前述した例では、リング部材の厚みを厚くすることで増厚部を形成したがこれには限られない、例えば、図１９（ａ）に示すように、下床版９及び上床版５にリング状に増厚部４７ａを形成してもよい。この場合、下床版９の上面に形成された増厚部４７ａ上に中央補強構造１９ａを配置し、中央補強構造１９ａに対応する部位の上床版５の上面に増厚部４７ａを形成する。トランジションピース１３は、上床版５の増厚部４７ａ上に配置されて固定される。

また、図１９（ｂ）に示すように、中央補強構造１９ａの上下に増厚部４７を形成するとともに、下床版９及び上床版５にリング状に増厚部４７ａを形成してもよい。この場合、緊張材３５ｂは、増厚部４７と増厚部４７ａを貫通するように配置されて定着される。

また、図２０（ａ）に示すように、増厚部４７に、周方向の緊張材３５ｃを配置してもよい。この場合には、図２０（ｂ）に示すように、３本の緊張材３５ｃを周方向にずらして配置してもよい。例えば、１本の緊張材３５ｃを２／３周配置して、３本の緊張材３５ｃを１／３周ずつずらして配置して定着してもよい。なお、緊張材３５ｃの定着位置は図示した例には限られず、また、それぞれの緊張材３５ｃを全周にわたって配置してもよい。

以上、本実施形態によれば、筒状構造体７を複数のリング部材３７で構成するため、大型の筒状構造体７も容易に施工することができる。また、さらなる風力発電装置３の大型化に対しても、筒状構造体７の長さや本数を変えることで対応が可能となる。

この際、従来のように梁構造ではなく、筒状構造体７を下床版９と上床版５とで挟み込むようにして構成し、風力発電装置３用のタワー（トランジションピース１３含む）を上床版５に取り付けることで、タワーによるモーメントと水平力を上床版５で受けることができる。このため、下床版９で直接モーメントと水平力を受ける場合と比較して、タワー先端からの距離を短くすることができ、モーメントを低減することができる。

この際、筒状構造体７同士の間において、上床版５と下床版９に補強構造を設けることで、上床版５及び下床版９と、筒状構造体７との接合部における接合強度を高めることができる。

また、風力発電装置３用のタワーを、上床版５の略中央に配置することで、下部構造が大型化しても、バランスを取りやすくなり、バラストによる姿勢や喫水等の調整が容易となる。この際、タワーの下方であって、上床版５の下部に中央補強構造１９、１９ａを設けることで、タワーから受ける力に対して、より高い強度を確保することができる。

また、筒状構造体７をプレストレストコンクリート製とした際に、中央補強構造１９ａと上床版５又は下床版９との接合部において、厚みが厚い増厚部４７、４７ａを設け、増厚部４７、４７ａに、増厚部４７、４７ａと上床版５又は下床版９とにまたがって緊張材３５ｂを配置することで、中央補強構造１９ａと上床版５又は下床版９との接合強度をより高めることができる。

また、複数の筒状構造体７の間にあえて隙間をあけることで、筒状構造体７の隙間に波を通過させることができる。このため、浮体式洋上風力発電用下部構造１にかかる波力を抑制することができる。

また、下床版９のサイズを上床版５のサイズよりも大きくしておくことで、海中における下床版９を、浮体式洋上風力発電用下部構造１の揺動抑制機構として機能させることができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、各実施形態における構成は、互いに組み合わせることができることは言うまでもない。

１………浮体式洋上風力発電用下部構造
３………風力発電装置
５………上床版
７………筒状構造体
９………下床版
１１………係留索
１３………トランジションピース
１５………補強壁
１７、１７ａ………補強構造
１９、１９ａ………中央補強構造
２１………くびれ
２３………浮体製作ヤード
２５………岸壁
２７………半潜水台船
２９………分割床版
３１ａ………定着材
３１ｂ………定着鉄筋
３３………間詰コンクリート
３５、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ………緊張材
３７………リング部材
３９………箱抜き
４１………カプラ
４３、４３ａ………移動機構
４５………埋設型枠
４７、４７ａ………増厚部
４９………構台

Claims (13)

1. 全高よりも全幅が広い浮体式洋上風力発電用下部構造であって、
   風力発電装置用のタワーが取り付けられる上床版と、
   前記上床版の下方に接合される複数の中空の筒状構造体と、
   複数の前記筒状構造体の下端に接合される下床版と、
   を具備することを特徴とする浮体式洋上風力発電用下部構造。
2. 複数の前記筒状構造体同士の間に、波が通過可能な隙間が形成されていることを特徴とする請求項１記載の浮体式洋上風力発電用下部構造。
3. 前記筒状構造体同士の間において、補強構造が設けられることを特徴とする請求項２に記載の浮体式洋上風力発電用下部構造。
4. 前記風力発電装置用のタワーは、前記上床版の略中央に配置され、
   前記風力発電装置用のタワーの下方であって、前記上床版の下部には、中央補強構造が設けられることを特徴とする請求項２に記載の浮体式洋上風力発電用下部構造。
5. 前記中央補強構造は、前記上床版と前記下床版の間に配置された、前記筒状構造体であることを特徴とする請求項４に記載の浮体式洋上風力発電用下部構造。
6. 前記筒状構造体は、プレストレストコンクリート製であり、
   前記中央補強構造と前記上床版との接合部において、厚みが厚い増厚部が設けられ、
   前記増厚部には、前記増厚部と、前記上床版とにまたがって緊張材が配置されることを特徴とする請求項５に記載の浮体式洋上風力発電用下部構造。
7. 前記下床版は、前記上床版よりもサイズが大きいことを特徴とする請求項１記載の浮体式洋上風力発電用下部構造。
8. 前記下床版及び前記上床版は、複数の前記筒状構造体を包含可能な形状であって、前記筒状構造体との接合部近傍の外縁をつなぐ直線に対して、前記筒状構造体同士の間にはくびれ形状が形成されることを特徴とする請求項１記載の浮体式洋上風力発電用下部構造。
9. 前記筒状構造体は、複数のリング部材が長手方向に連結されて構成されることを特徴とする請求項１記載の浮体式洋上風力発電用下部構造。
10. 前記筒状構造体は、プレストレストコンクリート製であり、前記筒状構造体と、前記上床版又は前記下床版との接合部において、厚みが厚い増厚部が設けられ、
    前記増厚部には、前記増厚部と、前記上床版又は前記下床版とにまたがって緊張材が配置されることを特徴とする請求項１に記載の浮体式洋上風力発電用下部構造。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の浮体式洋上風力発電用下部構造の施工方法であって、
    岸壁近傍において、移動機構の上部に前記下床版を施工する工程ａと、
    前記下床版上に、前記筒状構造体を設置する工程ｂと、
    前記筒状構造体上に前記上床版を設置する工程ｃと、
    前記下床版と前記上床版との間で、前記筒状構造体にプレストレスを付与する工程ｄと、
    を具備し、
    上記工程の少なくとも一部の間において、前記移動機構を移動させて、並行して複数の工程を実施することを特徴とする浮体式洋上風力発電用下部構造の施工方法。
12. 前記工程ｃにおいて、他の移動機構によって、構台上の前記上床版を前記筒状構造体の上方に水平方向に移動させて配置することを特徴とする請求項１１記載の浮体式洋上風力発電用下部構造の施工方法。
13. 前記工程ｃにおいて、他の移動機構によって、前記上床版の埋設型枠を前記筒状構造体の上方に移動させて配置し、前記埋設型枠にコンクリートを打設することで前記上床版を施工することを特徴とする請求項１１記載の浮体式洋上風力発電用下部構造の施工方法。

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