JP2024064177A - スパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法であって、コンクリートリングの補強を行うことなく、コンクリートリングのクラック発生や破損を防止する。【解決手段】浮体グリッパー機構３４及びクレーン３３を備えた２基のジャッキアップ型作業構台３０、３０を設置する第１ステップと、最下段側から複数段のコンクリートリング１５を組み立てたコンクリートリングユニット１１を海上に浮かべ、浮体グリッパー機構３４によって保持させる第２ステップと、コンクリートリングユニット１１の上側に、クレーン３３を用いて、順にコンクリートリング１５を積み上げるとともに、ＰＣ鋼材１９で緊結して一体化を図る手順によりコンクリート製浮体部４Ａを完成させる第３ステップと、クレーン３３を用いて、鋼製浮体部４Ｂをコンクリート製浮体部４Ａの上部側に連結して浮体４を完成させる第４ステップとからなる。【選択図】図６

Description

本発明は、コンクリートリングを高さ方法に複数段積み上げ、各コンクリートリングをＰＣ鋼材により緊結し一体化を図ったコンクリート製浮体部と、複数の鋼製リングを溶接によって連結するとともに、前記コンクリート製浮体部の上側に連設された鋼製浮体部とからなるスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法に関する。

従来より、主として水力、火力及び原子力発電等の発電方式が採用されてきたが、近年は環境や自然エネルギーの有効活用の点から自然風を利用して発電を行う風力発電が注目されている。この風力発電設備には、陸上設置式と、水上（主として海上）設置式とがあるが、沿岸域から後背に山岳地形をかかえる我が国の場合は、沿岸域に安定した風が見込める平野が少ない状況にある。一方、日本は四方を海で囲まれており、海上には発電に適した風が容易に得られるとともに、設置の制約が少ないなどの利点を有する。そのため近年は、各種形式の洋上風力発電設備及び浮体構造が多く提案されている。

前記浮体構造としては、浮体を水面に浮かばせるポンツーン型浮体、浮体を水面下に沈めた状態で浮かばせるセミサブ型、釣り浮きのように起立状態で浮かばせるスパー型とに大別される。

本出願人は、前記スパー型浮体に関して、下記特許文献１において、浮体と、係留索と、タワーと、タワーの頂部に設備されるナセル及び複数の風車ブレードとからなる洋上風力発電設備であって、前記浮体は、コンクリート製のプレキャスト筒状体を高さ方向に複数段積み上げ、各プレキャスト筒状体をＰＣ鋼材により緊結し一体化を図った下側コンクリート製浮体構造部（以下、コンクリート製浮体部という。）と、この下側コンクリート浮体構造部の上側に連設された上側鋼製浮体構造部（以下、鋼製浮体部という。）とからなるスパー型の浮体構造とした洋上風力発電設備（以下、ハイブリッドスパー型浮体式洋上風力発電設備という。）を提案した。

そして、２０１６年に長崎県五島市崎山沖で、全長１７２ｍ、総重量３４００トン、発電規模が２メガワットのハイブリッドスパー型浮体式洋上風力発電設備の実用化を開始した。

ところで、前記ハイブリッドスパー型浮体式洋上風力発電設備の浮体の建造方法としては、図１８に示されるように、造船所において、前記鋼製浮体部を所定重量毎に分割した各鋼製リングの製作を行った後、これら各鋼製リングを溶接によって連結し鋼製浮体部を完成させる。そして、この鋼製浮体部を台船に積み込み、現地製作ヤードまで台船輸送したならば、１３００ｔクラスの大型起重機船を使って岸壁に水切り（陸揚げ）を行うようにし、一方コンクリート製浮体部は、コンクリートメーカーの工場において、１リングをトラック輸送の便宜から周方向に複数に分割した状態で製作し、これら分割リングを現地製作ヤードにトラックで現地製作ヤードまで運び、ここで周方向に結合したならば、さらに各リングをＰＣ鋼材を用いて長手方向に連結してコンクリート製浮体部を完成させるようにし、最後に、前記鋼製浮体部とコンクリート浮体部とを１３００ｔクラスの大型起重機船を使って結合し、浮体を完成させるようにしていた。

本出願人は、更にその後に、前記スパー型の浮体を効率的に建造するための方法として、下記特許文献２に示される方法を提案した。

具体的には、図１９に示されるように、現地製作ヤードに、鋼製リング連結ヤードＡと、コンクリートリング製作ヤードＢと、コンクリートリング連結ヤードＣとを画成して設け、
前記鋼製リング連結ヤードＡに第１橋形クレーン５０を一定方向に走行自在に設けるとともに、第１橋形クレーン走行方向に適宜の間隔で回転機能付架台５２、５２…を設置し、かつ第１橋形クレーン走行方向に移動可能な移動式テント５６を設け、前記コンクリートリング製作ヤードＢに移動式テント５７を設けるとともに、コンクリートリングの製造設備一式を設備し、前記コンクリートリング連結ヤードＣに第２橋形クレーン５５を一定方向に走行自在に設けるとともに、第２橋形クレーン走行方向に移動可能な移動式テント５８を設け、
鋼製リング５１、５１…を、前記第１橋形クレーンを用い順に前記回転機能付架台５２、５２…上に設置するとともに、必要に応じて移動式テント５６で周囲を覆った状態とし、鋼製リング５１、５１…を軸芯回りに回転させながら周方向に溶接を行って連結し、鋼製浮体部５３Ｂを完成させる第１工程と、
前記鋼製浮体部５３Ｂを前記コンクリートリング連結ヤードＣに移動し所定位置に設置したならば、前記コンクリートリング製作ヤードＢで製作されたコンクリートリング５４を順にコンクリートリング連結ヤードＣに運び、必要に応じて移動式テント５８で周囲を覆った状態とし、前記第２橋形クレーン５５を用いコンクリートリング５４を前記鋼製浮体部５３Ｂに連設するとともに、ＰＣ鋼材により緊結し一体化を図ることにより前記浮体５３を完成させる第２工程とからなる浮体式洋上風力発電設備の浮体建造方法を提案した。

特許第５２７４３２９号公報 特開２０１８－１７３０１１号公報 特許第６１０８４４５号公報 特開２０２２－３３５５４号公報

前述したスパー型浮体の建造方法の場合は、いずれもコンクリート製浮体部を横置きの状態で、コンクリートリングを順に連結して浮体を建造するものであるが、コンクリートの自重によりコンクリートリングにクラックが入り易いという問題があるとともに、組立作業や運搬作業、浮体の建て起こしの際にコンクリートリングに過大な荷重が作用してクラック（亀裂）が入ることがあるなどの問題があった。この問題に対処するために、上記特許文献３では、それぞれのプレキャスト筒状体（コンクリートリング）の外周面に、緊張力が導入されたアウターケーブルを周方向に沿って巻回することでコンクリートリングを補強することが提案されている。また、前記特許文献４では、図２０に示されるように、円筒形プレキャストコンクリート部材６０（コンクリートリング）の内側において、内接する正多角形状線に沿って緊張ケーブル６１、６１…を張設することにより補強することが提案されている。

しかしながら、前記特許文献３に係るアウターケーブルによる補強の場合は、各コンクリートリング毎にアウターケーブルを設置する手間と時間と費用とが多大であるという問題があった。また、浮体の建て起こし後は前記アウターケーブルは水中に位置するとともに、かなりの重量物であるため撤去することは実質的に困難であり、残置した場合は波の抵抗体となって浮体の揺動を助長してしまうという問題があった。

また、前記特許文献４に係るコンクリートリング内部に正多角形状線に沿って緊張ケーブルを張設する方法の場合は、緊張ケーブルの設置に多大な手間と時間と費用とを要するという問題があるとともに、浮体の建て起こしが完了した後に、浮体内部に種々の装置を設置する空間を確保する必要性から、前記緊張ケーブルをすべて撤去する必要があり、この撤去作業にも多大な手間と時間と費用とが掛かるという問題があった。

そこで本発明の主たる課題は、スパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法であって、コンクリートリングの補強を行うことなく、コンクリートリングのクラック発生や破損を防止するとともに、浮体の建て起こし工程を無くして組立て作業の効率化を図り得る浮体建造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、コンクリートリングを複数段積み上げ、各コンクリートリングをＰＣ鋼材により緊結し一体化を図ったコンクリート製浮体部と、複数の鋼製リングを溶接によって連結し、前記コンクリート製浮体部の上側に連設された鋼製浮体部とからなるスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法であって、
クレーンを備えた１又は２基のジャッキアップ型作業構台を浮体建造を行う洋上場所に設置するとともに、前記ジャッキアップ型作業構台に建造中の浮体を保持するための浮体グリッパー機構を設ける第１ステップと、
最下段側から複数段のコンクリートリングを組み立てたコンクリートリングユニットを海上に浮かべ、前記浮体グリッパー機構によって保持させる第２ステップと、
前記コンクリートリングユニットの上側に、前記ジャッキアップ型作業構台のクレーンを用いて、順にコンクリートリングを積み上げるとともに、ＰＣ鋼材で緊結して一体化を図る手順によりコンクリート製浮体部を完成させる第３ステップと、
前記ジャッキアップ型作業構台のクレーンを用いて、鋼製浮体部を前記コンクリート製浮体部の上部側に連結して浮体を完成させる第４ステップとからなることを特徴とするスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法が提供される。

上記請求項１記載の発明は、従来は浮体の組立て作業は、地上で横向き状態で行っていたが、本発明では着想を変えて、海上に浮かべた状態で組立てを行うようにしている。その結果、海上に浮かべた状態で組み立てを行うため、コンクリートリングの補強を行う必要性はなく、コンクリートリングに対して余計な荷重が作用しないためクラック発生や破損を防止することが可能になる。また、すべての浮体部材を組立て終えた状態では浮体は縦向きで浮かんだ状態となるため、浮体の建て起こし工程が無くなるため、組立て作業の効率化を図ることが可能になる。

具体的には、クレーンを備えた１又は２基のジャッキアップ型作業構台を浮体建造を行う洋上場所に設置するとともに、前記ジャッキアップ型作業構台に建造中の浮体を保持するための浮体グリッパー機構を設ける（第１ステップ）。前記ジャッキアップ型作業構台とは、クレーンを備えたメインデッキに対して上下方向に移動可能な脚柱を複数本、多くは３本程度備えることによって海面より上側にメインデッキを支持できるようにした作業構台であり、近年洋上風力発電設備の建設に多く用いられているものである。

次いで、最下段側から複数段のコンクリートリングを組み立てたコンクリートリングユニットを海上に浮かべ、前記浮体グリッパー機構によって保持させるようにする（第２ステップ）。コンクリートリングユニットは、海上に浮かばせるために複数段分だけ組み立てたコンクリートリング部分であり、これを最初に海に浮かべたならば、これをジャッキアップ型作業構台の浮体グリッパ機構によって保持することにより移動しないよう保持する。なお、コンクリートリングユニットの段数は浮力によって海に浮かぶのに必要な段数とする。

次に、前記コンクリートリングユニットの上側に、前記ジャッキアップ型作業構台のクレーンを用いて、順にコンクリートリングを積み上げるとともに、ＰＣ鋼材で緊結して一体化を図る手順を繰り返すことによりコンクリート製浮体部を完成させる（第３ステップ）。すなわち、前記コンクリートリングユニットを海上に浮かばせた状態のままで、残りのコンクリートを組み立ててコンクリート製浮体部を完成させる。

最後に、前記ジャッキアップ型作業構台のクレーンを用いて、鋼製浮体部を前記コンクリート製浮体部の上部側に連結して浮体を完成させる（第４ステップ）。前記鋼製浮体部は予め地上で製作しておき、これを運搬台船で建造場所まで運搬し、前記ジャッキアップ型作業構台のクレーンを用いて一括で施工する。

その後は、完成させた浮体に対して、タワー、ナセル、風車（ブレード）の順で取付けて洋上風力発電設備を完成させるようにする。

請求項２に係る本発明として、コンクリートリングを複数段積み上げ、各コンクリートリングをＰＣ鋼材により緊結し一体化を図ったコンクリート製浮体部からなるスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法であって、
クレーンを備えた１又は２基のジャッキアップ型作業構台を浮体建造を行う洋上場所に設置するとともに、前記ジャッキアップ型作業構台に建造中の浮体を保持するための浮体グリッパー機構を設ける第１ステップと、
最下段側から複数段のコンクリートリングを組み立てたコンクリートリングユニットを海上に浮かべ、前記浮体グリッパー機構によって保持させる第２ステップと、
前記コンクリートリングユニットの上側に、前記ジャッキアップ型作業構台のクレーンを用いて、順にコンクリートリングを積み上げるとともに、ＰＣ鋼材で緊結して一体化を図る手順により浮体を完成させる第３ステップとからなることを特徴とするスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法が提供される。

請求項２記載の発明は、浮体の全部がコンクリートによって構成されたコンクリート製浮体の場合の浮体建造方法を示したものである。基本的には請求項１の第１ステップから第３ステップまでの手順によって建造することが可能である。

請求項３に係る本発明として、各ステップの任意の時期に、浮体内にバラストを投入又は排出して吃水調整を行う請求項１、２いずれかに記載のスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法が提供される。

上記請求項３記載の発明は、各ステップの任意の時期に、浮体内にバラストを投入又は排出することにより吃水調整することにより常時、未完成の浮体の安定を図るようにするものである。

請求項４に係る本発明として、前記浮体グリッパ機構は、前記ジャッキアップ型作業構台が１基の場合は、単独で浮体を保持できる浮体グリッパ構造とし、前記ジャッキアップ型作業構台が２基の場合は、それぞれのジャッキアップ型作業構台に分割型浮体グリッパが設けられ、これら一対の分割型浮体グリッパで正規の浮体グリッパ機構を構成する請求項１、２いずれかに記載のスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法が提供される。

上記請求項４記載の発明は、ジャッキアップ型作業構台に設備される浮体グリッパ機構に関して、浮体の建造を１基のジャッキアップ型作業構台で行う場合と、２基のジャッキアップ型作業構台で行う場合の態様を示したものである。具体的には、ジャッキアップ型作業構台が１基の場合は、単独で浮体を保持できる浮体グリッパ構造とし、ジャッキアップ型作業構台が２基の場合は、それぞれのジャッキアップ型作業構台に分割型浮体グリッパが設けられ、これら一対の分割型浮体グリッパで正規の浮体グリッパ機構を構成するようにする。

請求項５に係る本発明として、前記浮体建造を行う洋上場所として、浮体を浮かばせ得る水深以上の静穏域を選定する請求項１、２いずれかに記載のスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法が提供される。

上記請求項５記載の発明は、浮体建造場所として選定される条件として、浮体を浮かばせ得る水深以上の静穏域を選ぶようにするものである。

以上詳説のとおり本発明によれば、スパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法であって、コンクリートリングの補強を行うことなく、コンクリートリングのクラック発生や破損を防止するとともに、浮体の建て起こし工程を無くして組立て作業の効率化を図ることが可能になる。

スパー型浮体式洋上風力発電設備１の全体図である。 浮体４の縦断面図である。 プレキャスト筒状体１５を示す、(A)は縦断面図、(B)は平面図(B-B線矢視図)、(C)は底面図(C-C線矢視図)である。 プレキャスト筒状体１５同士の緊結要領図(A)(B)である。 コンクリート製浮体部４Ａと鋼製浮体部４Ｂとの境界部を示す拡大縦断面図である。 ２基のジャッキアップ型作業構台を用いる場合（第１形態例）の浮体建造手順図（その１）である。 その浮体建造手順図（その２）である。 その浮体建造手順図（その３）である。 その浮体建造手順図（その４）である。 その浮体建造手順図（その５）である。 その浮体建造手順図（その６）である。 １基のジャッキアップ型作業構台を用いる場合（第２形態例）の浮体建造手順図（その１）である。 その浮体建造手順図（その２）である。 その浮体建造手順図（その３）である。 その浮体建造手順図（その４）である。 その浮体建造手順図（その５）である。 その浮体建造手順図（その６）である。 従来の浮体建造方法を示すフロー図である。 従来の浮体建造方法（特許文献２）を示す全体概略図である。 コンクリートリング６０の補強方法（特許文献４）を示す横断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

〔ハイブリッドスパー型浮体式洋上風力発電設備１〕
先ず最初に、本発明が適用されるスパー型浮体式洋上風力発電設備１について、図１～図５に基づいて詳述する。

前記スパー型洋上風力発電設備１は、詳細には図１に示されるように、スパー型の筒状形状の浮体４と、係留索５と、タワー６と、タワー６の頂部に設備されるナセル８及び複数のブレード９，９…からなる風車７とから構成されるものである。

前記浮体４は、図２に示されるように、コンクリート製のプレキャスト筒状体１５、１５…を高さ方向に複数段積み上げ、各プレキャスト筒状体１５、１５…をＰＣ鋼材１９により緊結し一体化を図ったコンクリート製浮体部４Ａと、このコンクリート浮体部４Ａの上側に連設された鋼製浮体部４Ｂとからなる。

前記浮体４の中空部内には、水、砂利、細骨材又は粗骨材、金属粒などのバラスト材が投入又は排出可能とされ、浮力（吃水）が調整可能とされる。バラスト材の投入／排出は、本出願人が先に、特開２０１２－２０１２１７号公報において提案した流体輸送方法を採用することによって可能である。

前記コンクリート浮体部４Ａは、コンクリート製のプレキャスト筒状体１５、１５…で構成されている。前記プレキャスト筒状体１５は、図３に示されるように、軸方向に同一断面とされる円形筒状のプレキャスト部材であり、それぞれが同一の型枠を用いて製作されるか、遠心成形により製造された中空プレキャスト部材が用いられる。

壁面内には鉄筋２０の他、周方向に適宜の間隔でＰＣ鋼材１９を挿通するためのシース２１、２１…が埋設されている。このシース２１、２１…の下端部にはＰＣ鋼材１９同士を連結するためのカップラーを挿入可能とするためにシース拡径部２１ａが形成されているとともに、上部には定着用アンカープレートを嵌設するための箱抜き部２２が形成されている。また、上面には吊り金具２３が複数設けられている。

プレキャスト筒状体１５同士の緊結は、図４(A)に示されるように、下段側のプレキャスト筒状体１５から上方に延長されたＰＣ鋼材１９、１９…をシース２１、２１…に挿通させながらプレキャスト筒状体１２，１２を積み重ねたならば、アンカープレート２４を箱抜き部２２に嵌設し、ナット部材２５によりＰＣ鋼材１９に張力を導入し一体化を図る。また、グラウト注入孔２７からグラウト材をシース２１内に注入する。なお、前記アンカープレート２４に形成された孔２４ａはグラウト注入確認孔であり、該確認孔からグラウト材が吐出されたことをもってグラウト材の充填を終了する。

次に、図４(B)に示されるように、ＰＣ鋼材１９の突出部に対してカップラー２６を螺合し、上段側のＰＣ鋼材１９、１９…を連結したならば、上段となるプレキャスト筒状体１５のシース２１、２１…に前記ＰＣ鋼材１９、１９…を挿通させながら積み重ね、前記要領によりＰＣ鋼材１９の定着を図る手順を順次繰り返すことにより高さ方向に積み上げられる。この際、下段側のプレキャスト筒状体１５と上段側のプレキャスト筒状体１５との接合面には止水性確保及び合わせ面の接合のためにエポキシ樹脂系などの接着剤２８やシール材が塗布される。

前記鋼製浮体部４Ｂは、相対的には下段側に位置する鋼製筒状体１７と、相対的に上段側に位置する鋼製筒状体１８とで構成されている。下段側の鋼製筒状体１７は、下側部分はプレキャスト筒状体１５と同一の外径寸法とされ、プレキャスト筒状体１５に対して、ボルト又は溶接等（図示例はボルト締結）によって連結される。鋼製筒状体１７の上部は漸次直径を窄めた截頭円錐台形状を成している。

上段側の鋼製筒状体１８は、前記下段側の鋼製筒状体１７の上部外径に連続する外径寸法とされる筒状体とされ、下段側の鋼製筒状体１７に対してボルト又は溶接等（図示例はボルト締結）によって連結される。これら鋼製筒状体１７，１８は、所定重量毎に分割した各鋼製リング１０、１０…によって構成され、各鋼製リング１０、１０…は周方向に溶接されることにより一体化されている。

一方、前記タワー６は、鋼材、コンクリート又はＰＲＣ（プレストレスト鉄筋コンクリート）から構成されるものが使用されるが、好ましいのは総重量が小さくなるように鋼材によって製作されたものを用いるのが望ましい。タワー６の外径と前記上段側鋼製筒状体１８の外径とはほぼ一致しており、外形状は段差等が無く上下方向に連続している。図示例では、上段側鋼製筒状体１８の上部に梯子１３が設けられ、タワー６と上段側鋼製筒状体１８とのほぼ境界部に周方向に歩廊足場１４が設けられている。

前記係留索５の浮体４への係留点Ｐは、図１に示されるように、海面下であってかつ浮体４の重心Ｇよりも高い位置に設定してある。従って、船舶が係留索５に接触するのを防止できるようになる。また、浮体４の倒れ過ぎを抑えるように係留点Ｐに浮体４の重心Ｇを中心とする抵抗モーメントを発生させるため、タワー６の傾動姿勢状態を適性に保持し得るようになる。

一方、前記ナセル８は、風車７の回転を電気に変換する発電機やブレード９の角度を自動的に変えることができる制御器などが搭載された装置である。

〔スパー型浮体４の建造方法〕
次に、前記浮体４の建造方法について、図７～図１７に基づいて詳述する。

本発明の対象となる浮体式洋上風力発電設備１の浮体４は、コンクリート製のプレキャスト筒状体１５、１５…（以下、コンクリートリングという。）を高さ方向に複数段積み上げ、各コンクリートリング１５、１５…をＰＣ鋼材１９により緊結し一体化を図ったコンクリート製浮体部４Ａと、このコンクリート製浮体部４Ａの上側に連設された鋼製浮体部４Ｂとからなるスパー型の浮体である。

前記コンクリート製浮体部４Ａと前記鋼製浮体部４Ｂとからなる浮体構造とすることにより、重心を低くすることができるため、浮体の安定性が増すとともに、浮体の長さ寸法を低減することが可能となる。海上に突出している部分が鋼製のため、船舶の衝突に対して有利になるなどの効果がもたらされるようになる。

前記浮体４の建造方法は、従来の場合は陸上に設けた製作ヤードで浮体を横向き状態として組立てを行うものであったが、本発明に係る浮体建造方法は、最初にコンクリートリング１５、１５…を浮かばせるために最小限の段数分だけ組み立てておき、最初にこれを海上に縦向きで浮かばせた状態とし、この状態から残りのコンクリートリング１５、１５…を順に組立てて、コンクリート製浮体部４Ａを完成させたならば、その上に鋼製浮体部４Ｂを連結して浮体４を完成させるものである。

以下に、図面を参照しながら、具体的にその浮体建造方法について詳述する。

〔２基のジャッキアップ型作業構台３０を用いる第１形態例〕
＜第１ステップ＞
図６に示されるように、浮体４を浮かばせ得る水深以上の静穏域であることを条件に選定された、浮体４の建造を行う洋上場所において、浮体グリッパー機構３４及びクレーン３３を備えた２基のジャッキアップ型作業構台３０、３０を設置する。

前記ジャッキアップ型作業構台３０は、同図に示されるように、メインデッキ３１と、このメインデッキ３１を上下方向に貫通して設けられるとともに、ジャッキ装置（図示せず）により昇降自在に支持された少なくとも３本以上の脚柱３２、３２…と、前記メインデッキ３１の一側部に設けられた大型のクレーン３３とから構成されている。このジャッキアップ型作業構台３０は、着床式のモノパイル式洋上風力発電設備などの洋上風力発電設備の建設に際して使用されるものであり、自航機能を有するものもあるが、大半は自航機能は有さず、タグボートなどの曳航船によって洋上風力発電設備の建設場所まで運搬される。

前記メインデッキ３１は、鋼板により製造された浮体構造体であり、平面視で図示例のような略三角形状や略五角形状とされていることが多い。すなわち、外面が天端、側壁及び底板によって囲まれ、内部が多数の隔壁によって補強された多数のセルを有する浮体構造体となっており、曳航時の抵抗を最小限にするために船頭が鋭角状になるように平面視形状は略三角形状又は五角形状となっている。また、図示例では示されていないが、緊急搬送用のヘリポートや事務所などの付帯設備が設けられたり、前記大型クレーン３３とは別に小作業用に小さな移動クレーンが搭載される場合もある。

前記脚柱３２は、前記メインデッキ３１を海面よりも上側で支持するために設けられる脚部材であり、波の抵抗を最小限化とするために部材をトラス状に組みあげた構造となっていることが多い。これらの脚柱３２、３２…は、前記メインデッキ３１に対して昇降機構（図示せず）によって上下方向に移動可能に支持されている。脚柱３２の昇降機構は、ラックアンドピニオン式、油圧式、空気圧式などのジャッキ装置によって上下方向に移動可能とされる。脚柱３２の長さは、概ね１００ｍ程度の水深の海上で、前記メインデッキ３１を海面よりも上側に支持し得る長さとなっている。

前記大型のクレーン３３は、コンクリート製浮体部４Ａ及び鋼製浮体部４Ｂの組立の他、その後に組み立てられるタワー６、ナセル８、風車７（ブレード９）の組立てのために用いられる。これらの中でも、前記鋼製浮体部４Ｂは一括施工となるためかなりの重量物となる。また、浮体４の上側に連設されるタワー６やナセル８などもかなりの重量物となる。これらの重量物の施工には、左右一対のジャッキアプ作業構台３０、３０に夫々据え付けられた計２基のクレーン３３、３３を協働的に用いることによって組立てを行うようにする。

前記２基のジャッキアップ型作業構台３０、３０には、浮体４を海上に浮かばせた状態で移動しないように位置保持を行うための分割型浮体グリッパ３４Ａ（３４Ｂ）が夫々設けられている。これらの分割型浮体グリッパ３４Ａ（３４Ｂ）は隣接配置されることで正規の浮体グリッパ機構３４を構成するようになるものであり、浮体４を浮体グリッパ機構３４内に挿入するために、開口側のグリッパアームが可動できるようになっており、浮体４が挿入された状態で可動アームを閉じることによって浮体４が移動しないように保持できるようになっている。また、浮体グリッパ３４によって保持された浮体４は横方向には移動不能に保持されるが上下方向には移動可能となっている。

前記ジャッキアップ型作業構台３０を岸壁ヤードから建設現場まで移動させる場合は、海面に浮かばせた状態ですべての脚柱３２、３２…を上方向に移動させた状態とし、曳航船によって建設場所まで運搬したならば、すべての脚柱３２、３２…を下降させて脚柱３２の先端部を海底に着底させ、さらに脚柱３２、３２…を下降させることによりメインデッキ３２を海面よりも上方に上昇させるようにする。そして、所定の高さ位置まで上昇させたならばロックを掛けて固定を図るようにする。

前記２基のジャッキアップ型作業構台３０、３０は、図６に示されるように、大型のクレーン３３、３３同士が所定の距離をおいて対面するように隣接配置で洋上に設置される。この時、ジャッキアップ型作業構台３０、３０に設けた前記分割型浮体グリッパ３４Ａ（３４Ｂ）が隣接配置されることにより正規の浮体グリッパ機構３４が構成されるが、この浮体グリッパ３４に対する浮体４の挿入の便宜のために、２基のジャッキアップ型作業構台３０、３０は、平面視で、向かい合う側面同士が外方に向かって拡開するように角度を持たせて設置することが望ましい。

＜第２ステップ＞
第２ステップでは、海上に浮かばせるために必要な、最下段側から複数段分のコンクリートリング１５、１５…を組み立てたコンクリートリングユニット１１を運搬台船３５によって前記浮体建造を行う洋上場所まで運搬したならば、このコンクリートリングユニット１１を海上に浮かべ、前記浮体グリッパー機構３４によって保持させるようにする。

具体的には、図７に示されるように、岸壁ヤードにて、最下段のコンクリートリング１５から上側に複数段分だけ積み上げて連結したコンクリートリングユニット１１を組立て、これを運搬台船３５に載せ、曳航船３６によって浮体建造を行う洋上場所まで運搬する。前記コンクリートリング１５の組立て段数は、海上に浮かぶ浮力を有するように計算によって決定される。前記運搬台船３５としては、図示例では、半潜水型スパッド台船を用いている。この半潜水型スパッド台船３５は、バラスト水の調整によって半潜水状態まで吃水を調整可能とした台船であり、バラスト調整しながら台船上に積み荷をロールオン（積込み）した後、沖合でバラスト水の調整により半潜水状態とすることによって積み荷をフロートオフ（浮上・進水）できるようにしたものである。従って、前記コンクリートリングユニット１１を建設場所まで運搬したならば、半潜水状態としてコンクリートリングユニット１１を海上に浮上・進水させることがクレーン無しで可能になる。

フロートオフさせたコンクリートリングユニット１１については、図８に示されるように、ジャッキアップ型作業構台３０、３０に設備された浮体グリッパ機構３４に保持させるようにする。具体的には、コンクリートリングユニット１１に連結したワイヤー３７ａを１台の曳航船３６Ａで牽引する一方、コンクリートリングユニット１１に連結したワイヤー３７ｂをもう１台の曳航船３６Ｂで制動力を掛けながら位置をガイドし、慎重にコンクリートリングユニット１１を浮体グリッパ機構３４内に挿入させた後、グリッパアームを閉じてコンクリートリングユニット１１を保持させるようにする。

＜第３ステップ＞
次に、第３ステップでは、前記コンクリートリングユニット１１の上側に、前記ジャッキアップ型作業構台３０、３０のクレーン３３、３３を用いて、順にコンクリートリング１５、１５…を積み上げるとともに、ＰＣ鋼材１９で緊結して一体化を図る手順を繰り返すことによりコンクリート製浮体部４Ａを完成させる。

具体的には、図９に示されるように、積台船３８に残りのコンクリートリング１５、１５…を積み込んで建設場所まで曳航する。そして、組立て作業を行い易いように、積台船３８を２基のジャッキアップ型作業構台３０、３０の間に位置決めしたならば、２台のクレーン３３、３３を用いて、コンクリートリングユニット１１の上側にコンクリートリング１５、１５…を積み上げてＰＣ鋼材１９により締結する手順を繰り返すことにより、コンクリート製浮体部４Ａを完成させる。

前記コンクリートリング１５、１５…の組立てについては、図示例のように、コンクリートリング１５を１段ずつ行ってもよいし、予め複数段、例えば２段毎に組立てを行っておき、組み立てた複数段のコンクリートリング１５、１５毎に積み上げを行うことによって現場での作業を省力化することが可能になる。

＜第４ステップ＞
第４ステップでは、鋼製浮体部４Ｂを運搬台船３８によって前記浮体建造を行う洋上場所まで運搬したならば、前記ジャッキアップ型作業構台３０、３０のクレーン３３、３３を用いて前記鋼製浮体部４Ｂを吊持し、前記コンクリート製浮体部４Ａの上部側に連結して浮体４を完成させる。

具体的には、図１０に示されるように、積台船３８に鋼製浮体部４Ｂを積み込んで建設場所まで曳航する。そして、組立て作業を行い易いように、積台船３８を２基のジャッキアップ型作業構台３０、３０の間に位置決めする。次に、図１１に示されるように、２台のクレーン３３、３３を用いて、前記鋼製浮体部４Ｂを吊り上げ、コンクリート浮体部４Ｂの上側に連結する。

＜タワー、ナセル及び風車の組立て＞
以上の工程により、浮体４を完成させたならば、図示しないが、続けて積台船３８によってタワー６、ナセル８及び風車７（ブレード９、９…）を建設場所まで運搬し、２台のクレーン３３、３３を用いて、タワー６、ナセル８、風車７（ブレード９、９…）の順で取り付けることにより洋上風力発電設備１を完成させる。

＜その他＞
前記第１ステップから第４ステップの任意の時期に、バラストを投入・排出することにより吃水調整を行うことが望ましい。適時、未完成状態の浮体４の吃水を調整することにより浮体の安定を図ることができるようになる。

〔１基のジャッキアップ型作業構台３０を用いる第２形態例〕
次に、図１２～図１７に基づいて、１基のジャッキアップ型作業構台３０を用いて、浮体を建造する手順について詳述する。比較的に小規模の洋上風力発電設美１の場合で、浮体４の組立て、タワー６、ナセル８及び風車７（ブレード９、９…）を１台の大型のクレーン３３で行い得るような場合は、ジャッキアップ型作業構台３０を無駄に２基配置する必要はなく、１基のみの配置とする。浮体４の基本的な建造手順は、前述した〔２基のジャッキアップ型作業構台３０を用いる第１形態例〕と同様であるため、説明の重複を避け要点のみを説明する。

＜第１ステップ＞
図１２に示されるように、浮体４を浮かばせ得る水深以上の静穏域であることを条件に選定された、浮体４の建造を行う洋上場所において、浮体グリッパー機構及びクレーンを備えた１基のジャッキアップ型作業構台３０を設置する。このジャッキアップ型作業構台３０には、前記浮体グリッパ機構３４として、単独で浮体４を保持できる浮体グリッパ構造が設けられている。浮体４を浮体グリッパ機構３４内に挿入するために、開口側のグリッパアームが可動できるようになっており、浮体４が挿入された状態で可動アームを閉じることによって浮体４が移動しないように保持できるようになっている。

＜第２ステップ＞
第２ステップでは、海上に浮かばせるために必要な、最下段側から複数段分のコンクリートリング１５、１５…を組み立てたコンクリートリングユニット１１を運搬台船３５によって前記浮体建造を行う洋上場所まで運搬したならば、このコンクリートリングユニット１１を海上に浮かべ、前記浮体グリッパー機構３４によって保持させるようにする。

具体的には、図１３に示されるように、岸壁ヤードにて、最下段のコンクリートリング１５から上側に複数段分だけ積み上げて連結したコンクリートリングユニット１１を組立て、これを運搬台船３５に載せ、曳航船３６によって浮体建造を行う洋上場所まで運搬する。そして、フロートオフさせたコンクリートリングユニット１１を、図１４に示されるように、ジャッキアップ型作業構台３０に設備された浮体グリッパ機構３４に保持させるようにする。

具体的には、ジャッキアップ型作業構台３０に一対のウインチ３９、３９を設け、これから繰り出したロープ３７ａ、３７ａをコンクリートリングユニット１１に掛止させて引き寄せる一方、コンクリートリングユニット１１に連結したワイヤー３７ｂをもう１台の曳航船３６Ｂで制動力を掛けながら位置をガイドし、慎重にコンクリートリングユニット１１を浮体グリッパ機構３４内に挿入させた後、グリッパアームを閉じてコンクリートリングユニット１１を保持させるようにする。

＜第３ステップ＞
次に、第３ステップでは、前記コンクリートリングユニット１１の上側に、前記ジャッキアップ型作業構台３０のクレーン３３を用いて、順にコンクリートリング１５、１５…を積み上げるとともに、ＰＣ鋼材１９で緊結して一体化を図る手順によりコンクリート製浮体部４Ａを完成させる。

具体的には、図１５に示されるように、積台船３８に残りのコンクリートリング１５、１５…を積み込んで建設場所まで曳航し、積台船３８をジャッキアップ型作業構台３０に近接させた状態としたならば、クレーン３３を用いて、コンクリートリングユニット１１の上側にコンクリートリング１５、１５…を積み上げてＰＣ鋼材１９により締結する手順を繰り返すことにより、コンクリート製浮体部４Ａを完成させる。

＜第４ステップ＞
第４ステップでは、鋼製浮体部４Ｂを運搬台船３８によって前記浮体建造を行う洋上場所まで運搬したならば、前記ジャッキアップ型作業構台３０のクレーン３３を用いて前記鋼製浮体部４Ｂを吊持し、前記コンクリート製浮体部４Ａの上部側に連結して浮体４を完成させる。

具体的には、図１６に示されるように、積台船３８に鋼製浮体部４Ｂを積み込んで建設場所まで曳航したならば、図１７に示されるように、クレーン３３を用いて、前記鋼製浮体部４Ｂを吊り上げ、コンクリート浮体部４Ｂの上側に連結する。

＜タワー、ナセル及び風車の組立て＞
以上の工程により、浮体４を完成させたならば、続けて積台船３８によってタワー６、ナセル８及び風車７（ブレード９、９…）を建設場所まで運搬し、クレーン３３を用いて、タワー６、ナセル８、風車７（ブレード９、９…）の順で取り付けることにより洋上風力発電設備１を完成させる。

〔他の形態例〕
(1)上記第１形態例では、浮体グリッパ機構として分割型浮体グリッパ３４Ａ（３４Ｂ）を設けたが、片方のジャッキアップ型作業構台のみに正規の浮体グリッパ機構３４を設けるようにしてもよい。

(2)上記第１、２形態例は、浮体がコンクリート製浮体部と、このコンクリート製浮体部の上側に連設された鋼製浮体部とからなるハイブリッドスパー型浮体を対象としたものであるが、浮体がコンクリートリングを複数段積み上げ、各コンクリートリングをＰＣ鋼材により緊結し一体化を図ったコンクリート製浮体部のみからなるスパー型浮体の場合も同様の手順で建造することが可能である。具体的には、前述したハイブリッドスパー型浮体のステップ１からステップ３までの手順により、コンクリートリングのクラック発生や破損を防止するとともに、浮体の建て起こし工程を無くして組立て作業の効率化を図りながら浮体を建造することが可能になる。

１…スパー型洋上風力発電設備、４…浮体、４Ａ…コンクリート製浮体部、４Ｂ…鋼製浮体部、５…係留索、６…タワー、７…風車、８…ナセル、９…ブレード、１５．１６…プレキャスト筒状体、１９…ＰＣ鋼材、３０…ジャッキアップ型作業構台、３１…メインデッキ、３２…脚柱、３３…大型クレーン、３４…浮体グリッパ機構、３４Ａ・３４Ｂ…分割型浮体グリッパ、３５…運搬台船（半潜水型スパッド船）、３６…曳航船

Claims (5)

1. コンクリートリングを複数段積み上げ、各コンクリートリングをＰＣ鋼材により緊結し一体化を図ったコンクリート製浮体部と、複数の鋼製リングを溶接によって連結し、前記コンクリート製浮体部の上側に連設された鋼製浮体部とからなるスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法であって、
   クレーンを備えた１又は２基のジャッキアップ型作業構台を浮体建造を行う洋上場所に設置するとともに、前記ジャッキアップ型作業構台に建造中の浮体を保持するための浮体グリッパー機構を設ける第１ステップと、
   最下段側から複数段のコンクリートリングを組み立てたコンクリートリングユニットを海上に浮かべ、前記浮体グリッパー機構によって保持させる第２ステップと、
   前記コンクリートリングユニットの上側に、前記ジャッキアップ型作業構台のクレーンを用いて、順にコンクリートリングを積み上げるとともに、ＰＣ鋼材で緊結して一体化を図る手順によりコンクリート製浮体部を完成させる第３ステップと、
   前記ジャッキアップ型作業構台のクレーンを用いて、鋼製浮体部を前記コンクリート製浮体部の上部側に連結して浮体を完成させる第４ステップとからなることを特徴とするスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法。
2. コンクリートリングを複数段積み上げ、各コンクリートリングをＰＣ鋼材により緊結し一体化を図ったコンクリート製浮体部からなるスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法であって、
   クレーンを備えた１又は２基のジャッキアップ型作業構台を浮体建造を行う洋上場所に設置するとともに、前記ジャッキアップ型作業構台に建造中の浮体を保持するための浮体グリッパー機構を設ける第１ステップと、
   最下段側から複数段のコンクリートリングを組み立てたコンクリートリングユニットを海上に浮かべ、前記浮体グリッパー機構によって保持させる第２ステップと、
   前記コンクリートリングユニットの上側に、前記ジャッキアップ型作業構台のクレーンを用いて、順にコンクリートリングを積み上げるとともに、ＰＣ鋼材で緊結して一体化を図る手順により浮体を完成させる第３ステップとからなることを特徴とするスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法。
3. 各ステップの任意の時期に、浮体内にバラストを投入又は排出して吃水調整を行う請求項１、２いずれかに記載のスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法。
4. 前記浮体グリッパ機構は、前記ジャッキアップ型作業構台が１基の場合は、単独で浮体を保持できる浮体グリッパ構造とし、前記ジャッキアップ型作業構台が２基の場合は、それぞれのジャッキアップ型作業構台に分割型浮体グリッパが設けられ、これら一対の分割型浮体グリッパで正規の浮体グリッパ機構を構成する請求項１、２いずれかに記載のスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法。
5. 前記浮体建造を行う洋上場所として、浮体を浮かばせ得る水深以上の静穏域を選定する請求項１、２いずれかに記載のスパー型浮体を備えた洋上風力発電設備の浮体建造方法。

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