JP2025004632A - スパー型洋上風力発電設備の建造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安全かつ安定的にスパー型洋上風力発電設備の建造を行う。
【解決手段】タワークレーン３２と浮体グリッパー機構３４とを設けた建造用クレーン設備３０を洋上に設置する第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、前記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、前記コンクリートリングユニット１１の上側に、前記タワークレーン３２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、鋼製浮体部４Ｂを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を完成させる第４ステップと、前記浮体４の上部にタワー６を搭載し、更にナセル８とブレード９の取付けを行いスパー型洋上風力発電設備１を完成させる第５ステップとからなる。
【選択図】図１１

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、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又は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からなるスパー型浮体を備えたスパー型洋上風力発電設備の建造方法に関する。

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パージ型浮体、浮体の下部を水面下に沈めて半潜水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などに大別される。

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浮体構造とした洋上風力発電設備（以下、スパー型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。

前記スパー型洋上風力発電設備の浮体建造方法としては、図２６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。

特許第５２７４３２９号公報 特許第６１０８４４５号公報 特開２０２２－３３５５４号公報 特開２０１２－２０１２１９号公報 特開２０２２－５５４６８号公報

前述したスパー型浮体の建造方法の場合は、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。このような問題に対処するために、本出願人は上記特許文献２において、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を提案し、更に前記特許文献３において、図２７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を提案した。

また、洋上での建造に際して、前記スパー型浮体を洋上に浮かべた状態でタワー、ナセル及びブレード等の風車設備を設置する際には、波の穏やかな湾内で行うことが望ましいが、スパー型浮体の吃水（水面下の部分）が概ね７０ｍ以上と深いのに対して、湾内の水深は一般的にこれよりも浅いため、湾内での施工は困難であり、風車設備の設置に当たっては、上記特許文献４に示されるように、水深の深い湾外で大型起重機船を用いて行うようにしていた。

しかしながら、洋上風力発電設備の建造を行い得る大型の起重機船は、現時点では日本には数隻しかなく、１日の使用料（傭船料）が１,０００万円以上必要になるため傭船コストが膨大となるという問題があった。そこで、本出願人は上記特許文献５において、海上に設置する洋上風力発電設備の浮体と同じ浮体に、タワーを取り付けるとともに、タワーの上部にクレーン設備を設けたクレーン搭載浮体によって、これから海上に設置する洋上風力発電設備のタワーに対して風車を搭載する風車搭載方法を提案した。

この方法によれば、大型起重機船を傭船することなく、ナセル等の風車設備を搭載することが可能になるが、このクレーン搭載浮体の場合は、洋上で動揺し易いため安定性が低く、架設に際して設置対象との位置合わせにかなりの精度が要求されるなどの問題があった。また、洋上風力発電設備の大型化が進み、湾外の波浪の影響もある外洋域で、安全かつ安定的にスパー型洋上風力発電設備の建造を行うことのできる方法が強く望まれている。

そこで本発明の主たる課題は、コンクリートリング浮体の補強を行うことなく浮体の建造ができるようにするとともに、大型起重機船を使用することなく、洋上であっても安全かつ安定的にスパー型洋上風力発電設備の建造を行うことができるようにしたスパー型洋上風力発電設備の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、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スパー型浮体を備えたスパー型洋上風力発電設備の建造方法であって、
ベース浮体にタワークレーンを搭載するとともに、前記ベース浮体の側部に建造中のスパー型浮体を保持するための浮体グリッパー機構を複数設けた建造用クレーン設備を洋上に設置する第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、前記タワークレーンを用いて、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、
前記タワークレーンを用いて、前記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、
前記タワークレーンを用いて、前記浮体の上部にタワーを搭載し、更にナセルとブレードの取付けを行いスパー型洋上風力発電設備を完成させる第５ステップとからなることを特徴とするスパー型洋上風力発電設備の建造方法が提供される。

上記請求項１記載の発明では、従来は浮体の組立て作業を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。

具体的な建造方法は、先ずベース浮体にタワークレーンを搭載するとともに、前記ベース浮体の側部に建造中のスパー型浮体を保持するための浮体グリッパー機構を複数設けた建造用クレーン設備を洋上に設置する（第１ステップ）。前記ベース浮体としては、通常、パージ型或いはセミサブ型の浮体が用いられ、洋上においてタワークレーンを支持する浮力構造体となる。

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、これを建造用クレーン設備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、前記タワークレーンを用いて、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。

次の工程では、前記タワークレーンを用いて、前記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、前記タワークレーンを用いて一括で施工する。

最後に、前記タワークレーンを用いて、前記浮体の上部にタワーを搭載し、更にナセルとブレードの取付けを行いスパー型洋上風力発電設備を完成させる（第５ステップ）。

本発明で使用するクレーンは、ベース浮体にタワークレーンを搭載した建造用クレーン設備であるため、スパー型よりも洋上で動揺し難く安定性が高いため、架設に際して設置対象との位置合わせが容易に行える。また、浮体グリッパー機構によって保持している建造中の浮体によって安定性が増すようになるため、洋上であっても安定的にスパー型洋上風力発電設備の建造を行うことができるようになる。

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スパー型浮体を備えたスパー型洋上風力発電設備の建造方法であって、
ベース浮体にタワークレーンを搭載するとともに、前記ベース浮体の側部に建造中のスパー型浮体を保持するための浮体グリッパー機構を複数設けた建造用クレーン設備を洋上に設置する第１ステップと、
岸壁で浮体全部の組み立てを行った後、完成した浮体を半潜水型スパッド台船によってスパー型洋上風力発電設備の建造場所まで運搬し、浮体を洋上にフロートオフさせたならば、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、
前記タワークレーンを用いて、前記浮体の上部にタワーを搭載し、更にナセルとブレードの取付けを行いスパー型洋上風力発電設備を完成させる第３ステップとからなることを特徴とするスパー型洋上風力発電設備の建造方法が提供される。

上記請求項２記載の発明は、浮体を一括施工する場合の建造方法を示したものである。具体的には、浮体を岸壁で完成させて半潜水型スパッド台船によって建造場所まで運搬したならば、浮体を洋上にフロートオフさせ、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）。次に、前記タワークレーンを用いて、前記浮体の上部にタワーを搭載し、更にナセルとブレードの取付けを行いスパー型洋上風力発電設備を完成させる（第３ステップ）。本発明の場合は、半潜水型スパッド台船の使用を前提とするものであるが、コンクリートリングの補強を行う必要はなく、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、半潜水型スパッド台船からのフロートオフとバラスト水の注水作業で、浮体を建て起こした状態で海に浮かべることが可能になり、組立て作業の効率化を図ることが可能になる。

請求項３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からなるスパー型浮体を備えたスパー型洋上風力発電設備の建造方法であって、
ベース浮体にタワークレーンを搭載するとともに、前記ベース浮体の側部に建造中のスパー型浮体を保持するための浮体グリッパー機構を複数設けた建造用クレーン設備を洋上に設置する第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、前記タワークレーンを用いて、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を完成させる第３ステップと、
前記タワークレーンを用いて、前記コンクリート製浮体の上部にタワーを搭載し、更にナセルとブレードの取付けを行いスパー型洋上風力発電設備を完成させる第４ステップとからなることを特徴とするスパー型洋上風力発電設備の建造方法が提供される。

上記請求項３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建造方法を示したものである。基本的には、請求項１記載の発明の第１ステップから第３ステップまでの手順で浮体を完成させた後に、第４ステップでタワー、ナセル、ブレードを取り付けることにより洋上風力発電設備を完成させることができる。

請求項４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からなるスパー型浮体を備えたスパー型洋上風力発電設備の建造方法であって、
ベース浮体にタワークレーンを搭載するとともに、前記ベース浮体の側部に建造中のスパー型浮体を保持するための浮体グリッパー機構を複数設けた建造用クレーン設備を洋上に設置する第１ステップと、
岸壁で浮体全部の組み立てを行った後、完成した浮体を半潜水型スパッド台船によってスパー型洋上風力発電設備の建造場所まで運搬し、浮体を洋上にフロートオフさせたならば、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、
前記タワークレーンを用いて、前記浮体の上部にタワーを搭載し、更にナセルとブレードの取付けを行いスパー型洋上風力発電設備を完成させる第３ステップとからなることを特徴とするスパー型洋上風力発電設備の建造方法が提供される。

上記請求項４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を一括施工する場合の建造方法を示したものである。具体的施工手順は、上記請求項２記載の発明と全く同様である。

請求項５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１～４いずれかに記載のスパー型洋上風力発電設備の建造方法が提供される。

上記請求項５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常時、未完成の浮体の安定を図るようにしたものである。

請求項６に係る本発明として、浮体の建造中或いは浮体完成後に、各浮体を相互に連結することにより安定性向上を図る請求項１～４いずれかに記載のスパー型洋上風力発電設備の建造方法が提供される。

上記請求項６記載の発明では、浮体の建造中或いは浮体完成後に、浮体グリッパー機構によって保持している浮体同士を相互に連結することにより建造用クレーン設備の安定性向上が図れるようになる。

請求項７に係る本発明として、浮体の建造中或いは浮体完成後に、各浮体に係留索を設置することにより安定性向上を図る請求項１～４いずれかに記載のスパー型洋上風力発電設備の建造方法が提供される。

上記請求項７記載の発明では、浮体の建造中或いは浮体完成後に、浮体グリッパー機構によって保持している各浮体に係留索を設けることによって建造用クレーン設備の安定性向上が図れるようになる。

請求項８に係る本発明として、前記建造用クレーン設備とは別に、その隣接位置に、ベース浮体の上面にタワークレーンを設置した建造用補助クレーン設備を並設する請求項１～４いずれかに記載のスパー型洋上風力発線設備の建造方法が提供される。

上記請求項８記載の発明では、前記建造用クレーン設備とは別に、その隣接位置に、ベース浮体の上面にタワークレーンを設置した建造用補助クレーン設備を並設することにより、２台のタワークレーンを協働的に用いることによって（相吊り作業）、浮体、タワー、ナセル及びブレードの組立てを行うようにしたものである。

以上詳説のとおり本発明によれば、コンクリートリング浮体の補強を行うことなく浮体の建造ができるようになるとともに、大型起重機船を使用することなく、洋上であっても安全かつ安定的にスパー型洋上風力発電設備の建造を行うことができるようになる。

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。 建造用クレーン設備３０の側面図である。 その平面図である。 洋上風力発電設備１の建造手順（その１）である。 洋上風力発電設備１の建造手順（その２）である。 洋上風力発電設備１の建造手順（その３）である。 洋上風力発電設備１の建造手順（その４）である。 洋上風力発電設備１の建造手順（その５）である。 洋上風力発電設備１の建造手順（その６）である。 洋上風力発電設備１の建造手順（その７）である。 洋上風力発電設備１の建造手順（その８）である。 建造用クレーン設備３０の変形例を示す平面図である。 建造用補助クレーン設備４１を並設した場合の全体側面図である。 建造途中で各浮体４同士を連結する場合を示す側面図である。 建造途中で各浮体４に係留索４３を設ける場合を示す平面図である。 第２形態例に係る洋上風力発電設備１の建造手順（その１）である。 第２形態例に係る洋上風力発電設備１の建造手順（その２）である。 第２形態例に係る洋上風力発電設備１の建造手順（その３）である。 第２形態例に係る洋上風力発電設備１の建造手順（その４）である。 第２形態例に係る洋上風力発電設備１の建造手順（その５）である。 第２形態例に係る洋上風力発電設備１の建造手順（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。 コンクリートリング６０の補強方法（特許文献３）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、図５に示されるように、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。

〔スパー型洋上風力発電設備１の建造方法〕
次に、前記スパー型洋上風力発電設備１の建造方法について、図６～図１９に基づいて詳述する。

本発明の対象となるスパー型洋上風力発電設備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、本発明に係る建造方法では、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、その建造方法について詳述する。

＜第１ステップ＞
図６及び図７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、スパー型洋上風力発電設備１の建造を行う洋上場所において、ベース浮体３１の上面にタワークレーン３２を設置した建造用クレーン設備３０を洋上に設置する。前記ベース浮体３１の側部には、建造中のスパー型浮体４を保持するための浮体グリッパー機構３４、３４が複数、図示例では３個設けられている。

前記ベース浮体３１は、タワークレーン３２を洋上に設置するための支持構造体（土台）となる浮体であるが、洋上風力発電設備の浮体として実績のある、浮体を水面に浮かばせ喫水の浅い「バージ型」や、浮体の下部を水面下に沈めて半潜水状態で浮かばせる「セミサブ型」などの浮体を好適に用いることができる。図示例では、セミサブ型浮体を用いており、３つのフローター３３を三角形の隅部にそれぞれ配置し、それらを連結材等で連結した構造とし、各フローター３３に設けた係留索３５によって洋上での安定を図った構造となっている。

前記タワークレーン３２は、前記ベース浮体３１の上面を基部として設置されている。このタワークレーン３２は、コンクリート製浮体部４Ａ及び鋼製浮体部４Ｂの組立ての他、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、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。従って、図１７に示されるように、スパー型洋上風力発電設備１の規模が大きい場合は、前記建造用クレーン設備３０とは別に、その隣接位置に、ベース浮体３１の上面にタワークレーン３２を設置した建造用補助クレーン設備４１を並設し、これらの重量物の架設に当たって、２台のタワークレーン３２、３２を協働的に用いることによって（相吊り作業）、組立てを行うようにするのが望ましい。

前記ベース浮体３１の側部に設けられた浮体グリッパー機構３４は、前記３つのフローター３３に対してそれぞれ設けられている。前記浮体グリッパー機構３４は、図７に示されるように、浮体４を浮体グリッパー機構３４内に挿入できるように平面視でＵ字状を成している。また、開口先端側のグリッパアーム部分３２ａ（以下、可動アーム）が開閉方向に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３４ａ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。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、上下方向の移動は許容されるようになっている。

前記浮体グリッパー機構３４の設置数に関しては、ある程度の範囲で増減が可能である。例えば、４つの浮体グリッパー機構３４を設けたいとした場合には、図１６に示されるように、ベース浮体３０を平面視で矩形状の各隅部にフローター３３を配置するとともに、それらを連結材等で連結した構造とし、各フローター３３の各所に浮体グリッパー機構３４を設けるようにすればよい。

前記建造用クレーン設備３０（建造用補助クレーン設備４１を含む。）は、ベース浮体３１の吃水が浅いため、岸壁ヤードでベース浮体３１を浮かばせた状態でタワークレーン３２を搭載し、その状態で曳航船によって建造場所まで運搬することが可能である。

＜第２ステップ＞
第２ステップでは、最下段側から複数段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、１１…を運搬台船３６によってスパー型洋上風力発電設備１の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８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３６に載せ、曳航船３７によって建造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３６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３６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９に示されるように、ベース浮体３１に設けられた浮体グリッパー機構３４に保持させるようにする。具体的には、例えばコンクリートリングユニット１１に連結したワイヤー３８をウインチ３９で引き寄せるとともに、曳航船３７によってコンクリートリングユニット１１に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を浮体グリッパー機構３４内に挿入させた後、可動アーム３２ａ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。図１０は、コンクリートリングユニット１１を浮体グリッパ３２によって保持した状態を示したものである。

＜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、前記タワークレーン３２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１１に示されるように、積込台船４０に残りのコンクリートリング１５、１５…を積み込んで建造場所まで曳航する。そして、タワークレーン３２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。

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、図１２に示されるように、鋼製浮体部４Ｂを運搬台船４０によって建造場所まで運搬したならば、図１３及び図１４に示されるように、タワークレーン３２により前記鋼製浮体部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。

＜第５ステップ＞
第５ステップでは、図１５に示されるように、前記タワークレーン３２を用いて、前記浮体４の上部にタワー６を搭載し、更にナセル８とブレード９、９…（風車７）の取付けを行いスパー型洋上風力発電設備１を完成させる。

＜その他＞
(1)前記第１ステップから第５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４の安定を図ることができるようになる。

(2)浮体４の安定性向上を図るために、図１８に示されるように、浮体４の建造中或いは浮体完成後に、洋上風力発電設備１の建造中は、各浮体４、４…を連結材４２によって相互に連結するようにしてもよい。

(3)浮体４の安定性向上を図るために、図１９に示されるように、浮体４の建造中或いは浮体完成後に、洋上風力発電設備１の建造中は、各浮体４に係留索４３、４３を設置することにより安定性向上を図るようにしてもよい。

〔第２形態例〕
次に、第２形態例として、浮体４を一括施工する場合の建造方法を示す。この第２形態例は、半潜水型スパッド台船３６の使用を前提とするものであるが、コンクリートリングの補強を行う必要はなく、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とともに、フロートオフだけの作業で浮体を建て起こした状態で海に浮かべることが可能になり、組立て作業の効率化を図ることが可能になる。

＜第１ステップ＞
ベース浮体３１にタワークレーン３２を搭載するとともに、前記ベース浮体３１の側部に建造中のスパー型浮体４を保持するための浮体グリッパー機構３４を複数設けた建造用クレーン設備３０を洋上に設置する第１ステップは、前述した第１形態例と全く同様である。

＜第２ステップ＞
第２ステップでは、先ず岸壁で浮体全部の組み立てを行った後、完成した浮体４を半潜水型スパッド台船３６によってスパー型洋上風力発電設備の建造場所まで運搬し、浮体４を洋上にフロートオフさせたならば、前記浮体グリッパー機構３４によって保持させる。

具体的に詳述すると、先ず岸壁ヤードで浮体４を完成させる。その浮体建造方法としては、本出願人が提案した特開２０１８－１７３０１１号公報に係る方法を好適に採用することができる。

その浮体建造方法は、図２０に示されるように、岸壁ヤードに、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とを画成して設ける。

前記鋼製リング連結ヤードＡには、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を設ける。前記コンクリートリング製作ヤードＢには、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する。前記コンクリートリング連結ヤードＣには、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を設ける。

そして、鋼製リング５１、５１…を前記第１橋形クレーン５０を用いて、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である。このような方法で浮体４を完成させたならば、図２１に示されるように、岸壁において、半潜水型スパッド台船３６に対して、横向き状態のまま移動させて積み込みを行う（ロールオン）。

次に、曳航船３７によって半潜水型スパッド台船３６を曳航して、スパー型洋上風力発電設備の建造場所まで運搬したならば（図２２参照）、図２３に示されるように、半潜水型スパッド台船３６を半潜水状態とすることにより浮体４を海上に進水・浮上させる（ロールオフ）。そして、バラスト水を注水することにより立て起こしを行い、縦向き状態とする。

海上に浮かばせた浮体４は、図２４に示されるように、建造用クレーン設備３０に設置したウインチ４１から繰出したワイヤー４２によって引き寄せるとともに、曳航船３７によって制動力を掛けながら位置をガイドし、慎重に浮体グリッパー機構３４内に挿入させた後、可動アーム３４ａを閉じて浮体４を保持させるようにする。

＜第３ステップ＞
第３ステップでは、図２５に示されるように、前記タワークレーン３２を用いて、前記浮体４の上部にタワー６を搭載し、更にナセル８とブレード９、９…（風車７）の取付けを行いスパー型洋上風力発電設備１を完成させる。

〔他の形態例〕
(1))上記形態例は、浮体４が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浮体を対象としたものであるが、浮体４がコンクリートリング１５、１５…を複数段積み上げ、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、コンクリート製の浮体４を完成させ、後は第４ステップにて前記タワークレーン３２を用いて、前記コンクリート製浮体４Ｂの上部にタワー６を搭載し、更にナセル８とブレード９、９…の取付けを行いスパー型洋上風力発電設備１を完成させるようにする。

また、第２形態例のように、コンクリート製の浮体４を一括施工する場合は、岸壁ヤードでコンクリート製の浮体４を完成させたならば、前述した第２形態例と同様の手順により、スパー型洋上風力発電設備１を完成させるようにする。

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、１１…コンクリートリングユニット、１５・１６…プレキャスト筒状体（コンクリートリング）、１９…ＰＣ鋼材、３０…建造用クレーン設備、３１…ベース浮体、３２…タワークレーン、３３…フローター、３４…浮体グリッパー機構、３５・４３…係留索、３６…運搬台船（半潜水型スパッド台船）、４０…積込み台船、３７…曳航船、４１…建造用補助クレーン設備、４２…連結材

Claims (8)

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、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スパー型浮体を備えたスパー型洋上風力発電設備の建造方法であって、
   ベース浮体にタワークレーンを搭載するとともに、前記ベース浮体の側部に建造中のスパー型浮体を保持するための浮体グリッパー機構を複数設けた建造用クレーン設備を洋上に設置する第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、前記タワークレーンを用いて、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、
   前記タワークレーンを用いて、前記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、
   前記タワークレーンを用いて、前記浮体の上部にタワーを搭載し、更にナセルとブレードの取付けを行いスパー型洋上風力発電設備を完成させる第５ステップとからなることを特徴とするスパー型洋上風力発電設備の建造方法。
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スパー型浮体を備えたスパー型洋上風力発電設備の建造方法であって、
   ベース浮体にタワークレーンを搭載するとともに、前記ベース浮体の側部に建造中のスパー型浮体を保持するための浮体グリッパー機構を複数設けた建造用クレーン設備を洋上に設置する第１ステップと、
   岸壁で浮体全部の組み立てを行った後、完成した浮体を半潜水型スパッド台船によってスパー型洋上風力発電設備の建造場所まで運搬し、浮体を洋上にフロートオフさせたならば、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、
   前記タワークレーンを用いて、前記浮体の上部にタワーを搭載し、更にナセルとブレードの取付けを行いスパー型洋上風力発電設備を完成させる第３ステップとからなることを特徴とするスパー型洋上風力発電設備の建造方法。
3. 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からなるスパー型浮体を備えたスパー型洋上風力発電設備の建造方法であって、
   ベース浮体にタワークレーンを搭載するとともに、前記ベース浮体の側部に建造中のスパー型浮体を保持するための浮体グリッパー機構を複数設けた建造用クレーン設備を洋上に設置する第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、前記タワークレーンを用いて、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を完成させる第３ステップと、
   前記タワークレーンを用いて、前記コンクリート製浮体の上部にタワーを搭載し、更にナセルとブレードの取付けを行いスパー型洋上風力発電設備を完成させる第４ステップとからなることを特徴とするスパー型洋上風力発電設備の建造方法。
4. 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からなるスパー型浮体を備えたスパー型洋上風力発電設備の建造方法であって、
   ベース浮体にタワークレーンを搭載するとともに、前記ベース浮体の側部に建造中のスパー型浮体を保持するための浮体グリッパー機構を複数設けた建造用クレーン設備を洋上に設置する第１ステップと、
   岸壁で浮体全部の組み立てを行った後、完成した浮体を半潜水型スパッド台船によってスパー型洋上風力発電設備の建造場所まで運搬し、浮体を洋上にフロートオフさせたならば、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、
   前記タワークレーンを用いて、前記浮体の上部にタワーを搭載し、更にナセルとブレードの取付けを行いスパー型洋上風力発電設備を完成させる第３ステップとからなることを特徴とするスパー型洋上風力発電設備の建造方法。
5. 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１～４いずれかに記載のスパー型洋上風力発電設備の建造方法。
6. 浮体の建造中或いは浮体完成後に、各浮体を相互に連結することにより安定性向上を図る請求項１～４いずれかに記載のスパー型洋上風力発電設備の建造方法。
7. 浮体の建造中或いは浮体完成後に、各浮体に係留索を設置することにより安定性向上を図る請求項１～４いずれかに記載のスパー型洋上風力発電設備の建造方法。
8. 前記建造用クレーン設備とは別に、その隣接位置に、ベース浮体の上面にタワークレーンを設置した建造用補助クレーン設備を並設する請求項１～４いずれかに記載のスパー型洋上風力発線設備の建造方法。

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