JP4598547B2 - 風力発電装置の建設方法及び建設装置 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置の建設方法及び建設装置に係り、特に、大型のナセルを有する風力発電装置の建設に利用される建設方法及び建設装置に関する。

近年、化石エネルギーの枯渇などが心配される中、その他のエネルギーとして、風力や太陽光といった自然エネルギーを利用する機運が高まっている。このような自然エネルギーを利用するものとして、風力によって発電を行う風力発電装置の建設なども積極的に計画されつつある。このような風力発電装置の建設方法として、従来、特開平１０−２０５４２８号公報に開示されるものがある。この風力発電装置の建設方法では、いわゆるクライミングクレーンを用いて下方から順次タワーを組み立てる。続いて、組み立てられたタワーの側部に第一架台と、ナセルが載置された第二架台とを配置する。それから、第一架台と第二架台とを交互に上昇させ、タワー上部にナセルを固定する。そして、ナセルにブレードを取り付けて、風力発電装置とするというものである。
特開平１０−２０５４２８号公報

ところで、風力発電装置を建設するにあたり、わが国の国土事情などを鑑みると、風力発電装置の建設場所としては、山岳地や離島などが風力発電装置を建設する場所として適した場所となっている場合が多い。このような山岳地や離島に風力発電装置を建築しようとすると、特許文献１の建設方法では風力発電装置を組み立てるためのクレーンなどの搬送や設置条件などが問題となる。

また、今までに提案されている風力発電装置の別の建設方法として、円筒状のタワーを構築してから、タワーの周囲にタワーをガイドとして上下動可能なステージを構築し、そのステージ上にナセルを載置して、ナセルをタワーの頂部まで持ち上げる、というものがある。しかし、この風力発電装置の建設方法では、ナセルの荷重によりステージに作用する偏心モーメントを考慮して、タワーの強度設計を行う必要があった。即ち、ステージはタワーの周囲に配置されているので、ナセルが載置されるステージ上の位置は必然的にタワーの中心軸から水平方向に離れることとなる。よって、タワーには、タワーに取り付けられたステージを介して、ナセルの荷重による偏心モーメントが作用する。そのため、ナセルの荷重による偏心モーメントに耐え得るように、タワーを強度の大きい構造としなければならなかった。このようなタワーの強度は、タワーの建設後はほとんど必要とされず、無駄なものとなっていた。

そこで、本発明の目的は、風力発電装置の塔状構造物を小さな強度で済ませることができる風力発電装置の建設方法及び建設装置を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る風力発電装置の建設方法は、発電機が収容されたナセルが塔状構造物の頂部に載置された風力発電装置の建設方法であって、塔状構造物の周囲に配置されたステージ上に、ナセルを塔状構造物の中心軸から離間して取り付け、また、ステージにバランサ部材を取り付け、バランサ部材によってバランスをとりながら、ナセルが載置されたステージを、塔状構造物の高さ方向に沿って上昇させることを特徴とする。

本発明に係る風力発電装置の建設方法においては、ナセルを地上から塔状構造物の頂部に移動するために、塔状構造物の周囲に配置されたステージの上にナセルを取り付け、塔状構造物の高さ方向に沿って上昇させる。このとき、ステージは塔状構造物の周囲に配置されているため、ナセルはステージ上に塔状構造物の中心軸から離間して取り付けられる。その一方で、バランサ部材はナセルとバランスをとるようにステージに取り付けられている。このため、ナセルの荷重によりステージに作用する偏心モーメントは、バランサ部材の荷重によりステージに作用する偏心モーメントにより相殺され、塔状構造物に作用する偏心モーメントを無くすことができる。よって、ナセルの荷重による偏心モーメントに抗するための無駄な強度を塔状構造物に与えることを回避し、塔状構造物の強度を小さく済ませることができる。
また、本発明に係る風力発電装置の建設方法は、バランサ部材が塔状構造物の揺れを吸収する制振機構として利用され、制振機構でステージの揺れを吸収しながらステージを上昇させることを特徴とする。この構成によれば、バランサ部材を制振機構の一部として利用することにより、制振機構としてステージに設ける部品点数を少なくすることができる。例えば、バランサ部材をマスダンパのマス部材として利用すればよい。また、バランサ部材を、液体入り容器を備えるスロッシングダンパとすればよい。

また、塔状構造物の頂部で、ナセルを塔状構造物の中心軸方向に移動させる際、ナセルとバランスをとるようにバランサ部材の偏心モーメントを変化させることが好ましい。ナセルを塔状構造物に取り付けるために、ナセルを塔状構造物の中心軸方向に移動させるときには、ナセルの荷重によりステージに作用する偏心モーメントは変化する。ナセルの偏心モーメントの変化に応じて、バランサ部材の偏心モーメントを変化させることにより、ナセルの荷重によりステージに作用する偏心モーメントは、バランサ部材の荷重によりステージに作用する偏心モーメントにより相殺され、塔状構造物に作用する偏心モーメントを無くすことができる。よって、ナセルの荷重による偏心モーメントに抗するための無駄な強度を塔状構造物に与えることを回避し、塔状構造物の強度を小さく済ませることができる。

また、上記課題を解決した本発明に係る風力発電装置の建設装置は、発電機が収容されたナセルが塔状構造物の頂部に載置された風力発電装置の建設に利用される建設装置であって、塔状構造物の周囲に配置されたステージと、ステージ上において塔状構造物の中心軸から離間した位置にあり、ナセルを載置可能としたナセル載置部と、ナセルとバランスをとってステージに取り付けられたバランサ部材と、ステージを塔状構造物の高さ方向に沿って上昇可能としたステージ上昇機構と、を備え、バランサ部材は、塔状構造物の揺れを吸収する制振機構として利用可能に構成されており、制振機構でステージの揺れを吸収しながらステージを上昇させることを特徴とする。

本発明に係る風力発電装置の建設方法及び建設装置によれば、風力発電装置の塔状構造物に無駄な強度を与えることなく、塔状構造物を小さな強度で済ませることができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。先ず、第一実施形態に係る風力発電装置の建設に用いられる建設装置について説明し、次に、その建設装置を利用した風力発電装置の建設方法について説明する。

図１には、風力発電装置１の建設途中の様子が示されている。地面には、風力発電装置１の基礎となる基台２が設けられており、タワー（塔状構造物）３がその基台２の上に構築されている。タワー３は、下端で最も直径が大きく、高度が増すほど縮径するテーパ形状となっている。そして、このタワー３の周囲に、風力発電装置１の建設用の建設装置１０が配置されている。この建設装置１０は、発電機が収容されたナセルを、地上からタワー３の頂部に運搬することを、主な目的としている。また、図２には、この建設装置１０を上から見た様子が示されている。以下、図１及び図２を参照して、建設装置１０について説明する。なお、図１において上下方向を矢印で示し、図２において左右方向及び前後方向を矢印で示している。

タワー３の頂部には、吊り上げ桁１１が固定されている。吊り上げ桁１１は、多数の棒状の鋼材を組み上げて、タワー３の頂部から水平方向に突出するように構成されており、上から見れば略正方形形状となっている。吊り上げ桁１１の略正方形形状の四隅の部分からは、それぞれワイヤ１２が垂下されている。４本のワイヤ１２は、ナセル４が載置されたステージ１３等を引き上げるのに十分な強度を有している。各ワイヤ１２の上端が吊り上げ桁１１に固定される位置はタワー中心軸Ｃから十分に遠いため、各ワイヤ１２は上端から下端に至るまでタワー３の外周面に接していない。また、各ワイヤ１２の下端は地面付近に達している。

タワー３の下方には、タワー３を取り囲むようにしてステージ１３が配置されている。ステージ１３は、タワー３の周囲に棒状の鋼材を組み上げて構成されている。概略的には、ステージ１３は、上梁部材１４と下梁部材１５を上下方向に延びる複数の棒材１６Ａ，斜め方向に延びる複数の棒材１６Ｂで連結することで、側方から見て逆台形形状に構成されている。上梁部材１４は、左右方向に延設された２本の棒材１４Ａと、前後方向に延設された２本の棒材１４Ｂとを連結することで、上方から見て略矩形形状に構成されている。左右方向に延設された２本の棒材１４Ａからは、４本の短い棒材１４Ｃが内側に延設されている。また、上梁部材１４の左側には、カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂ及び左側のステージ固定部材３２Ａをスライド可能とするために、左右方向に延設された２本のレール部材２８Ｌが固定されている。同様に、上梁部材１４の右側には、右側のステージ固定部材３２Ｂをスライド可能とするために、左右方向に延設された２本のレール部材２８Ｒが固定されている。左側の一対のレール部材２８Ｌ及び右側の一対のレール部材２８Ｒはそれぞれ、前後方向に離間した２本の棒材で構成されている。各レール部材２８Ｌ，２８Ｒの一端は、短い棒材１４Ｃの先端で支持され、また、各レール部材２８Ｌ，２８Ｒの他端は、上梁部材１４の前後方向に延設された２本の棒材１４Ｂの一部で支持されている。なお、図２において二点鎖線で示される部分には、ステージ１３がタワー３の頂部に達した後に、新たなレール部材２８Ｃが架設される。このように、レール部材の延長部分２８Ｃを後付けとすることで、レール部材２８Ｃとタワー３の干渉を回避している。一方、下梁部材１５は、上梁部材１４と同様に、左右方向に延設された２本の棒材と、前後方向に延設された２本の棒材とを連結することで、上方から見て略正方形形状に構成されている。下梁部材１５の略正方形形状の大きさは、吊り上げ桁１１の略正方形形状より若干大きい程度である。また、下梁部材１５は、下側のステージ固定部材３２Ｂをスライド可能とするためのレール部材となっている。

また、ステージ１３には、ステージ１３をタワー３の高さ方向に沿って上昇させるためのステージ上昇機構が設けられている。ステージ上昇機構の構成について説明する。下梁部材１５の略正方形形状の四隅にはそれぞれ１つずつ昇降ジャッキ１７が配置され、合計で４つの昇降ジャッキ１７が配置されている。各昇降ジャッキ１７は、吊り上げ桁１１から垂下されたワイヤ１２をつかみ、ワイヤ１２に沿って上昇する機能を有している。４つの昇降ジャッキ１７が同時に動作して、吊り上げ桁１１から垂下された４本のワイヤ１２に反力をとってステージ１３に上昇力を与えることで、ステージ１３の水平状態を維持しつつステージ１３を上昇させることができる。昇降ジャッキ１７についてより詳しく説明すると、各昇降ジャッキ１７は、上下方向に延設されたシリンダを有するシリンダ部材と、当該シリンダ内を摺動するピストンに上下方向に延びるロッドを固定して形成されたピストン部材と、を備えている。シリンダ部材及びピストン部材は、シリンダ内の油圧を調節することにより互いの上下方向の相対位置を調節可能となっている。ピストン部材の上端、及びシリンダ部材の下端には、それぞれ、油圧制御によりワイヤ１２の把持／解放を切り替え可能な把持部が設けられている。昇降ジャッキ１７がワイヤ１２に沿って上昇するときには、先ず、シリンダ部材の把持部がワイヤ１２を把持して、シリンダ部材がワイヤ１２に固定された状態で、シリンダ内の油圧調節によりピストン部材を上昇させる。その後、ピストン部材の把持部がワイヤ１２を把持して、ピストン部材がワイヤ１２に固定された状態で、シリンダ部材を上昇させる。以後、この動作を繰り返すことで、昇降ジャッキ１７は継続的にワイヤ１２に沿って上昇し、ステージ１３を上昇させることができる。また、昇降ジャッキ１７は、逆の動作を行うことで、ワイヤ１２に沿って下降し、ステージ１３を下降させることもできる。

タワー中心軸Ｃから右方向に離間した位置には、ナセル４を載置するためのナセル載置部２２が設けられている。ナセル載置部２２の構成について説明する。上梁部材１４において横方向に延設された２本の棒材１４Ａの間には、前後方向に延びる２本の棒状の桁部材１８，１９が架設されており、２本の桁部材１８，１９は、横方向に延びる２本の棒材２０で互いに連結され固定されている。２本の桁部材１８，１９の上には、油圧調節により上端が上下動する油圧ジャッキ２１が４つ配置されており、これらの油圧ジャッキ２１の上にナセル４が載置可能とされている。ナセル４が油圧ジャッキ２１の上に載置された際には、４つの油圧ジャッキ２１が同時に操作されることで、ナセル４を傾けることなくナセル４の上下方向の位置を調節することができる。上梁部材１４の横方向に延びる２本の棒材１４Ａの上面には、レール（不図示）が延設されている。これに対し、桁部材１８，１９の上梁部材１４Ａと接する下面には、上記レールの上を転動するローラ（不図示）が設けられており、ナセル載置部２２はステージ１３上を左右に移動可能とされている。また、上梁部材１４の２本の棒材１４Ａの上面にはそれぞれ、ナセル横引き装置２４が設置されている。ナセル横引き装置２４は、桁部材１８の一部に固定されワイヤ２５を引っ張る機能を有している。ナセル横引き装置２４がワイヤ２５を引っ張ることで、ナセル載置部２２をタワー中心軸Ｃの方向に移動させることができる。

ステージ１３において、タワー３を挟んでナセル載置部２２と反対側の位置には、２つのカウンタウェイト（バランサ部材）２９Ａ，２９Ｂが配置されている。２つのカウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂは、左側の２本のレール部材２８Ｌにそれぞれ一つずつ、ワイヤ３３を用いて吊り下げられている。ここで、２つのカウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂは、タワー中心軸Ｃから左方向に離間して配置されている。さらに、前側のカウンタウェイト２９Ａはタワー中心軸Ｃから前方向に離間して配置されており、後側のカウンタウェイト２９Ｂはタワー中心軸Ｃから後方向に離間して配置されている。各カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂを吊り下げるワイヤ３３は、レール部材２８Ｌに沿って移動可能にレール部材２８Ｌに取り付けられている。また、ステージ１３には、２つのカウンタウェイト横引き装置３１が固定して設置されており、各カウンタウェイト横引き装置３１は、カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂの側部に固定されたワイヤ３０を引っ張る機能を有している。カウンタウェイト横引き装置３１がワイヤ３０を引っ張ることで、カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂを横方向に移動させることができる。ステージ１３がタワー３の頂部に達し、新たなレール部材２８Ｃが架設された際には、２つのカウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂは、レール部材２８Ｃに沿ってタワー３の前後の位置まで移動される。なお、カウンタウェイト横引き装置３１でワイヤ３０を引っ張ってカウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂを移動させているが、これに代えて、油圧ジャッキを用いたり手動によりカウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂを移動させてもよい。

また、ステージ１３には、ステージ１３をタワー３に固定するためのステージ固定機構が設けられている。ステージ固定機構の構成について説明する。ステージ１３には、左側のレール部材２８Ｌに挟まれるようにして左側のステージ固定部材３２Ａが設けられている。同様に、右側のレール部材２８Ｒに挟まれるようにして右側のステージ固定部材３２Ａが設けられている。また、下梁部材１５の下面に２つのステージ固定部材３２Ｂが設けられている。各ステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂは、前後方向に延びる板状の部材であり、タワー３側の一面にはタワー３の頂部の外周と近い曲率の円弧溝が形成されている。各ステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂには油圧ジャッキ（不図示）が接続されており、当該油圧ジャッキの油圧調節により、各ステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂは横方向に移動可能となっている。ステージ１３が上昇してタワー３の頂部に到達し、図２の二点鎖線の部分にレール部材２８Ｃが架設されると、上側のステージ固定部材３２Ａはレール部材２８Ｃに沿って横方向に移動される。また、ステージ１３が上昇してタワー３の頂部に到達すると、下側のステージ固定部材３２Ｂは下梁部材１５に沿って横方向に移動される。ステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂが横方向に移動して、各ステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂの円弧溝がタワー３の外周と当接すると、タワー３はステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂにより挟まれる。ステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂにより、ステージ１３はタワー３に固定され、ステージ１３の姿勢は安定する。なお、ステージ１３が上昇してタワー３の頂部に到達した後も、ステージ１３の荷重はワイヤ１２を介して吊り上げ桁１１に支持されているため、ステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂはステージ１３に作用する横方向の外力に抗してステージ１３をタワー３に固定すればよい。ここで、ステージ１３に作用する横方向の外力は、横風による揺れなど比較的に小さなものであるため、ステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂがタワー３を挟む力は小さなものでよい。

次に、図１及び図３を主に参照して、上述した建設装置１０を利用して風力発電装置１を建設する手順について説明する。先ず、基台２の上にタワー３を構築した後、タワー３の周囲に鋼材を組み上げてステージ１３を造り上げる。ステージ１３に、ナセル載置部２２、昇降ジャッキ１７、ステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂ等を取り付ける。そして、クレーン車を用いてナセル４を吊り上げて、ナセル４をナセル載置部２２の少し上まで移動してからゆっくりと下ろし、ナセル４をナセル載置部２２に取り付けて固定する。また、ナセル４の取り付けと同時に、２つのカウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂを、ステージ１３のナセル４と反対側の位置に吊り下げる。

次に、図１に示すように、各昇降ジャッキ１７をワイヤ１２に沿って上昇動作させて、ナセル４及びカウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂを取り付けたまま、ステージ１３をタワー３の高さ方向に沿って上昇させる。このとき、ナセル４は、タワー３の周囲に配置されたステージ１３の一部に、タワー中心軸Ｃから右方向に離間して取り付けられている。その一方で、カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂはナセル４とバランスをとるようにタワー中心軸Ｃから左方向に離間して取り付けられている。よって、ナセル４の荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントは、カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂの荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントにより相殺され、タワー３に作用する偏心モーメントを無くすことができる。このため、ナセル４の荷重による偏心モーメントに抗するための無駄な強度をタワー３に与えることを回避することができ、タワー３の強度を小さく済ませることができる。

また、ステージ１３の上昇時に、ステージ１３がタワー３の外周に直接に反力をとるのではなく、吊り上げ桁１１を介してステージ１３の頂部に反力をとるようにしたことによっても、タワー３に無駄な強度を与えることを回避している。即ち、４つの昇降ジャッキ１７は、略正方形形状の下梁部材１５の四隅に対称的な位置関係で設けられており、これに対応して、４本のワイヤ１２は、略正方形形状の吊り上げ桁１１の四隅から対称的な位置関係で垂下されている。よって、ステージ１３の上昇時には、４つの昇降ジャッキ１７はそれぞれ同じ大きさの引っ張り力を各ワイヤ１２に与える。このとき、吊り上げ桁１１の四隅には同じ大きさの引っ張り力が下向きに作用するため、タワー３の頂部には、偏心モーメントがほとんど作用せずに、鉛直下向きの荷重のみが作用する。ここで、タワー３の頂部はそもそもナセル４が載置される部位であり、鉛直下向きの大荷重に耐える強度を有している。よって、タワー３の頂部は何ら支障なく、上記の鉛直下向きの荷重を受けることができる。このようにステージ上昇機構を構成したことで、ステージ１３がタワー３の外周に直接に反力をとることを回避して、吊り上げ桁１１を介してステージ１３の頂部に反力をとり、タワー３の頂部より下方の外周に無駄な強度を与えることを回避している。但し、ステージ１３がタワー３の頂部より下方の外周に直接に反力をとるようにしても、ナセル４の偏心モーメントはカウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂの偏心モーメントにより相殺されるので、タワー３の強度を小さく済ませる効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る建設装置１０では、カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂを用いてバランスをとりながら、ステージ１３に載置されたナセル４を上昇させているため、建設装置１０自体を簡素なものとすることができる。たとえば、カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂを用いずにナセル４を上昇させるためには、ステージ１３の傾きを抑えるために、強固なガイドレールをタワー３に設けるか、あるいはステージ１３を水平に保持するための水平保持機構などを設けることが必要となる。この点、本実施形態に係る建設装置１０では、カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂでバランスをとりながらステージ１３を上昇させるので、ガイドレールや水平保持機構などを設けることは不要となる。また、ガイドレールを設ける場合でも、単にステージ１３の案内をするのみで、大きな強度に耐えられるような強固なものでない簡素なものすることができるし、水平保持機構を設ける場合でも、簡単なもので済ませることができる。

次に、図３（ａ）に示すように、ステージ１３がタワー３の頂部まで到達すると、図２の破線部分にレール部材２８Ｃが架設される。そして、ステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂが、タワー３に当接するまで横方向に移動される。これにより、ステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂはタワー３の外周面を左右から挟み、ステージ１３がタワー３に固定される。

次に、図３（ｂ）に示すように、ナセル横引き装置２４にワイヤ２５を引っ張るように動作させることで、ナセル４を載せたままナセル載置部２２をタワー中心軸Ｃ方向に移動させる。また、これと同時に、２つのカウンタウェイト横引き装置３１のそれぞれにワイヤ３０を引っ張るように動作させることで、２つのカウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂをタワー中心軸Ｃ方向に移動させて、カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂの荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントを変化させる。このように、ナセル４とカウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂを同時に移動させることにより、ナセル４の荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントと、カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂの荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントのバランスがとられる。このため、ナセル４の荷重による偏心モーメントがタワー３に作用することがなく、当該偏心モーメントに抗するための無駄な強度をタワー３に与えることを回避することができる。

ナセル４は、ステージ１３においてタワー中心軸Ｃ上の位置まで移動される。また、前側のカウンタウェイト２９Ａはタワー３の前側の位置まで移動され、後側のカウンタウェイト２９Ｂはタワー３の後側の位置まで移動される。ナセル４をタワー中心軸Ｃ上まで移動した後、ナセル載置部２２の各油圧ジャッキ２１の油圧を調節して、ナセル４をゆっくりと下降させる。これにより、ナセル４はタワー３の頂部に載置される。その後、ナセル４はタワー３の頂部に締結され固定される。このとき、ステージ１３からナセル４の荷重がなくなっても、２つのカウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂはタワー３の前後に移動しているためバランスがとれている。このため、一方のカウンタウェイト２９Ａの荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントは、他方のカウンタウェイト２９Ｂの荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントにより相殺されるので、タワー３に偏心モーメントは作用しない。

次に、図３（ｃ）に示すように、ステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂを、タワー３の外周面から横方向に移動させて、元の位置まで戻す。そして、４つの昇降ジャッキ１７に下降動作をさせて、ステージ１３をワイヤ１２に沿って下降させる。その後、作業者により、ステージ１３は分解される。また、ナセル４の前面にプロペラとなるブレードを地上から吊り上げて、ナセル４に組み付ける。最後に、吊り上げ桁１１を分解して、鋼材を地面に降ろす。これで、風力発電装置１の建設作業が終了する。

ところで、風力発電装置１の建設中に、タワー３に揺れが生じると、作業に支障をきたすことが考えられる。本実施形態に係る建設装置１０では、この揺れを防止するための制振機構として、カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂを用いる態様としている。制振機構としては、図４に示すような、いわゆるチューンド・マス・ダンパや図５に示すような、いわゆるアクティブ・マス・ダンパが知られている。これらの制振機構におけるマスとして、カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂを用いることができる。

図４に示すチューンド・マス・ダンパでは、カウンタウェイト２９をマスとして利用しており、カウンタウェイト２９に揺れ周期調整用のバネ５１と減衰確保のためのダンパ５２が接続されている。こうして、カウンタウェイト２９を制振機構のマスとして利用することができる。また、ステージ１３の上昇に伴い、タワー３の固有周期は変動するが、この固有周期の変動に同調させるように、バネ５１のバネ定数やダンパ５２の減衰度合といった特性を調整することにより、より有効に制振効果を発揮させることができる。

一方、図５に示すアクティブ・マス・ダンパでは、やはりカウンタウェイト２９をマスとして利用しており、カウンタウェイト２９を積極的に振動させる油圧アクチュエータ６１の一端部がカウンタウェイト２９に取り付けられている。この油圧アクチュエータ６１には、駆動装置６２が取り付けられ、駆動装置６２はコントローラ６３によって制御される。コントローラ６３には、振動センサ６４が接続されており、検出した振動をコントローラ６３に出力する。また、油圧アクチュエータ６１の他端部は、ステージ１３から突出する突出片６５に取り付けられている。コントローラ６３では、振動センサ６４で検出された振動に応じて、油圧アクチュエータ６１の駆動力を算出し、駆動装置６２によって油圧アクチュエータ６１を駆動させてカウンタウェイト２９を振動させて、タワー３の振動を抑制する。

[第二実施形態]
次に、図６を参照して、第二実施形態に係る風力発電装置１の建設装置４０、及びそれを用いた建設方法について説明する。なお、第一実施形態と同じ部材には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図６（ａ）に示されるように、第二実施形態に係る建設装置４０は、カウンタウェイト２９Ａ，２９Ｂに代えて、バラストタンク４１Ａに水を入れたものをバランサ部材４１として用いている点で、第一実施形態と主に相違している。ステージ１３の左端にはバラストタンク４１Ａが吊り下げられており、このバラストタンク４１Ａの中には水が入れられている。ここで、バラストタンク４１Ａ内の水量は、ナセル４の荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントと水入りバラストタンク４１の荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントがつり合うように、適量に調節されている。また、ステージ１３の右端には、左端のバラストタンク４１Ａと同形状のバラストタンク４２Ａが吊り下げられており、このバラストタンク４２Ａは空の状態とされている。

左側のバラストタンク４１Ａと右側のバラストタンク４２Ａの間には、配管４３が延設されている。配管４３の左側部分は左側のバラストタンク４１Ａの上部から底部まで延在しており、配管４３の左端にはポンプ４４が取り付けられている。また、配管４３の右側部分は右側のバラストタンク４２Ａの上部から底部まで延在している。ポンプ４４が作動することにより、左側のバラストタンク４１Ａの水は圧送されて右側のバラストタンク４２Ａに移動される。このように水を移動させることで、水入りバラストタンク４１，４２の荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントを変化させ、当該偏心モーメントを調節することが可能となっている。

風力発電装置１の建設工程では、タワー３の周囲にステージ１３を組み上げてから、ステージ１３にナセル４、バラストタンク４１Ａ，４２Ａを取り付け、バラストタンク４１Ａに水を入れる。その後に、図６（ａ）に示すように、昇降ジャッキ１７を上昇動作させて、ステージ１３をタワー３の高さ方向に沿って上昇させる。このとき、ナセル４はステージ１３上にタワー中心軸Ｃから右方向に離間して取り付けられている。その一方で、水入りバラストタンク４１はナセル４とバランスをとって、ステージ１３の左端に吊り下げられている。よって、ナセル４の荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントと、水入りバラストタンク４１の荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントはつり合っており、ナセル４の荷重による偏心モーメントがタワー３に作用することがない。このため、ナセル４の荷重による偏心モーメントに抗するための無駄な強度をタワー３に与えることを回避することができ、タワー３を強度のより小さな構造とすることができる。

次に、図６（ｂ）に示すように、ステージ１３がタワー３の頂部まで上昇すると、ステージ固定部材３２Ａ，３２Ｂによりタワー３が挟まれて、ステージ１３はタワー３に固定される。その後、ナセル横引き装置２４がワイヤ２５を引っ張ることで、ナセル４はタワー中心軸Ｃ方向に移動される。また、これと同時に、左側のバラストタンク４１Ａ内に設置されたポンプ４４を動作させて、左側のバラストタンク４１Ａ内の水を右側のバラストタンク４２Ａ内に移動させる。このように、ナセル４と水を同時に移動させることにより、ナセル４の荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントと、水の荷重によりステージ１３に作用する偏心モーメントのバランスがとられる。よって、ナセル４の荷重による偏心モーメントがタワー３に作用することがなく、当該偏心モーメントに抗するための無駄な強度をタワー３に与えることを回避することができる。その後、図６（ｃ）に示すように、第一実施形態と同様に、ナセル４をタワー３の頂部に固定してから、ステージ１３はワイヤ１２に沿って地上に降ろされる。そして、ステージ１３は作業者により分解される。

なお、上記の建設装置４０では、ステージ１３に２つのバラストタンク４１Ａ，４２Ａを吊り下げているが、バラストタンクは左側の１つ（符号４１Ａ）だけでもよい。例えば、ステージ１３に右側のバラストタンク４２Ａを吊り下げるのに代えて地上にバラストタンクを設置し、ステージ１３に吊り下げられた左側のバラストタンク４１Ａと地上のバラストタンクとの間に、十分な長さを有する配管を設ければよい。こうすれば、ナセル４がタワー３の中心軸Ｃに移動するときには、ポンプ４４を動作させて左側のバラストタンク４１Ａ内の水を地上のバラストタンクに移動して、ナセル４の荷重による偏心モーメントと水入りバラストタンク４１の荷重による偏心モーメントのバランスをとることができる。

また、上述した水入りバラストタンク４１Ａは、いわゆるチューンド・リキッド・ダンパ（スロッシングダンパ）としても機能している。このように、水入りバラストタンク４１がチューンド・リキッド・ダンパとして機能することにより、タワー３の振動を好適に抑制することができる。また、図７に示すように、バラストタンク４１Ａ内に回動可能な仕切板７１，７２を設けることのより、仕切板７１，７２間を移動する水の抵抗を変化させ、ステージ１３の上昇に伴うタワー３の固有周期の変動に同調させるように、チューンド・リキッド・ダンパを調整することもできる。

第一実施形態に係る風力発電装置の建設装置を示す側面図である。 第一実施形態に係る風力発電装置の建設装置を示す平面図である。 第一実施形態に係る風力発電装置の建設工程を示す工程図である。 第一実施形態に係るチューンド・マスダンパを採用した建設装置を示す側面図である。 第一実施形態に係るアクティブ・マスダンパを採用した建設装置を示す側面図である。 第二実施形態に係る風力発電装置の建設工程を示す工程図である。 第二実施形態に係るチューンド・リキッドダンパ（スロッシングダンパ）を採用した建設装置を示す側面図である。

符号の説明

１…風力発電装置
２…基台
３…タワー（塔状構造物）
４…ナセル
１０…建設装置
１１…吊り上げ桁
１２…ワイヤ
１３…ステージ
１７…昇降ジャッキ
２２…ナセル載置部
２４…ナセル横引き装置
２９…カウンタウェイト（バランサ部材）
３１…カウンタウェイト横引き装置
３２Ａ，３２Ｂ…ステージ固定部材
４１…水入りバラストタンク（バランサ部材）

Claims (5)

1. 発電機が収容されたナセルが塔状構造物の頂部に載置された風力発電装置の建設方法であって、
   前記塔状構造物の周囲に配置されたステージ上に、前記ナセルを前記塔状構造物の中心軸から離間して取り付け、また、前記ステージにバランサ部材を取り付け、
   前記バランサ部材によってバランスをとりながら、前記ナセルが載置された前記ステージを、前記塔状構造物の高さ方向に沿って上昇させ、
   前記バランサ部材は、前記塔状構造物の揺れを吸収する制振機構として利用され、
   前記制振機構で前記ステージの揺れを吸収しながら前記ステージを上昇させることを特徴とする風力発電装置の建設方法。
2. 前記塔状構造物の頂部で、前記ナセルを塔状構造物の中心軸方向に移動させる際、前記ナセルとバランスをとるように前記バランサ部材の偏心モーメントを変化させることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の建設方法。
3. 前記制振機構は、マス部材を備えるマスダンパであり、
   前記バランサ部材が、前記マス部材として用いられることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の建設方法。
4. 前記バランサ部材が、液体入り容器を備えるスロッシングダンパであることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の建設方法。
5. 発電機が収容されたナセルが塔状構造物の頂部に載置された風力発電装置の建設に利用される建設装置であって、
   前記塔状構造物の周囲に配置されたステージと、
   前記ステージ上において前記塔状構造物の中心軸から離間した位置にあり、前記ナセルを載置可能としたナセル載置部と、
   前記ナセルとバランスをとって前記ステージに取り付けられたバランサ部材と、
   前記ステージを前記塔状構造物の高さ方向に沿って上昇可能としたステージ上昇機構と、
   を備え、
   前記バランサ部材は、前記塔状構造物の揺れを吸収する制振機構として利用可能に構成されており、
   前記制振機構で前記ステージの揺れを吸収しながら前記ステージを上昇させることを特徴とする風力発電装置の建設装置。

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