JP5820953B1 - 風力発電装置の組み付け方法、風力発電装置の分解方法、風力発電装置の設置方法、及び風力発電装置の作業用船舶 - Google Patents

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Abstract

【課題】ナセルを水平置きにしたままで風力発電装置を短時間で組み付けできる風力発電装置の組み付け方法を提供する。【解決手段】ナセル103を有する上部構造体100Bと浮体101を有する下部構造体100Aとが組み付けられることで構成される風力発電装置を、架台20を有する作業用船舶1を用いて組み付ける風力発電装置の組み付け方法であって、ナセルの回転軸103aが水平面Wに対して略平行になるように架台で上部構造体を支持し、上部構造体の下方に下部構造体を配置するとともに、下部構造体と架台との相対移動を規制し、上部構造体を架台に対して下方に移動させることで、下部構造体と上部構造体とを組み付けて風力発電装置を構成する組み付け工程を行う。【選択図】図16

Description

本発明は、風力発電装置の組み付け方法、風力発電装置の分解方法、風力発電装置の設置方法、及び風力発電装置の作業用船舶に関する。
いわゆるスパー型等の浮体式の風力発電装置は、設置された状態で、頂部にナセルとブレードを備え、ナセルの下方にタワー、スパー型の浮体を備える。風力発電装置は、上下方向に長大な構造物である。
出力が数百kW程度の小型の風力発電装置の設置方法は、例えば特許文献1に記載されているように以下のようになる。すなわち、陸上で組立てる時に、風力発電装置を水平面に沿う方向に長い横置きの状態で一体に製作する。クレーン船等で風力発電装置を一体で横置きの状態から、鉛直方向に長い縦置きの状態に建て起こして設置する。これは、風力発電装置のナセルが、建て起こしが可能な場合である。
風力発電装置が横置きの状態では、ナセルは回転軸が鉛直方向に平行な鉛直置きになる。セルの回転軸は、回転することで発電を行うためのものである。一方で、風力発電装置が縦置きの状態では、ナセルは回転軸が水平面に平行な水平置きになる。
風力発電装置が出力が千kWを越える大型のものになると、風力発電装置の設置方法は以下のようになる。すなわち、スパー型の浮体やタワーを有する風力発電装置の下部構造体を陸上で製作する。下部構造体を洋上(海上)で建て起こして浮遊させた後で、クレーン船でナセルとブレードを下部構造体のタワーの頂部に搭載する(組み付ける)。すなわち、風力発電装置の設置方法には、風力発電装置の組み付け方法が用いられる。
風力発電装置の設置方法として陸上で風力発電装置を横置きの状態で組立てて一体製作し、海上を運搬し、風力発電装置を建て起こして洋上に設置することが効率的である。
特開2014−227966号公報
しかしながら、風力発電装置が大型の場合、現状では鉛直置きから回転して水平置きにすることができるナセルがないため、この設置方法で風力発電装置を設置することができない。
洋上で浮遊する下部構造体のタワーの頂部にナセルを搭載し、さらにナセルにブレードを取付けるには、クレーン作業を安全に施工する必要がある。このため、下部構造体と、下部構造体に搭載するナセル等との相対移動を規制する必要がある。静穏な海象状態で風力発電装置を設置するには、設置可能な海域が限定される。沖合で風力発電装置を設置する作業は、一般的に静穏な海象状態の時にしか行うことができない。このため、海域によっては設置作業に多大な期間を要する。
大型の風力発電装置に対応したナセルが鉛直置きにできないことから、このナセルを備える風力発電装置の組み付け方法及び風力発電装置の分解方法においても、同様な問題が生じる。すなわち、海上における風力発電装置の組み付け作業及び分解作業では、ナセルを水平置きに保持する必要がある。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、ナセルを水平置きにしたままで風力発電装置を短時間で組み付けたり分解したりできる風力発電装置の組み付け方法、風力発電装置の分解方法、風力発電装置の設置方法、及び風力発電装置の作業用船舶を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の風力発電装置の組み付け方法は、ナセルを有する上部構造体と浮体を有する下部構造体とが組み付けられることで構成される風力発電装置を、架台を有する作業用船舶を用いて組み付ける風力発電装置の組み付け方法であって、前記ナセルの回転軸が水平面に対して略平行になるように前記架台で前記上部構造体を支持し、前記上部構造体の下方に前記下部構造体を配置するとともに、前記下部構造体と前記架台との相対移動を規制し、前記上部構造体を前記架台に対して下方に移動させることで、前記下部構造体と前記上部構造体とを組み付けて前記風力発電装置を構成する組み付け工程を行うことを特徴としている。
また、本発明の風力発電装置の分解方法は、ナセルを有する上部構造体と浮体を有する下部構造体とが組み付けられることで構成される風力発電装置を、架台を有する作業用船舶を用いて分解する風力発電装置の分解方法であって、前記ナセルの回転軸が水平面に対して略平行になるように前記架台で前記上部構造体を支持し、前記上部構造体の下方に配置された前記下部構造体と前記架台との相対移動を規制し、前記上部構造体を前記架台に対して上方に移動させることで、前記風力発電装置を前記下部構造体と前記上部構造体とに分解する分解工程を行うことを特徴としている。
また、本発明の風力発電装置の作業用船舶は、ナセルを有する上部構造体と浮体を有する下部構造体とが組み付けられることで構成される風力発電装置を、前記上部構造体と前記下部構造体とを組み付けて構成するとともに前記上部構造体と前記下部構造体と分解するための風力発電装置の作業用船舶であって、船体と、前記船体上に設けられた架台と、前記架台に設けられ、前記ナセルの回転軸が水平面に対して略平行になるように前記上部構造体を支持するとともに、支持した前記上部構造体を上方及び下方に移動可能な昇降装置と、前記船体又は前記架台に設けられ、前記昇降装置に支持された前記上部構造体の下方で前記下部構造体を把持する把持装置と、を備えることを特徴としている。
これらの発明によれば、風力発電装置を組み付けたり分解したりするときに、ナセルの回転軸が水平面に対して略平行になるように(水平置きにして)架台で上部構造体を支持する。下部構造体と架台との相対移動を規制した状態で組み付けたり分解したりすることで、組み付け又は分解の作業が海象状態の影響を受けにくくなる。このため、風力発電装置の組み付け又は分解の作業が短時間で効率的に行える。
また、本発明の風力発電装置の設置方法は、上記に記載の風力発電装置の組み付け方法を用いて前記風力発電装置を設置海域に設置する風力発電装置の設置方法であって、前記作業用船舶を岸壁に停泊させ、前記ナセルの回転軸が水平面に対して略平行になるように前記ナセルを前記架台に陸上から仮設するとともに、前記ナセルに風車ブレードを陸上から取付けて前記上部構造体を形成する第一工程を行い、前記作業用船舶により、海上を通って前記上部構造体を搬送する第二工程を行い、前記下部構造体を、海上を通って搬送する第三工程を行い、前記組み付け工程を行い、前記風力発電装置を前記設置海域に設置する第四工程を行うことを特徴としている。
この発明によれば、岸壁に停泊した作業用船舶にナセルを陸上から取付けることで、架台にナセルを安定した状態で取付けることができる。架台にナセルを水平置きにして取付けた状態で、ナセルを有する上部構造体を海上を搬送する。
風力発電装置の組み付け方法の組み付け工程を行い、風力発電装置を設置海域に設置する。
また、上記の風力発電装置の設置方法において、前記作業用船舶により、前記第二工程と前記第三工程とを同時に行ってもよい。
この発明によれば、組となる上部構造体と下部構造体とを1隻の作業用船舶でまとめて搬送する。
また、上記の風力発電装置の設置方法において、前記第三工程では、前記下部構造体を曳船で搬送してもよい。
また、上記の風力発電装置の作業用船舶において、前記船体上に設けられ、略水平に配置された前記下部構造体を支持するとともに前記下部構造体を建て起こす建て起こし機構を備えてもよい。
また、上記の風力発電装置の作業用船舶において、前記把持装置は、前記下部構造体を当接させる当接部材と、前記当接部材に当接した前記下部構造体の部分とは、前記下部構造体の周方向にずれた部分に当接可能な腕部と、を有してもよい。
また、上記の風力発電装置の作業用船舶において、前記船体の側面には、前記下部構造体を収容する凹部が形成されていてもよい。
本発明において、請求項1に記載の風力発電装置の組み付け方法、請求項2に記載の風力発電装置の分解方法、及び請求項6に記載の風力発電装置の作業用船舶によれば、組み付けたり分解したりするときにナセルを水平置きにしたままで、海象状態が荒れていると不安定になりやすいクレーンを用いることなく、風力発電装置を短時間で組み付けたり分解したりすることができる。
請求項3に記載の風力発電装置の設置方法によれば、陸からの搬送時及び組み付け時のいずれにおいてもナセルを水平置きにしたままになる。このため、海象状態が荒れていると不安定になりやすいクレーンを用いることなく、風力発電装置を短時間で設置することができる。
請求項4に記載の風力発電装置の設置方法によれば、1隻の作業用船舶で両構造体を搬送するので搬送作業が効率的になる。
請求項5に記載の風力発電装置の設置方法によれば、上部構造体と下部構造体とを互いに異なる時間やルート等で搬送することができる。
請求項7に記載の風力発電装置の作業用船舶によれば、海象状態が荒れていると不安定になりやすいクレーンを用いることなく、下部構造体を建て起こすことができる。
請求項8に記載の風力発電装置の作業用船舶によれば、当接部材に下部構造体を当接させることで下部構造体の位置決めが容易になる。さらに、当接部材に下部構造体が当接した状態で、腕部により下部構造体を確実に把持することができる。
請求項9に記載の風力発電装置の作業用船舶によれば、凹部内に下部構造体を収容することで、船体に対して下部構造体が移動するのが抑制される。
本発明の第1実施形態の風力発電装置の作業用船舶の斜視図である。 同風力発電装置の側面図である。 同作業用船舶の櫓部の斜視図である。 同作業用船舶の船体及び下部把持装置の平面図である。 同作業用船舶の昇降装置の正面図である。 同昇降装置の側面図である。 同下部把持装置の斜視図である。 本実施形態における風力発電装置の設置方法を示すフローチャートである。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法の変形例を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法の変形例を説明する図である。 本発明の第2実施形態の風力発電装置の作業用船舶の側面図である。 本実施形態における風力発電装置の設置方法を示すフローチャートである。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本実施形態の風力発電装置の設置方法を説明する図である。 本発明の変形例の実施形態における風力発電装置の作業用船舶の斜視図である。 同作業用船舶を用いた風力発電装置の設置方法を説明する図である。 同作業用船舶を用いた風力発電装置の設置方法を説明する図である。
(第1実施形態)
以下、本発明に係る風力発電装置の作業用船舶(以下、作業用船舶とも略称する)の第1実施形態を、図1から図19を参照しながら説明する。
図1に示すように、本作業用船舶1は、船体10と、船体10上に設けられた櫓部(架台)20と、櫓部20に設けられた昇降装置25と、船体10又は櫓部20に設けられた一対の搭載用把持装置(把持装置)35(図3参照)と、船体10上に設けられた建て起こし機構45とを備えている。
以下では、船体10の長手方向Xにおいて、建て起こし機構45に対する櫓部20側を船首側、櫓部20に対する建て起こし機構45側を船尾側とそれぞれ称する。
まず、作業用船舶1で設置される風力発電装置について説明する。
図2に示すように、風力発電装置100はいわゆるスパー型の公知の構成のものである。風力発電装置100は、海上に設置された状態では、鉛直方向に長い縦置きの状態である。風力発電装置100は、水中で浮力を発生する浮体101と、浮体101から上方に立設するタワー102と、タワー102の上部に設けられたナセル103と、ナセル103の回転軸103aに取付けられた複数の風車ブレード104とを有している。
浮体101は、公知の構成のものであり、図示はしないが上部タンク、下部タンク、及び搬送ポンプを備えている。両タンク内には海水等の液体バラストが収容可能である。搬送ポンプは、両タンクの一方と他方との間で液体バラストを搬送する。
風車ブレード104が受ける風圧により回転軸103aがその軸線周りに回転すると、図示はしないが、油等の作動流体が加圧される。加圧された作動流体が流れて発電機を回転させることで、発電が行われる。
風力発電装置100が縦置きの状態のときに、ナセル103の回転軸103aが水平面Wに対して略平行(平行も含む)な水平置きになる。
浮体101とタワー102とは、図示しないフランジやボルト等の接続構造により着脱可能になっている。
この例では、浮体101で風力発電装置100の下部構造体100Aを構成し、タワー102、ナセル103、及び複数の風車ブレード104で風力発電装置100の上部構造体100Bを構成する。
風力発電装置100は、例えば出力が千kWを越え、全体の上下方向の長さが数十m又は百m以上の大型のものである。
図1に示すように、本実施形態では、船体10は上下方向Zに平行に見たときに略矩形となる箱状に形成されている。船体10は、例えば外板11、及び外板11を補強する図示しない骨組み部材を有している。外板11及び骨組み部材は、鋼材等で形成されている。船体10は、水上で浮くことができる。
図3及び4に示すように、船体10の船首側の側面10aには、第一凹部(凹部)12が形成されている。第一凹部12は、船体10を上下方向Zに貫通している。第一凹部12の船体10の幅方向Yの長さは、浮体101の外径よりも長い。第一凹部12内には浮体101が収容可能である。
船体10の側面10aには、第一凹部12を幅方向Yに挟むように一対の案内部材13が取付けられている。一対の案内部材13の互いに対向する対向面13aは、船首側に向かうにしたがって離間するように湾曲している。
図1に示すように、船体10の船尾側の側面10bには第二凹部14が形成されている。第二凹部14は、船体10を上下方向Zに貫通している。
船体10の長手方向Xの中央部には、上下方向Zに延びる複数の貫通孔15が形成されている。
図1及び3に示すように、櫓部20は、船体10の船首側の上面から立設している。櫓部20は、例えば、鋼材等で形成された複数の骨組み部材21を組み合わせて所定の形状にし、この状態の骨組み部材21を図示しない溶接やボルト等で互いに固定して構成することができる。
櫓部20における第一凹部12の上方となる範囲には、骨組み部材21が設けられない収容部20aが形成されている。収容部20aは下方で、第一凹部12に連なっている。
櫓部20の高さは、風力発電装置100のタワー102の長さ程度である。
昇降装置25は、図5及び6に示すように櫓部20の上面に取付けられている。なお、図5には後述するガイド部材30は示していない。
昇降装置25は、櫓部20の上面に取付けられた幅方向移動機構26と、幅方向移動機構26の上部に取付けられ船体10の長手方向Xに延びる支持レール27と、支持レール27に取付けられた上下方向移動機構28と、上下方向移動機構28に取付けられた受け部材29とを有している。
幅方向移動機構26は、例えば公知の油圧シリンダ、及び油圧シリンダに対して移動可能に支持されたピストンで構成することができる。図示しない油圧源から油圧シリンダ内に供給する油の供給位置を変えることで、油圧シリンダに対してピストンを幅方向Yに移動させることができる。幅方向移動機構26は、上下方向Zに見たときに収容部20aを幅方向Yに挟んで対になるように設けられている。
支持レール27は、各幅方向移動機構26のピストンに取付けられている。
上下方向移動機構28は、幅方向移動機構26と同様に構成され、油圧シリンダ28a及びピストン28bを有している。油圧シリンダ28aは支持レール27に取付けられている。各支持レール27には、一対の上下方向移動機構28が長手方向Xに間隔をおいて並べて配置されている。すなわち、昇降装置25は、上下方向Zに見たときに矩形の四隅となる位置に配置された4つの上下方向移動機構28を備えている。
油圧源から油圧シリンダ28a内に供給する油の供給位置を変えることで、油圧シリンダ28aに対してピストン28bを上下方向Zに移動させることができる。これら4つの上下方向移動機構28は、互いに独立して移動させることができる。
受け部材29の上面における幅方向Yの中間部には、下方に窪んだ段部29aが形成されている。段部29aの底面の船首側には、受け部材29を上下方向Zに貫通する切欠き29bが形成されている。切欠き29bは、櫓部20の収容部20aの上方に形成されている。受け部材29は、上下方向移動機構28のピストン28bに取付けられている。
受け部材29及び支持レール27は、鋼材等で形成することができる。
上下方向移動機構28のピストン28bとともに受け部材29が上下方向Zに移動する。この受け部材29の上下方向Zへの移動は、図6に示すように、櫓部20から上方に立設し、受け部材29の船首側及び船尾側にそれぞれ設けられたガイド部材30により案内される。
このように構成された昇降装置25において、受け部材29の段部29a上にナセル103を置くとともに、受け部材29の切欠き29b内にタワー102を挿通させることで、受け部材29に上部構造体100Bが支持される。これにより、受け部材29に上部構造体100Bが取付けられる。
受け部材29は、ナセル103の回転軸103aが水平面Wに対して略平行になるように、すなわちナセル103が水平置きになるように上部構造体100Bを支持する。
幅方向移動機構26を駆動することで、一対の支持レール27、複数の上下方向移動機構28、及び受け部材29が一体となって幅方向Yに移移動する。これにより、受け部材29で支持した上部構造体100Bを櫓部20に対して幅方向Yに移動させることができる。
4つの上下方向移動機構28を同様に駆動することで、受け部材29で支持した上部構造体100Bを櫓部20に対して上下方向Zに移動させることができる。4つの上下方向移動機構28のピストン28bの移動量を変えることで、船体10に対して受け部材29を傾けることができる。これにより、水平面Wに対して船体10が傾いているときでも、受け部材29が水平面Wに対して平行になるように調整することができる。
同様に、上下方向移動機構28を駆動することで、受け部材29で支持した上部構造体100Bを櫓部20に対して上下方向Zに移動させることができる。
図3、4及び7に示すように、一対の搭載用把持装置35のうちの一方は、櫓部20の収容部20a内に設けられている。搭載用把持装置35は、後述する緩衝部材36aを介して下部構造体100Aを当接させる当接板(当接部材)36と、下部構造体100Aに当接可能な一対の腕部37と、を有する。
当接板36は、例えば鋼板で平板状に形成され、櫓部20に取付けられている。当接板36の収容部20a側の面には、緩衝部材36aが設けられている。
腕部37は、第一端部が櫓部20に回転可能に支持されたリンク部材38と、リンク部材38の第二端部に回転可能に支持された支持板39と、櫓部20及び支持板39に接続された把持機構40とを備えている。
支持板39は、下部構造体100Aに当接する側が凹んだ形状に湾曲している。支持板39の凹んだ側の面には、下部構造体100Aとの間の摩擦力を高めるために凹凸形状39a(図7参照)が形成されていることが好ましい。
把持機構40は、幅方向移動機構26と同様に油圧シリンダ40a及びピストン40bを有している。油圧シリンダ40aは櫓部20に取付けられ、ピストン40bは支持板39に取付けられている。油圧源から油圧シリンダ40a内に供給する油の供給位置を変えることで、リンク部材38及び支持板39がリンク部材38の第一端部周りに揺動する。
把持機構40を駆動して一対の腕部37の支持板39を互いに近づくように揺動させると、搭載用把持装置35は緩衝部材36aに当接した下部構造体100Aを把持する。図4に示すように、腕部37の支持板39は、緩衝部材36aを介して当接板36に当接した下部構造体100Aの部分100Cとは、下部構造体100Aの周方向にずれた部分100Dに当接する。当接板36及び一対の支持板39は、下部構造体100Aの周方向に略等角度ごとに下部構造体100Aに当接する。
一方で、一対の腕部37の支持板39を互いに離間するように揺動させると、搭載用把持装置35は把持した下部構造体100Aを解放する。
本実施形態では、一対の搭載用把持装置35のうちの他方は、船体10の第一凹部12に設けられている。すなわち、一対の搭載用把持装置35が上下方向Zに間隔を開けて配置されている。一対の搭載用把持装置35は、下部構造体100Aを上部構造体100Bの下方で把持する(図15参照)。
建て起こし機構45は、図1に示すように、略水平に配置された横置きの下部構造体100Aを支持する回転台46と、回転台46に設けられた一対の輸送用把持装置47と、回転台46を回転軸C周りに回転可能に支持する回転機構(不図示)とを有している。
回転台46は、例えば鋼板と骨組み部材とを組み合わせて構成することができる。輸送用把持装置47は、搭載用把持装置35と同様に構成され、回転台46の長手方向に並べて配置されている。回転機構は、公知のベアリング等で形成することができる。回転軸Cは、第二凹部14の船首側の縁部に、幅方向Yに平行になるように設定される。
作業者は、水平面に平行に延びるように配置された回転台46上に、下部構造体100Aを乗せる。後述する液体バラストの移動により、回転台46を回転軸C周りに位置P1まで回転させることで、回転台46に支持された下部構造体100Aを建て起こすことができる。
船体10の上面であって貫通孔15の近傍には、昇降ジャッキ50が取付けられている。昇降ジャッキ50は、貫通孔15に挿通されたスパッドと呼ばれる脚体51を船体10に対して上下方向Zに移動させる。作業用船舶1が昇降ジャッキ50を備えるため、港等の出荷岸壁において脚体51を海底に固定することにより、作業用船舶1が動揺するのを抑制することができる。なお、作業用船舶1は昇降ジャッキ50及び脚体51を備えなくてもよい。
本実施形態の作業用船舶1は自力による航行(自航)はできず、公知のタグボート(曳船)で曳かれて走行する。なお、作業用船舶1が自航できるように構成してもよい。しかし、作業用船舶1が自航できないように構成した方が安価に構成できる。
次に、以上のように構成された作業用船舶1を用いて行う本実施形態の風力発電装置100の設置方法(以下、設置方法とも略称する)について説明する。図8は、本実施形態における風力発電装置100の設置方法を示すフローチャートである。
図9に示すように、予め、陸上ヤードである岸壁L1等において、浮体101である下部構造体100Aを製造しておく(下部構造体製造工程)。
まず、上部構造体製造工程(第一工程、図8に示すステップS1)において、作業用船舶1上に下部構造体100Aを搭載するとともに、作業用船舶1の櫓部20に上部構造体100Bを仮設する。具体的には、作業者は、タグボート等により、図10に示すように、作業用船舶1の船尾側、すなわち建て起こし機構45が岸壁L1に近づくように作業用船舶1を岸壁L1近くの海上に停泊させる。ここで言う停泊とは、船舶が碇を下ろしてとまることだけでなく、ロープ等で岸壁L1に船舶を係留したり、船舶がスパッドと呼ばれる脚体を用いてとまること等も意味する。
ドーリー等の搬送車両A10等で、下部構造体100Aを岸壁L1から作業用船舶1に搬送し、作業用船舶1の回転台46上に下部構造体100Aを乗せる。このとき、下部構造体100Aは横置きの状態になる。輸送用把持装置47で下部構造体100Aを把持する。
船体10の船尾側と下部構造体100Aとの間に搬送用のサポート部材55(図11参照)を挟み、下部構造体100Aが横置きの状態から傾かないようにする。こうして、下部構造体100Aを出荷する。
図11に示すように作業用船舶1を移動させ、作業用船舶1の船首側、すなわち櫓部20が岸壁L1に近づくように、作業用船舶1を岸壁L1に停泊させる。このとき、昇降ジャッキ50により脚体51を下方に移動させて、海底L3に脚体51を押し付ける。これにより、作業用船舶1が岸壁L1に対して移動しないようにする。
岸壁L1上に配置したクレーンA15で予めタワー102が取付けられたナセル103を吊り上げ、ナセル103を昇降装置25の受け部材29上に仮設する。このとき、ナセル103は水平置きになる。
クレーンA15で風車ブレード104を吊り上げ、ナセル103に複数の風車ブレード104を取付ける。
このように、櫓部20にナセル103及び風車ブレード104を陸上から取付ける。タワー102、ナセル103、及び複数の風車ブレード104で上部構造体100Bが構成される。岸壁L1に停泊した作業用船舶1にナセル103等を陸上から取付けることで、櫓部20にナセル103等を安定した状態で仮設することができる。
上部構造体100Bが構成されたら、昇降ジャッキ50により脚体51を上方に移動させ、海底L3から脚体51を離間させておく。
次に、上部・下部構造体搬送工程(第二工程及び第三工程、ステップS3)において、図12に示すように、作業用船舶1により、海上を通って上部構造体100B及び下部構造体100Aを設置海域L5まで搬送する。設置海域L5は、風力発電装置100を設置する予定の海域である。作業用船舶1は、タグボートA20で曳いて移動させる。なお、上部構造体100B及び下部構造体100Aを設置海域L5まで搬送しないで、上部構造体100B及び下部構造体100Aを設置海域L5に近い海域等まで搬送してもよい。
本実施形態では作業用船舶1により、第二工程である上部構造体搬送工程と第三工程である下部構造体搬送工程とを同時に行っている。
上部構造体100Bを設置海域L5まで搬送する間、ナセル103は水平置きである。
次に、建て起こし工程(ステップS5)において、下部構造体100Aを建て起こす。
具体的には、不図示のポンプで、海水等の液体バラストを上部タンク101a内に注入する。船体10と下部構造体100Aとの間から、サポート部材55を取外す。輸送用把持装置47による下部構造体100Aの把持を解除する。
把持搬送ポンプにより上部タンクから下部タンクに液体バラストを搬送させていくと、下部構造体100Aの重心が船尾側に移動する。図13に示すように、回転台46が回転軸C周りに回転し、下部構造体100Aが建て起こされる。横置きの状態であった下部構造体100Aが、縦置きの状態になる。このとき、下部構造体100Aは縦置きの状態で水中に浮かべられた高さになる。したがって、下部構造体100Aから輸送用把持装置47に対して上方や下方に向かって作用する力が低減する。なお、下部構造体100Aを建て起こす方法は、液体バラストを移動させる方法に限定されない。
このように、海象状態が荒れていると不安定になりやすいクレーンを用いることなく、下部構造体100Aを建て起こすことができる。
次に、位置決め工程(ステップS7)において、設置海域L5で、櫓部20と下部構造体100Aとの相対変位を規制するとともに、上部構造体100Bの下方に下部構造体100Aを配置する。なお、位置決め工程S7の開始時には、ナセル103が水平置きになるように上部構造体100Bが櫓部20で支持されている。
具体的には、図14に示すように、タグボートA20で下部構造体100Aを曳いて移動させ、作業用船舶1から下部構造体100Aを離間させる。すなわち、下部構造体100Aを離舷させる。下部構造体100Aは、縦置きの状態で、自身に作用する浮力により水平面Wよりも上方に上部を突出させた状態で水中に浮く。
縦置きの状態になった下部構造体100Aの位置が安定した後で、下部構造体100Aをゆっくり移動させる。
図15に示すように、下部構造体100Aを作業用船舶1のウィンチ56からのロープ57で作業用船舶1に引き寄せる。この時、タグボートA20のロープ58で下部構造体100Aの移動にブレーキを掛け、下部構造体100Aの位置を保持する。
図16に示すように、作業用船舶1の船首側へ下部構造体100Aを近づける。一対の案内部材13の対向面13aに案内されて、船体10の第一凹部12内に下部構造体100Aが収容される。これにより、船体10に対して下部構造体100Aが移動するのが抑制される。
搭載用把持装置35の緩衝部材36aを介して当接板36に下部構造体100Aを当接させる。当接板36に下部構造体100Aを当接させることで、下部構造体100Aの長手方向Xの位置決めが容易になる。
把持機構40により一対の腕部37を揺動させ、当接板36及び一対の腕部37で下部構造体100Aを把持する。これにより、櫓部20と下部構造体100Aとの相対変位が規制される。櫓部20と下部構造体100Aとの相対変位を規制することで、海象状態が荒れていても下部構造体100Aとの上部構造体100Bとの相対変位も規制される。
また、搭載用把持装置35で把持された下部構造体100Aは、上部構造体100Bの下方に配置される。
次に、装置組み付け工程(ステップS9)において、櫓部20に対して上部構造体100Bを下方に移動させて下部構造体100Aと上部構造体100Bとを組み付けて風力発電装置100を構成する。なお、位置決め工程S7及び装置組み付け工程S9で、組み付け工程S10を構成する。すなわち、本設置方法は本実施形態の風力発電装置100の組み付け方法(以下、組み付け方法とも略称する)を用いる。
具体的には、昇降装置25の上下方向移動機構28により上部構造体100Bを下方に移動させて下部構造体100Aに上部構造体100Bを当接させる。必要に応じて、幅方向移動機構26を駆動して櫓部20に対して上部構造体100Bを幅方向Yに移動させ、下部構造体100Aと上部構造体100Bとの幅方向Yの位置を調節する。
下部構造体100Aと上部構造体100Bとをフランジやボルト等の接続構造により取付けることで、図17に示す風力発電装置100を構成する。このように風力発電装置100を構成する場所は、設置海域L5でもよいが設置海域L5以外でもよい。
タグボートA20で風力発電装置100を作業用船舶1から離間させる。
次に、係留工程(第四工程、ステップS11)において、図2に示すように風力発電装置100を設置海域L5に設置する。
具体的には、公知の方法により、アンカー60により海底L3に係留ケーブル(係留索)61の第一端部を固定する。係留ケーブル61の第二端部を浮体101側に巻き上げ、浮体101に固定する。これにより、海底L3に風力発電装置100を係留する。
以上の工程で、風力発電装置100の設置が終了する。
以上説明したように、本実施形態の作業用船舶1及び組み付け方法によれば、風力発電装置100を組み付けるときに、ナセル103を水平置きにして櫓部20で上部構造体100Bを支持する。下部構造体100Aと櫓部20との相対移動を規制した状態で組み付けることで、組み付けの作業が海象状態の影響を受けにくくなる。このため、風力発電装置100の組み付けの作業が短時間で効率的に行える。
第二工程と第三工程とを同時に行うことで、組となる上部構造体100Bと下部構造体100Aとを1隻の作業用船舶1でまとめて搬送する。1隻の作業用船舶1で両構造体100A、100Bを搬送するので、搬送作業が効率的になる。
作業用船舶1が建て起こし機構45を備えることで、海象状態が荒れていると不安定になりやすいクレーンを用いることなく、下部構造体100Aを建て起こすことができる。
搭載用把持装置35は、当接板36及び一対の腕部37を備える。当接板36に下部構造体100Aを当接させることで下部構造体100Aの位置決めが容易になる。さらに、当接板36に下部構造体100Aが当接した状態で、一対の腕部37により下部構造体100Aを確実に把持することができる。
船体10に第一凹部12が形成されていることで、第一凹部12内に下部構造体100Aを収容すると、船体10に対して下部構造体100Aが移動するのを抑制することができる。
また、本実施形態の設置方法によれば、岸壁L1に停泊した作業用船舶1にナセル103を陸上から取付けることで、櫓部20にナセル103を安定した状態で取付けることができる。櫓部20にナセル103を水平置きにして取付けた状態で、ナセル103を有する上部構造体100Bを海上を搬送する。
陸からの搬送時及び組み付け時のいずれにおいてもナセル103を水平置きにしたままになる。このため、海象状態が荒れていると不安定になりやすいクレーンを用いることなく、風力発電装置100を短時間で設置することができる。
なお、本実施形態では、下部構造体100Aと上部構造体100Bとを組み付けて風力発電装置100を構成してから、この風力発電装置100を海底L3に係留した。
しかし、以下に説明する手順で風力発電装置100を構成してもよい。すなわち、図18に示すように、設置海域L5において海底L3に下部構造体100Aを係留させる。この後で、作業用船舶1のウィンチ56から下部構造体100Aに接続されたロープ57を引き寄せることで、図19に示すように下部構造体100Aに作業用船舶1を近づける。下部構造体100Aの上方に作業用船舶1が支持する上部構造体100Bを配置する。これ以降は前述の装置組み付け工程S9及び係留工程S11を行う。
なお、本実施形態の風力発電装置の分解方法(以下、分解方法とも略称する)は、以下のような手順となる。なお、前述の作業用船舶1は、本分解方法にも好適に用いることができる。
すなわち、既に構成されて係留された風力発電装置100において、ナセル103が水平置きになるように櫓部20で上部構造体100Bを支持する。上部構造体100Bの下方に配置された下部構造体100Aと櫓部20との相対移動を規制する。上部構造体100Bを櫓部20に対して上方に移動させることで、風力発電装置100を下部構造体100Aと上部構造体100Bとに分解する(分解工程、図19参照)。
風力発電装置100を分解するときに、ナセル103の回転軸103aを水平置きにして櫓部20で上部構造体100Bを支持する。下部構造体100Aと櫓部20との相対移動を規制した状態で分解することで、分解の作業が海象状態の影響を受けにくくなる。このため、風力発電装置100の分解の作業が短時間で効率的に行える。
風力発電装置100を分解することで、設置海域L5から風力発電装置100を撤去しやすくなる。
本実施形態の分解方法を用いて風力発電装置100を分解し、下部構造体100Aや上部構造体100Bをメンテナンス(保守)する。その後で、本実施形態の組み付け方法を用いて再度風力発電装置100を組み付けることで、風力発電装置100の保守方法とすることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図15から17、図20から26を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図20に示すように、本実施形態の作業用船舶2は、第1実施形態の作業用船舶1の各構成に対して、建て起こし機構45を備えず、船体10に第二凹部14が形成されない。
次に、以上のように構成された作業用船舶2を用いて行う本実施形態の設置方法について説明する。図21は、本実施形態における風力発電装置100の設置方法を示すフローチャートである。
まず、上部構造体製造工程(第一工程、図21に示すステップS21)において、作業用船舶2の櫓部20に上部構造体100Bを形成する。この上部構造体製造工程S21は、第1実施形態の上部構造体製造工程S1において作業用船舶1に代えて作業用船舶2を用いるだけなので、説明を省略する。
ただし、第1実施形態のように作業用船舶2に下部構造体100Aを乗せることはしない。
次に、上部構造体搬送工程(第二工程、ステップS23)において、図示しないタグボートA20を用いて、図22に示すように作業用船舶2により、海上を通って上部構造体100Bを設置海域L5まで搬送する。なお、図22中には下部構造体100Aが示されているが、この下部構造体100Aは後の説明用に示したものである。なお、上部構造体100Bを設置海域L5まで搬送しないで、上部構造体100Bを設置海域L5に近い海域等まで搬送してもよい。
次に、下部構造体搬送工程(第三工程、ステップS25)において、海上を通って下部構造体100Aを設置海域L5まで作業用船舶2を用いずにタグボートA20で搬送する。なお、下部構造体100Aを設置海域L5まで搬送しないで、下部構造体100Aを設置海域L5に近い海域等まで搬送してもよい。
具体的には、図23に示すように岸壁L1に公知のシンキングバージA25を停泊させる。なお、シンキングバージA25はフローティングドックでもよい。搬送車両A10等で、下部構造体100Aを岸壁L1からシンキングバージA25に搬送し、シンキングバージA25上に下部構造体100Aを乗せる。このとき、シンキングバージA25と下部構造体100Aとの間に架台部材65(図24参照)を挟んでおく。
図24に示すように、タグボートA20でシンキングバージA25を曳いて設置海域L5まで搬送する。言い替えると、下部構造体100AをシンキングバージA25を介してタグボートA20で搬送する。なお、設置海域L5は進水に適した海域でもよい。
タグボートA20及びシンキングバージA25を用いることで、上部構造体100Bと下部構造体100Aとを互いに異なる時間やルート等で搬送可能になる。
次に、建て起こし工程(ステップS27)において、下部構造体100Aを建て起こす。具体的には、図25に示すようにシンキングバージA25を沈めて下部構造体100Aを海上に浮かべる。
上部タンク内に注入した液体バラストを、把持搬送ポンプにより下部タンクに搬送させていく。すると、図26に示すように下部構造体100Aが回転して縦置きの状態になる。
次に、位置決め工程(ステップS29)において、設置海域L5において、櫓部20と下部構造体100Aとの相対変位を規制するとともに、上部構造体100Bの下方に下部構造体100Aを配置する。この位置決め工程S29は、第1実施形態の位置決め工程S7において作業用船舶1に代えて作業用船舶2を用いるだけなので、詳しい説明を省略する。
概要を説明すると、図15に示すように、下部構造体100Aを作業用船舶2のウィンチ56からのロープ57で作業用船舶2に引き寄せる。
図16に示すように、作業用船舶2の搭載用把持装置35で下部構造体100Aを把持することで、櫓部20と下部構造体100Aとの相対変位を規制する。
次に、装置組み付け工程(ステップS31)において、第1実施形態の装置組み付け工程S9と同様に、櫓部20に対して上部構造体100Bを下方に移動させて下部構造体100Aに上部構造体100Bを組み付けて風力発電装置100を構成する。なお、位置決め工程S29及び装置組み付け工程S31で、組み付け工程S32を構成する。
図17に示すように、タグボートA20で風力発電装置100を作業用船舶2から離間させる。
次に、前述の係留工程S11を行う。
以上説明したように、本実施形態の作業用船舶2及び設置方法によれば、ナセル103を水平置きにしたままで風力発電装置100を短時間で設置することができる。
また、シンキングバージA25を介してタグボートA20で下部構造体100Aを搬送する。このため、上部構造体100Bと下部構造体100Aとを互いに異なる時間やルート等で搬送することができる。
以上、本発明の第1実施形態及び第2実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
例えば、前記第1実施形態の作業用船舶1は、船体10の長手方向Xの一方側(船首側)に櫓部20を設け、他方側(船尾側)に建て起こし機構45を設けた。しかし、図27に示す作業用船舶1Aのように、船体10の長手方向Xの一方側に、櫓部20及び建て起こし機構45を設けてもよい。
この変形例では、船尾側の側面に形成された第一凹部70は、第一凹部12及び第二凹部14の用途を兼用する。作業用船舶1Aの輸送用把持装置47は、搭載用把持装置35の用途を兼用する。
建て起こし機構45は、船体10上であって昇降装置25の下方に設けられている。この変形例では、輸送用把持装置47が把持装置となる。
図28に示すように、水平面に平行に延びるように配置された回転台46上に乗せられ輸送用把持装置47で把持された下部構造体100Aを、回転軸C周りに回転させる(建て起こし工程)。すると、図29に示すように、櫓部20に架設された上部構造体100Bの下方に縦置きの下部構造体100Aが配置される。このとき、輸送用把持装置47により、下部構造体100Aと櫓部20との相対移動が規制されている。
これ以降は、前述の装置組み付け工程S9及び係留工程S11を行う。
このような設置方法とすることで、建て起こし工程の後で下部構造体100Aを曳いて作業用船舶1Aから移動させ、再び櫓部20と下部構造体100Aとの相対変位を規制する工程が省略できる。これにより、風力発電装置100をより短期間で設置(施工)することができる。
下部構造体100Aは浮体101で構成され、上部構造体100Bはタワー102、ナセル103、及び複数の風車ブレード104で構成されるとした。しかし、両構造体100A、100Bの構成はこれに限定されず、下部構造体が浮体101及びタワー102の下方の部分で構成され、上部構造体がタワー102の上方の部分、ナセル103、及び複数の風車ブレード104で構成される等としてもよい。
風力発電装置100の浮体101及びタワー102が、上下方向Zに3つ以上に分割されるとしてもよい。例えば、浮体101及びタワー102が上下方向Zに3つに分割される場合には、分割された浮体101及びタワー102のうち最も上方の部分、ナセル103、及び複数の風車ブレード104で上部構造体を構成する。残りの2つの部分が、それぞれが下部構造体を構成する。
実施形態では風力発電装置100はスパー型であるとした。しかし、風力発電装置は浮体を有していれば、いわゆるセミサブ型(Semi−Submersible:半没水型)、TLP型(Tension Leg Platform:緊張係留式プラットフォーム型)等でもよく、特に限定されない。
1、1A、2 作業用船舶(風力発電装置の作業用船舶)
10 船体
10a 側面
12、70 第一凹部(凹部)
20 櫓部(架台)
25 昇降装置
35 搭載用把持装置(把持装置)
36 当接板(当接部材)
37 腕部
45 建て起こし機構
47 輸送用把持装置(把持装置)
100 風力発電装置
100A 下部構造体
100B 上部構造体
101 浮体
103 ナセル
103a 回転軸
A20 タグボート(曳船)
L1 岸壁
L5 設置海域
S1、S21 上部構造体製造工程(第一工程)
S3 上部・下部構造体搬送工程(第二工程及び第三工程)
S10、S32 組み付け工程
S11 係留工程(第四工程)
S23 上部構造体搬送工程(第二工程)
S25 下部構造体搬送工程(第三工程)
W 水平面

Claims (9)

  1. ナセルを有する上部構造体と浮体を有する下部構造体とが組み付けられることで構成される風力発電装置を、架台を有する作業用船舶を用いて組み付ける風力発電装置の組み付け方法であって、
    前記ナセルの回転軸が水平面に対して略平行になるように前記架台で前記上部構造体を支持し、
    前記上部構造体の下方に前記下部構造体を配置するとともに、前記下部構造体と前記架台との相対移動を規制し、
    前記上部構造体を前記架台に対して下方に移動させることで、前記下部構造体と前記上部構造体とを組み付けて前記風力発電装置を構成する組み付け工程を行うことを特徴とする風力発電装置の組み付け方法。
  2. ナセルを有する上部構造体と浮体を有する下部構造体とが組み付けられることで構成される風力発電装置を、架台を有する作業用船舶を用いて分解する風力発電装置の分解方法であって、
    前記ナセルの回転軸が水平面に対して略平行になるように前記架台で前記上部構造体を支持し、
    前記上部構造体の下方に配置された前記下部構造体と前記架台との相対移動を規制し、
    前記上部構造体を前記架台に対して上方に移動させることで、前記風力発電装置を前記下部構造体と前記上部構造体とに分解する分解工程を行うことを特徴とする風力発電装置の分解方法。
  3. 請求項1に記載の風力発電装置の組み付け方法を用いて前記風力発電装置を設置海域に設置する風力発電装置の設置方法であって、
    前記作業用船舶を岸壁に停泊させ、前記ナセルの回転軸が水平面に対して略平行になるように前記ナセルを前記架台に陸上から仮設するとともに、前記ナセルに風車ブレードを陸上から取付けて前記上部構造体を形成する第一工程を行い、
    前記作業用船舶により、海上を通って前記上部構造体を搬送する第二工程を行い、
    前記下部構造体を、海上を通って搬送する第三工程を行い、
    前記組み付け工程を行い、
    前記風力発電装置を前記設置海域に設置する第四工程を行うことを特徴とする風力発電装置の設置方法。
  4. 前記作業用船舶により、前記第二工程と前記第三工程とを同時に行うことを特徴とする請求項3に記載の風力発電装置の設置方法。
  5. 前記第三工程では、前記下部構造体を曳船で搬送することを特徴とする請求項3に記載の風力発電装置の設置方法。
  6. ナセルを有する上部構造体と浮体を有する下部構造体とが組み付けられることで構成される風力発電装置を、前記上部構造体と前記下部構造体とを組み付けて構成するとともに前記上部構造体と前記下部構造体と分解するための風力発電装置の作業用船舶であって、
    船体と、
    前記船体上に設けられた架台と、
    前記架台に設けられ、前記ナセルの回転軸が水平面に対して略平行になるように前記上部構造体を支持するとともに、支持した前記上部構造体を上方及び下方に移動可能な昇降装置と、
    前記船体又は前記架台に設けられ、前記昇降装置に支持された前記上部構造体の下方で前記下部構造体を把持する把持装置と、
    を備えることを特徴とする風力発電装置の作業用船舶。
  7. 前記船体上に設けられ、略水平に配置された前記下部構造体を支持するとともに前記下部構造体を建て起こす建て起こし機構を備えることを特徴とする請求項6に記載の風力発電装置の作業用船舶。
  8. 前記把持装置は、
    前記下部構造体を当接させる当接部材と、
    前記当接部材に当接した前記下部構造体の部分とは、前記下部構造体の周方向にずれた部分に当接可能な腕部と、
    を有することを特徴とする請求項6又は7に記載の風力発電装置の作業用船舶。
  9. 前記船体の側面には、前記下部構造体を収容する凹部が形成されていることを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載の風力発電装置の作業用船舶。
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