JP6041906B2 - 浮体式風力発電装置の組み立て方法および浮体式風力発電装置 - Google Patents

Description

本開示は、浮体式風力発電装置の組み立て方法および浮体式風力発電装置に関する。

一般的な風力発電装置のタワーは、タワーを構成する複数のタワー要素が軸方向に連結されてなる。これらのタワー要素は、工場において鋼板をロール加工等によって筒状に成形することで製造され、その両端部にはフランジが取り付けられる。そして、これらのタワー要素を建設現場に搬入し、各々のタワー要素のフランジを突き合わせてボルトやナット等で締結することで、複数のタワー要素を軸方向に連結する。このようにして、建設現場においてタワーが立設される。

ＷＯ２０１２／０４１６７７Ａ１

ところで、水面に浮かぶ浮体上にタワーが立設される浮体式風力発電装置では、タワー基部に大きな曲げモーメントが作用する。その曲げモーメントの大きさは、同じ規模の着底式風力発電装置と比べて約３倍にもなる。この大きな曲げモーメントに対抗するために、特にタワー基部におけるタワー径を大きくする必要があるが、タワー径が大き過ぎると、その大きさに見合ったフランジの製造が難しいとの問題がある。また、一般にフランジ構造は溶接と比べて施工性には優れるものの、曲げ耐久性における信頼性には劣る。

特許文献１には、風力発電装置のタワー要素を溶接によって軸方向に一体的に連結する際の溶接方法の発明が開示されている。しかしながら、この特許文献１には、浮体式風力発電装置のタワーを立設するに際し、タワーの曲げ耐久性に配慮することについては何ら開示されていない。

本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、曲げ耐久性に優れたタワーを備える浮体式風力発電装置の組み立て方法および浮体式風力発電装置を提供することにある。

本発明の少なくとも一つの実施形態は、
少なくとも一つのコラムを有し、水面に浮かぶように構成された浮体と、
前記少なくとも一つのコラム上に立設されるタワーと、を少なくとも備える浮体式風力発電装置の組み立て方法において、
前記コラムと前記タワーとを溶接により接合し、前記コラム上に前記タワーを立設するタワー立設工程を含み、
前記タワー立設工程は、前記タワーの基端側を前記コラムの内部に埋設し、該埋設した埋設部分の外周面および／または内周面を、前記タワーの軸方向の所定の長さに亘って前記コラムに溶接することで、前記タワーと前記コラムとを接合することを特徴とする。

上記浮体式風力発電装置の組み立て方法では、コラムとタワーとを溶接し、コラム上にタワーを立設するタワー立設工程を含む。このため、大きな曲げモーメントが作用するタワーの基端部において、コラムとタワーとが溶接によって接合されるため、従来のフランジ構造によって接合される場合と比べて、曲げ耐久性における信頼性に優れる。また、フランジ径の製造限界に制限されることなく、タワー径を大きくすることもできる。
また、タワーの基端側の一部がコラムの内部に埋設され、該埋設部分の外周面および／または内周面とコラムとが軸方向の所定の長さに亘って溶接されるため、タワー基端部に生ずる曲げ応力を効果的に低減することができる。

なお、上述した「タワーの軸方向の所定の長さに亘ってコラムに溶接する」とは、具体的には、図８（ａ）に示すように、タワー６とコラム２２とを接合する縦状の溶接部６ａが、タワー６の軸方向に沿って所定の長さＬ１（Ｌ１≦Ｌ、Ｌ：埋設部分の全長）に亘って形成される態様の他に、図８（ｂ）に示すように、タワー６とコラム２２とを接合する周状の溶接部６ｂが、タワー６の軸方向に間隔を置いて所定の長さＬ２（Ｌ２≦Ｌ）に亘って複数形成される態様、及び図８（ｃ）に示すように、タワー６とコラム２２とを接合する螺旋状の溶接部６ｃが、タワー６の軸方向の所定の長さＬ３（Ｌ３≦Ｌ）に亘って形成される態様を少なくとも含む。

一実施形態では、前記タワーは、タワー本体と、前記タワー本体に連結されるタワー下部連結管とを含み、前記タワー立設工程は、前記タワー下部連結管を前記コラムの内部に挿入する連結管挿入工程と、前記コラムの内部に挿入した前記タワー下部連結管の外周面および／または内周面を前記タワーの軸方向の所定の長さに亘って前記コラムに溶接する連結管接合工程と、前記コラムに接合された前記タワー下部連結管に前記タワー本体を溶接するタワー形成工程と、を含む。
上記実施形態のタワーは、タワー本体と、コラムとタワー本体とを連結するためのタワー下部連結管を含む。そして、上記実施形態の組み立て方法では、このタワー下部連結管をコラムの内部に挿入してコラムに溶接し、タワー下部連結管にタワー本体を溶接することで、コラム上にタワーを立設する。このように、コラムとタワー本体とを連結するためのタワー下部連結管を採用することで、タワー下部連結管を備えていない場合と比べて、施工性に優れている。

上記実施形態において、前記連結管接合工程では、前記コラムの内部に挿入した前記タワー下部連結管を、前記タワーの軸方向に沿って延在する少なくとも一つの板状部材を介して、前記コラムに接合する。
このような構成によれば、タワー下部連結管とコラムとが、タワーの軸方向に沿って延在する少なくとも一つの板状部材を介して接合されるため、タワー基端部に生ずる曲げ応力を効果的に低減することができる。

他の実施形態では、前記タワーは、タワー本体と、前記タワー本体に連結されるタワー下部連結管と、前記タワー下部連結管に連結されるリング状部とを含み、前記タワー立設工程は、前記リング状部を前記コラムの内部に形成するとともに、前記リング状部の外周面および／または内周面を前記タワーの軸方向の所定の長さに亘って前記コラムに溶接するリング状部形成工程と、前記コラムの内部に形成された前記リング状部に前記タワー下部連結管を溶接する連結管接合工程と、前記リング状部に溶接された前記タワー下部連結管に前記タワー本体を溶接するタワー形成工程と、を含む。
上記実施形態のタワーは、タワー本体と、タワー本体に連結されるタワー下部連結管と、タワー下部連結管に連結されるリング状部とを含む。そして、上記実施形態の組み立て方法では、先ずコラムの内部にリング状部を形成し、このリング状部にタワー下部連結管を溶接し、タワー下部連結管にタワー本体を溶接することで、コラム上にタワーを立設する。このように、先ずコラムの内部にリング状部を形成し、このリング状部にタワー下部連結管を連結する構成としたことで、リング状部を備えていない場合と比べて、施工性に優れている。

上記実施形態において、前記リング状部形成工程では、前記コラムの内部に形成した前記リング状部を、前記タワーの軸方向に沿って延在する少なくとも一つの板状部材を介して、前記コラムに接合する。
このような構成によれば、リング状部とコラムとが、タワーの軸方向に沿って延在する少なくとも一つの板状部材を介して接合されるため、タワー基端部に生ずる曲げ応力を効果的に低減することができる。

幾つかの実施形態では、前記タワーの外周面および／または内周面には、前記コラムの頂面に対応する位置より前記タワーの軸方向の先端側に向かって所定の長さに亘って延在する少なくとも一つの補強リブが溶接されている。
このような構成によれば、タワーの最も大きい曲げモーメントが作用する位置に補強リブが設けられるため、タワーに生ずる曲げ応力を効果的に低減することができる。

一実施形態では、前記連結管挿入工程及び前記連結管接合工程は、前記浮体がドッグ内または陸上に配置された状態で実施され、前記タワー形成工程は、前記浮体が水面に浮設され且つ接岸された状態で実施される。
このような構成によれば、ドッグ内や陸上などに浮体を安定して配置した状態でタワー下部連結管をコラムに接合するため、タワー下部連結管をコラムに溶接する際の施工性に優れている。
また、浮体が接岸された状態でタワー形成工程を実施するため、タワー本体を陸上から吊降ろしてタワー下部連結管に接合することができるとともに、組み立て完了後は、完成した浮体式風力発電装置をそのまま曳航して目的地まで搬送することができる。

他の実施形態では、前記リング状部形成工程及び前記連結管接合工程は、前記浮体がドッグ内または陸上に配置された状態で実施され、前記タワー形成工程は、前記浮体が水面に浮設され且つ接岸された状態で実施される。
このような構成によれば、ドッグ内や陸上などに浮体を安定して配置した状態でコラム内部にリング状部を形成するとともに、該リング状部にタワー下部連結管を溶接するため、施工性に優れている。
また、浮体が接岸された状態でタワー形成工程を実施するため、タワー本体を陸上から吊降ろしてタワー下部連結管に接合することができるとともに、組み立て完了後は、完成した浮体式風力発電装置をそのまま曳航して目的地まで搬送することができる。

幾つかの実施形態では、前記タワー下部連結管と前記タワー本体との溶接箇所は、前記コラムの頂面よりも上方に位置し、前記タワー立設工程は、前記タワー形成工程の前に、前記タワー下部連結管の外周面または内周面の少なくともいずれか一方の周面に沿って、少なくとも前記タワー下部連結管と前記タワー本体との溶接箇所の高さまで作業者が移動するための足場を設置する足場設置工程を含む。
上記のとおり、タワー形成工程は浮体が水面に浮設された状態で行われるため、このような足場をコラムの頂面上に組むことで、タワー下部連結管とタワー本体とを溶接により接合することができる。

幾つかの実施形態では、前記タワー本体は、複数のタワー分割体からなり、前記タワー形成工程は、前記タワー下部連結管に前記複数のタワー分割体の内の最も基端側に位置するタワー分割体を溶接する工程と、前記複数のタワー分割体同士を互いに溶接により接合する工程とを含む。
このような構成によれば、複数のタワー分割体が互いに溶接により一体化されるため、曲げ耐久性に優れるタワー本体とすることができる。

上記実施形態において、前記複数のタワー分割体の各々の溶接箇所の近傍には補強リングが設置されている。
各々のタワー分割体の溶接箇所は開口端でもあるため、自重により変形し易い。このため、溶接箇所の近傍に補強リングを設置することで、タワー分割体の溶接箇所における変形を防止することができる。

幾つかの実施形態では、前記タワー下部連結管の内側には、前記浮体の浮沈状態を制御する浮沈制御機器類の操作装置が少なくとも配置される。
上記のとおり、タワー下部連結管は、例えばドッグ内などで浮体が陸上に配置された状態で浮体に接合される。このため、タワー下部連結管の内側に、浮体の浮沈状態を制御する浮沈制御機器類の操作装置を配置する構成とすれば、タワー下部連結管の浮体への接合作業の完了後、例えばドッグ近傍の安定海面にて、速やかに浮沈試験を実施することができる。

幾つかの実施形態では、前記コラムの内部に埋設されている埋設長をＨ１、前記埋設長Ｈ１を含む前記タワーの全長をＨとした時に、Ｈ１／Ｈが０．０３〜０．１５の範囲にある。
コラム内部へのタワーの埋設長を長くするほどタワー基端部に生ずる曲げ応力を低減することができるが、一方においてタワーの埋設長を長くすることは、建設コストの増加要因ともなる。したがって、タワー全長Ｈと埋設長Ｈ１の比率を上記範囲内とすることで、曲げ耐久性と建設コストとのバランスに優れたタワーとすることができる。

幾つかの実施形態では、前記コラムの頂面が平面視において矩形状に形成されているとともに、前記コラムの内部には、頂面側に開口を有する環状の埋設空間が形成されている。
一般にコラムは断面矩形状に形成されるのに対して、タワーは筒状に形成されており、両者の形状は異なっている。このため、頂面側に開口を有する環状の埋設空間をコラムの内部に形成し、該埋設空間にタワーの基端部を埋設することで、タワーとコラムとを容易に連結することができる。

また、本発明の少なくとも一つの実施形態は、
少なくとも一つのコラムを有し、水面に浮かぶように構成された浮体と、
前記少なくとも一つのコラム上に立設されるタワーと、を少なくとも備える浮体式風力発電装置において、
前記タワーの基端側を前記コラムの内部に埋設し、該埋設した埋設部分の外周面および／または内周面を、前記タワーの軸方向の所定の長さに亘って前記コラムに溶接することで、前記タワーと前記コラムとが接合されていることを特徴とする。

上記浮体式風力発電装置では、大きな曲げモーメントが作用するタワーの基端部において、コラムとタワーとが溶接によって接合されるため、従来のフランジ構造によって接合される場合と比べて、曲げ耐久性における信頼性に優れる。また、フランジ径の製造限界に制限されることなく、タワー径を大きくすることもできる。
また、タワーの基端側の一部がコラムの内部に埋設され、該埋設部分の外周面および／または内周面とコラムとが軸方向の所定の長さに亘って溶接されるため、タワー基端部に生ずる曲げ応力を効果的に低減することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、タワーとコラムとを溶接により接合することで、曲げ耐久性に優れたタワーを備える浮体式風力発電装置の組み立て方法および浮体式風力発電装置を提供することができる。

一実施形態にかかる浮体式風力発電装置を示した全体図である。 一実施形態にかかる風力発電装置の概略構成を示した側面図である。 一実施形態にかかる風力発電装置の概略構成を示した側面図である。 一実施形態にかかる風力発電装置の概略構成を示した側面図である。 一実施形態にかかるタワーとコラムとの連結構造を説明するための概略の縦断面図であって、図２Ａに示す風力発電機のタワーとコラムとの連結構造を示した図である。 一実施形態にかかるタワーとコラムとの連結構造を説明するための概略の縦断面図であって、図２Ｂに示す風力発電機のタワーとコラムとの連結構造を示した図である。 一実施形態にかかるタワーとコラムとの連結構造を説明するための横断面図であって、（ａ）はａ−ａ線における横断面図、（ｂ）はｂ−ｂ線における横断面図である。 一実施形態にかかる補強リブを示した図である。 一実施形態にかかるタワー分割体の溶接箇所を拡大して示した断面図である。 一実施形態にかかるタワー下部連結管の内側を示した断面図である。 タワーが、タワーの軸方向の所定の長さに亘ってコラムに溶接されている状態を説明するための説明図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。また、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する場合がある。

図１は、一実施形態にかかる浮体式風力発電装置を示した全体図である。
図１に示すように、浮体式風力発電装置１は、水面に浮かぶ浮体２０と、浮体２０に設置された風力発電機１０からなる。

風力発電機１０は、ロータ３と、ナセル５と、タワー６とを備える。ロータ３は、少なくとも一本のブレード２及びハブ４で構成され、ナセル５に収容されている発電機と回転シャフトを介して接続する。そして、ブレード２が風を受けることでロータ３が回転し、その回転力が発電機に伝達されることで発電が行われる。
ナセル５は、タワー６の先端部に旋回自在に支持されている。すなわち、後述する図２Ａ〜図２Ｃに示すように、タワー６の先端部はフランジｆが取り付けられており、該フランジｆに装着された不図示のヨー旋回座軸受によって、ナセル５が旋回自在に支持される。また、タワー６は筒状に形成されており、その外径は、先端部よりも基端部の方が大径に形成されている。そして、後述する浮体２０と連結されている。

浮体２０は、３つのコラム２２（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ）と、センターコラム２２Ａとレフトコラム２２Ｂとを接続する第１ロワーハル２４Ａ、およびセンターコラム２２Ａとライトコラム２２Ｃとを接続する第２ロワーハル２４Ｂとを備えており、図１に示したように、平面視において略Ｖ字状に形成されている。そして、３つのコラム２２の真ん中に位置するセンターコラム２２Ａに、上述した風力発電機１０のタワー６が立設されている。
また、３つのコラム２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃには、係留索２６がそれぞれ連結されている。係留索２６には水底に固定された不図示のアンカーが連結されており、これにより、漂流力や回転モーメントに抵抗して浮体２０が海上に係留される。

一実施形態にかかる浮体式風力発電装置１の組み立て方法では、センターコラム２２Ａとタワー６とを溶接により接合し、センターコラム２２Ａの上にタワー６を立設するタワー立設工程を含む。すなわち、センターコラム２２Ａとタワー６とは溶接により接合される。このため、大きな曲げモーメントが作用するタワー６の基端部において、従来のフランジ構造によって接合される場合と比べて、曲げ耐久性における信頼性に優れている。また、フランジ径の製造限界に制限されることなく、タワー６の径を大きくすることもできる。

図２Ａ〜図２Ｃの各々は、一実施形態にかかる浮体式風力発電装置のタワーの概略構成を示した側面図である。
一実施形態では、図２Ａに示すように、タワー６は、タワー本体７と、タワー本体７に連結されるタワー下部連結管８とを含んでいる。他の実施形態では、図２Ｂに示すように、タワー６は、タワー本体７と、タワー本体７に連結されるタワー下部連結管８と、タワー下部連結管８に連結されるリング状部９を含む。その他の実施形態では、図２Ｃに示すように、タワー６は、タワー本体７およびタワー本体７に連結されるリング状部９を含む。

これらの実施形態において、上記タワー本体７は、複数のタワー分割体７ａ，７ｂからなる。タワー分割体７ａ，７ｂの各々は筒状に形成されており、いずれもその先端側から基端側に向かって徐々に外径が大きくなっている。また、タワー下部連結管８も同じく筒状に形成されているが、その外径は同一径に形成されている。
これに対してリング状部９は、複数の構成要素が連結されることで筒状に形成されるものであり、複数の構成要素の各々の形状は筒状に限定されない。例えば後述する図３Ｂに示すように、複数の半円筒状の構成要素９ｃ〜９ｈが連結されることで筒状に形成される。また、その外形は同一径に形成されている。

幾つかの実施形態では、上述したタワー立設工程は、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、タワー６の基端側（図２Ａにおけるタワー下部連結管８、又は図２Ｂおよび図２Ｃにおけるリング状部９）をセンターコラム２２Ａの内部に埋設し、該埋設した埋設部分２８の外周面および／または内周面を、タワー６の軸方向の所定の長さに亘ってセンターコラム２２Ａに溶接することで、タワー６とセンターコラム２２Ａとを接合する。
このような構成によれば、タワー６の基端側の一部がセンターコラム２２Ａの内部に埋設され、該埋設部分２８の周面（外周面および／または内周面）とセンターコラム２２Ａとが軸方向の所定の長さに亘って溶接される。このため、タワー６の基端部に生ずる曲げ応力を効果的に低減することができる。

また、図２Ａに示す一実施形態にかかるタワー６の立設工程は、タワー下部連結管８をセンターコラム２２Ａの内部に挿入する連結管挿入工程と、センターコラム２２Ａの内部に挿入したタワー下部連結管８の外周面および／または内周面をタワー６の軸方向の所定の長さに亘ってセンターコラム２２Ａに溶接する連結管接合工程と、センターコラム２２Ａに接合されたタワー下部連結管８にタワー本体７（タワー分割体７ｂ）を溶接するタワー形成工程と、を含む。
この場合、タワー下部連結管８は、タワー本体７とセンターコラム２２Ａとを連結するための連結管であり、タワー分割体７ａ，７ｂとは異なりその外径を同一径に形成し、且つタワー分割体７ａ，７ｂよりも延長を短くすることができる。このようなタワー下部連結管８を採用することで、センターコラム２２Ａの内部への挿入作業およびセンターコラム２２Ａへの溶接作業を容易に行うことができるため、タワー下部連結管８を備えていない場合と比べて、タワー６の施工性に優れている。

また、図２Ｂに示す他の実施形態にかかるタワー６の立設工程は、リング状部９をセンターコラム２２Ａの内部に形成するとともに、リング状部９の外周面および／または内周面をタワー６の軸方向の所定の長さに亘ってセンターコラム２２Ａに溶接するリング状部形成工程と、センターコラム２２Ａの内部に形成されたリング状部９にタワー下部連結管８を溶接する連結管接合工程と、リング状部９に溶接されたタワー下部連結管８にタワー本体７（タワー分割体７ｂ）を溶接するタワー形成工程と、を含む。
この場合、先ずセンターコラム２２Ａの内部にリング状部９が形成される。リング状部９は、上述したように、例えば複数の構成要素９ｃ〜９ｈを連結することで構成され、センターコラム２２Ａと一体的に施工することができる。そして、このリング状部９にタワー下部連結管８を溶接し、タワー下部連結管８にタワー本体７（タワー分割体７ｂ）を溶接することで、センターコラム２２Ａの上にタワー６を立設する。このような構成によれば、任意の形状からなる構成要素を連結することでリング状部９を形成するため、リング状部９を備えていない場合と比べて、施工性に優れている。

図３Ａ，Ｂは、一実施形態にかかるタワーとコラムとの連結構造を説明するための概略の縦断面図である。図３Ａは、図２Ａに示す風力発電機のタワーとコラムとの連結構造を、図３Ｂは、図２Ｂに示す風力発電機のタワーとコラムとの連結構造を、それぞれ示している。
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、センターコラム２２Ａの内部には タワー６の基端側（タワー下部連結管８またはリング状部９）が埋設される埋設空間３６が形成されている。この埋設空間３６は、平面視において円環状をなしている。

上述した図２Ａに示す実施形態において、センターコラム２２Ａの内部に挿入したタワー下部連結管８の周面をセンターコラム２２Ａに溶接する連結管接合工程では、図３Ａに示すように、センターコラム２２Ａの内部に挿入したタワー下部連結管８を、タワー６の軸方向に沿って延在する少なくとも一つの板状部材３２を介して、センターコラム２２Ａに接合する。すなわち、タワー下部連結管８と板状部材３２とを溶接によって接合するとともに、該板状部材３２とセンターコラム２２Ａとを溶接によって接合する。この際、タワー下部連結管８の内周面８ａとセンターコラム２２Ａとが板状部材３２ａを介して接合されてもよく、タワー下部連結管８の外周面８ｂとセンターコラム２２Ａとが板状部材３２ｂを介して接合されてもよい。また、タワー下部連結管８の両面８ａ，８ｂが、板状部材３２ａ，３２ｂを介してそれぞれセンターコラム２２Ａと接合されていてもよい。
このような構成によれば、タワー下部連結管８とセンターコラム２２Ａとが、タワー６の軸方向に沿って延在する少なくとも一つの板状部材３２を介して接合されるため、タワー６の基端部に生ずる曲げ応力を効果的に低減することができる。

また、上述した図２Ｂに示す実施形態において、リング状部９の周面をセンターコラム２２Ａに溶接するリング状部形成工程では、図３Ｂに示すように、センターコラム２２Ａの内部に形成したリング状部９を、タワー６の軸方向に沿って延在する少なくとも一つの板状部材３２を介して、センターコラム２２Ａに接合する。すなわち、リング状部９と板状部材３２とを溶接によって接合するとともに、該板状部材３２とセンターコラム２２Ａとを溶接によって接合する。この際、上述した図２Ａに示す実施形態の場合と同様に、リング状部９の内周面９ａとセンターコラム２２Ａとが板状部材３２ａを介して接合されてもよく、リング状部９の外周面９ｂとセンターコラム２２Ａとが板状部材３２ｂを介して接合されてもよい。また、リング状部９の両面９ａ，９ｂが、板状部材３２ａ，３２ｂを介してそれぞれセンターコラム２２Ａと接合されていてもよい。
このような構成によれば、リング状部９とセンターコラム２２Ａとが、タワー６の軸方向に沿って延在する少なくとも一つの板状部材３２を介して接合されるため、タワー６の基端部に生ずる曲げ応力を効果的に低減することができる。

図４は、一実施形態にかかるタワーとコラムとの連結構造を説明するための横断面図であって、図４（ａ）は図３Ａ，図３Ｂに示すａ−ａ線における横断面図、図４（ｂ）は図３Ａ，図３Ｂに示すｂ−ｂ線における横断面図である。
図４に示す例示的な実施形態では、センターコラム２２Ａは、四辺を外板３４ａによって仕切られた矩形状に形成されている。そして、センターコラム２２Ａのタワー６が埋設される部分（図３Ａ，図３Ｂに示すタワー埋設部分２８）よりも下方には、図４（ｂ）に示すように、センターコラム２２Ａの内部を縦方向に横断する主骨縦板３４ｅ、センターコラム２２Ａの内部を横方向に横断する主骨横板３４ｆが、それぞれ１条ずつ形成されているとともに、センターコラム２２Ａの内部を斜めに横断する２条の主骨斜板３４ｄ，３４ｄが形成されている。また、これら外板３４ａ、主骨縦板３４ｅ、主骨横板３４ｆ、および主骨斜板３４ｄ，３４ｄの間には、これらを接続するように複数の助骨板３４ｇが配置されている。

一方、センターコラム２２Ａのタワー埋設部分２８には、図４（ａ）示すように、外周殻板３４ｂおよび内周殻板３４ｃがそれぞれ環状に形成されており、両者の間には上述した埋設空間３６が画定されている。上述した主骨縦板３４ｅ、主骨横板３４ｆ、および主骨斜板３４ｄ，３４ｄは、埋設空間３６の内部は延在しておらず、外周殻板３４ｂおよび内周殻板３４ｃに接続した位置で切断されている。また、これら外板３４ａ、主骨縦板３４ｅ、主骨横板３４ｆ、主骨斜板３４ｄ，３４ｄ、外周殻板３４ｂ、及び内周殻板３４ｃの間には、これらを接続するように複数の助骨板３４ｇが配置されている。

なお、上述した外板３４ａ、主骨縦板３４ｅ、主骨横板３４ｆ、主骨斜板３４ｄ，３４ｄ、外周殻板３４ｂ、内周殻板３４ｃ、及び複数の助骨板３４ｇは、互いに溶接によって接合される。

幾つかの実施形態では、上述した板状部材３２ａ，３２ｂは、図４（ａ）に示すように、埋設空間３６の内部において、上述した主骨縦板３４ｅ、主骨横板３４ｆ、及び主骨斜板３４ｄ，３４ｄの延長線上に位置するように配置されている。
このような構成によれば、タワー６の基端部に作用する曲げモーメントを、主骨縦板３４ｅ、主骨横板３４ｆ、及び主骨斜板３４ｄ，３４ｄを介してセンターコラム２２Ａの全体に効果的に伝達させることができる。

また幾つかの実施形態では、上述した２条の主骨斜板３４ｄ，３４ｄは、センターコラム２２Ａとコラム２２Ｂとを接続する第１ロワーハル２４Ａ、およびセンターコラム２２Ａとコラム２２Ｃとを接続する第２ロワーハル２４Ｂの交角の二等分線に対して平行に延在している。
このような構成によれば、上述した主骨斜板３４ｄ，３４ｄが概ね主風向の方向に沿って延在することとなるため、タワー６からセンターコラム２２Ａに伝達された曲げモーメントに対して効果的に対抗できる。

図５は、一実施形態にかかる補強リブを示した図である。
幾つかの実施形態では、図５に示すように、タワー６のタワー下部連結管８の外周面８ｂおよび内周面８ａの両面８ａ，８ｂに、センターコラム２２Ａの頂面２２ａに対応する位置よりタワー６の軸方向の先端側に向かって所定の長さに亘って延在する少なくとも一つの補強リブ４０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃが溶接されている。

補強リブ（内側補強リブ）４０は長方形状の板状部材からなり、タワー下部連結管８の内周面８ａに溶接され、タワー６の軸方向に沿って延在している。また図５（ｄ）に示すように、内側補強リブ４０は、タワー下部連結管８の内周側において、周方向に等間隔に配置されている。また、内側補強リブ４０の先端部には、環状の平面リング４２が配置されている。

補強リブ（外側補強リブ）５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、先端側が斜辺に形成された板状部材からなり、タワー下部連結管８の外周面８ｂに溶接され、タワー６の軸方向に沿って延在している。また図５（ｄ）に示すように、これら外側補強リブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、タワー下部連結管８の外周側において、周方向に等間隔に配置されている。

図５（ａ）に示すように、外側補強リブ５０ａには、軸方向に沿ってその平板面に補剛リブ５１ａが溶接されている。また、外側補強リブ５０ａは、センターコラム２２Ａの頂面２２ａに固定された架台５３ａの上に配置されている。また、外側補強リブ５０ａには、外側に向かって緩やかに傾斜している裾板５５ａが溶接されている。また図５（ｂ）に示すように、外側補強リブ５０ｂには、軸方向に沿ってその平板面に補剛リブ５１ｂが溶接されている。一方、図５（ｃ）に示すように、外側補強リブ５０ｃには、補剛リブは溶接されていない。また、外側補強リブ５０ｃは、外側補強リブ５０ａ，５０ｂよりも、板幅が狭くなっている。

このような補強リブ４０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃが、タワー下部連結管８の両面に溶接されていれば、最も大きい曲げモーメントが作用する位置に補強リブが設けられるため、タワー６に生ずる曲げ応力を効果的に低減することができる。
なお、補強リブ４０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、必ずしもタワー下部連結管８の両面８ａ，８ｂに溶接されていなくても良く、外周面８ｂまたは内周面８ａのいずれか一面だけに溶接されていてもよい。また、補強リブ４０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃとセンターコラム２２Ａの頂面２２ａとを溶接することで、タワー６とセンターコラム２２Ａとの連結度を高めることができ、タワー６に生ずる曲げ応力をさらに低減することができる。

ところで、上述した図２Ａに示す実施形態において、上記連結管挿入工程及び連結管接合工程は、浮体２０がドッグ内または陸上に配置された状態で実施される。また、上記タワー形成工程は、浮体２０が水面に浮設され且つ接岸された状態で実施される。
このような構成によれば、ドッグ内や陸上などに浮体２０を安定して配置した状態でタワー下部連結管８をセンターコラム２２Ａに接合するため、タワー下部連結管８をセンターコラム２２Ａに溶接する際の施工性に優れている。また、浮体２０が接岸された状態でタワー形成工程を実施するため、タワー本体７（タワー分割体７ｂ）を陸上から吊降ろしてタワー下部連結管８に接合することができるとともに、組み立て完了後は、完成した浮体式風力発電装置１をそのまま曳航して目的地まで搬送することができる。

また、上述した図２Ｂに示す実施形態において、上記リング状部形成工程及び連結管接合工程は、浮体２０がドッグ内または陸上に配置された状態で実施される。また、タワー形成工程は、浮体２０が水面に浮設され且つ接岸された状態で実施される。
このような構成によれば、ドッグ内や陸上などに浮体２０を安定して配置した状態でセンターコラム２２Ａの内部にリング状部９を形成するとともに、該リング状部９にタワー下部連結管８を溶接するため、施工性に優れている。また、浮体２０が接岸された状態でタワー形成工程を実施するため、タワー本体７（タワー分割体７ｂ）を陸上から吊降ろしてタワー下部連結管８に接合することができるとともに、組み立て完了後は、完成した浮体式風力発電装置１をそのまま曳航して目的地まで搬送することができる。

幾つかの実施形態では、図２Ａ，Ｂに示すように、タワー下部連結管８とタワー本体７（タワー分割体７ｂ）との溶接箇所ｗ２は、センターコラム２２Ａの頂面２２ａよりも上方に位置している。そして、上記タワー立設工程は、タワー形成工程の前に、タワー下部連結管８の外周面８ｂまたは内周面８ａの少なくともいずれか一方の周面に沿って、少なくともタワー下部連結管８とタワー本体７（タワー分割体７ｂ）との溶接箇所ｗ２の高さまで作業者が移動するための足場を設置する足場設置工程を含む。
上記のとおり、タワー形成工程は浮体２０が水面に浮設された状態で行われるため、このような足場をセンターコラム２２Ａの頂面２２ａの上に組むことで、タワー形成工程を実施する際に、タワー下部連結管８とタワー本体７（タワー分割体７ｂ）とを溶接により接合することができる。

また上述したように、タワー本体７は、複数のタワー分割体７ａ，７ｂからなる。そして、幾つかの実施形態では、上記タワー形成工程は、タワー下部連結管８に複数のタワー分割体７ａ，７ｂの内の最も基端側に位置するタワー分割体７ｂを溶接する工程と、複数のタワー分割体７ａ，７ｂ同士を互いに溶接により接合する工程とを含む。この際、上記タワー形成工程において、先に、センターコラム２２Ａに接合されているタワー下部連結管８にタワー分割体７ｂを溶接し、その後に、タワー分割体７ａをクレーン等の吊上げ装置によって吊り上げてタワー分割体７ｂに溶接してもよい。また、タワー分割体７ａおよびタワー分割体７ｂを予め溶接してタワー本体７を形成し、このタワー本体７をクレーン等の吊上げ装置によって吊り上げてタワー下部連結管８に溶接してもよい。なお、前者の場合は、上記足場設置工程において、タワー分割体７ｂとタワー分割体７ａとの溶接箇所ｗ１の高さまで足場を設置する必要がある。
このように、複数のタワー分割体７ａ，７ｂが互いに溶接により一体化することで、曲げ耐久性に優れるタワー本体７を構成することができる。

また幾つかの実施形態では、上述した複数のタワー分割体７ａ，７ｂの各々の溶接箇所ｗ１，ｗ２の近傍には、それぞれ補強リング５８ａ，５８ｂが設置される。例えば図６に示すように、タワー分割体７ａの溶接箇所ｗ２の近傍には補強リング５８ａが設置され、タワー分割体７ｂの溶接箇所ｗ２の近傍には補強リング５８ｂが設置される。また図示しないが、タワー分割体７ｂの溶接箇所ｗ１の近傍にも、同様に補強リング５８ｂが設置される。これら補強リング５８ａ，５８ｂは、平面視で円環状に形成されており、タワー分割体７ａ，７ｂの例えば外周面に溶接によって接合される。
各々のタワー分割体７ａ，７ｂの溶接箇所ｗ１，ｗ２は開口端でもあるため、自重により変形し易い。このため、上述したように、溶接箇所ｗ１，ｗ２の近傍に補強リング５８ａ，５８ｂを設置することで、タワー分割体７ａ，７ｂの溶接箇所ｗ１，ｗ２における変形を防止することができる。

図７は、一実施形態にかかるタワー下部連結管の内側を示した断面図である。
幾つかの実施形態では、タワー下部連結管８の内側には、浮体２０の浮沈状態を制御する浮沈制御機器類の操作装置が少なくとも配置される。すなわち、図７に示したように、タワー下部連結管８の内側には、浮体２０内の配置される各種装置を起動するための電源を供給するためのディーゼル発電機６２及び変圧器６４、並びに浮体２０の内部に配置されているバラストポンプや開閉装置などの浮沈制御機器類を制御するための操作装置６６が配置されている。
上記のとおり、タワー下部連結管８は、例えばドッグ内などで浮体２０が陸上に配置された状態で浮体２０に接合される。このため、タワー下部連結管８の内側に、浮体２０の浮沈状態を制御する浮沈制御機器類の操作装置６６を配置する構成とすれば、タワー下部連結管８の浮体２０への接合作業の完了後、例えばドッグ近傍の安定海面にて、速やかに浮沈試験を実施することができる。

幾つかの実施形態では、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、センターコラム２２Ａの内部に埋設されている埋設長をＨ１、埋設長Ｈ１を含むタワー６の全長をＨとした時に、Ｈ１／Ｈが０．０３〜０．１５の範囲にある。
センターコラム２２Ａの内部への埋設長を長くするほどタワー６の基端部に生ずる曲げ応力を低減することができるが、一方においてタワー６の埋設長を長くすることは、建設コストの増加要因ともなる。したがって、タワー全長Ｈと埋設長Ｈ１の比率を上記範囲内とすることで、曲げ耐久性と建設コストとのバランスに優れたタワー６とすることができる。

また幾つかの実施形態では、例えば図４などに示すように、センターコラム２２Ａの頂面２２ａが平面視において矩形状に形成されている。また、上述したように、センターコラム２２Ａの内部には、頂面側に開口を有する環状の埋設空間３６が形成されている。
一般にセンターコラム２２Ａは断面矩形状に形成されるのに対して、タワー６は筒状に形成されており、両者の形状は異なっている。このため、頂面側に開口を有する環状の埋設空間３６をセンターコラム２２Ａの内部に形成し、この埋設空間３６にタワー６の基端側（図２Ａにおけるタワー下部連結管８、又は図２Ｂおよび図２Ｃにおけるリング状部９）を埋設することで、タワー６とセンターコラム２２Ａとを容易に連結することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。例えば、上述した実施形態のうち複数を適宜組み合わせてもよい。
例えば、浮体２０の構造は、上述した略Ｖ字状に限定されない。例えば、レフトコラム２２Ｂとライトコラム２２Ｃとを第３ロワーハルで連結した三角形状や、４つのコラム２２とそれらを連結する４つのロワーハル２４を備えた四角形状なども採用可能である。また、風力発電機１０のタワー６が立設されるのも、センターコラム２２Ａに限定されず、またその数も１つには限定されない。浮体２０のバランスを考慮した上で、任意のコラム２２の上に任意の数のタワー６を立設させることができる。

１ 浮体式風力発電装置
２ ブレード
３ ロータ
４ ハブ
５ ナセル
６ タワー
７ タワー本体
７ａ，７ｂ タワー分割体
８ タワー下部連結管
９ リング状部
９ｃ〜９ｈ 構成要素
１０ 風力発電機
２０ 浮体
２２、２２Ａ〜２２Ｃ コラム
２２ａ コラムの頂面
２４Ａ 第１ロワーハル
２４Ｂ 第２ロワーハル
２６ 係留索
２８ タワー埋設部分
３２、３２ａ，３２ｂ 板状部材
３４ａ 外板
３４ｂ 外周殻板
３４ｃ 内周殻板
３４ｄ 主骨斜板
３４ｅ 主骨縦板
３４ｆ 主骨横板
３４ｇ 助骨板
３６ 埋設空間
４０ 補強リブ（内側補強リブ）
４２ 平面リング
５０ａ〜５０ｃ 補強リブ（外側補強リブ）
５１ａ，５１ｂ 補剛リブ
５３ａ 架台
５５ａ 裾板
５８ａ，５８ｂ 補強リング
６２ ディーゼル発電機
６４ 変圧器
６６ 操作装置

Claims (15)

1. 少なくとも一つのコラムを有し、水面に浮かぶように構成された浮体と、
   前記少なくとも一つのコラム上に立設されるタワーと、を少なくとも備える浮体式風力発電装置の組み立て方法において、
   前記コラムと前記タワーとを溶接により接合し、前記コラム上に前記タワーを立設するタワー立設工程を含み、
   前記タワー立設工程は、前記タワーの基端側を前記コラムの内部に埋設し、該埋設した埋設部分の外周面および／または内周面を、前記タワーの軸方向の所定の長さに亘って前記コラムに溶接することで、前記タワーと前記コラムとを接合することを特徴とする浮体式風力発電装置の組み立て方法。
2. 前記タワーは、タワー本体と、前記タワー本体に連結されるタワー下部連結管とを含み、
   前記タワー立設工程は、
   前記タワー下部連結管を前記コラムの内部に挿入する連結管挿入工程と、
   前記コラムの内部に挿入した前記タワー下部連結管の外周面および／または内周面を前記タワーの軸方向の所定の長さに亘って前記コラムに溶接する連結管接合工程と、
   前記コラムに接合された前記タワー下部連結管に前記タワー本体を溶接するタワー形成工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の浮体式風力発電装置の組み立て方法。
3. 前記連結管接合工程では、前記コラムの内部に挿入した前記タワー下部連結管を、前記タワーの軸方向に沿って延在する少なくとも一つの板状部材を介して、前記コラムに接合することを特徴とする請求項２に記載の浮体式風力発電装置の組み立て方法。
4. 前記タワーは、タワー本体と、前記タワー本体に連結されるタワー下部連結管と、前記タワー下部連結管に連結されるリング状部とを含み、
   前記タワー立設工程は、
   前記リング状部を前記コラムの内部に形成するとともに、前記リング状部の外周面または内周面の少なくともいずれか一方の周面を前記タワーの軸方向の所定の長さに亘って前記コラムに溶接するリング状部形成工程と、
   前記コラムの内部に形成された前記リング状部に前記タワー下部連結管を溶接する連結管接合工程と、
   前記リング状部に溶接された前記タワー下部連結管に前記タワー本体を溶接するタワー形成工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の浮体式風力発電装置の組み立て方法。
5. 前記リング状部形成工程では、前記コラムの内部に形成した前記リング状部を、前記タワーの軸方向に沿って延在する少なくとも一つの板状部材を介して、前記コラムに接合することを特徴とする請求項４に記載の浮体式風力発電装置の組み立て方法。
6. 前記タワーの外周面および／または内周面には、前記コラムの頂面に対応する位置より前記タワーの軸方向の先端側に向かって所定の長さに亘って延在する少なくとも一つの補強リブが溶接されていることを特徴とする請求項２から５の何れか一項に記載の浮体式風力発電装置の組み立て方法。
7. 前記連結管挿入工程及び前記連結管接合工程は、前記浮体がドッグ内または陸上に配置された状態で実施され、
   前記タワー形成工程は、前記浮体が水面に浮設され且つ接岸された状態で実施されることを特徴とする請求項２又は３に記載の浮体式風力発電装置の組み立て方法。
8. 前記リング状部形成工程及び前記連結管接合工程は、前記浮体がドッグ内または陸上に配置された状態で実施され、
   前記タワー形成工程は、前記浮体が水面に浮設され且つ接岸された状態で実施されることを特徴とする請求項４又は５に記載の浮体式風力発電装置の組み立て方法。
9. 前記タワー下部連結管と前記タワー本体との溶接箇所は、前記コラムの頂面よりも上方に位置し、
   前記タワー立設工程は、前記タワー形成工程の前に、前記タワー下部連結管の外周面または内周面の少なくともいずれか一方の周面に沿って、少なくとも前記タワー下部連結管と前記タワー本体との溶接箇所の高さまで作業者が移動するための足場を設置する足場設置工程を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の浮体式風力発電装置の組み立て方法。
10. 前記タワー本体は、複数のタワー分割体からなり、
    前記タワー形成工程は、前記タワー下部連結管に前記複数のタワー分割体の内の最も基端側に位置するタワー分割体を溶接する工程と、前記複数のタワー分割体同士を互いに溶接により接合する工程とを含むことを特徴とする請求項２から９のいずれか一項に記載の浮体式風力発電装置の組み立て方法。
11. 前記複数のタワー分割体の各々の溶接箇所の近傍には補強リングが設置されていることを特徴とする請求項１０に記載の浮体式風力発電装置の組み立て方法。
12. 前記タワー下部連結管の内側には、前記浮体の浮沈状態を制御する浮沈制御機器類の操作装置が少なくとも配置されることを特徴とする請求項７又は８に記載の浮体式風力発電装置の組み立て方法。
13. 前記コラムの内部に埋設されている埋設長をＨ１、前記埋設長Ｈ１を含む前記タワーの全長をＨとした時に、Ｈ１／Ｈが０．０３〜０．１５の範囲にあることを特徴とする請求項２から１２の何れか一項に記載の浮体式風力発電装置の組み立て方法。
14. 前記コラムの頂面が平面視において矩形状に形成されているとともに、前記コラムの内部には、頂面側に開口を有する環状の埋設空間が形成されていることを特徴とする請求項２から１３のいずれか一項に記載の浮体式風力発電装置の組み立て方法。
15. 少なくとも一つのコラムを有し、水面に浮かぶように構成された浮体と、
    前記少なくとも一つのコラム上に立設され、且つ、前記コラムに接合されたタワーと、を少なくとも備える浮体式風力発電装置において、
    前記タワーは、該タワーの基端側において前記コラムの内部に埋設された埋設部分を有し、
    前記埋設部分の外周面および／または内周面が、前記タワーの軸方向の所定の長さに亘って前記コラムに溶接されたことを特徴とする浮体式風力発電装置。

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