JP6420971B2 - 水上風力発電装置用の基礎構造、水上風力発電装置および水上風力発電装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、水上風力発電装置用の基礎構造、水上風力発電装置および水上風力発電装置の製造方法に関する。

従来から、風力発電部を浮体部によって沖合の設置位置で保持する水上風力発電装置用の基礎構造として、例えば下記特許文献１記載のような構成が知られている。

特開２００９−１８６７１号公報

しかしながら、前記従来の水上風力発電装置用の基礎構造では、風力発電部を、沖合の設置位置に低コストで容易に設置しつつ安定して保持することについて改善の余地がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、風力発電部を、沖合の設置位置に低コストで容易に設置しつつ安定して保持することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る水上風力発電装置用の基礎構造は、風力発電部を浮体部によって沖合の設置位置で保持する水上風力発電装置用の基礎構造であって、前記浮体部は、水中に配置され前記風力発電部を支持する浮力体、および前記浮力体から水底側に向けて延び、前記浮体部の平面視において前記浮力体回りを周回する周方向に複数配置された脚部材を有する浮体本体と、前記脚部材における水底側の端部に吊り下げ線を介して取り付けられ、水底から離間している重錘と、を備えていることを特徴とする。

この場合、浮体本体が受ける浮力により、風力発電部を水中に沈降させることなく設置位置で水上に保持することができる。しかも、重錘の自重により、浮体本体の全体が水上に浮き上がるのを防ぐこと等が可能になり、浮体部により風力発電部を安定に保持することができる。
ここで脚部材が、平面視において周方向に複数配置されているので、例えば、単に浮力体を水底側に向けて延長した場合などに比べて、浮体本体における周方向の安定性を確保しながら、浮体本体全体での体積の増大を抑えることが可能になり、浮体本体に過剰な浮力が作用するのを抑えることができる。浮心が下がらない結果、浮心と重心との間の距離を保つことができ、安定性を確実に確保することができる。
そして、このような脚部材における水底側の端部に重錘が取り付けられているので、例えば、浮体部が重錘を備えていない場合や、重錘が脚部材ではなく浮力体に設けられている場合に比べて、浮体部全体での重心を水底側に下げることができる。これにより、浮体本体の鉛直方向の大きさを抑えつつ、浮体部全体での重心を浮力体から水底側に大きく離間させることができる。したがって、例えば、風力発電部が水平方向に風荷重を受ける等して風力発電部に水平方向の転倒モーメントが生じたとしても、浮体部による復元モーメントを大きく確保することが可能になり、風力発電部の転倒を効果的に防止することができる。
しかも重錘が、脚部材に沖合の設置位置で取り付けられるので、風力発電部を浮体本体により支持しながら設置位置に搬送する搬送工程を実施した後、設置位置で重錘を脚部材に取り付ける取付け工程を実施することができる。したがって、重錘を浮体本体に取り付けていない状態で、風力発電部を沖合の設置位置に搬送することが可能になり、風力発電部を設置位置まで容易に搬送し易くすることができる。

前記脚部材は、この脚部材に設けられた節部を起点として屈曲させられることで、水平方向に延ばされてもよい。

この場合、脚部材が、節部を起点として屈曲させられることで、水平方向に延ばされるので、搬送工程の前に脚部材を屈曲させておき、搬送工程の際に浮体本体の鉛直方向の大きさを小さく抑えつつ、搬送工程の後に、節部を起点として脚部材を変形させてこの脚部材を鉛直方向に沿って水底側に延ばすことができる。

複数の前記脚部材は、各前記脚部材が前記節部を起点として屈曲させられるときに、互いに前記周方向にずらされた状態で屈曲させられてもよい。

この場合、複数の脚部材が、各脚部材が節部を起点として屈曲させられるときに、互いに周方向にずらされた状態で屈曲させられるので、搬送工程の前に脚部材を屈曲させておくことで、搬送工程の際に、複数の脚部材を、互いに周方向にずらされた状態で延ばすことができる。

前記節部を起点として屈曲した屈曲状態の前記脚部材において、水平方向に沿って前記浮力体とは反対側に位置する端部には、補助浮体が設けられてもよい。

この場合、屈曲状態の脚部材において、水平方向に沿って浮力体とは反対側に位置する端部に、補助浮体が設けられるので、搬送工程の際に、補助浮体が受ける浮力により、風力発電部をより安定に支持することができる。

前記節部として、前記脚部材に鉛直方向に互いにずらされて配置された第１節部および第２節部が備えられ、前記第１節部および前記第２節部は、前記脚部材を、水平方向に互いに反対側に屈曲させてもよい。

この場合、第１節部および第２節部が、脚部材を、水平方向に互いに反対側に屈曲させるので、脚部材を、各節部を起点として屈曲させることで、鉛直方向に重ね合わすことが可能になり、屈曲状態の脚部材の水平方向の大きさを小さく抑えて浮体本体をコンパクトにすることができる。
なお第１節部が、脚部材において浮力体に連結された部分に設けられ、第２節部が、脚部材における鉛直方向の中央部に設けられている場合には、屈曲状態の脚部材の水平方向の大きさを約半分程度に抑えることもできる。

前記重錘は、前記脚部材に、前記浮体本体から独立して振動可能に取り付けられていてもよい。

この場合、重錘が、脚部材に、浮体本体から独立して振動可能に取り付けられているので、例えば、浮体本体に外力が加えられて浮体本体が水平方向に振動しようとするとき等に、重錘を、浮体本体から独立して振動させることができる。

前記浮体部は、係留部を介して水底に係留され、前記係留部は、一端部が前記浮体部に固定されて他端部が水底に固定された係留索を備え、前記係留索は、前記周方向に複数配置されるとともに、一端部から他端部に向かうに従い漸次、前記浮体部から水平方向に離間し、前記係留索において一端部と他端部との間に位置する中間部には、中間ウェイトが設けられていてもよい。

この場合、係留索の中間部に、中間ウェイトが設けられているので、中間ウェイトの自重を係留索に作用させることで、係留索に一定の張力を付与しながら、係留索を、この係留索が水底側に向けて凸となるように撓ませることができる。したがって、例えば波浪や潮流、風などにより、浮体部が鉛直方向や水平方向に移動するときに、係留索が、撓みを小さくしたり大きくしたりするように変形することで、浮体本体から係留索に加えられる反力を徐々に大きくしていくことが可能になり、浮体部から係留索に急激に大きな反力が加えられるのを抑えることができる。

本発明に係る水上風力発電装置は、風力発電部が、前記水上風力発電装置用の基礎構造により保持されてなることを特徴とする。

本発明に係る水上風力発電装置の製造方法は、前記水上風力発電装置を形成する水上風力発電装置の製造方法であって、前記風力発電部を前記浮体本体により支持しながら前記設置位置に搬送する搬送工程と、前記搬送工程の後、前記設置位置で前記重錘を前記脚部材に取り付ける取付け工程と、を有することを特徴とする。
本発明に係る水上風力発電装置の製造方法は、風力発電部が水上風力発電装置用の基礎構造により保持されてなり、前記水上風力発電装置用の基礎構造は、前記風力発電部を浮体部によって沖合の設置位置で保持し、前記浮体部は、水中に配置され前記風力発電部を支持する浮力体、および前記浮力体から水底側に向けて延び、前記浮体部の平面視において前記浮力体回りを周回する周方向に複数配置された脚部材を有する浮体本体と、前記脚部材における水底側の端部に前記設置位置で取り付けられ、水底から離間している重錘と、を備える水上風力発電装置を形成する水上風力発電装置の製造方法であって、前記風力発電部を前記浮体本体により支持しながら前記設置位置に搬送する搬送工程と、前記搬送工程の後、前記設置位置で前記重錘を前記脚部材に取り付ける取付け工程と、を有することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、設置位置での風力発電部の転倒を効果的に防止することができるとともに、風力発電部を設置位置まで容易に搬送し易くすることができるので、風力発電部を、沖合の設置位置に低コストで容易に設置しつつ安定して保持することができる。

請求項２に係る発明によれば、搬送工程の際に、浮体本体の鉛直方向の大きさを小さく抑えることができるので、例えば、浅水領域においても風力発電部を容易に搬送すること等ができる。

請求項３に係る発明によれば、搬送工程の際に、複数の脚部材を、互いに周方向にずらされた状態で延ばすことができるので、搬送工程の際に、各脚部材が浮力を受けることで、風力発電部を安定に支持しながら搬送することが可能になり、風力発電部を一層容易に搬送することができる。

請求項４に係る発明によれば、搬送工程の際に、風力発電部をより安定に支持することができるので、風力発電部を更に容易に搬送することができる。

請求項５に係る発明によれば、浮体本体をコンパクトにすることができるので、例えば、浮体本体を陸上で組み立てる組立て工程を実施するときに、省スペース化を図ることや、浮体本体を陸上から水上に移送する移送工程を実施するときに、浮体本体の移送に要する移送装置の簡素化を図ること等ができる。

請求項６に係る発明によれば、重錘を、浮体本体から独立して振動させることができるので、例えば、浮体本体と重錘との振動の態様を互いに異ならせること等により、浮体本体の振動を減衰することが可能になり、風力発電部を、一層安定して保持することができる。

請求項７に係る発明によれば、浮体部から係留索に急激に大きな反力が加えられるのを抑えることができるので、例えば、浮体部から係留索に加えられる反力により係留索が破損すること等を抑えることができる。これにより、例えば、係留索に中間ウェイトが設けられていない場合に比べて、係留部を水平方向にコンパクトにしつつ、風力発電部を、一層安定して保持することができる。

請求項８に係る発明によれば、風力発電部が、前記水上風力発電装置用の基礎構造により保持されているので、風力発電部を、沖合の設置位置に低コストで容易に設置しつつ安定して保持することができる。

請求項９に係る発明によれば、搬送工程の後に取付け工程を実施することで、前記水上風力発電装置を形成するので、風力発電部を、沖合の設置位置に低コストで容易に設置しつつ安定して保持することができる。

本発明の第１実施形態に係る水上風力発電装置を示す正面図である。 図１に示す水上風力発電装置を形成する水上風力発電装置の製造方法における移送工程を説明する図であって、風力発電部および浮体本体の正面図である。 図２に示す浮体本体の上面図である。 図１に示す水上風力発電装置を形成する水上風力発電装置の製造方法における取付け工程を説明する図であって、風力発電部および浮体部の正面図である。 図１に示す水上風力発電装置を形成する水上風力発電装置の製造方法における係留工程を説明する図であって、風力発電部、浮体部および係留部の正面図である。 図１に示す水上風力発電装置を構成する係留部の要部の拡大図である。 図１に示す水上風力発電装置を構成する係留部の係留索の水平変位と係留力の水平成分との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る水上風力発電装置の要部を示す斜視図である。 図８に示す水上風力発電装置を形成する水上風力発電装置の製造方法における取付け工程を説明する図であって、水上風力発電装置の要部を示す斜視図である。 図８に示す水上風力発電装置を構成する脚部材が屈曲された屈曲状態における浮体本体の上面図である。 図１０に示す浮体本体の斜視図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第１実施形態に係る水上風力発電装置を説明する。
図１に示すように、水上風力発電装置１０は、風力発電部２０と、水上風力発電装置用の基礎構造３０（以下、「基礎構造」という）と、を備えている。水上風力発電装置１０は、沖合において予め定められた設置位置Ｐに設置されている。水上風力発電装置１０は、主に海洋に設置されるが、例えば湖などに設置することも可能である。

なお、設置位置Ｐにおける陸部からの距離などは特に制限されるものではない。また、設置位置Ｐにおける水深も特に制限されるものではなく、例えば、設置位置Ｐとしては、水深が１０００ｍ未満の沖合、より具体的には水深が３０ｍ〜５００ｍ程度の沖合などが挙げられる。この水上風力発電装置１０は、例えば、波高さが１０ｍ程度の水上に設置することも可能である。

風力発電部２０は、水上で発生した風が吹き付けられ、この風の風力エネルギーを電力エネルギーに変換する。なお図示の例では、風力発電部２０の質量は、例えば約１万トン以下程度となっている。

風力発電部２０は、タワー２１と、ナセル２２と、ブレード２３と、を備えている。タワー２１は、基礎構造３０に立設され、鉛直方向に延びている。ナセル２２は、タワー２１の上端部に設けられていて、図示しない発電機などを収容している。ブレード２３は、この風力発電部２０の正面視において、ナセル２２から放射状に複数延びていて風車を構成している。この風力発電部２０に風が吹き付けられると、ブレード２３（風車）が、前記正面視においてナセル２２回りに旋回することで、風力エネルギーが電力エネルギーに変換される。

基礎構造３０は、風力発電部２０を沖合の設置位置Ｐで保持する浮体部３１と、浮体部３１を水底Ｂ（海底、湖底）に係留する係留部３２と、を備えている。
浮体部３１は、浮体本体３３と、重錘３４と、を備えている。浮体本体３３は、水中に配置され風力発電部２０を支持する浮力体３５と、浮力体３５から水底Ｂ側に向けて延びる脚部材３６と、を備えている。

浮力体３５は、中空筒状、図示の例では中空円筒状のいわゆるスパーである。浮力体３５は、タワー２１の下端部に接合されている。浮力体３５のうち、少なくとも一部は水中に配置されていて、本実施形態では、浮力体３５の上端が水面Ｓと鉛直方向に同等の位置に配置され、浮力体３５の全体が水中に配置されている。浮力体３５の内部には、外部からの水の侵入が規制されていて、例えば空気などの気体が収容されている。

脚部材３６は、浮体部３１を上側から見た平面視（以下、「平面視」という）において浮力体３５回りを周回する周方向（浮力体の周方向、以下、「周方向」という）に複数、図示の例では３つ配置されている。脚部材３６は、トラス状に形成されている。脚部材３６は、鉛直方向の延びるとともに水平方向に間隔をあけて配置された複数のベース材３６ａと、複数のベース材３６ａ同士を接続する複数の斜材３６ｂと、を備えている。図示の例では、複数のベース材３６ａのうちの１つの上端部が、浮力体３５の下端部に連結されている。

脚部材３６には、節部３７ａが設けられている。図２に示すように、脚部材３６は、節部３７ａを起点として屈曲させられることで、水平方向に延ばされる。節部３７ａとしては、脚部材３６において浮力体３５に連結された部分に設けられた第１節部３７ａが備えられている。第１節部３７ａは、脚部材３６の上端部に設けられ、脚部材３６の全体を、浮力体３５の径方向（以下、「径方向」という）に沿った外側に向けて屈曲させる。第１節部３７ａは、脚部材３６の上端部が、浮力体３５の下端部に、周方向に延びる回動軸回りに回動可能に取り付けられることで構成されている。

図３に示すように、複数の脚部材３６は、各脚部材３６が節部３７ａを起点として屈曲させられるときに、互いに周方向にずらされた状態で屈曲させられる。本実施形態では、各脚部材３６は、節部３７ａを起点として屈曲した屈曲状態において、径方向に沿って延びていて、周方向に隣り合う脚部材３６同士は、周方向に同等の間隔をあけて配置される。複数の脚部材３６は、各脚部材３６が節部３７ａを起点として屈曲させられるときに、平面視において放射状をなしている。

図１に示すように、重錘３４は、脚部材３６における水底Ｂ側の端部である下端部に設置位置Ｐで取り付けられる。重錘３４は、複数の脚部材３６の各下端部に一体に取り付けられている。重錘３４は、脚部材３６の下端部に吊り下げ線３９を介して揺動可能に吊り下げられていて、浮体本体３３から独立して振動可能とされている。なお重錘３４は、例えば脚部材３６の下端部に、水平方向に延びるピン部材により取り付けられていて、脚部材３６に対して、このピン部材の軸線回りに揺動可能とされていてもよい。

係留部３２には、一端部が浮体部３１に固定されて他端部が水底Ｂに固定された係留索４０が備えられている。係留索４０は、例えばケーブルやチェーン等により形成される。係留索４０は、周方向に複数配置されるとともに、一端部から他端部に向かうに従い漸次、浮体部３１から水平方向に離間している。

係留索４０の一端部は、浮力体３５に固定されている。係留索４０の他端部には、水底Ｂに沈む重量体４１が固定されていて、係留索４０の他端部は、重量体４１の自重により水底Ｂに固定されている。なお係留索４０の他端部が、重量体４１を介して固定されることで、地盤への負荷が抑えられるとともに、低コスト化が図られている。

係留索４０の一端部と他端部との間に位置する中間部には、中間ウェイト４２が設けられている。中間ウェイト４２は、係留索４０において、この係留索４０が延びる方向に沿った中央に位置する中央部に設けられている。中間ウェイト４２は、この中間ウェイト４２の自重を係留索４０に作用させることで、係留索４０に一定の張力を付与しながら、係留索４０を、この係留索４０が水底Ｂ側に向けて凸となるように撓ませている。係留索４０は、中間ウェイト４２を起点として、水底Ｂ側に向けて凸となるように屈曲している。

次に、風力発電部２０を基礎構造３０によって沖合の設置位置Ｐに設置し、前記水上風力発電装置１０を形成する水上風力発電装置の製造方法（風力発電部の設置方法）について説明する。

まず、図２および図３に示すように、陸上Ｌで形成された浮体本体３３を陸上Ｌから水上に移送する移送工程を実施する。このとき本実施形態では、浮体部３１は湾港で形成され、湾港から水上に、例えばクレーンなどの移送装置を用いて移送される。またこのとき、脚部材３６を屈曲状態にしておき、脚部材３６において、水平方向に沿って浮力体３５とは反対側に位置する端部に、補助浮体４３を離脱自在に設けておく。
また、浮体本体３３上に風力発電部２０を配置する配置工程を実施する。本実施形態では、配置工程を、移送工程の後に実施し、水上に移送された浮体本体３３上に、風力発電部２０を配置する。

その後、図４に示すように、風力発電部２０を浮体本体３３により支持しながら沖合の設置位置Ｐに搬送する搬送工程を実施する。このとき、図示しない船体により、浮体本体３３を曳船することで、風力発電部２０を搬送する。
また、重錘３４を、浮体本体３３とは分離させた状態で沖合の設置位置Ｐに搬送する重錘搬送工程を実施する。このとき本実施形態では、設置位置Ｐまで搬送した重錘３４を水底Ｂに沈めておく。

そして、設置位置Ｐで重錘３４を脚部材３６に取り付ける取付け工程を実施する。
このとき本実施形態では、例えば風力発電部２０などの水上から引き上げケーブル４５を水中に向けて延ばした後、この引き上げケーブル４５に吊り下げ線３９を結合させ、その後、引き上げケーブル４５を引き上げて重錘３４を吊り下げ線３９とともに水底Ｂから引き上げる。なお引き上げケーブル４５は、浮力体３５の内部を通して水中に延ばしてもよい。
また、各脚部材３６から補助浮体４３を離脱させ、節部３７ａを起点として各脚部材３６を変形させて鉛直方向に沿って水底Ｂ側に延ばす。なおこのとき、補助浮体４３は、脚部材３６に取り付けられたままの状態であってもよい。
そして図５に示すように、水底Ｂから引き上げられた重錘３４を、鉛直方向に沿って水底Ｂ側に延ばされた脚部材３６の下端部に連結させる。

また、浮体部３１を係留部３２により水底Ｂに係留させる係留工程を実施する。
このとき本実施形態では、各係留索４０の他端部を水底Ｂに固定するとともに、各係留索４０の一端部に、ブイ４４を離脱可能に装着しておき、各係留索４０の一端部を水面Ｓ上に視認可能に浮遊させておく。そして、各係留索４０の一端部を浮体部３１に固定することで、浮体部３１を水底Ｂに係留させる。

以上説明したように、本実施形態に係る水上風力発電装置１０および基礎構造３０によれば、浮体本体３３が受ける浮力により、風力発電部２０を水中に沈降させることなく設置位置Ｐで水上に保持することができる。しかも、重錘３４の自重により、浮体本体３３の全体が水上に浮き上がるのを防ぐこと等が可能になり、浮体部３１により風力発電部を安定に保持することができる。

ここで脚部材３６が、平面視において周方向に複数配置されているので、例えば、単に浮力体３５を水底Ｂ側に向けて延長した場合などに比べて、浮体本体３３における周方向の安定性を確保しながら、浮体本体３３全体での体積の増大を抑えることが可能になり、浮体本体３３に過剰な浮力が作用するのを抑えることができる。浮心が下がらない結果、浮心と重心との間の距離を保つことができ、安定性を確実に確保することができる。
そして、このような脚部材３６における水底Ｂ側の端部である下端部に重錘３４が取り付けられているので、例えば、浮体部３１が重錘３４を備えていない場合や、重錘３４が脚部材３６ではなく浮力体３５に設けられている場合に比べて、浮体部３１全体での重心を水底Ｂ側に下げることができる。これにより、浮体本体３３の鉛直方向の大きさを抑えつつ、浮体部３１全体での重心を浮力体３５から水底Ｂ側に大きく離間させることができる。したがって、例えば、風力発電部２０が水平方向に風荷重を受ける等して風力発電部２０に水平方向の転倒モーメントが生じたとしても、浮体部３１による復元モーメントを大きく確保することが可能になり、風力発電部２０の転倒を効果的に防止することができる。

しかも重錘３４が、脚部材３６に沖合の設置位置Ｐで取り付けられるので、風力発電部２０を浮体本体３３により支持しながら設置位置Ｐに搬送する搬送工程を実施した後、設置位置Ｐで重錘３４を脚部材３６に取り付ける取付け工程を実施することができる。したがって、重錘３４を浮体本体３３に取り付けていない状態で、風力発電部２０を沖合の設置位置Ｐに搬送することが可能になり、風力発電部２０を設置位置Ｐまで容易に搬送し易くすることができる。

以上のように、設置位置Ｐでの風力発電部２０の転倒を効果的に防止することができるとともに、風力発電部２０を設置位置Ｐまで容易に搬送し易くすることができるので、風力発電部２０を、沖合の設置位置Ｐに低コストで容易に設置しつつ安定して保持することができる。

また図２および図３に示すように、脚部材３６が、節部３７ａを起点として屈曲させられることで、水平方向に延ばされるので、搬送工程の前に脚部材３６を屈曲させておき、搬送工程の際に浮体本体３３の鉛直方向の大きさを小さく抑えつつ、搬送工程の後に、節部３７ａを起点として脚部材３６を変形させてこの脚部材３６を鉛直方向に沿って水底Ｂ側に延ばすことができる。このように、搬送工程の際に、浮体本体３３の鉛直方向の大きさを小さく抑えることができるので、例えば、浅水領域においても風力発電部２０を容易に搬送すること等ができる。

また複数の脚部材３６が、各脚部材３６が節部３７ａを起点として屈曲させられるときに、互いに周方向にずらされた状態で屈曲させられるので、搬送工程の前に脚部材３６を屈曲させておくことで、搬送工程の際に、複数の脚部材３６を、互いに周方向にずらされた状態で延ばすことができる。これにより、搬送工程の際に、各脚部材３６が浮力を受けることで、風力発電部２０を安定に支持しながら搬送することが可能になり、風力発電部２０を一層容易に搬送することができる。

また、屈曲状態の脚部材３６において、水平方向に沿って浮力体３５とは反対側に位置する端部に、補助浮体４３が設けられるので、搬送工程の際に、補助浮体４３が受ける浮力により、風力発電部２０をより安定に支持することができる。したがって、風力発電部２０を更に容易に搬送することができる。

また重錘３４が、脚部材３６に、浮体本体３３から独立して振動可能に取り付けられているので、例えば、浮体本体３３に外力が加えられて浮体本体３３が水平方向に振動しようとするとき等に、重錘３４を、浮体本体３３から独立して振動させることができる。したがって、例えば、浮体本体３３と重錘３４との振動の態様を互いに異ならせること等により、浮体本体３３の振動を減衰することが可能になり、風力発電部２０を、一層安定して保持することができる。

また係留索４０の中間部に、中間ウェイト４２が設けられているので、中間ウェイト４２の自重を係留索４０に作用させることで、係留索４０に一定の張力を付与しながら、係留索４０を、この係留索４０が水底Ｂ側に向けて凸となるように撓ませることができる。したがって、例えば波浪や潮流、風などにより、浮体本体３３が鉛直方向や水平方向に移動するときに、図６に示すように、係留索４０が、撓みを小さくしたり大きくしたりするように変形することで、浮体部３１から係留索４０に加えられる反力を徐々に大きくしていくことが可能になり、浮体部３１から係留索４０に急激に大きな反力が加えられるのを抑えることができる。したがって、例えば、浮体部３１から係留索４０に加えられる反力により係留索４０が破損すること等を抑えることができる。これにより、例えば、係留索４０に中間ウェイト４２が設けられていない場合に比べて、係留部３２を水平方向にコンパクトにしつつ、風力発電部２０を、一層安定して保持することができる。

ここで図７に、係留索４０に中間ウェイト４２を設けることによる作用効果に関する検証試験の結果についてのグラフを示す。図７に示すグラフの横軸は、係留索４０の一端部（係留点）の水平方向の変位量である水平変位を示している。図７に示すグラフの縦軸は、係留索４０に作用する反力の大きさとしての係留力の水平成分を示している。このグラフ中で、線分Ｌ１は、本実施形態のように中間ウェイト４２が設けられた係留索４０の結果を示し、線分Ｌ２、Ｌ３は、中間ウェイト４２が設けられていない係留索４０の結果を示している。線分Ｌ２、Ｌ３では、浮体部３１を係留部３２により、いわゆるＴａｕｔ係留（トート係留）方式により係留している。線分Ｌ２および線分Ｌ３のうち、線分Ｌ２では、係留索４０として鋼製ロープを採用し、線分Ｌ３では、係留索４０を合成繊維により形成している。
この結果から、係留索４０に中間ウェイト４２を設けることにより、水平変位に伴って係留力の水平成分をなだらかに上昇させることができることが確認された。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る水上風力発電装置を、図８〜図１１を参照して説明する。
なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

本実施形態の水上風力発電装置５０および基礎構造５１では、脚部材３６が、トラス状に形成されるのに代えて、パイプ状に形成されている。脚部材３６は、上下一対のパイプ材５２が、鉛直方向に並んだ状態で連結されてなり、互いに同等の形状でかつ同等の大きさに形成されている。各パイプ材５２の上端部および下端部の外形は、直方体状に形成され、各パイプ材５２において上端部と下端部との間に位置する中間部の外形は、上端部および下端部よりも小径の円柱状に形成されている。各パイプ材５２内には、図示しないバラスト水（バラスト材料）が充填されている。

また複数の脚部材３６には、これら複数の脚部材３６を、互いに同調して屈曲させる連係部５３が設けられている。連係部５３は、浮体本体３３の軸線上に配置されている。連係部５３は、複数の脚部材３６の下端部に各別に連結されている。重錘３４は、この連係部５３を介して脚部材３６の下端部に連結されている。

ここで本実施形態では、連係部５３は、各脚部材３６の下端部に、例えば蝶番などにより形成されたヒンジ部５４を介して連結されている。各ヒンジ部５４のヒンジ軸は、周方向に延びている。また本実施形態では、連係部５３には、水面Ｓ側に向けて開口する第１装着部５５が設けられている。第１装着部５５には、浮力体３５から水底Ｂ側に向けて突出する第２装着部５６が嵌合可能とされている。

そして本実施形態では、図９から図１１に示すように、各脚部材３６には、節部３７ａ、３７ｂとして、前述の第１節部３７ａに加え、第２節部３７ｂが備えられている。第１節部３７ａおよび第２節部３７ｂは、脚部材３６に鉛直方向に互いにずらされて配置されている。第２節部３７ｂは、脚部材３６における鉛直方向の中央部に設けられていて、上下一対のパイプ材５２において、上側のパイプ材５２の下端部と下側のパイプ材５２の下端部とを連結している。

第１節部３７ａおよび第２節部３７ｂは、脚部材３６を、水平方向に互いに反対側に屈曲させる。第１節部３７ａおよび第２節部３７ｂは、例えば蝶番などにより形成されていて、第１節部３７ａは、脚部材３６全体を、径方向の外側に向けて屈曲させ、第２節部３７ｂは、下側のパイプ材５２を、径方向の内側に向けて屈曲させる。なお本実施形態では、複数の脚部材３６が節部３７ａ、３７ｂを起点として屈曲させられるときに、連係部５３が、ヒンジ部５４を屈曲させながら水面Ｓ側に向けて上昇し、各脚部材３６の中央部が径方向の外側に向けて張り出すように、複数の脚部材３６が連係して屈曲される。

ここで図１０および図１１に示すように、脚部材３６は、連係部５３の第１装着部５５と浮体本体３３の第２装着部５６とが嵌合して係合し合うまで、第１節部３７ａおよび第２節部３７ｂそれぞれを起点として屈曲させられる。これらの第１装着部５５および第２装着部５６は、互いに係合することで、脚部材３６の更なる屈曲を規制する。第１装着部５５および第２装着部５６は、脚部材３６の屈曲量を規制する規制部３８を構成する。

本実施形態に係る水上風力発電装置５０の製造方法では、前述の移送工程および搬送工程の際には、各パイプ材５２内にバラスト水を注入しておかずに、取付け工程の際に、各パイプ材５２内にパラスト水としての海水を注入する。なおこのとき図９に示すように、例えば、上下一対のパイプ材５２のうち、上側のパイプ材５２には、このパイプ材５２の下端部側の開口からバラスト水を注入し、下側のパイプ材５２には、このパイプ材５２の上端部側の開口からバラスト水を注入する等してもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る水上風力発電装置５０および基礎構造５１によれば、第１節部３７ａおよび第２節部３７ｂが、脚部材３６を、水平方向に互いに反対側に屈曲させるので、脚部材３６を、各節部３７ａ、３７ｂを起点として屈曲させることで、鉛直方向に重ね合わすことが可能になり、屈曲状態の脚部材３６の水平方向の大きさを小さく抑えて浮体本体３３をコンパクトにすることができる。しかも本実施形態のように、第１節部３７ａが、脚部材３６において浮力体３５に連結された部分に設けられ、第２節部３７ｂが、脚部材３６における鉛直方向の中央部に設けられている場合には、屈曲状態の脚部材３６の水平方向の大きさを約半分程度に抑えることもできる。
このように、浮体本体３３をコンパクトにすることができるので、例えば、浮体本体３３を陸上Ｌで組み立てる組立て工程を実施するときに、省スペース化を図ることや、浮体本体３３を陸上Ｌから水上に移送する移送工程を実施するときに、浮体本体３３の移送に要する移送装置の簡素化を図ること等ができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記補助浮体４３はなくてもよい。

前記実施形態では、係留索４０の他端部が、重量体４１の自重により水底Ｂに固定されているが、本発明はこれに限られない。例えば、係留索４０の他端部が、水底Ｂに打ち込まれることで固定されていてもよい。
前記実施形態では、係留索４０に中間ウェイト４２が設けられているが、中間ウェイト４２がない係留索４０を採用してもよい。

前記実施形態では、重錘３４が、脚部材３６の下端部に吊り下げられているが、本発明はこれに限られない。例えば、重錘３４が、脚部材３６の下端部に吊り下げ線３９を介さずに固定され、脚部材３６に直結されていてもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１０、５０ 水上風力発電装置
２０ 風力発電部
３０、５１ 基礎構造
３１ 浮体部
３２ 係留部
３３ 浮体本体
３４ 重錘
３５ 浮力体
３６ 脚部材
３７ａ、３７ｂ 節部
４０ 係留索
４２ 中間ウェイト
４３ 補助浮体
Ｂ 水底
Ｐ 設置位置

Claims (10)

1. 風力発電部を浮体部によって沖合の設置位置で保持する水上風力発電装置用の基礎構造であって、
   前記浮体部は、
   水中に配置され前記風力発電部を支持する浮力体、および前記浮力体から水底側に向けて延び、前記浮体部の平面視において前記浮力体回りを周回する周方向に複数配置された脚部材を有する浮体本体と、
   前記脚部材における水底側の端部に吊り下げ線を介して取り付けられ、水底から離間している重錘と、を備えていることを特徴とする水上風力発電装置用の基礎構造。
2. 前記脚部材は、この脚部材に設けられた節部を起点として屈曲させられることで、水平方向に延ばされることを特徴とする請求項１記載の水上風力発電装置用の基礎構造。
3. 複数の前記脚部材は、各前記脚部材が前記節部を起点として屈曲させられるときに、互いに前記周方向にずらされた状態で屈曲させられることを特徴とする請求項２記載の水上風力発電装置用の基礎構造。
4. 前記節部を起点として屈曲した屈曲状態の前記脚部材において、水平方向に沿って前記浮力体とは反対側に位置する端部には、補助浮体が設けられることを特徴とする請求項３に記載の水上風力発電装置用の基礎構造。
5. 前記節部として、前記脚部材に鉛直方向に互いにずらされて配置された第１節部および第２節部が備えられ、
   前記第１節部および前記第２節部は、前記脚部材を、水平方向に互いに反対側に屈曲させることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の水上風力発電装置用の基礎構造。
6. 前記重錘は、前記脚部材に、前記浮体本体から独立して振動可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の水上風力発電装置用の基礎構造。
7. 前記浮体部は、係留部を介して水底に係留され、
   前記係留部は、一端部が前記浮体部に固定されて他端部が水底に固定された係留索を備え、
   前記係留索は、前記周方向に複数配置されるとともに、一端部から他端部に向かうに従い漸次、前記浮体部から水平方向に離間し、
   前記係留索において一端部と他端部との間に位置する中間部には、中間ウェイトが設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の水上風力発電装置用の基礎構造。
8. 風力発電部が、請求項１から７のいずれか１項に記載の水上風力発電装置用の基礎構造により保持されてなることを特徴とする水上風力発電装置。
9. 請求項８記載の水上風力発電装置を形成する水上風力発電装置の製造方法であって、
   前記風力発電部を前記浮体本体により支持しながら前記設置位置に搬送する搬送工程と、
   前記搬送工程の後、前記設置位置で前記重錘を前記脚部材に取り付ける取付け工程と、を有することを特徴とする水上風力発電装置の製造方法。
10. 風力発電部が水上風力発電装置用の基礎構造により保持されてなり、
    前記水上風力発電装置用の基礎構造は、前記風力発電部を浮体部によって沖合の設置位置で保持し、
    前記浮体部は、
    水中に配置され前記風力発電部を支持する浮力体、および前記浮力体から水底側に向けて延び、前記浮体部の平面視において前記浮力体回りを周回する周方向に複数配置された脚部材を有する浮体本体と、
    前記脚部材における水底側の端部に前記設置位置で取り付けられ、水底から離間している重錘と、を備える水上風力発電装置を形成する水上風力発電装置の製造方法であって、
    前記風力発電部を前記浮体本体により支持しながら前記設置位置に搬送する搬送工程と、
    前記搬送工程の後、前記設置位置で前記重錘を前記脚部材に取り付ける取付け工程と、を有することを特徴とする水上風力発電装置の製造方法。

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