JP6592760B2 - 洋上風車の架設のためのベース構造 - Google Patents

Description

本発明は、海洋施設の施工のための構造に係り、特に洋上風車の架設に好適なベース構造に関する。

洋上風力発電に用いられる洋上風車の架設は、従来、ＳＥＰ船（自己昇降式作業台船）を用いて行われていた。しかし、ＳＥＰ船を用いた風車の架設は、ＳＥＰ船に風車材料を積載して設置海域まで移動し、ＳＥＰ船のジャッキアップ脚を海底に立脚し、ＳＥＰ船のデッキ上で風車を組み立てて設置するという作業を行うこととなる。このため、風車の組み立てを含めた施工工期中、ＳＥＰ船を海洋に常駐させる必要があり、施工コストの高騰を招く一因となっていた。

このような問題を鑑み、特許文献１、２に開示されているようなＳＥＰ船を用いない洋上風車の架設技術が開示されている。特許文献１に開示されている技術は、ジャッキアップ脚を海底に降ろすことで洋上にて足場を固定することのできるジャッキアップ船を用いるものです。船体には、風車を支持する支持構造体が備えられ、陸上で組み上げられた風車を積載し、設置場所まで搬送するというものです。そして、設置場所には、風車を設置する基礎が備えられ、ジャッキアップ脚で足場を固定し、船体に備えられたハンドリング装置にて、風車を基礎に備え付けるものとしています。

特許文献２に開示されている技術も、ジャッキアップ船を用いるものです。特許文献２に開示されている技術では、船体に門型クレーンを備え、かつ、陸上で組み上げられた基礎と風車の双方を船体に載せて設置場所まで搬送します。設置場所では、ジャッキアップ脚で足場を固定し、基礎を降ろし、その上に風車を設置するという作業を行います。

特許第５３８３６３１号公報 特許第５６３９５５７号公報

上記特許文献に開示されているような技術によれば、いずれも、風車の組み付け作業を陸上にて行い、船舶の使用自体は、風車を設置場所まで搬送する事と、設置作業時のみとなる。このため、船舶使用時間の大幅な削減となり、施工コストの削減を図れるものと考えられる。

しかし、いずれの技術も従来と同様に、ジャッキアップ脚を有する特殊船の採用が必須となっている。このため、特殊船を使用する際の基礎的なコストが高いという問題は、未だ解決できていない。また、このような特殊船を用いる架設技術では、風車の設置台数の増大には対応しきれなくなる可能性がある。

そこで本願出願人は、ジャッキアップ船などの特殊船を用いる事なく風車の設置を可能とすることで、施工コストの削減、および施工台数の増大にも対応することのできる洋上風車の架設方法として、予め組付けられた前記風車を曳航して架設場所まで移動させる工程と、前記風車を構成する前記ベースを架設場所に設置された基礎の上部に配置した後、前記風車を洋上に支持している浮体の喫水調整を行うことで、前記基礎の上部に前記ベースを設置する工程と、を含む洋上風車の架設方法を提案した。
本発明では、上記方法を好適に実施する洋上風車の架設のためのベース構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る洋上風車の架設のためのベース構造は、風車を構成するタワーを立設すると共に、洋上に配置された基礎の上部に搬送され、台船の喫水調整により前記基礎に仮設される洋上風車のベースであって、前記ベースには、前記基礎を構成する杭を挿入する鞘管と、前記鞘管内に配置され、前記ベースの支持高さを定めるストッパーブラケットと、を備え、前記鞘管は、前記ベースの上下面を貫通する開口を有し、前記杭を挿入した後、前記鞘管の内部にコンクリートあるいはモルタルを流し込むことを可能な構成としていることを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する洋上風車の架設のためのベース構造において、前記鞘管には、内部に流し込まれた前記コンクリートあるいはモルタルが、下部から流れ出ることを防止する漏れ止めが備えられていると良い。

上記のような特徴を有する洋上風車の架設のためのベース構造によれば、ジャッキアップ船などの特殊船を用いる事なく風車を設置する方法を採用することができる。よって、施工コストの削減、および施工台数の増大にも対応することが可能となる。

実施形態に係る洋上風車の架設方法の流れを示すフロー図である。 実施形態にて架設対象とする風車におけるベースの正面構成を示す図である。 実施形態にて架設対象とする風車におけるベースの平面構成を示す図である。 実施形態にて架設対象とする風車におけるベースとタワーおよびナセルアッセンブリの組み付けの様子を示す図である。 ベースに対する架設桁の平面配置を示す図である。 沿岸に配置された風車と、搬送用のフォーク付き台船の様子を示す図である。 フォーク付き台船のバラストタンクにバラスト水を充填し、喫水を深めた様子を示す図である。 フォーク付き台船のフォーク部を風車のベースに配置した仮設桁の下に潜り込ませた様子を示す図である。 フォーク付き台船のバラストタンクからバラスト水を抜き、喫水を浅くし、フォーク部により風車をすくい上げた様子を示す図である。 図９におけるＡ−Ａ断面を示す図である。 フォーク部に風車を搭載したフォーク付き台船をタグボートにより曳航する様子を示す図である。 設置場所にて、フォーク付き台船の位置制御を行った様子を示す図である。 フォーク付き台船のバラストタンクにバラスト水を充填し、喫水を深める事で風車のベースに基礎の杭を挿入した様子を示す図である。 基礎に対するベースの仮固定の様子であり、定着用孔に対する杭の挿入前の様子を示す図である。 基礎に対するベースの仮固定の様子であり、定着用孔に対する杭の挿入後の様子を示す図である。 鞘管と杭との間にコンクリートあるいはモルタルを充填する様子を示す図である。 海底に傾斜のある位置に、末広がりな支柱を持つ基礎が配置されている場合の例を示す図である。 海底に傾斜のある位置に、基礎が配置されている場合の例を示す図である。 海底に設けられる基礎として、台形な土台が設けられている場合の例を示す図である。 風車を構成するベースに浮体を採用した場合の応用例を示す図である。 潮の満ち引きを利用して風車の架設を行う場合の応用例を示す図である。

以下、本発明の洋上風車の架設のためのベース構造に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図１は、本実施形態に係る洋上風車の架設方法の流れを示すフロー図である。以下、図１に沿って、実施形態に係る洋上風車の架設方法について説明し、これに適用するベース構造についての説明を行う。

［ステップ１０：風車組付け］
まず、陸上にて、風車１０の組み付けを行う。陸上で行う風車１０の組み付けは、図２から図４に示すように、ベース１２と、タワー２０、およびナセルアッセンブリ２２の組み付けである。ベース１２は、鉄筋コンクリート製あるいは鉄製とし、タワー２０を設置するためのアンカーフレーム１４を備える。また、ベース１２には、基礎４０を構成する杭４２との接合を図るための定着用孔１６が設けられている。定着用孔１６は、例えば、鞘管１６ａと、ストッパーブラケット１６ｂ、および漏れ止め１６ｃを備える構造とすると良い。鞘管１６ａは、基礎４０を構成する杭４２を挿入するための要素であり、ストッパーブラケット１６ｂは、鞘管１６ａに挿入された杭４２の先端を受け、杭４２による支持高さを定めるための要素である。また、漏れ止め１６ｃは、鞘管１６ａに挿入されて仮組み状態となった杭４２を固定するためのコンクリートあるいはモルタルを打設する際、杭４２と鞘管１６ａとの間に流し込まれたコンクリートあるいはモルタルが、鞘管１６ａの下部から流れ出ることを防止するための要素である。このため、漏れ止め１６ｃは、ゴムなどの可撓性部材により構成され、鞘管１６ａの下部側に設ける構成とすると良い。なお、ベース１２の構築は、内陸で行う事も可能であるが、移設を考慮した場合、岸壁近傍（沿岸）にて行う事が望ましい。

また、本実施形態に係るベース１２には、図４、図５に示すように、運搬用の仮設桁１８が取り付けられる。仮設桁１８は、ベース１２の上面に取り付けられる。本実施形態では、風車１０の運搬にフォーク付き台船３０を用いる。このため、仮設桁１８を備えることにより、フォーク付き台船３０のフォーク部３２を仮設桁１８の下部に滑り込ませて持ち上げることが可能となるのである。

タワー２０は、発電機能を有するナセル２４、および風を受けるブレード２６を含むナセルアッセンブリ２２を支持するための支柱であり。アンカーフレーム１４に据え付けられる。タワー２０の先端に組付けられるナセルアッセンブリ２２は、発電用のダイナモを備えたナセル２４と、このナセル２４の回転軸を風力により回転させるブレード２６、およびブレード２６を固定するためのハブ２８を有する。

なお、ベース１２に対するタワー２０や、ナセルアッセンブリ２２の組み付けは、図示しないクレーン（クローラークレーン等）を用いて行うようにすれば良い。

［ステップ２０：風車移載］
沿岸で組み付けられた風車１０は、図６から図９に示すように、沿岸に寄せられたフォーク付き台船３０のフォーク部３２によりすくい上げられる。風車１０のすくい上げは、フォーク付き台船３０のバラスト水の調整による高さ調整と、フォーク部３２を仮設桁１８の下に潜り込ませる事により成される。なお、バラスト水の調整とは、フォーク付き台船３０の内部に構成されている図示しないバランスタンクに対する水の取り込み、および排出をいう。

より具体的には、まず、図６に示す航行状態から、バラストタンクにバラスト水の充填を行う事により図７に示すように喫水を深める事ができる。これにより、フォーク部３２の高さを低下させる。

この状態でフォーク付き台船３０を沿岸の岸壁に近接させる事で、図８に示すように、フォーク部３２を風車１０における仮設桁１８の下に潜り込ませることができる。フォーク部３２を仮設桁１８の下に潜り込ませた後、バラスト水を排出することで、喫水を浅くする。喫水の低下によるフォーク付き台船３０の浮上に伴いフォーク部３２の高さが上昇し、図９に示すように、風車１０が持ち上げられる。

なお、フォーク部３２により風車１０を持ち上げた状態を上側から見た場合には、図１０に示すような状態となる（図１０は、図９におけるＡ−Ａ断面）。

［ステップ３０：風車搬送］
フォーク部３２に積載した風車１０は、設置場所まで搬送される。フォーク付き台船３０の移動は、図１１に示すように、タグボート３４などによる曳航によれば良い。設置場所では、図１２に示すように、設置場所に既設されている基礎４０の直上に風車１０のベース１２が来るように、フォーク付き台船３０の位置を制御する。フォーク付き台船３０の位置制御が完了した後、アンカーを降ろし、フォーク付き台船３０の揺動や移動を制限する。

［ステップ４０：風車仮設］
その後、図１３に示すように、フォーク付き台船３０のバラストタンクにバラスト水を充填し、喫水を深くすることで、風車１０のベース１２を基礎４０の杭４２に仮固定する。ベース１２の仮固定は、図１４、および図１５に示すように、ベース１２に設けられた定着用孔１６に杭４２の先端を挿入すれば良い。定着用孔１６を構成する鞘管１６ａに挿入された杭４２の先端は、鞘管１６ａの上端側に設けられたストッパーブラケット１６ｂに当接することで、その挿入深さが制限され、仮固定が完了する。

基礎４０に対する風車１０の仮固定が完了した後、フォーク付き台船３０のアンカーを解除し、フォーク部３２を仮設桁１８の下部から引き抜く。フォーク部３２を引き抜いた後、基礎に対する風車１０の固定を行う。

［ステップ５０：風車固定］
基礎４０に対する風車１０の固定は、定着用孔１６を構成する鞘管１６ａと、基礎４０を構成する杭４２との固着である。具体的な方法の１つとして、コンクリートあるいはモルタルを用いる方法を挙げることができる。鞘管１６ａの下部には、コンクリートあるいはモルタルの流出を防止する漏れ止め１６ｃが備えられている。このため、図１６に斜線で示すように、鞘管１６ａ内にコンクリートあるいはモルタルを打設し、硬化させることで、基礎４０に対する風車１０の固定が完了する。

このような方法で風車１０の架設を行うことによれば、ジャッキアップ船などの特殊船を用いる事なく風車１０の設置を行うことができる。これにより、施工コストの削減を図ることができる。また、特殊船を使用しない事で、風車１０の施工台数の増大にも対応することが可能となると考えられる。

上記実施形態では、基礎４０は、平坦な海底に立設されているように図面に示し、風車１０は、平坦面に立設された基礎４０に固定されることで架設が成される旨説明した。しかしながら、風車１０の固定は、図１７や図１８に示すように、海底が傾斜している場合であっても実施することができる。風車１０を搭載したフォーク付き台船３０は、海面を基準として喫水の調整を行う事で、基礎に対する風車１０の昇降を成すこととなるからである。また、図１７に示すように、基礎を構成する杭（柱）が、末広がりとなっている場合であっても、対応することができる。

また、上記実施形態では、基礎４０は、ベース１２を固定するための杭４２を備える構成である旨記載した。しかしながら、ベース１２を固定する基礎は、ベース１２を安定保持することができれば、図１９に示すような土台であっても良い。

また、上記実施形態では、風車１０の搬送には、フォーク付き台船３０を用いて行う旨記載した。しかしながら、図２０や図２１に示すように、フォーク付き台船３０を用いる事無く風車１０の搬送を行う事もできる。

例えば図２０に示す例では、風車１０のベース１２を浮体として風車を浮かせ、これをタグボート３４で曳航する方法を採っている。具体的には図２０（Ａ）に示すように、海上に配置した浮きドック４４上で風車１０の組み付けを行う。ここで、風車１０を構成するベース１２は、浮体となり得るように、中空構造とする。具体的には、ポンツーン構造とすると良い。

風車１０の組み付けが終了した後、タグボート３４との間に曳航用のワイヤを配置すると共に、浮きドック４４に注水し、浮きドック４４を沈降させる。これにより、図２０（Ｂ）に示すように、風車１０単体が海面に浮上することとなる。海面に浮上した状態となった風車１０は、タグボート３４により、設置場所まで曳航される。

設置場所に到着した風車１０は、図２０（Ｃ）に示すように、基礎４０の上部にて、起重機船４６などによりベース１２の四隅を支持される。その後、図２０（Ｄ）に示すように空洞化されたベース１２の内部に海水を注入し、風車１０自体を沈降させることで、基礎に対する風車の仮固定が完了する。

また、海上にて風車１０の組み付けを行い、タグボート３４による曳航を行う場合であっても、図２１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、組付けを行った土台（例えば、デッキバージ４８）ごと曳航するようにしても良い。また、デッキバージ４８の形態は、図２１（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、基礎４０を構成する杭４２の配置間隔よりも狭いものとすることが望ましい。このような形態とすることで、風車１０を移載しなおす事なく、風車１０を基礎４０へ組み付けることができるからである。

ここで、上記実施形態では、海上における風車１０の昇降手段として、浮体に対する注水（あるいは排水）により、喫水を調整するという手段を採っていた。しかし、風車１０の設置場所が、潮の満ち引きがある海上である場合には、図２１、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、潮の満ち引きを利用して基礎４０に対するベース１２の仮固定を成すようにしても良い。

１０………風車、１２………ベース、１４………アンカーフレーム、１６………定着用孔、１６ａ………鞘管、１６ｂ………ストッパーブラケット、１６ｃ………漏れ止め、１８………仮設桁、２０………タワー、２２………ナセルアッセンブリ、２４………ナセル、２６………ブレード、２８………ハブ、３０………フォーク付き台船、３２………フォーク部、３４………タグボート、４０………基礎、４２………杭、４４………浮きドック、４６………起重機船、４８………デッキバージ。

Claims (1)

1. 風車を構成するタワーを立設すると共に、洋上に配置された基礎の上部に搬送され、台船の喫水調整により前記基礎に仮設される洋上風車のベースであって、
   前記ベースには、
   前記基礎を構成する杭を挿入する鞘管と、
   前記鞘管内に配置され、前記ベースの支持高さを定めるストッパーブラケットと、を備え、
   前記鞘管は、前記ベースの上下面を貫通する開口を有し、前記杭を挿入した後、前記鞘管の内部にコンクリートあるいはモルタルを流し込むことを可能な構成とし、
   前記鞘管には、内部に流し込まれた前記コンクリートあるいはモルタルが、下部から流れ出ることを防止する漏れ止めが備えられていることを特徴とする洋上風車の架設のためのベース構造。

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