JP6675207B2 - 洋上風力発電設備及びその施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、着床式の洋上風力発電設備及びその施工方法に関する。

従来より、主として水力、火力及び原子力発電等の発電方式が採用されてきたが、近年は環境や自然エネルギーの有効活用の点から自然風を利用して発電を行う風力発電が注目されている。この風力発電設備には、陸上設置式と、水上(主として海上)設置式とがあるが、沿岸域から後背に山岳地形をかかえる我が国の場合は、沿岸域に安定した風が見込める平野が少ない状況にある。一方、日本は四方を海で囲まれており、海上は発電に適した風が容易に得られるとともに、設置の制約が少ないなどの利点を有する。そこで、近年は洋上風力発電設備が多く提案されている。

洋上風力発電設備は、基礎構造の設置方式によって、ジャケット基礎（下記特許文献１）やケーソン基礎（下記特許文献２）などのように海底面に設置する着床式と、ポンツーン型（下記特許文献３）、セミサブ型（下記特許文献４、５）、スパー型（下記特許文献６）などの海面又は海中に浮かせる浮体式とがある。

特開２０１５−４３５１号公報 特開２００６−３２２４００号公報 特開２００１−１６５０３２号公報 特開２００７−１６０９６５号公報 特開２００７−３３１４１４号公報 特開２００９−１８６７１号公報

しかしながら、前記着床式の洋上風力発電設備の施工では、基礎の設置及び風車の組立てにおいて、自己昇降式作業台船（ＳＥＰ船）や大型クレーン船（ＦＣ船）のような作業用の特殊船舶を用いた海上での作業が多くなるため、現有数による制限や気象の変化による作業日の制約などにより、作業の稼働率が悪化するとともに、作業コストが嵩む問題があった。また、ブレードや発電機などに故障や不具合があったときにも、ＳＥＰ船や大型ＦＣ船のような海上での作業用の特殊船舶が必要となるため、同様の問題が生じる。

一方、前記浮体式は、浮体を係留する作業時に、浮体の安定性を確保し転倒を防止することなどを目的として大型ＦＣ船等の特殊船舶が使用されるため、上述と同様に作業稼働率の悪化や作業コストが嵩む問題があった。

また、前記着床式のジャケット基礎や浮体式のセミサブ型の浮体などは、鋼製のものが多く使用されるため、量産が困難で製造コストが嵩むという問題があった。

さらに、着床式の洋上風力発電設備では、基礎構造を海底に着床させた状態で風車タワーが鉛直に設置されるように、海底マウンドを造成するなどして海底を平坦に均す作業が必要となっていた。

そこで本発明の主たる課題は、沖合での特殊船舶を用いた作業を不要とし、作業性の向上及び作業コストの低減を図るとともに、製造コストを軽減した洋上風力発電設備及びその施工方法を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、海底に着床状態で設置される基礎構造と、この基礎構造の上に立設されるタワーと、このタワーの頂部に設備されるナセル及び複数の風車ブレードからなる洋上風力発電設備であって、
前記基礎構造は、前記タワーを中心に平面視で円形状に形成されるとともに、半径方向中心側に配置される中心部と、その外周に配置される外周部とから構成され、前記中心部は、周方向に複数に分割した外形を有するコンクリート製の複数の中心側プレキャスト箱体からなるとともに、前記中心側プレキャスト箱体が周方向に連結されることにより構成され、前記外周部は、周方向に複数に分割した外形を有するコンクリート製の複数の外周側プレキャスト箱体からなるとともに、前記外周側プレキャスト箱体が周方向に連結されることにより構成され、
前記中心部と外周部とは周方向接触面で接合されておらず、前記中心部が前記外周部に対して可動できるようになっているとともに、前記基礎構造は、前記外周部にバラストが投入され、前記中心部はバラストを投入しないかバラスト量が低減されており、前記中心部に浮力が生じている状態で海底に着床されていることを特徴とする洋上風力発電設備が提供される。

上記請求項１記載の発明では、洋上風力発電設備の基礎構造は、前記タワーを中心に平面視で円形状に形成されるとともに、半径方向中心側に配置される中心部と、その外周に配置される外周部とから構成している。そして、前記中心部は、周方向に複数に分割した外形を有するコンクリート製の複数の中心側プレキャスト箱体からなるとともに、前記中心側プレキャスト箱体が周方向に連結されることにより構成されている。また、前記外周部は、周方向に複数に分割した外形を有するコンクリート製の複数の外周側プレキャスト箱体からなるとともに、前記外周側プレキャスト箱体が周方向に連結されることにより構成されている。

従って、後述する施工手順により、岸壁付近の水域にて洋上風力発電設備の組立てが完了し、この洋上風力発電設備を沖合まで曳航した後、バラストを投入して基礎構造を着床させるようにしているので、沖合での特殊船舶を用いた洋上風力発電設備の組立作業が不要となり、作業性の向上及び作業コストの低減を図ることができるようになる。また、基礎構造がコンクリート製のプレキャスト箱体で構成されるため、量産による製造コストの低減が容易となる。

また、前記中心部と外周部とは周方向接触面で接合されておらず、前記中心部が前記外周部に対して可動できるようになっているとともに、前記基礎構造は、前記外周部にバラストが投入され、前記中心部はバラストを投入しないかバラスト量が低減されており、前記中心部に浮力が生じている状態で海底に着床されている。

従って、前記中心部と外周部とは前記周方向接触面で接合されていないため、基礎構造を海底に着床させた状態で、海底面が平坦でなくても、前記中心部に生じた浮力によってタワーの鉛直性が自然に確保されるようになる。また、船舶が衝突したり、波浪時にタワーに強大な波力を受けた際などに、瞬間的にタワーと共に中心部が可動して波力による作用力を低減させるためタワーの破損を防止することができる。タワーは瞬間的に可動した後、前記中心部に生じた浮力によってタワーの鉛直性が確保されているためすぐに元の鉛直状態に戻るようになっている。

請求項２に係る本発明として、前記中心部と外周部との前記周方向接触面はそれぞれ、下方側が上方側より半径方向外側に傾斜して形成されている請求項１記載の洋上風力発電設備が提供される。

上記請求項２記載の発明では、中心部と外周部との周方向接触面はそれぞれ、下方側が上方側より半径方向外側に傾斜して形成されているため、中心部に生じた浮力によって、中心部と外周部との周方向接触面が密着して安定性が図れるようになる。

請求項３に係る本発明として、前記中心部と外周部との前記周方向接触面はそれぞれ、上下方向に対して半径方向外側に膨出する湾曲面又は半径方向内側に膨出する湾曲面で形成されている請求項１記載の洋上風力発電設備が提供される。

上記請求項３記載の発明では、中心部と外周部との周方向接触面はそれぞれ、上下方向に対して半径方向外側に膨出する湾曲面又は半径方向内側に膨出する湾曲面で形成されているため、外周部が傾いて定着しても、中心部に生じた浮力によってタワーの鉛直性が自然に確保されるようになる。

請求項４に係る本発明として、前記外周部は、前記外周側プレキャスト箱体の外周面に周方向に沿って配置したＰＣ鋼材で緊結することにより、周方向に連結されている請求項１〜３いずれかに記載の洋上風力発電設備が提供される。

上記請求項４記載の発明では、前記外周部を周方向に連結する手段として、連結作業を簡略化することなどのため、外周側プレキャスト箱体の外周面に周方向に沿って配置したＰＣ鋼材で緊結することとしている。

請求項５に係る本発明として、前記中心部は、隣り合う前記中心側プレキャスト箱体の側壁同士を貫通する貫通ボルト又は側壁に備えられた継手構造によって、周方向に連結されている請求項１〜４いずれかに記載の洋上風力発電設備が提供される。

上記請求項５記載の発明は、中心部を周方向に連結する手段について例示したものである。

請求項６に係る本発明として、前記中心側プレキャスト箱体の側壁及び外周側プレキャスト箱体の側壁にそれぞれ、電力ケーブル配線用溝が設けられている請求項１〜５いずれかに記載の洋上風力発電設備が提供される。

上記請求項６記載の発明では、前記中心側プレキャスト箱体及び外周側プレキャスト箱体の側壁にそれぞれ、電力ケーブル配線用溝を設けることにより、電力ケーブルをこの溝に沿わせて配線でき、電力ケーブルの引き込みを容易化している。

請求項７に係る本発明として、前記中心部及び外周部は、それぞれの底面が周方向に対し同じ中心角毎に凹凸を繰り返す凹凸状に形成されるとともに、前記外周部の凸部と中心部の凹部とが半径方向に一致するように配設され、
前記外周部の凸部に半径方向に貫通する電力ケーブル配線用の開孔が設けられている請求項１〜５いずれかに記載の洋上風力発電設備が提供される。

上記請求項７記載の発明は、電力ケーブルの引き込みを容易化するための他の形態例であり、中心部及び外周部として、それぞれの底面が周方向に対し同じ中心角毎に凹凸を繰り返す凹凸状に形成されるとともに、前記中心部の凸部と外周部の凹部とが半径方向に一致するように配設された構造とし、前記外周部の凸部に半径方向に貫通する電力ケーブル配線用の開孔を設けたものである。これにより、外周部に対して中心部が傾斜して設置された場合のずれが吸収できるようになり、電力ケーブルの引き込みが容易化できる。なお、前記開孔は、隣接する外周側プレキャスト箱体の側面にそれぞれ半径方向に連続する溝を形成しておき、両者の溝を組み合わせることにより設けてもよい。

請求項８に係る本発明として、前記基礎構造の底面が凹凸状に形成されている請求項１〜７いずれかに記載の洋上風力発電設備が提供される。

上記請求項８記載の発明では、基礎構造の底面を凹凸状に形成することにより、海底マウンドを造成しなくても、ある程度の凹凸を吸収してレベル調整ができるようにしている。

請求項９に係る本発明として、前記外周部を構成する各外周側プレキャスト箱体は、半径方向に複数に分割されているとともに、隣接する半径方向内側のプレキャスト箱体と半径方向外側のプレキャスト箱体とが相互に連結されている請求項１〜８いずれかに記載の洋上風力発電設備が提供される。

上記請求項９記載の発明は、前記外周部を構成する各外周側プレキャスト箱体について、半径方向に複数に分割するようにしたものである。基礎構造の寸法が大きくなる場合は、外周部を半径方向に分割した構造とすることにより一つのプレキャスト箱体の寸法が大きくなり過ぎるのを防止することができる。なお、隣接する半径方向内側のプレキャスト箱体と半径方向外側のプレキャスト箱体とは相互に連結するようにする。

請求項１０に係る本発明として、請求項１〜９いずれかに記載の洋上風力発電設備の施工方法であって、
岸壁付近の海域において、海底に着床させた状態で、前記中心側プレキャスト箱体を周方向に複数並べ、周方向に連結することにより前記中心部を組み立てた後、その外周に前記外周側プレキャスト箱体を周方向に複数並べ、周方向に連結することにより前記外周部を組み立て、前記基礎構造の組立てを完了した後、前記基礎構造の上に前記タワーを立設するとともに、前記タワーの頂部にナセル及び複数の風車ブレードを設備して、前記洋上風力発電設備を組み立てる第１工程と、
前記洋上風力発電設備を浮かべた状態で曳航する第２工程と、
少なくとも前記外周部にバラストを投入することにより、前記基礎構造を海底に着床させる第３工程とからなる洋上風力発電設備の施工方法が提供される。

上記請求項１０記載の発明では、岸壁付近の海域において、海底に着床させた状態で、基礎構造を組み立てた後、その上にタワー、ナセル及び風車ブレードを設備して洋上風力発電設備を建造している。従って、陸上又は岸壁付近の波が穏やかな海域において洋上風力発電設備の組み立てが完了するため、沖合での特殊船舶を用いた組立作業が不要となり、作業性の向上及び作業コストの低減を図ることができるようになる。

また、洋上風力発電設備の大規模修繕時には、これとは逆の手順、すなわち沈設された基礎構造からバラストを取り除いて洋上風力発電設備を浮上させた後、岸壁付近まで曳航し、この海域において修繕するという手順で行うことができるようになる。

以上詳説のとおり本発明によれば、沖合での特殊船舶を用いた作業が不要となり、作業性の向上及び作業コストの低減が図れるとともに、製造コストが軽減できるようになる。

本発明に係る洋上風力発電設備１の正面図である。 洋上風力発電設備１の側面図である。 基礎構造２の平面図である。 基礎構造２の側面図である。 基礎構造２の斜視図である。 中心側プレキャスト箱体９を示す、(A)は平面図、(B)はそのＢ−Ｂ線矢視図、(C)は斜視図である。 外周側プレキャスト箱体１０を示す、(A)は平面図、(B)はそのＢ−Ｂ線矢視図、(C)は斜視図である。 中心側プレキャスト箱体９と外周側プレキャスト箱体１０の斜視図である。 各外周側プレキャスト箱体１０を半径方向に二つに分割した場合の斜視図である。 基礎構造２を海底に沈設したときの中心側プレキャスト箱体９と外周側プレキャスト箱体１０に作用する力の方向を示す側面図である。 他の形態例に係る基礎構造２を示す、(A)は底面図、(B)は(A)のＢ方向矢視図、(C)は(A)のＣ−Ｃ線矢視図である。 基礎構造２の組立手順（その１）を示す斜視図である。 基礎構造２の組立手順（その２）を示す斜視図である。 基礎構造２の組立手順（その３）を示す斜視図である。 基礎構造２の組立手順（その４）を示す斜視図である。 基礎構造２の組立手順（その５）を示す斜視図である。 (A)〜(C)は洋上風力発電設備１の施工手順を示す側面図である。 基礎構造２を波力発電設備の基礎として用いた場合の側面図である。 基礎構造２を潮力・海流発電設備の基礎として用いた場合の側面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

図１及び図２に示されるように、洋上風力発電設備１は、海底に着床状態で設置される基礎構造２と、この基礎構造２の上に立設されるタワー３と、このタワー３の頂部に設備されるナセル４及び複数の風車ブレード５、５…とからなるものである。また、前記タワー３の高さ方向の中間部には、デッキ６が設けられている。なお、図１及び図２では、基礎構造２が断面で示されている。

前記基礎構造２は、図３〜図５に示されるように、前記タワー３を中心に平面視で円形状に形成されるとともに、半径方向中心側に配置される中心部７と、その外周に配置される外周部８とから構成されている。前記中心部７は、周方向に複数に分割した外形を有するコンクリート製の複数の中心側プレキャスト箱体９、９…からなるとともに、前記中心側プレキャスト箱体９、９…を周方向に連結し一体化することにより構成されている。また、前記外周部８は、周方向に複数に分割した外形を有するコンクリート製の複数の外周側プレキャスト箱体１０、１０…からなるとともに、前記外周側プレキャスト箱体１０、１０…を周方向に連結し一体化することにより構成されている。

そして、図６〜図８に示されるように、前記中心部７と外周部８とは周方向接触面（中心部７の外周面及び外周部８の内周面）で接合されていない。

以下、更に具体的に詳述する。

前記基礎構造２は、図３〜図５に示されるように、中心に前記タワー３を立設するための鉛直方向のタワー立設用開口１１を備えるとともに、このタワー立設用開口１１を中心に平面視で円形状に形成され、所定の高さを有することにより、全体として円盤状の外観をなしている。前記基礎構造２が円形状の平面で形成されることにより、簡単な形状とすることで設計コストの低減を図ることができるとともに、基礎構造２の設置面積が拡大し、転倒に対する抵抗力が均等化することにより洋上風力発電設備１の転倒安定性が確保できるようになる。

前記中心部７は、中心に前記タワー立設用開口１１を備えるとともに、前記外周部８との周方向接触面（外周面）が下方にいくに従って半径方向外側に向かうように傾斜する傾斜面とされることにより、全体として略截頭円錐台の外観をなしている（図１２参照）。また、前記中心部７は可動（揺動）できるように、底面レベルが前記外周部８の底面レベルよりも高くなっている。すなわち、前記中心部７と外周部８とは上面レベルは同一で設置されるが、前記中心部７の高さ寸法は前記外周部８の高さ寸法よりも若干小さくなっており、底面レベルは中心部７の方が若干高い位置にくるようになっている。

前記中心部７は、前記中心側プレキャスト箱体９を周方向に複数並べ、これら中心側プレキャスト箱体９、９…を周方向に連結し一体化することにより構成されている。前記中心側プレキャスト箱体９は、一定の中心角を有する半径方向線に沿って前記中心部７を周方向に複数に分割した外形を有し、平面視で略扇形に形成されている。前記中心側プレキャスト箱体９は、中心部７を２等分〜１６等分、好ましくは４等分〜８等分、図示例では８等分した外形で形成するのがよい。また、前記中心側プレキャスト箱体９は、コンクリート製のプレキャスト部材とされているため、量産による製造コストの低減が容易となる。前記中心側プレキャスト箱体９は、製造コスト低減のため、全て同一形状で形成するのが好ましい。

前記中心側プレキャスト箱体９は、図６に示されるように、底版９ａ、内周壁９ｂ、外周壁９ｃ、側壁９ｄ、９ｄ及び蓋９ｅで囲まれた中空の箱体であり、中空部の水密性が確保されている。前記蓋９ｅは、本体部分と一体的に成型することにより初めから中空部が密閉された構造としてもよいし、本体部分と取り外し可能に設け、組立工程で水密性を確保した状態で覆蓋するようにしてもよい。前記中心側プレキャスト箱体９は、中空部に空気を封入した状態で単独で浮上するため、製造工場より浮上させて曳航することにより海上輸送が可能となる。

前記中心部７は、複数の前記中心側プレキャスト箱体９、９…を周方向に連結することにより一体化が図られている。この連結方法としては、隣り合う中心側プレキャスト箱体９、９の側壁９ｄ、９ｄ同士を貫通する複数の貫通ボルトで締結することにより連結するか、外周壁９ｃに箱抜き部を設けておき箱抜き内部で隣接する側壁９ｄ、９ｄ同士をボルト接合することにより連結するか、隣り合う中心側プレキャスト箱体９、９の側壁９ｄ、９ｄの外面にそれぞれ継手構造を設けておき、その継手構造を接続することにより連結するか、側面同士を接着剤で接着することにより連結するのが好ましい。前記継手構造としては、トンネルセグメントの継手構造として一般的に用いられているワンタッチ継手を用いるのが望ましい。具体例を示すと、特開２０１１−９９３１２号公報に開示されたものが好適である。この公報に開示された継手構造は、接合される一方側の中心側プレキャスト箱体９の側壁９ｄに端面を露出させて埋設されるとともに、前記端面に雌ネジ孔が形成された一方側アンカー鉄筋と、接合される他方側の中心側プレキャスト箱体９の側壁９ｄに端面を露出させて埋設されるとともに、前記端面に係合孔が形成された他方側アンカー鉄筋と、前記他方側アンカー鉄筋の係合孔に挿入設置される円錐台形状の駒部材と、一端側に雄ネジ部を有し、他端側に軸方向に沿って複数のスリットが周方向に空間を空けて形成された筒状部を有する接合部材とからなり、前記接合部材の雄ネジ部が前記一方側アンカー鉄筋の雌ネジ孔に螺合されるとともに、前記接合部材の筒状部が前記他方側アンカー鉄筋の係合孔に挿入され、前記駒部材によって押し広げられ抜脱不能に定着されたものである。

前記中心側プレキャスト箱体９の蓋９ｅには、内部の中空部に連通する給排水口９ｆが設けられている。この給排水口９ｆを通じて、内部へのバラストの投入及び内部からのバラストの排出が行われる。前記給排水口９ｆは、図示しない栓によって閉塞することにより、中空部の水密性が確保されている。前記バラストとしては、海水や真水の他、砂、砂利、砕石、鉱物類、金属粉粒体などを使用することができる。これらのバラスト材料の投入・排出方法は、特開２０１２−２０１２１７号公報に記載される方法（流体輸送）によることが望ましい。

一方、前記外周部８は、前記中心部７の外周に配置され、全体としてドーナツ状の外観をなしている。前記外周部８は、前記外周側プレキャスト箱体１０、１０…を周方向に複数並べ、これら外周側プレキャスト箱体１０、１０…を周方向に連結し一体化することにより構成されている。

前記外周側プレキャスト箱体１０は、一定の中心角を有する半径方向線に沿ってドーナツ状に形成された前記外周部８を周方向に複数に分割することにより形成されている。前記外周側プレキャスト箱体１０は、外周部８を４等分〜３２等分、好ましくは４等分〜８等分、図示例では８等分した外形で形成するのがよい。図示例では、中心部７と外周部８の分割数を８等分で同じとしているが、違えてもよい。違える場合には、中心部７より外周部８の分割数の方が多くするのが好ましい。また、前記外周側プレキャスト箱体１０は、コンクリート製のプレキャスト部材とされているため、量産による製造コストの低減が容易となる。前記外周側プレキャスト箱体１０は、製造コスト低減のため、全て同一形状で形成するのが好ましい。

前記外周側プレキャスト箱体１０は、図７に示されるように、底版１０ａ、内周壁１０ｂ、外周壁１０ｃ、側壁１０ｄ、１０ｄ及び蓋１０ｅで囲まれた中空の箱体であり、中空部の水密性が確保されている。前記蓋１０ｅは、本体部分と一体的に成型することにより初めから中空部が密閉された構造としてもよいし、本体部分と取り外し可能に設け、組立工程で水密性を確保した状態で覆蓋するようにしてもよい。前記外周側プレキャスト箱体１０は、中空部に空気を封入した状態で単独で浮上するため、製造工場より浮上させて曳航することにより海上輸送が可能となる。

前記外周側プレキャスト箱体１０の蓋１０ｅには、内部の中空部に連通する給排水口１０ｆが設けられている。この給排水口１０ｆを通じて、内部へのバラストの投入及び内部からのバラストの排出が行われる。前記給排水口１０ｆは、図示しない栓によって閉塞することにより、中空部の水密性が確保されている。

一方、前記外周部８は、図４及び図５に示されるように、前記外周側プレキャスト箱体１０、１０…の外周壁１０ｃに周方向に沿って配置した複数のＰＣ鋼材１２、１２…で緊結することにより、周方向に連結されている。前記ＰＣ鋼材１２、１２…は、前記外周壁１０ｃの外面に配置するアウターケーブル方式とするのが好ましいが、外周壁１０ｃの内部に配置するインナーケーブル方式としてもよい。

前記アウターケーブル方式は、図４に示されるように、各外周側プレキャスト箱体１０の外周壁１０ｃの外面の周方向中央部に、周方向に貫通する前記ＰＣ鋼材１２挿通用の貫通穴が上下方向に間隔を空けて複数備えられた定着具１３を上下方向に沿って固設しておき、ある１つの外周側プレキャスト箱体１０の定着具１３と、少なくともその両隣の外周側プレキャスト箱体１０、１０の定着具１３、１３とを組として、この１組の定着具１３、１３…に跨るようにＰＣ鋼材１２を配置したならば、両端をナットで締め付けることによりＰＣ鋼材１２に張力を導入し一体化を図るようにしたものである。

前記ＰＣ鋼材１２の配置は、図４に示されるように、上下方向に対し、組とする外周側プレキャスト箱体１０、１０…を１つずつずらすことにより、全ての外周側プレキャスト箱体１０、１０…に均等にＰＣ鋼材１２、１２…の張力が作用するようにするとともに、１本のＰＣ鋼材１２が損傷し緊結力が弱まっても、他のＰＣ鋼材１２、１２…によって緊結力が維持できるように設けるのが好ましい。

また、前記インナーケーブル方式は、前記外周壁１０ｃの内部に周方向に沿ってＰＣ鋼材１２を挿通するためのシースを埋設しておき、外周側プレキャスト箱体１０、１０を周方向に並べたならば、隣り合う外周側プレキャスト箱体１０、１０の連通するシースにＰＣ鋼材１２を挿通させ、両端をナットで締め付けることによりＰＣ鋼材１２に張力を導入し一体化を図るようにしたものである。

前記外周部８は、前記ＰＣ鋼材１２による緊結とともに、又はこれに代えて、前記中心部７の連結方法と同様に、隣り合う外周側プレキャスト箱体１０の側壁１０ｄ、１０ｄ同士を貫通する貫通ボルトで締結することにより連結するか、箱抜き内部で隣接する側壁１０ｄ、１０ｄ同士をボルト接合することにより連結するか、側面に備えられた継手構造により連結するか、側面同士を接着剤で接着することにより連結する手段を採用してもよい。

前記外周部８の各外周側プレキャスト箱体１０は、半径方向に複数に分割されていてもよい。具体的には、図９に示されるように、各外周側プレキャスト箱体１０が、例えば半径方向に内側プレキャスト箱体１０Ａと、外側プレキャスト箱体１０Ｂとに分割されていてもよい。この場合、隣接する半径方向内側のプレキャスト箱体１０Ａと半径方向外側のプレキャスト箱体１０Ｂとは周方向の接触壁面同士を貫通する貫通ボルトによって相互に連結される。

前記中心部７と外周部８との周方向接触面はそれぞれ、下方側が上方側より半径方向外側に傾斜するように形成するのが好ましい。つまり、図６〜図８に示されるように、中心側プレキャスト箱体９の外周壁９ｃの外面（外周部８と接触する面）及び外周側プレキャスト箱体１０の内周壁１０ｂの外面（中心部７と接触する面）はそれぞれ、下方側が上方側より半径方向外側に位置するように傾斜している。前記中心部７の周方向接触面と外周部８の周方向接触面とは、同一の形状（角度）で傾斜しているのが望ましい。前記周方向接触面の傾斜は、図示例のように直線状に形成してもよいし、半径方向の外側又は内側に膨出する円弧状に形成してもよい。特に、半径方向の外側に膨出する円弧状とする場合は、前記周方向接触面は単一球面の一部を形成するようにするのが望ましい。

前記中心部７と外周部８との周方向接触面はそれぞれ、図１１(C)に示されるように、上下方向に対して半径方向外側に膨出する湾曲面（又は半径方向内側に膨出する湾曲面(図示せず)）で形成することも可能である。このとき、前段で説明したように、下方側が上方側より半径方向外側に傾斜していなくてもよい。これにより、湾曲面に沿って中心部７が外周部８に対して可動できるようになる。

また、前記中心部７と外周部８とは前記周方向接触面で接合されていない。接合されないとは、前記中心部７と外周部８とがボルトや継手構造、接着剤などによって結合されないことであり、これによって中心部７が外周部８（固定側）に対して可動できるようになっている。

このように、前記中心部７と外周部８との周方向接触面を所定の傾斜面又は湾曲面とするとともに、中心部７と外周部８とを周方向接触面で接合しないことにより、図１０に示されるように、基礎構造２を海底に着床させた状態で、着床面が若干傾斜していても、中心部７に生じた浮力によってタワー３の鉛直性が自然と確保されるようになる。また、前記中心部７に生じた浮力によって、中心部７と外周部８との周方向接触面が密着して安定するようになる。更に、船舶が衝突したり、波浪時にタワーに強大な波力を受けた際、瞬間的にタワー３と共に中心部７が可動（揺動）して波力による作用力を低減させるためタワー３の破損を防止することができるようになる。なお、タワー３は瞬間的に可動した後、前記中心部７に生じた浮力によってタワー３の鉛直性が確保されているためすぐに元の鉛直状態に戻ることができる。

図１１(C)に示されるように、設置後は、中心部７が外周部８に対し角度調整や設定した角度から動かないように、中心部７と外周部８とに跨るように設置した固定具１６によって角度の修正および固定が図れるようにしてもよい。また、前記固定具１６に代えて、設置後に前記中心部７が外周部８に対してある程度の可動を許容するように両者をワイヤやダンパなどで連結するようにしたり、前記中心部７と外周部８との周方向接触面においてストッパー的な凹凸嵌合部を設けるようにしてもよい。

前記基礎構造２を海底に着床させる際、前記外周部８にのみバラストを投入し、前記中心部７にはバラストを投入しないことにより、或いはバラスト量を低減することにより、基礎構造２の着床状態で、中心部７に浮力が生じるようにするのが好ましい。ここで、「浮力が生じる」とは、拘束がない条件では浮力が自重に勝り水面に浮く状態になることを意味する。中心部７の浮力によって、タワー３の鉛直性がより一層確保されやすくなるとともに、中心部７と外周部８との周方向接触面での密着性が高められ、安定性が更に高まるようになる。なお、前記中心部７にバラストを投入する場合には、前記中心側プレキャスト箱体９の蓋９ｅに給排水口を設けるようにする。

前記中心側プレキャスト箱体９と外周側プレキャスト箱体１０とは、図３に示されるように、それぞれ中心部７及び外周部８に延びる同一の半径方向線で周方向に分割して得られる外形で形成するのが好ましい。これにより、図８(B)に示されるように、中心側プレキャスト箱体９の側壁９ｄと外周側プレキャスト箱体１０の側壁１０ｄとがほぼ同一の平面内に形成されるようになる。このとき、１つの中心側プレキャスト箱体９の外側に、１つの外周側プレキャスト箱体１０を配置した状態で、全体として平面視で略扇形に形成されている。

図８(B)に示されるように、前記中心側プレキャスト箱体９の側壁９ｄ及び外周側プレキャスト箱体１０の側壁１０ｄにそれぞれ、半径方向の中心側と外周側とに連続する電力ケーブル配線用溝１４を設けるのが好ましい。この電力ケーブル配線用溝１４に電力ケーブルを配線することにより、電力ケーブルの引き込みが容易となり、ダイバーによる海中工事などが軽減して作業性が良好となる。なお、前記電力ケーブル配線用溝１４は前記中心部７の可動に伴う電力ケーブルの移動を吸収できるようにある程度大きな溝幅で形成するのがよい。

また、電力ケーブルの引き込みを容易化するための他の形態例として、図１１に示されるように、中心部７及び外周部８として、それぞれの底面が周方向に対し同じ中心角毎に同調して凹凸を繰り返す凹凸状に形成されるとともに、外周部８の凸部１７と中心部７の凹部２０とが半径方向に一致し、外周部８の凹部１８と中心部７の凸部１９とが半径方向に一致するように配設された構造とする。そして、外周部８の凸部１７に半径方向に貫通するとともに、前記中心部７の凹部２０に連通する電力ケーブル配線用の開孔２１を設ける。これにより、外周部８の電力ケーブル配線用の開孔２１が、これより拡大した空間である中心部７の凹部２０に連通するため、中心部７が傾いた際の外周部８とのずれが吸収できるようになる。なお、図１１(A)では、斜線部が外周部８及び中心部７の凸部１７、１９である。

前記外周部８の凸部１７の高さは、海底への想定埋設高さに１ｍ程度足した高さとするのが好ましい。また、前記中心部７の凹部２０の深さは、前記外周部８の凸部１７の高さより更に１ｍ程度深く形成するのが好ましい。前記開孔２１は、例えば直径約５００ｍｍ程度とすることができ、前記外周部８の凸部１７の基端部に形成されている。前記開孔２１を形成するには、外周部８の凸部１７が隣接する外周側プレキャスト箱体１０、１０の境界部分に跨って形成され、隣接する外周側プレキャスト箱体１０、１０の側面にそれぞれ半径方向に連続する溝を形成しておき、両者の溝を組み合わせることにより設けることができる。なお、中心部７には、前記タワー立設用開口１１に沿って上下方向に連続する電力ケーブル配線用溝２２が設けられている。

ところで、前記基礎構造２の底面は、平坦でもよいが、多数の突起を設けることにより凹凸状に形成してもよい。底面を凹凸状にすることにより、海底マウンドを造成しなくても、ある程度の海底の凹凸を吸収してレベル調整が取りやすくなるとともに、多数の突起が海底の凹凸に噛み合って基礎構造２の水平方向に対する接地抵抗が向上するようになる。

〔施工方法〕
以下、図１２〜図１７に基づき、前記洋上風力発電設備１の施工方法について詳述する。

（第１工程）
岸壁付近の海域において、海底に着床させた状態で、洋上風力発電設備１を組み立てる。洋上風力発電設備１の組立ては、先ずはじめに、図１２及び図１３に示されるように、中心側プレキャスト箱体９、９…を周方向に複数並べ、これら中心側プレキャスト箱体９、９…を周方向に連結することにより中心部７を組み立てた後、図１４及び図１５に示されるように、中心部７の外周に外周側プレキャスト箱体１０、１０…を周方向に複数並べ、これら外周側プレキャスト箱体１０、１０…を周方向に連結することにより外周部８を組み立てる。次いで図１６に示されるように、中心側プレキャスト箱体９及び外周側プレキャスト箱体１０にそれぞれ、水密性を確保しながら蓋９ｅ、１０ｅを固定し、基礎構造２の組立てを完了する。洋上風力発電設備１の組立ては、安定性を確保するため、基礎構造２を海底に着床させた状態で行われるが、このとき各箱体９…、１０…には、海底に着床する程度のバラスト（水）を投入しておく。

次いで、図１７(A)に示されるように、前記基礎構造２の上にタワー３を立設するとともに、タワー３の頂部にナセル４及び複数の風車ブレード５、５…を設備して洋上風力発電設備１の組立てを完了する。

前記洋上風力発電設備１の組立てにおいては、陸上に設置したクレーン又は海上のＦＣ船などを用いることができる。

（第２工程）
建造時に各箱体９…、１０…に投入されたバラスト（水）を排出し、図１７(B)に示されるように、洋上風力発電設備１を浮かべた状態で、曳航船１５により沖合の設置場所まで曳航する。

（第３工程）
図１７(C)に示されるように、少なくとも前記外周部８にバラストを投入することにより、基礎構造２を海底に着床させ、施工を完了する。このとき、前記バラストの投入量を調整することによって、海底地質に応じた接地圧の調整が可能となる。また、海底の不等沈下が予想される場合には、バラストを減らし、底版コンクリート厚を増加させておくことによって対応が可能である。

上述の通り、本洋上風力発電設備１では、岸壁付近の水域にてクレーンなどを用いて洋上風力発電設備１の組立てが完了し、この洋上風力発電設備１を沖合まで曳航した後、バラストを投入して基礎構造２を着床させるようにしているので、沖合での特殊作業船を用いた組立作業が不要となり、作業性の向上及び作業コストの低減を図ることができるようになる。また、本洋上風力発電設備１は、海底に着床状態で設置した後でも、投入したバラストを排出することによって再浮上するとともに、海域に残留物が無いため、移設が容易である。

〔修繕方法〕
一方、大規模修繕時には、上述の建造時の施工方法とは逆の方法により行うことができる。
（第１工程）
図１７(C)に示されるように、外周部８のバラストを排出することにより、洋上風力発電設備１を浮上させる。
（第２工程）
図１７(B)に示されるように、洋上風力発電設備１を浮かべた状態で、曳航船１５により岸壁付近の海域まで曳航する。
（第３工程）
図１７(A)に示されるように、海底に着床する程度のバラストを基礎構造２に投入し、基礎構造２を海底に着床させた状態で修繕作業を行う。

〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、前記中心部７にバラストを投入しないか、バラスト量を低減することにより、基礎構造２の着床状態で、中心部７に浮力が生じるようにしたが、前記中心部７にも外周部８と同様にバラストを投入し、浮力が生じないようにしてもよい。
(2)上記形態例では、前記基礎構造２を洋上風力発電設備の基礎として採用した例について述べたが、前記基礎構造２は他の海洋発電設備に対しても応用が可能である。具体的には、図１８に示されるように、波力発電設備の基礎構造として用いることもできるし、図１９に示されるように、潮力及び海流発電設備の基礎構造として用いることもできる。また、前述した風力発電設備とこれら波力発電設備、潮力及び海流発電設備とを組み合わせたハイブリッド発電設備の基礎構造として用いることもできる。

１…洋上風力発電設備、２…基礎構造、３…タワー、４…ナセル、５…風車ブレード、６…デッキ、７…中心部、８…外周部、９…中心側プレキャスト箱体、１０…外周側プレキャスト箱体、１１…タワー立設用開口、１２…ＰＣ鋼材、１３…定着具、１４…電力ケーブル配線用溝

Claims (10)

1. 海底に着床状態で設置される基礎構造と、この基礎構造の上に立設されるタワーと、このタワーの頂部に設備されるナセル及び複数の風車ブレードからなる洋上風力発電設備であって、
   前記基礎構造は、前記タワーを中心に平面視で円形状に形成されるとともに、半径方向中心側に配置される中心部と、その外周に配置される外周部とから構成され、前記中心部は、周方向に複数に分割した外形を有するコンクリート製の複数の中心側プレキャスト箱体からなるとともに、前記中心側プレキャスト箱体が周方向に連結されることにより構成され、前記外周部は、周方向に複数に分割した外形を有するコンクリート製の複数の外周側プレキャスト箱体からなるとともに、前記外周側プレキャスト箱体が周方向に連結されることにより構成され、
   前記中心部と外周部とは周方向接触面で接合されておらず、前記中心部が前記外周部に対して可動できるようになっているとともに、前記基礎構造は、前記外周部にバラストが投入され、前記中心部はバラストを投入しないかバラスト量が低減されており、前記中心部に浮力が生じている状態で海底に着床されていることを特徴とする洋上風力発電設備。
2. 前記中心部と外周部との前記周方向接触面はそれぞれ、下方側が上方側より半径方向外側に傾斜して形成されている請求項１記載の洋上風力発電設備。
3. 前記中心部と外周部との前記周方向接触面はそれぞれ、上下方向に対して半径方向外側に膨出する湾曲面又は半径方向内側に膨出する湾曲面で形成されている請求項１記載の洋上風力発電設備。
4. 前記外周部は、前記外周側プレキャスト箱体の外周面に周方向に沿って配置したＰＣ鋼材で緊結することにより、周方向に連結されている請求項１〜３いずれかに記載の洋上風力発電設備。
5. 前記中心部は、隣り合う前記中心側プレキャスト箱体の側壁同士を貫通する貫通ボルト又は側壁に備えられた継手構造によって、周方向に連結されている請求項１〜４いずれかに記載の洋上風力発電設備。
6. 前記中心側プレキャスト箱体の側壁及び外周側プレキャスト箱体の側壁にそれぞれ、電力ケーブル配線用溝が設けられている請求項１〜５いずれかに記載の洋上風力発電設備。
7. 前記中心部及び外周部は、それぞれの底面が周方向に対し同じ中心角毎に凹凸を繰り返す凹凸状に形成されるとともに、前記外周部の凸部と中心部の凹部とが半径方向に一致するように配設され、
   前記外周部の凸部に半径方向に貫通する電力ケーブル配線用の開孔が設けられている請求項１〜５いずれかに記載の洋上風力発電設備。
8. 前記基礎構造の底面が凹凸状に形成されている請求項１〜７いずれかに記載の洋上風力発電設備。
9. 前記外周部を構成する各外周側プレキャスト箱体は、半径方向に複数に分割されているとともに、隣接する半径方向内側のプレキャスト箱体と半径方向外側のプレキャスト箱体とが相互に連結されている請求項１〜８いずれかに記載の洋上風力発電設備。
10. 請求項１〜９いずれかに記載の洋上風力発電設備の施工方法であって、
    岸壁付近の海域において、海底に着床させた状態で、前記中心側プレキャスト箱体を周方向に複数並べ、周方向に連結することにより前記中心部を組み立てた後、その外周に前記外周側プレキャスト箱体を周方向に複数並べ、周方向に連結することにより前記外周部を組み立て、前記基礎構造の組立てを完了した後、前記基礎構造の上に前記タワーを立設するとともに、前記タワーの頂部にナセル及び複数の風車ブレードを設備して、前記洋上風力発電設備を組み立てる第１工程と、
    前記洋上風力発電設備を浮かべた状態で曳航する第２工程と、
    少なくとも前記外周部にバラストを投入することにより、前記基礎構造を海底に着床させる第３工程とからなる洋上風力発電設備の施工方法。

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