JP6716261B2 - 洋上風力発電設備及びその施工方法 - Google Patents

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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、着床式の基礎を海底に沈設させたり、浮上させたりする際に、特に水辺付近で傾いた状態になると水面上に大きく出た基礎構造が大きな重力モーメントを受けたり、上空に大きく突き出た後に着水したりすることになり、最悪の場合、基礎構造が破壊に至る可能性があるなどの問題もある。

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、かつ基礎構造を海底に沈設させたり、浮上させたりする際の安定性・安全性に優れ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
前記基礎構造は、前記中心部にバラストが投入され、前記外周部にはバラストを投入しないか或い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程度にバラスト量が低減されており、前記外周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り、前記中心部と外周部とが一体構造となっている。

前記基礎構造は、前記中心部にバラストが投入され、前記外周部はバラストを投入しないか或い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程度にバラスト量が低減されており、前記外周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、着床式の基礎を海底に沈設させたり、浮上させたりする際に、外周部の浮力により基礎構造自体が水平を保つようになり静安定を有するようになるとともに、特に水面付近では、前記基礎構造が傾いた状態になると、相対的に沈んだ側の浮力が増し、浮かび上がった側の浮力が現象するために、傾動時に基礎構造を自動的に水平を保つような力(復元力)が作用するようになり、動安定性を有するようになる。

請求項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記載の洋上風力発電設備が提供される。

上記請求項記載の発明では、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、2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1〜4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〜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〜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。

請求項に係る本発明として、請求項1〜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、
前記中心部にバラストを投入し、前記外周部にはバラストを投入しないか或い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程度にバラスト量を低減する条件の下、前記外周部に浮力が生じている状態で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、着床式の基礎を海底に沈設させる際に、外周部の浮力により基礎構造自体が水平を保つようになり静安定を有するようになる。

なお、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。また、基礎構造を海底に沈設させたり、浮上させたりする際の安定性・安全性に優れるようになる。

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。 中心部7と外周部8との周方向接合面の他の形態例(その1)を示す基礎構造断面図である。 中心部7と外周部8との周方向接合面の他の形態例(その2)を示す基礎構造断面図である。 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に作用する浮力の方向を示す側面図である。 基礎構造2が水面付近にある場合の浮力による傾動修正を説明するための動作図である。 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。

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)で接合されている。

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内側に向かうように傾斜する傾斜面とされることにより、全体として略逆截頭円錐台の外観をなしている(図15参照)。

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。

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、このシース同士が連通するように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11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とが周方向接触面で接合され一体となってている。具体的には、前記中心側プレキャスト箱体9の外周壁9cと前記外周側プレキャスト箱体10の内周壁10bとが、これら外周壁9cと内周壁10bとを貫通する複数の貫通ボルトで締結することによって相互に連結されている。

前記中心部7と外周部8との周方向接触面(合わせ面)の形状は特に問わないが、本形態例ではそれぞれ、下方側が上方側より半径方向内側に傾斜するように形成している。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内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。また、前記中心部7と外周部8との周方向接触面の形状は、図9に示されるように、鉛直面としてもよいし、図10に示されるように、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してもよい。更に、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。

前記基礎構造2は、前記中心部7にバラストが投入され、前記外周部8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、前記外周部8に浮力が生じている状態で海底に着床される。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。

従って、着床式の基礎を海底に沈設させたり、浮上させたりする際に、図12に示されるように、外周部8の浮力により基礎構造自体が水平を保つようになり静安定を有するようになる。すなわち、中心部7の周囲に上方向へ向く力(浮力)が作用することにより基礎全体の静安定性に優れるようになる。また、特に水面付近では、図13(A)に示されるように、前記基礎構造2が傾いた状態になると、相対的に沈んだ側の浮力が増し、浮かび上がった側の浮力が現象するために、傾動時に基礎構造2を自動的に水平を保つような力(復元力)が作用するようになり、動安定性を有するようになる。

前記基礎構造2を海底に着床させる際は、前記中心部7のみにバラストを投入し、前記外周部8には大きな浮力を発生させるためにバラストを投入しないようにするのが望ましい。

なお、前記基礎構造2を着床させた後は、常時、前記外周部8に浮力を生じさせたままとすることもできるし、滑動抵抗を増すために、着床させた後に、前記外周部8にバラストを投入して満水状態とすることもできる。

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。

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14〜図19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14及び図15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16及び図17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18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19(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19(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19(C)に示されるように、好ましくは前記中心部7のみ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19(C)に示されるように、前記中心部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19(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19(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20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21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 (7)

  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
    前記基礎構造は、前記中心部にバラストが投入され、前記外周部にはバラストを投入しないか或い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程度にバラスト量が低減されており、前記外周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記載の洋上風力発電設備。
  3. 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、2いずれかに記載の洋上風力発電設備。
  4. 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〜いずれかに記載の洋上風力発電設備。
  5. 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〜いずれかに記載の洋上風力発電設備。
  6. 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〜いずれかに記載の洋上風力発電設備。
  7. 請求項1〜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、
    前記中心部にバラストを投入し、前記外周部にはバラストを投入しないか或い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程度にバラスト量を低減する条件の下、前記外周部に浮力が生じている状態で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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