JP6786419B2 - Wind power generator construction method and wind power generator construction structure - Google Patents
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Description
本発明は、水中に打設される基礎を備えた風力発電機の構築方法、及び風力発電機の構築構造に関する。 The present invention relates to a method for constructing a wind power generator having a foundation to be placed underwater, and a construction structure for the wind power generator.
従来から風力発電機の導入は進められており、風力発電機の設置数は上昇の一途をたどっている。しかしながら、陸上においては、風力発電機を配置できる場所が減少しており、更に、山岳部に風力発電機を配置する場合には、道路の整備等が必要でありコストが増加するという事情がある。従って、陸上ではなく、洋上の風力発電機、すなわち水中に打設される基礎を備えた風力発電機の導入が進められている。 The introduction of wind power generators has been promoted for some time, and the number of wind power generators installed is steadily increasing. However, on land, the number of places where wind power generators can be placed is decreasing, and when wind power generators are placed in mountainous areas, road maintenance is required and costs increase. .. Therefore, the introduction of offshore wind turbines, that is, wind turbines with foundations that are placed underwater, rather than onshore, is underway.
特開2003−28046号公報には、防波堤の上部に設置された風力発電用風車の支持構造が記載されている。この支持構造は、防波堤に固定された一方の支持脚と、捨て石マウンド及び基礎躯体を介して海底地盤に固定された他方の支持脚とを備えている。一方の支持脚及び他方の支持脚の上部には鉛直方向に延びる支柱が設けられており、支柱の上端に発電機及びプロペラが設けられている。この支持構造では、一方の支持脚が防波堤に固定されていることにより、風車の荷重の一部を防波堤に負担させ、風車等の建設コストの低減を図っている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-28046 describes a support structure for a wind turbine for wind power generation installed above a breakwater. This support structure includes one support leg fixed to the breakwater and the other support leg fixed to the seabed ground via a waste stone mound and foundation skeleton. A support column extending in the vertical direction is provided on one support leg and the upper portion of the other support leg, and a generator and a propeller are provided on the upper end of the support column. In this support structure, one of the support legs is fixed to the breakwater, so that a part of the load of the wind turbine is borne by the breakwater, and the construction cost of the wind turbine and the like is reduced.
しかしながら、一般的に防波堤は、水平力に耐える構造とされており、押し込み力又は引き抜き力に耐える構造とはされていない。また、長期間の経過に伴って防波堤は移動するため、前述した支持構造では耐力のバランスを欠く懸念がある。よって、大きな風力発電機を設置する場合には大きくバランスを欠く可能性があるため、前述した支持構造には大型の風力発電機を設置できないという問題がある。特に、近年風力発電機の大型化が進行しているので、前述の支持構造には、新たな風力発電機を設置できないという問題が生じやすい。従って、前述した支持構造では、新たな風力発電機に対応できないという問題もある。 However, in general, the breakwater has a structure that can withstand a horizontal force, and does not have a structure that can withstand a pushing force or a pulling force. In addition, since the breakwater moves with the passage of a long period of time, there is a concern that the support structure described above may lack the balance of proof stress. Therefore, when a large wind power generator is installed, the balance may be greatly lost, and there is a problem that the large wind power generator cannot be installed in the above-mentioned support structure. In particular, since the size of wind power generators has been increasing in recent years, there is a tendency that a new wind power generator cannot be installed in the above-mentioned support structure. Therefore, there is also a problem that the above-mentioned support structure cannot cope with a new wind power generator.
本発明は、大型の風力発電機を設置することができると共に、新たな風力発電機に対応させることができる風力発電機の構築方法、及び風力発電機の構築構造を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for constructing a wind power generator and a structure for constructing a wind power generator, which can be installed with a large-scale wind power generator and can be adapted to a new wind power generator. ..
本発明に係る風力発電機の構築方法は、水中に打設されている既設基礎の上方に設けられる風力発電機の構築方法であって、既設基礎を残すと共に、既設基礎から既設の風力発電機を撤去する工程と、既設基礎の周囲に新設基礎を打設する工程と、既設基礎の上部、及び新設基礎の上部を連結する連結部材を設置する工程と、を備えている。 The method for constructing a wind power generator according to the present invention is a method for constructing a wind power generator provided above an existing foundation placed in water, and the existing foundation is left and the existing foundation is used as an existing wind power generator. It is provided with a step of removing the wind turbine, a step of placing a new foundation around the existing foundation, and a step of installing a connecting member for connecting the upper part of the existing foundation and the upper part of the new foundation.
この風力発電機の構築方法では、水中において、既設基礎を残すと共に、既設の風力発電機を既設基礎から撤去する。よって、既設基礎は撤去しないため、既設基礎の有効利用を図ることができる。この構築方法では、既設基礎の周囲に新設基礎を打設し、既設基礎の上部及び新設基礎の上部に既設基礎と新設基礎とを連結する連結部材を設置する。このように、複数の基礎の上部に連結部材を設置し、連結部材の上に新設の風力発電機を設置することができると共に、基礎が複数とされたことにより、大型の風力発電機を連結部材の上に設置することができる。よって、風力発電機の大型化が進行しても、風力発電機の大きさ等に応じて基礎の数を増やすことができるので、新たな風力発電機を設置できないという問題を回避することができる。従って、新たな風力発電機に確実に対応させることができる。また、既設基礎に作用する荷重を減らすように新設基礎の配置態様を適宜設計することができるので、長期間経過しても確実に耐力を維持することができる。 In this method of constructing a wind power generator, the existing foundation is left in the water and the existing wind power generator is removed from the existing foundation. Therefore, since the existing foundation is not removed, the existing foundation can be effectively used. In this construction method, a new foundation is placed around the existing foundation, and a connecting member for connecting the existing foundation and the new foundation is installed on the upper part of the existing foundation and the upper part of the new foundation. In this way, it is possible to install a connecting member on the upper part of a plurality of foundations and install a new wind power generator on the connecting member, and by having a plurality of foundations, a large wind power generator can be connected. It can be installed on a member. Therefore, even if the size of the wind power generator is increased, the number of foundations can be increased according to the size of the wind power generator, and the problem that a new wind power generator cannot be installed can be avoided. .. Therefore, it is possible to surely correspond to a new wind power generator. Further, since the arrangement mode of the new foundation can be appropriately designed so as to reduce the load acting on the existing foundation, the yield strength can be reliably maintained even after a long period of time.
また、既設基礎は、水中に打設されている既設杭を含み、新設基礎は、水中に打設される新設杭を含んでもよい。このように、各基礎は、水中に打設される杭を含む態様とすることができる。 Further, the existing foundation may include existing piles that are driven into water, and the new foundation may include new piles that are driven into water. In this way, each foundation can include a pile to be driven into the water.
また、新設基礎を打設する工程では、複数の新設基礎が打設されてもよい。この場合、既設基礎と新設基礎とを合わせて3体以上の基礎とすることができるので、耐力を一層高めることができる。従って、大きな風力発電機により対応しやすい基礎を構築することができる。 Further, in the process of placing a new foundation, a plurality of new foundations may be placed. In this case, since the existing foundation and the new foundation can be combined into three or more foundations, the bearing capacity can be further enhanced. Therefore, it is possible to build a foundation that is easier to handle with a large wind power generator.
また、新設基礎を打設する前に、既設基礎及び新設基礎を接続する繋ぎ材を配置する工程を備えてもよい。この場合、既設基礎の上部と新設基礎の上部とを連結部材で連結すると共に、既設基礎及び新設基礎の下部を繋ぎ材で連結することができる。従って、連結部材及び繋ぎ材によって、風力発電機全体としての剛性を高めることができる。 In addition, a step of arranging a connecting material for connecting the existing foundation and the new foundation may be provided before the new foundation is placed. In this case, the upper part of the existing foundation and the upper part of the new foundation can be connected by a connecting member, and the existing foundation and the lower part of the new foundation can be connected by a connecting material. Therefore, the rigidity of the wind power generator as a whole can be increased by the connecting member and the connecting member.
また、前述の繋ぎ材を配置する工程は、既設基礎に繋ぎ材を取り付ける工程を含み、新設基礎を打設する工程では、繋ぎ材に新設基礎を打設してもよい。この場合、既設基礎に繋ぎ材を取り付けて、繋ぎ材に新設基礎を打設することにより、高い剛性を備えた風力発電機を効率よく構築することができる。 Further, the above-mentioned step of arranging the connecting material includes a step of attaching the connecting material to the existing foundation, and in the step of placing the new foundation, the new foundation may be placed in the connecting material. In this case, a wind power generator having high rigidity can be efficiently constructed by attaching a connecting material to the existing foundation and placing a new foundation in the connecting material.
また、新設基礎は、水中に打設される新設杭と、新設杭及び連結部材に固定されるトランジションピースとを備え、新設基礎を打設する工程では、トランジションピースと新設杭との間にグラウト材を注入してトランジションピースを新設杭に固定してもよい。この場合、水中において新設杭を斜めに打ってしまい、新設杭の鉛直度が低下した場合であっても、新設杭と連結部材との間にトランジションピースを介在させることにより、トランジションピースより上方の鉛直度を確保することができる。従って、より安定した風力発電機を構築することができる。また、トランジションピースと新設杭の間にグラウト材を注入することにより、トランジションピースと新設杭との固定を容易に行うことができる。 In addition, the new foundation includes a new pile to be driven underwater and a transition piece fixed to the new pile and connecting members. In the process of placing the new foundation, a grout is formed between the transition piece and the new pile. The material may be injected to fix the transition piece to the new pile. In this case, even if the new pile is struck diagonally in water and the verticality of the new pile is lowered, the transition piece is interposed between the new pile and the connecting member to be above the transition piece. The verticality can be ensured. Therefore, a more stable wind power generator can be constructed. Further, by injecting a grout material between the transition piece and the new pile, the transition piece and the new pile can be easily fixed.
また、連結部材を設置する工程では、既設基礎及び新設基礎を水上で連結し、連結部材の上部に新設の風力発電機を組み立ててもよい。この場合、連結部材で既設基礎と新設基礎とを連結し、連結部材の上部に新設の風力発電機を組み立てることにより、より高い剛性を備えた風力発電機を容易に構築することができる。 Further, in the step of installing the connecting member, the existing foundation and the new foundation may be connected on the water, and a new wind power generator may be assembled on the upper part of the connecting member. In this case, by connecting the existing foundation and the new foundation with a connecting member and assembling a new wind power generator on the upper part of the connecting member, a wind power generator having higher rigidity can be easily constructed.
本発明に係る風力発電機の構築構造は、水中に打設されている既設基礎の上方に設けられる風力発電機の構築構造であって、第1世代目の風力発電機のブレード、ナセル及びタワーが撤去された既設基礎と、既設基礎の周囲に打設された第2世代目の新設基礎と、既設基礎の上部、及び新設基礎の上部を連結すると共に、第2世代目の風力発電機が組み立てられる連結部材と、を備える。 The construction structure of the wind power generator according to the present invention is a construction structure of a wind power generator provided above an existing foundation placed in water, and is a blade, nacelle and tower of a first-generation wind power generator. The existing foundation that was removed , the second-generation new foundation that was placed around the existing foundation, the upper part of the existing foundation, and the upper part of the new foundation are connected, and the second-generation wind power generator is installed. It includes a connecting member to be assembled.
この風力発電機の構築構造では、水中において、既設基礎と、既設基礎の周囲に打設された新設基礎とを備えている。よって、既設基礎を有効利用することができる。また、この構築構造は、既設基礎の上部と新設基礎の上部とを連結する連結部材を備えている。従って、複数の基礎の上部に連結部材が設置されており、連結部材の上に新設の風力発電機が組み立てられるので、基礎が複数とされていることにより、連結部材の上により大型の風力発電機を設置することができる。よって、風力発電機の大型化が進行しても、風力発電機の大きさ等に応じて基礎の数を増やすことができるので、新たな風力発電機を設置できないという問題を回避することができる。従って、新たな風力発電機に確実に対応させることができる。 The construction structure of this wind power generator includes an existing foundation and a new foundation placed around the existing foundation underwater. Therefore, the existing foundation can be effectively used. In addition, this construction structure includes a connecting member that connects the upper part of the existing foundation and the upper part of the new foundation. Therefore, the connecting member is installed on the upper part of the plurality of foundations, and the new wind power generator is assembled on the connecting member. Therefore, since the multiple foundations are used, a larger wind power generator is generated on the connecting member. The machine can be installed. Therefore, even if the size of the wind power generator is increased, the number of foundations can be increased according to the size of the wind power generator, and the problem that a new wind power generator cannot be installed can be avoided. .. Therefore, it is possible to surely correspond to a new wind power generator.
本発明によれば、大型の風力発電機を設置することができると共に、新たな風力発電機に対応させることができる。 According to the present invention, a large-scale wind power generator can be installed and a new wind power generator can be supported.
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る風力発電機の構築方法及び構築構造の実施形態について説明する。以下の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of a construction method and a construction structure of a wind power generator according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
(第1実施形態)
まず、第1実施形態に係る風力発電機について説明する。図1は、本実施形態の構築方法を適用する前の風力発電機を示す側面図であり、図2は、図1の風力発電機が設置された既設基礎を示す側面図である。図1及び図2に示されるように、本実施形態に係る風力発電機1は、例えば、海底Bに設けられており、洋上風力発電を行う。但し、風力発電機1は、海洋に限られず、例えば、湖、河川、沿岸又は港湾等、海洋とは異なる水中に設けられていてもよい。風力発電機1は、第1世代目の風力発電機である。
(First Embodiment)
First, the wind power generator according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a side view showing a wind power generator before applying the construction method of the present embodiment, and FIG. 2 is a side view showing an existing foundation on which the wind power generator of FIG. 1 is installed. As shown in FIGS. 1 and 2, the wind power generator 1 according to the present embodiment is provided on the seabed B, for example, and performs offshore wind power generation. However, the wind power generator 1 is not limited to the ocean, and may be installed in water different from the ocean, such as a lake, a river, a coast, or a harbor. The wind power generator 1 is a first-generation wind power generator.
風力発電機1は、既設基礎2に固定されたタワー3と、タワー3の上部に取り付けられたナセル4と、ナセル4に取り付けられたブレード5と、を備えている。第1世代タワーであるタワー3は、例えば、コンクリート製又は鋼板製である。ナセル4の内部には発電機及び増速器等が収容されており、増速器からはローター軸がナセル4の外部に突出している。ブレード5は、ナセル4の上記ローター軸に固定されている。第1世代目の風力発電機1は、例えば、3枚のブレード5を備える。ブレード5が風を受けて回転すると、この回転はナセル4内の増速器により一定の回転数に上げられて、当該回転運動はナセル4内の発電機によって電力に変換される。一例として、ブレード5を組み合わせたローターの直径は80mであり、風力発電機1の定格出力は2MWである。
The wind power generator 1 includes a tower 3 fixed to an existing
ナセル4は、風向・風速計を備えており、風速及び風向に対応してローターの向きとブレード5の角度を制御することにより、効率的な発電を行っている。すなわち、風力発電機1は、自然エネルギーを利用すると共に、刻々変わる風速及び風向に対応し、ローターの向き及びブレード5の角度を制御することによって、効率的な発電を行う。
The nacelle 4 is provided with an anemometer and an anemometer, and efficiently generates electricity by controlling the direction of the rotor and the angle of the
タワー3は、大きなブレード5、及び種々の機器を搭載したナセル4が最上部に乗せられているため揺れやすく、更に、外力として作用する風、及び当該風を受けたブレード5の回転により振動荷重を受け続ける。よって、タワー3は振動荷重による疲労損傷を受けやすいので、タワー3の設計では、暴風時及び地震時等の短期的な荷重に対する安全性の照査、並びに、耐用期間中に受ける風に起因する疲労照査を行っている。
The tower 3 is easily shaken because a
例えば、タワー3の振動に伴う疲労照査において、累積損傷度をD、設定された耐用年数の間に作用する振動荷重ごとの繰り返し回数をnij、疲労試験等によって得られた疲労強度曲線から求められる疲労寿命をNij、とした場合、累積損傷度Dは下記の式(1)によって評価される。
式(1)では、繰り返し回数nijを疲労寿命Nijで除した値を全ての振動荷重において積算して累積損傷度Dを求める。累積損傷度Dが1以下であれば、疲労破壊しないと判断できる。検討に用いる風は、実際には不規則に変化するが、統計的な確率分布により想定する。 In the formula (1), the value obtained by dividing the number of repetitions n ij by the fatigue life N ij is integrated for all vibration loads to obtain the cumulative damage degree D. If the cumulative damage degree D is 1 or less, it can be determined that fatigue fracture does not occur. The wind used for the study actually changes irregularly, but it is assumed by the statistical probability distribution.
また、タワー3は風力発電機1の耐用年数に合わせて設計されているため、風力発電機1の耐用年数が経過した後には、タワー3、ナセル4及びブレード5を撤去して第2世代目の風力発電機を構築する必要がある。風力発電機1の耐用年数は、例えば、運転開始から20年である。また、ナセル4の風向・風速計によって測定され続けたデータにより、タワー3が受け続けた荷重が算定される。また、タワー3の内部に、実際の振動履歴を計測して累積損傷度Dを算出するための速度計、加速度計及び歪み計が設けられていてもよく、速度計、加速度計及び歪み計の計測値は一定期間蓄積されていてもよい。
Further, since the tower 3 is designed according to the useful life of the wind power generator 1, after the useful life of the wind power generator 1 has passed, the tower 3, the nacelle 4 and the
第1世代目の風力発電機1は、例えば、モノパイルの基礎形式を備えており、1体の既設基礎2の上方に設けられている。既設基礎2は、水中Wに打設されたモノパイルである既設杭2aと、既設杭2aから上方に延びると共にタワー3の下端に接続されたトランジションピース2bとを備えている。既設杭2aは、海底Bに打ち込まれている。なお、既設基礎2は、モノパイルの基礎形式に代えて、ジャケット式の洋上風力基礎を備えていてもよい。
The first-generation wind power generator 1 has, for example, a monopile foundation type, and is provided above one existing
海底Bにおける既設杭2aの周辺には、洗掘防止工6が設けられており、洗掘防止工6により、海底Bの既設杭2a周辺における地盤の洗掘が防止されている。洗掘防止工6は、例えば、砕石が収容された網袋である。既設杭2aは、例えば、水平面で切断したときの断面形状が円形状とされている。既設杭2aの直径は、例えば4m以上とされており、既設杭2aは大径杭である。トランジションピース2bは、既設基礎2の鉛直度を確保するために設けられる。また、既設基礎2の上端には、手摺り及び踊り場等の作業用スペース2cが設けられる。
A scouring prevention work 6 is provided around the existing
以上のような既設の風力発電機1は、前述したように、運転開始から20年で設計寿命を迎えるため、設計寿命を迎えた後には撤去される。この撤去では、既設基礎2を引き抜くことも考えられる。しかしながら、前述したように既設杭2aは大口径であるため、既設杭2aを引き抜くことは困難であると共に多大なコストがかかる。
As described above, the existing wind power generator 1 as described above reaches the design life 20 years from the start of operation, and is therefore removed after the design life is reached. In this removal, it is possible to pull out the existing
また、既設杭2aを海底B付近で切断し、海底Bより上側の構造は撤去するが、地中の既設杭2aは残す方法がある。しかしながら、この場合、残された既設杭2aを避けて新設杭を設置しなければならない。また、残された既設杭2aの位置がわからなくなると共に、残された既設杭2aが将来的に海底Bから突出することがある。残された既設杭2aが海底Bで突出すると、例えば網が引っ掛かるといった問題が生じうるので、漁業等に影響が生じることが懸念される。
Further, there is a method of cutting the existing
以上のような問題を回避するため、本実施形態では、既設基礎2を撤去せずに、既設基礎2を第2世代目の風力発電機における基礎の一部として転用している。以下では、本実施形態に係る構築構造を備えた第2世代目の風力発電機について説明する。
In order to avoid the above problems, in the present embodiment, the existing
図3及び図4に示されるように、第2世代目の風力発電機11の構築構造は、3体の基礎を備えたトリパイル状となるように構築されている。風力発電機11は、複数の杭(新設杭12a及び既設杭2a)による組杭式基礎(新設基礎12及び既設基礎2)に設けられる。また、第2世代目の風力発電機11では、既設基礎2に作用していた最大応力の作用点、作用方向、及び杭の支持機構等が、第1世代目の風力発電機1とは変更されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the construction structure of the second-generation
風力発電機11は、水中Wに打設されている既設基礎2の上部、及び既設基礎2の周囲に打設された新設基礎12の上部を連結する基礎上部構造13(連結部材)に設けられる。風力発電機11は、基礎上部構造13に固定された第2世代タワーであるタワー14と、タワー14の上部に取り付けられたナセル15と、ナセル15に取り付けられたブレード16とを備えている。
The
第2世代目の風力発電機11のタワー14、ナセル15及びブレード16のそれぞれは、少なくとも、第1世代目の風力発電機1のタワー3、ナセル4及びブレード5のそれぞれと同様の機能を備える。よって、タワー14、ナセル15及びブレード16の機能の説明は適宜省略する。また、特に近年、新設される風力発電機11は、そのサイズが大きくなっており、ブレード16を組み合わせたローターの直径は、例えば160mにもなりうる。定格出力についても同様に大きくなっており、風力発電機11の定格出力は、例えば、6MW又は8MWである。従って、新設される風力発電機11の荷重は徐々に大きくなっている。
Each of the
このような事情に鑑みて、本実施形態では、風力発電機11の荷重が大きくなっても、当該荷重を分散させることを可能としており、更に、既設基礎2を撤去せずに有効利用している。また、上方に乗せられるタワー14、ナセル15及びブレード16の大きさ及び重量等に応じて、新設基礎12の本数及び配置場所は適宜変更されるため、残されている既設基礎2への影響を低減させることが可能である。
In view of such circumstances, in the present embodiment, even if the load of the
第2世代目の風力発電機11の構築構造は、例えば、1体の既設基礎2と2体の新設基礎12とを含むトリパイル基礎を備えている。図5に示されるように、平面視において、1体の既設基礎2、及び2体の新設基礎12が三角形状となるように配置されている。既設基礎2及び新設基礎12は、水中Wで繋ぎ材17によって連結されている。新設基礎12は、水中Wに打設される新設杭12aと、新設杭12a及び基礎上部構造13に固定されたトランジションピース12bとを備える。また、新設基礎12の上端には、手摺り及び踊り場等の作業用スペース12gが設けられる。
The construction structure of the second generation
繋ぎ材17は、既設杭2aと新設杭12aとを水中Wで連結する杭繋ぎ材である。また、繋ぎ材17は、事後的に打ち込まれる新設杭12aの位置を案内するガイド材である。繋ぎ材17は、平面視において、三角形状を成している。繋ぎ材17は、既設杭2aに取り付けられる取付け部17aと、新設杭12aが打ち込まれる打ち込み部17bと、取付け部17a及び打ち込み部17bを接続する第1接続部17cと、打ち込み部17b同士を接続する第2接続部17dとを有する。
The connecting
取付け部17aは、既設杭2aを包囲する円環状とされる。取付け部17aの内径は、例えば、既設杭2aの外径よりも20cm程度大きい。取付け部17aは、円環状部材を半割にした構造を備えており、平面視で半円状とされた第1半円部17eと、2本の第1接続部17cに連続する第2半円部17fとを有する。第1半円部17e及び第2半円部17fは、例えば、既設杭2aを包囲した状態でボルト締めされることによって互いに接合されている。このボルト締めによる接合作業は、例えば、水中Wに潜り込んだダイバーによって行われる。
The mounting
打ち込み部17bは、円環状とされており、打ち込み部17bの内径は、例えば、新設杭12aの外径よりも20cm程度大きい。このように、打ち込み部17bの内径は新設杭12aの外径より大きいため、打ち込み部17bの内側に新設杭12aを打ち込むことが可能とされている。
The driving
第1接続部17cは、取付け部17a及び打ち込み部17bの間で直線状に延在しており、第2接続部17dは、2つの打ち込み部17bの間で直線状に延在している。第1接続部17c及び第2接続部17dは、板状に形成された鋼材であってもよいし、箱状の鋼材であってもよい。一例として、第1接続部17c及び第2接続部17dは、トラス構造等、中空構造を備えていてもよく、この場合、水中Wにおける水の流れに与える影響を抑えることが可能となる。また、海底Bにおける既設杭2a及び新設杭12aの周辺には、洗掘防止工18が設けられており、洗掘防止工18により、既設杭2a及び新設杭12aの周辺における地盤の洗掘が防止されている。洗掘防止工18の構造は、例えば、前述した洗掘防止工6の構造と同一であってもよい。
The first connecting
図6に示されるように、新設杭12aの上端にはトランジションピース12bが固定されている。トランジションピース12bは、新設基礎12の鉛直度を確保するために設けられる。よって、たとえ新設杭12aが若干斜めに海底Bに打ち込まれたとしても、新設基礎12の鉛直度は確保される。新設杭12a及びトランジションピース12bは、例えば、共に管状とされており、新設基礎12は二重管構造を有する。
As shown in FIG. 6, the
新設杭12aの外径はトランジションピース12bの内径よりも小さく、新設杭12aの外径とトランジションピース12bの内径との差は、例えば、10cm程度とされている。新設杭12aの上端部及びトランジションピース12bの下端部において、新設杭12aの外周面及びトランジションピース12bの内周面の間には、グラウト材Gが打ち込まれている。このグラウト材Gによって、新設杭12a及びトランジションピース12bは互いに固定されている。
The outer diameter of the
トランジションピース12bの上端には、上方に向かうに従って拡径する拡径部12hと、拡径部12hの上端でトランジションピース12bの径方向内側に突出する突出部12jとが設けられる。拡径部12hは、トランジションピース12bの上側に向かうに従って徐々に拡径する傾斜部12kと、傾斜部12kから上方に向かって延びると共に径が一定とされた側面部12mとを含んでいる。
The upper end of the
突出部12jは、平面視において環状とされている。突出部12jの上面には、前述した作業用スペース12gが設けられている。また、突出部12jの作業用スペース12gよりも径方向内側には、基礎上部構造13の下端が固定される固定部12nが設けられている。また、基礎上部構造13の下側の部分は管状とされており、基礎上部構造13は、その下端で基礎上部構造13の径方向内側に突出する突出部13aを有する。突出部13aは、例えば、平面視において円環状とされている。また、突出部13aは、固定部12nに固定される部位であり、突出部13aと固定部12nとが上下に重ねられた状態で互いにボルトV及びナットNで接合されることにより、新設基礎12に基礎上部構造13が固定される。
The protruding
図3〜図5に示されるように、基礎上部構造13は、水上で新設基礎12及び既設基礎2を互いに連結している。基礎上部構造13は、タワー14が固定されるタワー固定部13bと、平面視においてタワー固定部13bから放射状に延びる複数の基礎連結部13cとを備えている。タワー固定部13bは、例えば、平面視における基礎上部構造13の中央に設けられており、タワー固定部13bにはタワー14の下端が固定される。基礎連結部13cは、タワー固定部13bから直線状に延びる第1延在部13dと、第1延在部13dの端部から下方に延びる第2延在部13eとを有する。第2延在部13eの下端には、前述した突出部13aが設けられている。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
次に、本実施形態に係る風力発電機11の構築方法について説明する。以下では、第1世代目の風力発電機1から第2世代目の風力発電機11を構築する方法について説明する。まず、第1世代目の既設基礎2が保有する耐力を評価し、既設基礎2が保有する耐力に見合うように新設基礎12の数及び配置を設定する。そして、例えば風力発電機1が寿命に達した段階で、既設基礎2から、ブレード5、ナセル4及びタワー3を撤去する(既設の風力発電機を撤去する工程)。このとき、既設基礎2は、残したままとしておく。
Next, a method of constructing the
次に、図7(a)に示されるように、既設基礎2に繋ぎ材17を取り付ける(繋ぎ材を配置する工程、既設基礎に繋ぎ材を取り付ける工程)。具体的には、第1半円部17e及び第2半円部17fで既設杭2aを囲んだ状態でボルト締めすることにより、既設杭2aに取付け部17aを取り付ける。取付け部17a及び既設杭2aの間にグラウト材Gを注入して既設杭2aを取付け部17aに固定する。このとき、取付け部17a、打ち込み部17b、第1接続部17c及び第2接続部17dの位置が定まるので、既設杭2a及び新設杭12aの位置が確定される。
Next, as shown in FIG. 7A, the connecting
そして、図7(b)に示されるように、各打ち込み部17bに新設杭12aを打設し、新設杭12aの上端にトランジションピース12bを取り付ける。このとき、打ち込み部17b及び新設杭12aの間にグラウト材Gを注入して打ち込み部17bに新設杭12aを固定し、更に、新設杭12aの外周面及びトランジションピース12bの内周面にグラウト材Gを注入することによって、新設杭12aにトランジションピース12bを固定させる。以上のように、既設基礎2に繋ぎ材17を取り付けると共に、繋ぎ材17に新設基礎12を打設して新設基礎12を構築する(新設基礎を打設する工程)。
Then, as shown in FIG. 7B, a
続いて、図3、図4及び図6に示されるように、既設基礎2の上部、及び新設基礎12の上部に基礎上部構造13を設置する。具体的には、新設基礎12の上端の固定部12nに基礎上部構造13の突出部13aを乗せ、固定部12n及び突出部13aをボルトV及びナットNで互いに接合することにより、新設基礎12の上端に基礎上部構造13を固定する。同様に、既設基礎2の上端に基礎上部構造13を固定する(連結部材を設置する工程)。その後は、基礎上部構造13の上端に位置するタワー固定部13bにタワー14を組み立て、タワー14にナセル15及びブレード16を組み立てることにより、風力発電機11の構築が完了する。
Subsequently, as shown in FIGS. 3, 4 and 6, the
次に、本実施形態に係る風力発電機11の構築方法、及び風力発電機11の構築構造から得られる作用効果について詳細に説明する。
Next, the method of constructing the
風力発電機11の構築方法、及び風力発電機11の構築構造では、水中Wにおいて、既設基礎2を残すと共に、既設の風力発電機1を既設基礎2から撤去する。よって、既設の風力発電機1を撤去して既設基礎2は撤去しないため、既設基礎2の有効利用を図ることができる。従って、第1世代目の既設基礎2を残して、既設基礎2を第2世代目の風力発電機11の新しい基礎の一部として利用するため、基礎の撤去費用、及び新たな基礎の建設費用を抑えることができる。
In the method for constructing the
この構築方法では、既設基礎2の周囲に新設基礎12を打設し、既設基礎2の上部及び新設基礎12の上部に既設基礎2と新設基礎12とを連結する基礎上部構造13を設置する。このように、複数の基礎の上に基礎上部構造13を設置し、基礎上部構造13の上に新設の風力発電機11を設置することができると共に、基礎が複数とされたことにより、大型の風力発電機11を基礎上部構造13の上に設置することができる。
In this construction method, a
よって、風力発電機11の大型化が進行しても、風力発電機11の大きさ等に応じて基礎の数を増やすことができるので、新たな風力発電機11を設置できないという問題を回避することができる。従って、新たな風力発電機11に確実に対応させることができる。また、既設基礎2に作用する荷重を減らすように新設基礎12の配置態様を適宜設計することができるので、長期間経過しても確実に耐力を維持することができる。このように、第2世代目の新設基礎12の設計の自由度が高いので、最初の基礎設計時に将来の風力発電機11の大きさ及び作用荷重を考慮する必要性を低減させることができる。従って、例えば20年後に一般化している大型の風力発電機を新設基礎12に乗せることが可能となる。
Therefore, even if the size of the
また、既設基礎2は、水中Wに打設されている既設杭2aを含み、新設基礎12は、水中Wに打設される新設杭12aを含んでいる。このように、水中Wに打設される杭を含む態様とすることができる。
Further, the existing
また、新設基礎を打設する工程では、複数の新設基礎12が打設される。よって、既設基礎2と新設基礎12とを合わせて3体以上の基礎とすることができるので、耐力を一層高めることができる。従って、大きな風力発電機11により対応しやすい基礎を構築することができる。
Further, in the process of placing the new foundation, a plurality of
また、新設基礎12を打設する前に、既設基礎2及び新設基礎12を接続する繋ぎ材17を配置する工程を備える。よって、既設基礎2の上部と新設基礎12の上部とを基礎上部構造13で連結すると共に、既設基礎2及び新設基礎12の下部を繋ぎ材17で連結することができる。従って、基礎上部構造13及び繋ぎ材17によって、風力発電機11全体としての剛性を高めることができる。具体的には、下部の繋ぎ材17と上部の基礎上部構造13とにより、複数の新設杭12aと既設杭2aとが固定されるので、海底Bより上の風力発電機11の構築構造を一体として外力に抵抗させることができる。
Further, a step of arranging the connecting
また、繋ぎ材を配置する工程は、既設基礎2に繋ぎ材17を取り付ける工程を含み、新設基礎12を打設する工程では、繋ぎ材17に新設基礎12を打設する。従って、既設基礎2に繋ぎ材17を取り付けて、繋ぎ材17に新設基礎12を打設することにより、高い剛性を備えた風力発電機11を効率よく構築することができる。
Further, the step of arranging the connecting material includes the step of attaching the connecting
また、新設基礎12は、水中Wに打設される新設杭12aと、新設杭12a及び基礎上部構造13に固定されるトランジションピース12bとを備え、新設基礎12を打設する工程では、トランジションピース12bと新設杭12aとの間にグラウト材Gを注入してトランジションピース12bを新設杭12aに固定する。よって、水中Wにおいて新設杭12aを斜めに打ってしまい、新設杭12aの鉛直度が低下した場合であっても、新設杭12aと基礎上部構造13との間にトランジションピース12bを介在させることにより、トランジションピース12bより上方の鉛直度を確保することができる。従って、より安定した風力発電機11を構築することができる。また、トランジションピース12bと新設杭12aとの間にグラウト材Gを注入することにより、トランジションピース12bと新設杭12aとの固定を容易に行うことができる。
Further, the
また、基礎上部構造13を設置する工程では、既設基礎2及び新設基礎12を水上で連結し、基礎上部構造13の上部に新設の風力発電機11を組み立てる。よって、基礎上部構造13で既設基礎2と新設基礎12とを連結し、基礎上部構造13の上部に新設の風力発電機11を組み立てることにより、より高い剛性を備えた風力発電機11を容易に構築することができる。
Further, in the process of installing the
更に、既設のモノパイルの既設杭2aでは、風力発電機1からの大きな転倒モーメントが卓越するのに対し、組杭式の基礎における複数の杭(2本の新設杭12a及び既設杭2a)では、鉛直方向への押し込み力(又は引き抜き力)と水平力とが卓越する。このように、モノパイルの既設杭2aに設置された風力発電機1から組杭式の新設基礎12に設置された風力発電機11に切り替えることによって、卓越するモーメント及び力を変化させることができる。
Further, in the existing
従って、例えば20年使用した既設杭2aに作用する最大応力点及び作用荷重の方向を変えることができるので、既設基礎2に対して安全な設計をしやすい。更に、風荷重の卓越方向及び波浪荷重の卓越方向を考慮して、既設基礎2に作用する荷重が一層少なくなる位置に新設杭12aを打設する設計を行うことも可能である。そして、第1世代目の既設基礎2の設計時に第2世代目の風力発電機11に配慮して疲労耐力に尤度を持たせておけば一層合理的な設計を行うことが可能である。
Therefore, for example, the maximum stress point acting on the existing
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る風力発電機21の構築構造及び構築方法について図8を参照しながら説明する。以下では、第1実施形態と重複する説明を適宜省略する。第2実施形態に係る風力発電機21の構築構造は、基礎上部構造13に代えて桁23(連結部材)を備える点、及び、1本の新設基礎12の上方にタワー14、ナセル15及びブレード16が設けられる点が第1実施形態と異なっている。
(Second Embodiment)
Next, the construction structure and construction method of the
図8に示されるように、風力発電機21では、新設基礎12がモノパイル構造を有しており、既設基礎2及び新設基礎12が桁23によって互いに繋がっている。桁23は、水上で既設基礎2及び新設基礎12を互いに連結している。桁23は、例えば、新設基礎12の作業用スペース12gと、既設基礎2の作業用スペース2cとの間で水平方向に延在している。また、既設基礎2の作業用スペース2cには、風力発電機21の建設ステーション22a、又は、風力発電機21の運転保守ステーション22bが設けられる。
As shown in FIG. 8, in the
風力発電機21の構築方法については、まず、第1世代目の既設基礎2を残すと共に、既設基礎2から風力発電機1を撤去する(既設の風力発電機を撤去する工程)。そして、既設基礎2の周囲に新設基礎12を打設する(新設基礎を打設する工程)。新設基礎12を打設した後には、既設基礎2の上部、及び新設基礎12の上部を連結する桁23を設置し(連結部材を設置する工程)、新設基礎12の上部にタワー14、ナセル15及びブレード16を組み立てることにより、風力発電機21の構築が完了する。
Regarding the method of constructing the
以上、第2実施形態に係る風力発電機21の構築方法及び構築構造では、水中Wにおいて、既設基礎2を残すと共に、既設の風力発電機1を既設基礎2から撤去する。よって、既設基礎2は撤去しないため、既設基礎2の有効利用を図ることができる。従って、第1実施形態と同様、既設基礎2を第2世代目の風力発電機21の新しい基礎の一部として利用するため、基礎の撤去費用、及び新たな基礎の建設費用を抑えることができる。
As described above, in the construction method and construction structure of the
以上、本発明に係る風力発電機の構築方法及び構築構造の実施形態について説明したが、本発明は、前述の各実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。すなわち、本発明は、各請求項の要旨を変更しない範囲において種々の変形が可能である。 Although the method for constructing the wind power generator and the embodiment of the construction structure according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and does not change the gist described in each claim. It may be modified in a range or applied to something else. That is, the present invention can be modified in various ways without changing the gist of each claim.
例えば、前述の実施形態では、新設杭12aと基礎上部構造13がトランジションピース12bを介して固定される例について説明したが、トランジションピース12bを省略することも可能である。例えば、図6に示される新設杭12aの上端にフランジを設ける共に新設杭12aの鉛直度を確保し、新設杭12aの上端に直接基礎上部構造13の下端を接合してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the example in which the
また、図9に示されるように、基礎上部構造13の基礎連結部13c(第2延在部13e)の下端にコーン状部33を設けると共に、コーン状部33を新設杭12aに上から挿入し、コーン状部33及び新設杭12aの間にグラウト材Gを注入して接合させてもよい。このように、新設基礎12と基礎上部構造13(連結部材)との接合手段は適宜変更可能である。また、前述の実施形態では、種々の部材をグラウト材Gの注入によって接合させる例について説明したが、グラウト材G以外の接合手段を用いることも可能である。
Further, as shown in FIG. 9, a cone-shaped
また、前述の実施形態では、既設基礎2及び新設基礎12が水中Wで繋ぎ材17によって連結される例について説明したが、繋ぎ材17の形状、大きさ、配置態様、数及び材料については適宜変更可能である。更に、繋ぎ材17を省略することも可能である。
Further, in the above-described embodiment, an example in which the existing
また、前述の第1実施形態では、モノパイル構造(1本の既設杭2a)に設けられた風力発電機1からトリパイル構造(3本の杭2a,12a)に設けられる風力発電機11を構築する例、すなわち、構築前の基礎の数が1であって構築後の基礎の数が3である例について説明した。しかしながら、構築前の基礎の数と、構築後の基礎の数は適宜変更可能である。例えば、モノパイル式風力発電機からトリポッド式風力発電機を構築してもよい。また、重力式風力発電機又はジャケット式風力発電機から、トリパイル式風力発電機又はトリポッド式風力発電機を構築してもよい。
Further, in the above-described first embodiment, the
例えば、図10(a)に示されるように、1つの既設基礎2の周囲に3つの新設基礎12を打設し、4つの基礎を平面視において四角形状となるように配置してもよい。また、図10(b)に示されるように、3つの既設基礎2の周囲に更に3つの新設基礎12を打設し、6つの基礎を平面視において六角形状となるように配置してもよい。更に、図10(c)に示されるように、平面視において円形状を成す複数の既設基礎2の径方向外側に、同心円状となるように複数の新設基礎12を打設してもよい。このように、構築前後の基礎の数と、複数の基礎が成す形状については適宜変更可能である。更に、複数の既設基礎2のうちの1つの既設基礎2と、新設基礎12とを用いて新たな風力発電機を構築してもよい。
For example, as shown in FIG. 10A, three
1,11,21…風力発電機、2…既設基礎、2a…既設杭、2b,12b…トランジションピース、2c,12g…作業用スペース、3,14…タワー、4,15…ナセル、5,16…ブレード、6,18…洗掘防止工、12…新設基礎、12a…新設杭、12b…トランジションピース、12h…拡径部、12j…突出部、12k…傾斜部、12m…側面部、12n…固定部、13…基礎上部構造(連結部材)、13a…突出部、13b…タワー固定部、13c…基礎連結部、13d…第1延在部、13e…第2延在部、17…繋ぎ材、17a…取付け部、17b…打ち込み部、17c…第1接続部、17d…第2接続部、17e…第1半円部、17f…第2半円部、22a…建設ステーション、22b…運転保守ステーション、23…桁(連結部材)、33…コーン状部、B…海底、G…グラウト材、N…ナット、V…ボルト、W…水中。 1,11,21 ... Wind power generator, 2 ... Existing foundation, 2a ... Existing pile, 2b, 12b ... Transition piece, 2c, 12g ... Working space, 3,14 ... Tower, 4,15 ... Nasser, 5,16 ... Blade, 6, 18 ... Scavenging prevention work, 12 ... New foundation, 12a ... New pile, 12b ... Transition piece, 12h ... Diameter expansion part, 12j ... Projection part, 12k ... Inclined part, 12m ... Side part, 12n ... Fixed part, 13 ... Foundation upper structure (connecting member), 13a ... Protruding part, 13b ... Tower fixing part, 13c ... Foundation connecting part, 13d ... First extending part, 13e ... Second extending part, 17 ... Connecting material , 17a ... Mounting part, 17b ... Driving part, 17c ... First connection part, 17d ... Second connection part, 17e ... First half circle part, 17f ... Second half circle part, 22a ... Construction station, 22b ... Operation and maintenance Station, 23 ... girder (connecting member), 33 ... cone-shaped part, B ... seabed, G ... grout material, N ... nut, V ... bolt, W ... underwater.
Claims (8)
前記既設基礎を残すと共に、前記既設基礎から既設の風力発電機を撤去する工程と、
前記既設基礎の周囲に新設基礎を打設する工程と、
前記既設基礎の上部、及び前記新設基礎の上部を連結する連結部材を設置する工程と、
を備えた風力発電機の構築方法。 It is a method of constructing a wind power generator installed above the existing foundation that is placed underwater.
The process of leaving the existing foundation and removing the existing wind power generator from the existing foundation,
The process of placing a new foundation around the existing foundation and
The process of installing the connecting member that connects the upper part of the existing foundation and the upper part of the new foundation, and
How to build a wind power generator with.
前記新設基礎は、前記水中に打設される新設杭を含む、
請求項1に記載の風力発電機の構築方法。 The existing foundation includes the existing piles placed in the water.
The new foundation includes a new pile to be driven into the water.
The method for constructing a wind power generator according to claim 1.
請求項1又は2に記載の風力発電機の構築方法。 In the process of placing the new foundation, a plurality of the new foundations are placed.
The method for constructing a wind power generator according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の風力発電機の構築方法。 A step of arranging the existing foundation and the connecting material connecting the new foundation is provided before the new foundation is placed.
The method for constructing a wind power generator according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の風力発電機の構築方法。 The step of arranging the connecting material includes a step of attaching the connecting material to the existing foundation, and in the step of placing the new foundation, the new foundation is placed on the connecting material.
The method for constructing a wind power generator according to claim 4.
前記新設基礎を打設する工程では、前記トランジションピースと前記新設杭との間にグラウト材を注入して前記トランジションピースを前記新設杭に固定する、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の風力発電機の構築方法。 The new foundation includes a new pile to be driven into the water and a transition piece fixed to the new pile and the connecting member.
In the step of placing the new foundation, a grout material is injected between the transition piece and the new pile to fix the transition piece to the new pile.
The method for constructing a wind power generator according to any one of claims 1 to 5.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の風力発電機の構築方法。 In the step of installing the connecting member, the existing foundation and the new foundation are connected on the water, and a new wind power generator is assembled on the upper part of the connecting member.
The method for constructing a wind power generator according to any one of claims 1 to 6.
第1世代目の風力発電機のブレード、ナセル及びタワーが撤去された前記既設基礎と、
前記既設基礎の周囲に打設された第2世代目の新設基礎と、
前記既設基礎の上部、及び前記新設基礎の上部を連結すると共に、第2世代目の風力発電機が組み立てられる連結部材と、
を備える風力発電機の構築構造。 It is a construction structure of a wind power generator installed above the existing foundation that is placed underwater.
With the existing foundation from which the blades, nacelles and towers of the first generation wind power generators have been removed,
The second-generation new foundation placed around the existing foundation,
A connecting member that connects the upper part of the existing foundation and the upper part of the new foundation and is assembled with a second-generation wind power generator.
Construction structure of a wind power generator equipped with.
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