JP7219680B2 - 係留システムの設置方法および係留用浮体の設置方法 - Google Patents

Description

本発明は、係留用浮体を水上に係留する係留システムの設置方法、および、係留用浮体の設置方法に関する。

近年、浮体式の洋上風力発電設備が実用化されている。当該発電設備では、例えば、錨および係留ライン（例えば、高把駐力アンカーおよびチェーン等）を有する係留システムにより、浮体が水上に係留される。また、実際に浮体が係留されるよりも前に、係留システムの把駐力試験が行われる。当該把駐力試験では、水底に位置する錨に対して、所定の張力を係留ラインを介して所定時間だけ作用させ、錨の位置が変化していないことを確認する。

一般的に、錨の位置の測定は、特許文献１に開示されているように、遠隔操作型の無人潜水機（ＲＯＶ：Remotely Operated Vehicle）に搭載された水中カメラにより、錨または係留ラインに取り付けられたブイ等を観察することにより行われる。

一方、特許文献２では、錨泊中の船舶において走錨の発生を船員に知らせる錨泊監視システムが開示されている。当該錨泊監視システムでは、船体に設けられたＧＰＳ装置により取得した投錨時の船体位置および現在の船体位置に基づいて、投錨位置と現在の船体位置との直線距離が算出される。また、水深および風圧力等に基づいて、チェーンのカテナリ長（すなわち、海底に横たわらずに舷側から懸垂されている部分の長さ）が求められる。そして、上記直線距離とカテナリ長とに基づいて、海底に横たわっているチェーンの長さが求められ、当該長さが閾値以下になると警報が発される。

また、特許文献３では、バージ上の複数点にウインチを設け、各ウインチから延びるワイヤの先端部をバージ周囲の海底に配置した錨に接続し、各ウインチの巻き込みおよび繰り出し操作によってワイヤの長さを調節することにより、バージを目標位置に移動させる操船制御装置が開示されている。当該操船制御装置では、海中にてたるんでいるワイヤの形状（すなわち、カテナリ曲線）が、バージから錨までの水平距離、水深およびワイヤの張力に基づいてカテナリ演算により算出され、当該ワイヤ形状を利用してワイヤの操作量および操作速度が算出される。

特許第６３１６３５４号公報 特開２００５－１４０５４９号公報 特許第３６６４８０７号公報

ところで、上述の把駐力試験では、試験開始の際の引張（すなわち、錨を水底に把駐させるための引張）により、錨が引張開始前の位置から移動して水底に潜り込んでいる場合がある。このため、特許文献１のような水中カメラにより錨を観察することは容易ではない。また、係留ラインに取り付けられたブイの位置を水中カメラに観察して錨の位置を推定する場合、ブイは、潮流等により必ずしも係留ラインの鉛直上方に位置するとは限らないため、錨の位置の推定精度はあまり高くない。さらには、上記測定においてＲＯＶから出力される位置情報はＲＯＶ自身の位置であり、錨またはブイに対するＲＯＶの相対位置関係は不明であるため、錨の位置の推定精度はさらに低下するおそれがある。なお、特許文献２および特許文献３では、錨の位置が既知であるものとして走錨監視またはバージ操船を行う技術であるため、錨の位置を求める技術には適用できない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、係留システムを設置する際に、錨の水平位置を精度良く求めることを目的としている。

請求項１に記載の発明は、水底に配置された錨と、前記錨に接続された係留ラインとを備え、係留用浮体を水上に係留する係留システムの設置方法であって、ａ）錨に接続された係留ラインに対して試験用浮体により張力を付与して前記錨を移動させ、前記錨の移動が停止された後、前記係留ラインに所定の試験張力を付与する工程と、ｂ）前記試験用浮体の水平位置、試験水域の水深、前記試験張力、前記錨と前記試験用浮体との間の前記係留ラインの長さ、および、前記係留ラインの仕様に基づいて、前記錨の水平位置をカテナリー理論を利用した演算により求める工程とを備える。前記ｂ）工程における前記演算において、前記試験用浮体の舷側から前記錨へと延びる前記係留ラインの微小部分の水平長さである微小水平長ΔＸ _ｉ を、前記係留ラインの平均断面積Ａ、前記微小部分のヤング率Ｅ _ｉ 、前記微小部分への作用張力Ｔ _ｉ 、前記微小部分の下端部と水平方向との成す角度φ _ｉ 、および、前記微小部分の長さΔＳｉを用いて、
ΔＸ _ｉ ＝（１＋（Ｔ _ｉ－１ ／（Ａ×Ｅ _ｉ ）））×ｃｏｓφ _ｉ－１ ×ΔＳ _ｉ
により求め、前記微小水平長ΔＸ _ｉ を前記係留ラインに沿って前記舷側から前記錨まで積分することにより、前記舷側と前記錨との間の水平距離を求める。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の係留システムの設置方法であって、前記ｂ）工程における前記演算は、潮流に起因して前記係留ラインに作用する張力にも基づいて行われる。

請求項３に記載の発明は、係留用浮体の設置方法であって、ｃ）請求項１または２に記載の係留システムの設置方法において求められた前記錨の水平位置に基づいて、前記係留ラインと係留用浮体とを接続する工程を備える。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の係留用浮体の設置方法であって、前記ｃ）工程は、ｃ１）前記錨の水平位置に基づいて前記係留ラインの長さを調節する工程と、ｃ２）前記ｃ１）工程よりも後で、前記係留ラインと前記係留用浮体とを接続する工程とを備える。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の係留用浮体の設置方法であって、前記係留システムは、前記錨に近接して前記水底に設置された他の錨と、前記係留ラインに沿って延びるとともに前記他の錨に接続された他の係留ラインとをさらに備え、ｄ）請求項１または２に記載の係留システムの設置方法と同様の方法により求められた前記他の錨の水平位置に基づいて、前記他の係留ラインと前記係留用浮体とを接続する工程を備える。

請求項６に記載の発明は、請求項３ないし５のいずれか１つに記載の係留用浮体の設置方法であって、前記係留用浮体は、水面に浮かぶ浮体本体と、前記浮体本体上に立設する風力発電用の風車とを備える。

本発明では、錨の水平位置を精度良く求めることができる。

一の実施の形態に係る浮体構造物を示す側面図である。 浮体構造物を示す平面図である。 浮体構造物の設置の流れを示す図である。 浮体構造物の設置の流れを示す図である。 浮体構造物の設置の流れを示す図である。 錨、係留ラインおよび試験用浮体を示す側面図である。 錨、係留ラインおよび試験用浮体を示す平面図である。 錨、係留ラインおよび試験用浮体を示す側面図である。 錨、係留ラインおよび試験用浮体を示す平面図である。 錨位置算出装置の構成を示す図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る浮体構造物１を示す側面図である。図２は、浮体構造物１を示す平面図である。浮体構造物１は、水面９１に浮かぶ構造物である。図１および図２に示す例では、浮体構造物１は、水底９２に係留されて風力発電を行う浮体式の水上風力発電システムである。浮体構造物１が海に設置される場合、水面９１および水底９２は、海面および海底である。この場合、浮体構造物１は洋上風力発電システムとも呼ばれる。

浮体構造物１は、係留用浮体２と、係留システム３とを備える。係留用浮体２は、浮体本体２１と、風車２２とを備える。浮体本体２１は、水面に浮かぶ構造物である。図１および図２に示す例では、浮体本体２１は略直方体状である。浮体本体２１は、平面視において略矩形であり、例えば略正方形である。浮体本体２１は、例えば鉄筋コンクリート製である。浮体本体２１の平面視における外形は、例えば、１辺が約５０ｍの略正方形である。また、浮体本体２１の深さは約１０ｍであり、浮体本体２１の喫水は約５ｍである。

風車２２は、浮体本体２１上に立設する風力発電用の構造物である。風車２２は、複数のブレード２３と、ナセル２４と、支柱２５とを備える。複数（例えば、３枚）のブレード２３は、略水平な回転軸を中心としてナセル２４に回転可能に取り付けられる。複数のブレード２３およびナセル２４は、略上下方向に延びる支柱２５により、浮体本体２１の上面よりも上側にて支持される。風車２２では、複数のブレード２３が風を受けて回転することにより、複数のブレード２３の回転軸に接続された発電機（図示省略）により発電が行われる。例えば、風車２２のロータ径は約１００ｍであり、支柱２５の高さは約７０ｍ～８０ｍである。風車２２の定格出力は、例えば５ＭＷ（メガワット）である。

係留システム３は、係留用浮体２を水上に係留する。係留システム３は、水底９２に配置された錨３２と、錨３２および浮体本体２１に接続された係留ライン３３とを備える。錨３２は、好ましくは超高把駐力アンカーである。図２では、便宜上、錨３２を黒丸にて示す（後述する図７および図９においても同様）。係留ライン３３は、好ましくは係留チェーンである。図１および図２では、図示の都合上、係留用浮体２に比べて係留ライン３３の長さを短く描いている。なお、錨３２は、高把駐力アンカー以外の種類のアンカーであってもよい。係留ライン３３は、係留チェーンと係留索（例えば、係留ワイヤ）とが接続されたものであってもよく、係留索のみにより構成されてもよい。

係留システム３は、複数組の錨３２および係留ライン３３を備える。１組の錨３２および係留ライン３３を「係留システム要素３１」呼ぶと、図２に例示する係留システム３は、９つの係留システム要素３１を備える。図２に示す例では、当該９つの係留システム要素３１のうち、浮体本体２１を中心とする周方向（以下、単に「周方向」とも呼ぶ。）において近接する各３つの係留システム要素３１が、浮体本体２１から図２中の左側、右上側および右下側に延びる。当該各３つの係留システム要素３１は、周方向において約１２０°間隔で配置される。各３つの係留システム要素３１において、周方向に隣接する係留ライン３３の成す角度は、例えば約３°である。当該角度は、例えば、１°～１５°の範囲で変更可能である。また、各３つの係留システム要素３１において、周方向に隣接する錨３２間の距離は、好ましくは１０ｍ以上であり、例えば約２０～４０ｍである。なお、係留システム３に含まれる係留システム要素３１の数は、１であってもよく、２以上の範囲で様々に変更されてもよい。

次に、図３ないし図５を参照しつつ、浮体構造物１の設置方法について説明する。浮体構造物１が設置される際には、まず、浮体構造物１の設置水域において、係留用浮体２が配置されていない状態で、係留システム３が設置される（図３：ステップＳ１１）。具体的には、まず、係留システム３の複数の係留システム要素３１（すなわち、複数組の錨３２および係留ライン３３）が、それぞれの敷設予定位置に敷設される（図４：ステップＳ１１１）。続いて、各係留システム要素３１について、後述する把駐力試験が実施され、係留システム要素３１が所定の把駐力を有していることが確認される（ステップＳ１１２）。その後、ステップＳ１１２の把駐力試験において位置が固定された錨３２について、後述する方法により水平位置（すなわち、平面視における位置）が求められる（ステップＳ１１３）。ステップＳ１１１～Ｓ１１３が終了した係留システム要素３１は、把駐力試験が実施された位置にて、敷設された状態のままとされる。係留システム３の全ての係留システム要素３１についてステップＳ１１１～Ｓ１１３が完了することにより、係留システム３の設置が終了する。

次に、係留用浮体２が、設置水域の設置予定位置に搬送され、各係留システム要素３１の係留ライン３３と接続される（図３：ステップＳ１２）。これにより、係留用浮体２が、係留システム３により設置予定位置に係留されて設置される。ステップＳ１２における各係留システム要素３１と係留用浮体２との接続は、ステップＳ１１３において求められた錨３２の水平位置に基づいて行われる。

具体的には、各係留システム要素３１において、錨３２の水平位置、係留用浮体２の設置予定位置、設置水域（錨３２が敷設される領域も含む。）の水深、および、係留ライン３３のたるみ等に基づいて、錨３２から係留用浮体２までの係留ライン３３の必要長さを既知の方法により求める。そして、係留ライン３３の全長から当該必要長さを減算して得られた差に略等しい余剰長さだけ、係留ライン３３の錨３２とは反対側の端部を切除することにより、係留ライン３３の長さが調節される（図５：ステップＳ１２１）。当該余剰長さは、例えば、係留ライン３３の全長から当該必要長さを減算して得られた差以下の範囲で、切除される係留ライン３３の鎖環（すなわち、リンク）の個数が最大となるように決定される。そして、ステップＳ１２１の終了後、係留ライン３３の端部が浮体本体２１の上面側縁部に設けられた係留具（例えば、ボラード）に接続されることにより、係留ライン３３と係留用浮体２とが接続される（ステップＳ１２２）。これにより、係留用浮体２が、上述の設置予定位置に設置される。

次に、図６ないし図１０を参照しつつ、ステップＳ１１における係留システム３の設置方法の詳細について説明する。以下では、１つの係留システム要素３１の設置方法について説明する。図６および図７はそれぞれ、当該係留システム要素３１（すなわち、錨３２および係留ライン３３）並びに試験用浮体５の側面図および平面図である。試験用浮体５は、例えば、全長が約１１０ｍの作業台船である。他の係留システム要素３１の設置方法も、以下に説明する方法と同様である。

ステップＳ１１１では、錨３２および係留ライン３３が、試験用浮体５により敷設予定位置まで搬送され、水底９２へと沈められて敷設される。敷設予定位置の水深は、例えば、４０ｍ～１００ｍである。係留ライン３３の錨３２とは反対側の端部である上端部は、試験用浮体５の舷側５５を介して（詳細には、舷側５５に設けられたデッキエンドローラ等を介して）、試験用浮体５の甲板上に設けられたウインドラス等の巻き取り機構５１に接続されている。図６および図７に示す例では、係留ライン３３の上端部は、試験用浮体５の船首側（すなわち、図６中の左側）の甲板上に設けられた巻き取り機構５１に接続されている。また、係留ライン３３の上端部は、制鎖器（チェーンストッパーとも呼ばれる。）により甲板上に固定される。これにより、係留ライン３３の繰り出し等が制限される。係留ライン３３の下端部に接続されている錨３２は、試験用浮体５の船首から前方に離間した位置にて水底９２に載置されている。

試験用浮体５の甲板上には、巻き取り機構５１よりも船尾側に反力用巻き取り機構５２が設けられている。反力用巻き取り機構５２には、予め、チェーン等の反力用ライン５３の上端部が接続されている。反力用ライン５３は、反力用巻き取り機構５２から試験用浮体５の舷側を介して後方へと延びており、水底９２の反力用錨５４に接続されている。反力用ライン５３の下端部に接続されている反力用錨５４は、試験用浮体５の船尾から後方に離間した位置にて水底９２に設置されている。反力用錨５４は、例えば、超高把駐力アンカーである。図７に示す例では、２組の反力用ライン５３および反力用錨５４が、反力用巻き取り機構５２に接続されている。なお、２組の反力用ライン５３は、試験用浮体５に近い位置にて１本にまとめられている。

反力用錨５４は、予め、反力用巻き取り機構５２により反力用ライン５３が巻き取られることにより、試験用浮体５に近づく方向に水底９２を引きずられ、水底９２に潜り込んで水底９２に固定されている。このため、反力用巻き取り機構５２により反力用ライン５３が巻き取られると、反力用錨５４は移動せず、試験用浮体５に反力用錨５４による反力が付与され、試験用浮体５が後方（すなわち、反力用錨５４に近づく方向）へと水面９１を移動する。

ステップＳ１１１の把駐力試験では、まず、反力用巻き取り機構５２により反力用ライン５３が巻き取られることにより、試験用浮体５が後方（すなわち、船尾側）へと移動する。また、必要に応じて、巻き取り機構５１により係留ライン３３が巻き取られる。このように、錨３２に接続された係留ライン３３に対して試験用浮体５により張力が付与されることにより、錨３２は、係留ライン３３および試験用浮体５と共に後方（すなわち、錨３２から係留ライン３３が延びる方向）に引っ張られて、水底９２を移動する。錨３２は、水底９２に潜り込んで水底９２に固定される。これにより、錨３２の水平位置が固定される。

錨３２が水底９２に固定されると、反力用巻き取り機構５２により反力用ライン５３がさらに巻き取られる。また、必要に応じて、巻き取り機構５１により係留ライン３３が巻き取られる。これにより、図８の側面図に示すように、反力用錨５４と試験用浮体５とを接続する反力用ライン５３、および、錨３２と試験用浮体５とを接続する係留ライン３３のたるみが減少し、試験用浮体５の水平位置がおよそ固定される。図９の平面図では、図８に対応する試験用浮体５の位置を実線にて示し、図７に示す把駐力試験開始時の試験用浮体５の位置（すなわち、後方への移動前の試験用浮体５の位置）を二点鎖線にて示す。図８では、把駐力試験開始時の試験用浮体５、錨３２および係留ライン３３等の位置を二点鎖線にて示す。

図８に示す状態では、係留ライン３３には、所定の試験張力が付与されている。当該試験張力は、例えば、錨３２の最大荷重である。当該試験張力は、試験用浮体５上に設けられたロードセル等により測定される。そして、係留ライン３３に対する上記試験張力の付与が所定の試験時間（例えば、１５分間）継続され、錨３２の水平位置が維持され、かつ、係留ライン３３に破断等の損傷が生じていないことが確認される。そして、当該確認により、１組の錨３２および係留ライン３３（すなわち、係留システム要素３１）が所定の係留性能を有していることが認められ、ステップＳ１１２の把駐力試験が終了する。錨３２の水平位置が維持されている（すなわち、錨３２の移動が生じていない）ことの確認は、例えば、遠隔操作型の無人潜水機（ＲＯＶ：Remotely Operated Vehicle）に搭載された水中カメラを介しての目視により行われる。

ステップＳ１１２が終了すると、試験用浮体５に設けられた錨位置算出装置５６に、上述の試験張力、および、試験張力が係留ライン３３に付与されている状態における試験用浮体５の水平位置が入力される。試験用浮体５の水平位置は、例えば、試験用浮体５に設けられたＧＰＳ（Global Positioning System）により取得される。試験用浮体５の水平位置は、例えば、ＤＧＰＳ（Differential GPS）により取得されてもよい。錨位置算出装置５６へのデータの入力は、錨位置算出装置５６の操作員が手作業で行ってもよく、上述のロードセルおよびＧＰＳ等からの無線通信等によるデータ送信により実現されてもよい。

錨位置算出装置５６は、例えば、図１０に示す通常のコンピュータである。当該コンピュータは、プロセッサ８１と、メモリ８２と、入出力部８３と、バス８４とを備える。バス８４は、プロセッサ８１、メモリ８２および入出力部８３を接続する信号回路である。メモリ８２は、プログラムおよび各種情報を記憶する。プロセッサ８１は、メモリ８２に記憶されるプログラム等に従って、メモリ８２等を利用しつつ様々な処理（例えば、数値計算や画像処理）を実行する。入出力部８３は、操作者からの入力を受け付けるキーボード８５およびマウス８６、並びに、プロセッサ８１からの出力等を表示するディスプレイ８７を備える。

錨位置算出装置５６では、上述の把駐力試験が行われる試験水域の水深（すなわち、錨３２が敷設された位置における水深）、錨３２と試験用浮体５との間の係留ライン３３の長さ、および、係留ライン３３の仕様等が、メモリ８２に予め記憶されている。試験水域の水深は、例えば、超音波を利用した音響測深機等により測定される。錨３２と試験用浮体５との間の係留ライン３３の長さは、係留ライン３３の全長から、試験用浮体５上に巻き上げられている（すなわち、試験用浮体５に引き込まれている）係留ライン３３の長さを減算することにより求められる。係留ライン３３の上記仕様には、例えば、係留ライン３３の平均断面積、および、係留ライン３３の長手方向の各位置におけるヤング率が含まれる。

錨位置算出装置５６では、上述の試験用浮体５の水平位置（すなわち、把駐力試験終了時の試験用浮体５の水平位置）、試験水域の水深、試験張力、錨３２と試験用浮体５との間の係留ライン３３の長さ、および、係留ライン３３の上記仕様等に基づいて、カテナリー理論を利用した演算が行われる。これにより、ステップＳ１１３に示すように、錨３２の水平位置（すなわち、把駐力試験終了時の錨３２の水平位置）が求められる。

具体的には、錨位置算出装置５６は、以下のカテナリー計算を行うことにより錨３２の水平位置Ｘを求める。まず、試験用浮体５の舷側５５から錨３２へと延びる係留ライン３３の微小部分の水平長さである微小水平長ΔＸ_ｉを、
ΔＸ_ｉ＝（１＋（Ｔ_ｉ－１／（Ａ×Ｅ_ｉ）））×ｃｏｓφ_ｉ－１×ΔＳ_ｉ・・・（数１）
により求める。

数１中のＡは、係留ライン３３の平均断面積であり、Ｅ_ｉは係留ライン３３の上記微小部分のヤング率であり、Ｔ_ｉは当該微小部分への作用張力であり、φ_ｉは当該微小部分の下端部と水平方向との成す角度であり、ΔＳ_ｉは当該微小部分の長手方向の長さ（すなわち、当該微小部分が延びる方向の長さ）である。係留ライン３３の平均断面積Ａ、および、微小部分のヤング率Ｅ_ｉは、係留ライン３３の仕様として既知である。係留ライン３３の舷側５５における作用張力Ｔ_ｉは、上述の試験張力である。微小部分の長さΔＳ_ｉは、予め定められた値である。ｃｏｓφ_ｉは、微小水平長ΔＸ_ｉを微小部分の長さΔＳ_ｉで除算した値である。

錨位置算出装置５６では、上述の数１に示す微小水平長ΔＸ_ｉが、係留ライン３３に沿って舷側５５から錨３２まで積分されることにより、舷側５５と錨３２との間の水平距離Ｘが求められる。ステップＳ１１における係留システム３の設置方法では、複数の係留システム要素３１のそれぞれについて、ステップＳ１１１～Ｓ１１３が実施されることにより、錨３２および係留ライン３３の把駐力試験が行われ、把駐力試験終了時の錨３２の水平位置が求められる。

以上に説明したように、係留システム３は、水底に配置された錨３２と、錨３２に接続された係留ライン３３とを備え、係留用浮体２を水上に係留する。当該係留システム３の設置方法は、上述のように、錨３２に接続された係留ライン３３に対して試験用浮体５により張力を付与して錨３２を移動させ、錨３２の移動が停止された後、係留ライン３３に所定の試験張力を付与する工程（ステップＳ１１２）と、試験用浮体５の水平位置、試験水域の水深、上記試験張力、錨３２と試験用浮体５との間の係留ライン３３の長さ、および、係留ライン３３の仕様に基づいて、錨３２の水平位置をカテナリー理論を利用した演算により求める工程（ステップＳ１１３）と、を備える。

上述のように、把駐力試験終了時の錨３２の水平位置を、ＲＯＶに搭載された水中カメラによる観察により求めようとすると、錨３２が水底９２に潜り込んで視認できない等の問題がある。また、係留ライン３３に取り付けられたブイを観察しようとしても、ブイと係留ライン３３および錨３２との相対位置が潮流等により変化するため、錨３２の水平位置を精度良く求めることができないという問題がある。さらに、ＲＯＶに搭載された水中カメラにより錨３２を視認可能である場合であっても、ＲＯＶと錨３２との相対位置関係が不明であるため、錨３２の水平位置を精度良く求めることができないという問題がある。これに対し、上述の係留システム３の設置方法では、比較的高精度に測定可能または取得可能な試験張力や係留ライン３３の仕様等の上記値を用いて錨３２の水平位置が求められるため、把駐力試験終了時の錨３２の水平位置を精度良く求めることができる。

係留システム３の設置方法では、好ましくは、ステップＳ１１３における演算において、試験用浮体５の舷側５５から錨３２へと延びる係留ライン３３の微小部分の水平長さである微小水平長ΔＸ_ｉは、上述の数１により求められる。微小水平長ΔＸ_ｉを求める際には、係留ライン３３の平均断面積Ａ、当該微小部分のヤング率Ｅ_ｉ、当該微小部分への作用張力Ｔ_ｉ、当該微小部分の下端部と水平方向との成す角度φ_ｉ、および、当該微小部分の長さΔＳ_ｉが用いられる。そして、微小水平長ΔＸ_ｉを係留ライン３３に沿って舷側５５から錨３２まで積分することにより、舷側５５と錨３２との間の水平距離が求められる。これにより、係留ライン３３の仕様（例えば、係留チェーンの呼び径）が、係留ライン３３の長手方向の途中で変化する場合であっても、当該変化による影響を考慮して、錨３２の水平位置をさらに精度良く求めることができる。

係留システム３の設置方法では、ステップＳ１１３における演算は、潮流に起因して係留ライン３３に作用する張力にも基づいて行われることが好ましい。これにより、把駐力試験終了時の錨３２の水平位置をさらに精度良く求めることができる。潮流に起因する張力を考慮する場合、上述の数１では、係留ライン３３の舷側５５における作用張力Ｔ_ｉは、上記試験張力と、潮流に起因して試験用浮体５に生じる前後方向（すなわち、試験用浮体５の船首尾方向）の力との合計である。

上述の係留用浮体２の設置方法は、ステップＳ１１２～Ｓ１１３の係留システム３の設置方法において求められた錨３２の水平位置に基づいて、係留ライン３３と係留用浮体２とを接続する工程（ステップＳ１２）を備える。これにより、係留用浮体２と錨３２との相対位置関係を精度良く把握した状態で係留用浮体２を設置することができる。このため、係留用浮体２の設置後に係留ライン３３に作用する張力が、設計最大張力よりも大きくなることを抑制することができる。その結果、係留用浮体２の係留の安全性を向上することができる。

上述のように、ステップＳ１２は、錨３２の水平位置に基づいて係留ライン３３の長さを調節する工程（ステップＳ１２１）と、ステップＳ１２１よりも後で、係留ライン３３と係留用浮体２とを接続する工程（ステップＳ１２２）とを備えることが好ましい。これにより、係留用浮体２に接続される係留ライン３３の長さを精度良く調節することができるため、係留用浮体２の設置後に係留ライン３３に作用する張力が、設計最大張力よりも大きくなることをより一層抑制することができる。その結果、係留用浮体２の係留の安全性をさらに向上することができる。

上述のように、係留システム３は、好ましくは、上記一の錨３２に近接して水底９２に設置された他の錨３２と、上記一の係留ライン３３に沿って延びるとともに当該他の錨３２に接続された他の係留ライン３３とをさらに備え、当該一の錨３２に関するステップＳ１１２～Ｓ１１３と同様の方法により求められた当該他の錨３２の水平位置に基づいて、当該他の係留ライン３３と係留用浮体２とを接続する工程を備える。これにより、係留用浮体２と当該他の錨３２との相対位置関係を精度良く把握した状態で、当該他の係留ライン３３を係留用浮体２に接続することができる。その結果、上述の一の錨３２および一の係留ライン３３と、上述の他の錨３２および他の係留ライン３３との干渉（例えば、係留ライン３３同士の接触）を防止または抑制することができる。

上述のように、係留用浮体２は、水面９１に浮かぶ浮体本体２１と、浮体本体２１上に立設する風力発電用の風車２２とを備えることが好ましい。上述の係留用浮体２の設置方法では、既述の通り、係留ライン３３に作用する張力が設計最大張力よりも大きくなることを抑制することができるため、当該係留用浮体２の設置方法は、係留ライン３３に対して比較的大きな張力が作用する風力発電用の係留用浮体２の設置に特に適している。

上述の係留システム３の設置方法および係留用浮体２の設置方法では、様々な変更が可能である。

例えば、係留用浮体２では、浮体本体２１および風車２２の大きさ、形状および構造は様々に変更されてよい。例えば、浮体本体２１の平面視における形状は、略六角形または略八角形であってもよい。これにより、浮体本体２１の抗力係数が小さくなり、潮流等により浮体本体２１に生じる力が低減される。また、浮体本体２１の喫水等も適宜変更されてよい。風車２２では、ブレード２３の数は、１枚、２枚または４枚以上であってもよい。また、風車２２は、上述のような水平軸型風車（すなわち、横軸風車）には限定されず、ダリウス型風車等の垂直軸型風車（すなわち、縦軸風車）であってもよい。

係留用浮体２は、必ずしも風力発電用の風車２２を有する必要はなく、風力発電以外の目的に利用されてもよい。

上述のように、係留システム３では、係留システム要素３１の数は様々に変更されてよい。例えば、係留システム３では、略１２０°間隔にて周方向に配置される各３つの係留システム要素３１に代えて、周方向おいて近接する各２つの係留システム要素３１が、略１２０°間隔に配置されてもよい。あるいは、係留システム３は３つの係留システム要素３１を備え、当該３つの係留システム要素３１が略１２０°間隔にて周方向に配置されてもよい。

本発明の関連技術では、係留システム３の設置方法におけるステップＳ１１３では、錨３２の水平位置は、カテナリー理論を利用した演算により求められるのであれば、必ずしも、数１にて求めた微小水平長ΔＸ_ｉを積分するカテナリー計算により求められる必要はない。例えば、係留ライン３３の延びる方向に関して、水平方向の座標Ｘと、上下方向の座標Ｙとの関係を、
Ｙ＝ａ・ｃｏｓｈ（Ｘ／ａ）・・・（数２）
により表し、係数ａを、上記把駐力試験の諸条件から既知の方法にて決定することにより、把駐力試験終了時の錨３２の水平位置が求められてもよい。係数ａは、例えば、
ａ＝（Ｓｏ^２－Ｖｏ^２）／（２・Ｖｏ）・・・（数３）
により決定されてもよい。数３中のＳｏは、試験用浮体５の舷側５５から錨３２までの係留ライン３３の長さであり、Ｖｏは、試験用浮体５の舷側５５から水底９２までの上下方向の距離（すなわち、水深と乾舷との合計）である。

係留システム３の設置方法では、試験用浮体５に付与される反力は、必ずしも反力用錨５４等によるものである必要はなく、例えば、試験用浮体５に接続されたタグボート等により試験用浮体５が船尾方向に引っ張られることにより、試験用浮体５に反力が付与されてもよい。

試験用浮体５は、必ずしも作業台船である必要はなく、例えば、揚重作業船である起重機船またはクレーン付台船、あるいは、築造作業船であるスパッド台船または自己昇降式台船（ＳＥＰ）等が試験用浮体５として利用されてもよい。

係留システム３の設置方法では、係留ライン３３は、必ずしも試験用浮体５の巻き取り機構５１に直接的に接続される必要はなく、例えば、試験用浮体５に接続された他の係留ラインに、張力測定用の治具等を介して接続されてもよい。この場合、当該係留ライン３３は、他の係留ラインおよび張力測定用の治具等を介して試験用浮体５に間接的に接続される。ステップＳ１１２の把駐力試験では、試験用浮体５により当該他の係留ラインに張力が付与されることにより、係留ライン３３にも張力が付与され、錨３２が移動する。

係留用浮体２の設置方法では、係留ライン３３の長さ調節（例えば、鎖環の切除）は必ずしも行われる必要はない。例えば、ステップＳ１１３にて求められた錨３２の水平位置に基づいて、係留ライン３３の長さ調節を行う代わりに、係留用浮体２の水平位置を設置予定位置からずらし、その後、係留ライン３３が係留用浮体２に接続されてもよい。具体的には、例えば、錨３２の水平位置が想定よりも係留用浮体２の設置予定位置に近い場合、係留用浮体２を錨３２から離れる方向へと移動した後に、係留ライン３３が係留用浮体２に接続される。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

２ 係留用浮体
３ 係留システム
５ 試験用浮体
２１ 浮体本体
２２ 風車
３２ 錨
３３ 係留ライン
５５ 舷側
９１ 水面
９２ 水底
Ｓ１１～Ｓ１２，Ｓ１１１～Ｓ１１３，Ｓ１２１～Ｓ１２２ ステップ

Claims (6)

1. 水底に配置された錨と、前記錨に接続された係留ラインとを備え、係留用浮体を水上に係留する係留システムの設置方法であって、
   ａ）錨に接続された係留ラインに対して試験用浮体により張力を付与して前記錨を移動させ、前記錨の移動が停止された後、前記係留ラインに所定の試験張力を付与する工程と、
   ｂ）前記試験用浮体の水平位置、試験水域の水深、前記試験張力、前記錨と前記試験用浮体との間の前記係留ラインの長さ、および、前記係留ラインの仕様に基づいて、前記錨の水平位置をカテナリー理論を利用した演算により求める工程と、
   を備え、
   前記ｂ）工程における前記演算において、前記試験用浮体の舷側から前記錨へと延びる前記係留ラインの微小部分の水平長さである微小水平長ΔＸ _ｉ を、前記係留ラインの平均断面積Ａ、前記微小部分のヤング率Ｅ _ｉ 、前記微小部分への作用張力Ｔ _ｉ 、前記微小部分の下端部と水平方向との成す角度φ _ｉ 、および、前記微小部分の長さΔＳｉを用いて、
   ΔＸ _ｉ ＝（１＋（Ｔ _ｉ－１ ／（Ａ×Ｅ _ｉ ）））×ｃｏｓφ _ｉ－１ ×ΔＳ _ｉ
   により求め、
   前記微小水平長ΔＸ _ｉ を前記係留ラインに沿って前記舷側から前記錨まで積分することにより、前記舷側と前記錨との間の水平距離を求めることを特徴とする係留システムの設置方法。
2. 請求項１に記載の係留システムの設置方法であって、
   前記ｂ）工程における前記演算は、潮流に起因して前記係留ラインに作用する張力にも基づいて行われることを特徴とする係留システムの設置方法。
3. 係留用浮体の設置方法であって、
   ｃ）請求項１または２に記載の係留システムの設置方法において求められた前記錨の水平位置に基づいて、前記係留ラインと係留用浮体とを接続する工程を備えることを特徴とする係留用浮体の設置方法。
4. 請求項３に記載の係留用浮体の設置方法であって、
   前記ｃ）工程は、
   ｃ１）前記錨の水平位置に基づいて前記係留ラインの長さを調節する工程と、
   ｃ２）前記ｃ１）工程よりも後で、前記係留ラインと前記係留用浮体とを接続する工程と、
   を備えることを特徴とする係留用浮体の設置方法。
5. 請求項３または４に記載の係留用浮体の設置方法であって、
   前記係留システムは、
   前記錨に近接して前記水底に設置された他の錨と、
   前記係留ラインに沿って延びるとともに前記他の錨に接続された他の係留ラインと、
   をさらに備え、
   ｄ）請求項１または２に記載の係留システムの設置方法と同様の方法により求められた前記他の錨の水平位置に基づいて、前記他の係留ラインと前記係留用浮体とを接続する工程を備えることを特徴とする係留用浮体の設置方法。
6. 請求項３ないし５のいずれか１つに記載の係留用浮体の設置方法であって、
   前記係留用浮体は、
   水面に浮かぶ浮体本体と、
   前記浮体本体上に立設する風力発電用の風車と、
   を備えることを特徴とする係留用浮体の設置方法。

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