JP7266447B2 - セミサブ浮体、及びセミサブ浮体を用いた風車の洋上設置方法 - Google Patents

セミサブ浮体、及びセミサブ浮体を用いた風車の洋上設置方法 Download PDF

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Description

本開示は、セミサブ浮体、及びセミサブ浮体を用いた風車の洋上設置方法に関する。
従来、浮体上に風力発電設備(以下、風車とする)を設置した洋上風車及びその設置方法が種々開発されている。例えば特許文献1には、風車各部の構成部材を沖合の設置対象サイトに搬送するとともに、円筒状の浮体である所謂スパー浮体を該設置対象サイトに曳航した後、該設置対象サイトにおいてスパー浮体上に風車の構成部材を順次組み立てることで風車を洋上設置する方法が開示されている。
国際公開第2013/117796号
ところで、上記特許文献1に開示されたような方法で風車を洋上設置する場合、洋上での風車の組み立て作業の際に大型クレーンを備えた設置船が必要であるため高額な傭船料が必要となる。また、洋上での作業量乃至作業工数が多いほど、気象及び海象の影響を受け易く、洋上作業に長時間費やした場合はさらにコストが嵩み、好ましくない。
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも1つの実施形態は、風車の洋上設置に伴う洋上での作業量を低減することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも1つの実施形態に係るセミサブ浮体を用いた風車の洋上設置方法は、
前記風車が立設された前記セミサブ浮体を洋上の設置対象サイトに曳航するステップと、
前記設置対象サイトにおいて前記風車と当該風車を前記洋上に支持するためのスパー浮体とを結合して前記洋上に前記風車を設置するステップと、
を備えている。
円筒状の浮体であるスパー浮体は、複数のコラムを接続した所謂セミサブ浮体に比べて浮体自体の製作費は抑制できるが、洋上での安定性を確保するべく長手方向に長尺となるため、十分な水深が確保される沖合でなければ洋上で直立に配置できない。一方、セミサブ浮体は、スパー浮体に比べて水中における水平方向の面積を広く確保することで洋上での安定性を確保できるから、比較的水深の浅い領域(例えば岸壁沿い等)でも洋上で風車を支持することができるが、洋上風車を支持するための浮体として個別に設置する場合はスパー浮体に比べて費用が高額となる。
この点、上記(1)の方法によれば、予め水深の浅い領域(例えば岸壁沿い等)でセミサブ浮体上に組み立てられた立設状態の風車を洋上の設置対象サイトに曳航するから、設置対象サイトでは風車自体を組み立てる必要がない。そして、設置対象サイトでは、予め組み立てられた状態の風車とスパー浮体とを結合するだけで風車を洋上に設置することができる。よって、例えば風車各部の構成部材を沖合の設置対象サイトに搬送するとともに、スパー浮体を該設置対象サイトに曳航した後、該設置対象サイトでスパー浮体上に風車の構成部材を順次組み立てる従来の方法に比べて、風車の洋上設置に伴う洋上での作業量及び作業時間を大幅に低減することができる。さらに、個別の洋上風車を支持するための浮体としてはセミサブ浮体より安価なスパー浮体を用いることができるから、洋上風車の設置に伴う費用を大幅に抑制することができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の方法において、
前記風車と前記スパー浮体とを結合するステップでは、
前記スパー浮体を前記セミサブ浮体の下方から、前記セミサブ浮体を上下に貫通する貫通部を通るように直立状態で浮上させてもよい。
上記(2)の方法によれば、予め立設された状態でセミサブ浮体上に支持されている風車に対して、貫通部を通して下方からスパー浮体を直立状態で浮上させることにより、セミサブ浮体上に風車を立設状態で支持したまま該風車とスパー浮体との結合作業を行うことができる。よって、洋上での風車とスパー浮体との結合作業に伴う作業工数を最小限に抑制することができる。
(3)いくつかの実施形態では、上記(1)又は(2)の方法において、
前記風車と前記スパー浮体とを結合するステップでは、フランジ結合により、又は前記風車のタワーと前記スパー浮体との何れか一方を他方に挿入することにより、前記スパー浮体と前記風車とを結合してもよい。
上記(3)の方法によれば、フランジ結合、又は風車のタワーとスパー浮体との何れか一方を他方に挿入する所謂有性結合によって風車とスパー浮体とを結合することができるから、複雑な工程を経ることなく簡易な方法で上記(1)又は(2)で述べた利益を享受することができる。
(4)いくつかの実施形態では、上記(2)又は(3)の方法において、
前記セミサブ浮体を曳航するステップでは、
前記貫通部の周縁に沿って前記セミサブ浮体に設けられた支持部に前記風車のタワー下部が支持された状態で、前記セミサブ浮体および前記風車を前記設置対象サイトまで曳航し、
前記風車と前記スパー浮体とを結合するステップでは、
前記セミサブ浮体の前記貫通部を通って前記直立状態で浮上してきた前記スパー浮体と、前記支持部に支持された前記タワー下部とを結合してもよい。
上記()の方法によれば、セミサブ浮体を上下に貫通する貫通部の周縁に沿ってセミサブ浮体に設けられた支持部に支持された状態のタワー下部と、貫通部を通って直立状態で浮上してきたスパー浮体とを結合することで洋上に風車を設置することができ、これによって上記(2)又は(3)で述べた利益を享受することができる。
(5)いくつかの実施形態では、上記(2)~(4)の何れか一つの方法において、
前記風車と前記スパー浮体とを結合するステップでは、
前記スパー浮体に設けられたスラスター又は前記セミサブ浮体に設けられたウインチにより、或いは前記セミサブ浮体を曳航することにより、前記スパー浮体を前記貫通部の下方に配置してもよい。
上記(5)の方法によれば、スパー浮体に設けられたスラスター又はセミサブ浮体に設けられたウインチにより、或いはセミサブ浮体を曳航することにより、セミサブ浮体及び風車とスパー浮体とを平面視にて相対的に移動させて貫通部の下方にスパー浮体を配置することができ、これによって、上記(2)~(4)の何れか一つで述べた利益を享受することができる。
(6)いくつかの実施形態では、上記(2)~(5)の何れか一つの方法において、
前記貫通部を通るように前記スパー浮体を浮上させるステップでは、
上端部が先細りに形成された前記スパー浮体の前記上端部を前記貫通部内に浮上させてもよい。
上記(6)の方法によれば、セミサブ浮体の貫通部内に浮上させるスパー浮体の上端部を先細りに形成することにより、上端部を先細りに形成しない場合に比べて貫通部内にスパー浮体を容易に浮上させることができる。また、スパー浮体の上端部を先細りに形成することにより、貫通部内にスパー浮体を浮上させる一連の作業の延長で風車のタワーの下部に上記スパー浮体の上端部を挿入して風車とスパー浮体との結合作業を簡易化することができる。
(7)いくつかの実施形態では、上記(1)~(6)の何れか一つの方法において、
前記風車の洋上設置方法は、
前記風車と前記スパー浮体との結合後に前記風車と前記セミサブ浮体との結合を解除するステップと、
前記セミサブ浮体との結合を解除された前記風車及び前記スパー浮体を、前記浮体本体の周辺水域と連通する前記貫通部の連通路を介して前記セミサブ浮体から離脱させるステップと、
前記風車との結合を解除された前記セミサブ浮体を曳航して前記設置対象サイトから撤去するステップと、をさらに備えていてもよい。
上記(7)の方法によれば、スパー浮体との結合後にセミサブ浮体との結合を解除された風車を、貫通部の連通路を介してスパー浮体ごとセミサブ浮体から離脱させて洋上に設置することができる。そして、風車と分離されたセミサブ浮体を設置対象サイトから撤去することにより、例えば他の洋上風車を設置するためにセミサブ浮体を繰り返し再利用することができる。このような方法により、例えば複数の洋上風車を設置する際に、洋上での作業量を低減して工期の短縮化と洋上風車設置のための費用の低減とを両立することができる。
(8)いくつかの実施形態では、上記(1)~(7)の何れか一つの方法において、
前記風車の洋上設置方法は、
岸壁沿いで前記セミサブ浮体上に前記風車を立設するステップをさらに備えていてもよい。
上記(8)の方法によれば、岸壁(つまり陸上)に設置されたクレーン等を用いてセミサブ浮体上に風車を設置することができるから、例えばセミサブ浮体や設置船上に配置された大型クレーンを用いてセミサブ浮体上に風車を設置する場合と比較して、作業の安定性を確保しつつ低コストでセミサブ浮体上に風車を設置することができる。
なお、岸壁沿いに配置されるセミサブ浮体は、例えば水面に浮上した状態で係留されていてもよいし、或いは、水深が浅く、且つセミサブ浮体がその喫水線を調整可能なバラスト水量調整手段を有する場合は海底に着底した状態で岸壁沿いに配置されていてもよい。
(9)いくつかの実施形態では、上記(1)~(8)の何れか一つの方法において、
前記風車の洋上設置方法は、
前記スパー浮体を前記設置対象サイトに曳航するステップをさらに備えていてもよい。
上記(9)の方法によれば、セミサブ浮体上に立設状態に支持された風車に加えて、洋上で上記風車を支持するために設置対象サイトに曳航されたスパー浮体と風車とを上記設置対象サイトにおいて結合することで、上記(1)~(8)の何れか一つで述べた利益を享受することができる。
(10)いくつかの実施形態では、上記(1)~(9)の何れか一つの方法において、
前記風車の洋上設置方法は、
前記スパー浮体を海底に係留するステップをさらに備えていてもよい。
上記(10)の方法によれば、スパー浮体に支持された風車を洋上の設置対象サイトに安定的に係留することができる。
なお、スパー浮体を海底に係留するステップは、セミサブ浮体上に立設状態で支持された風車とスパー浮体とを結合する前後の何れであってもよいし、また、設置対象サイトにおいてスパー浮体と結合された風車がセミサブ浮体との結合を解除される前後の何れであってもよい。
(11)本発明の少なくとも1つの実施形態に係るセミサブ浮体は、
洋上に風車を設置するために用いられるセミサブ浮体であって、
水面に浮かぶ浮体本体と、
前記浮体本体に設けられ、前記風車のタワー下部と結合可能な支持部と、を備え、
前記浮体本体は、当該浮体本体を上下に貫通し、平面視にて前記浮体本体の外周縁まで延びる貫通部を有し、
前記支持部は、前記貫通部の周縁に沿って設けられている。
上記(11)の構成によれば、風車のタワー下部が、該風車を洋上に設置するために用いられるセミサブ浮体に設けられた支持部と結合される。この支持部が、セミサブ浮体の浮体本体を上下に貫通するとともに平面視にて該浮体本体の外周縁まで延びる貫通部の周縁に沿って設けられていることにより、例えば貫通部の下方から、上記風車を洋上に支持するためのスパー浮体を浮上させ、風車とスパー浮体との結合作業を容易に行うことができる。これにより、風車をセミサブ浮体に立設した状態で洋上の設置対象サイトに曳航し、設置対象サイトにおいてスパー浮体と容易に結合させることができるから、例えば上記設置対象サイトに風車の部品及び浮体を持ち寄り洋上で該浮体上に風車を順次組み立てていた従来の設置方法に比べ、風車の洋上設置に伴う洋上での作業量を大幅に低減することができる。
(12)幾つかの実施形態では、上記(11)の構成において、
前記貫通部を構成する対向する壁面間の距離が、前記風車を前記洋上に支持するためのスパー浮体の外径以上であってもよい。
上記(12)の構成によれば、風車を洋上に支持するためスパー浮体が、セミサブ浮体の貫通部を通過することができるから、該スパー浮体と風車を結合した後に、貫通部を介して風車及びスパー浮体とセミサブ浮体とを分離することができる。つまり、洋上の設置対象サイトにおいて、セミサブ浮体の支持部に風車を支持した状態で風車とスパー浮体とを結合し、その後に貫通部を介してスパー浮体ごと風車をセミサブ浮体から分離し、風車を洋上設置することができる。これにより、風車の洋上設置に伴う洋上での作業量を低減しつつ、風車の洋上設置用の浮体として高額なセミサブ浮体に代えてスパー浮体を用いることができるから、風車の洋上設置に伴うコストを抑制することができる。
(13)幾つかの実施形態では、上記(11)又は(12)の構成において、
前記浮体本体は、
各々が柱状に形成されるとともに水平方向に離隔して配置された複数のコラムと、
前記複数のコラムを接続するロワーハルと、
前記コラム内又は前記ロワーハル内にバラスト水を注入又は排出可能なポンプと、
を含んでいてもよい。
上記(13)の構成によれば、複数のコラム及びこれらのコラムを水平方向に離隔した状態で接続するロワーハルを含み、且つバラスト水量を調整可能に構成された浮体本体を備えたセミサブ浮体を用いることにより、上記(11)又は(12)で述べた利益を享受することができる。
(14)幾つかの実施形態では、上記(13)の構成において、
前記支持部は、平面視にて前記複数のコラムの各々を頂点とする仮想多角形の図心に対応する前記浮体本体上の位置に配置されていてもよい。
セミサブ浮体上に風車を立設状態で支持した場合、波による揺れに加えて、風車をセミサブ浮体上に横向きに載置した場合に比べて風による揺れの影響を受けやすい。この点、上記(14)の構成によれば、平面視における浮体本体の図心に対応する位置に風車を支持するから、多方向の揺れに対する復元力の観点でバランスがとれた構成を実現することができる。よって、洋上を曳航する際のセミサブ浮体及びその上に支持される風車の安定性を向上させることができる。
(15)幾つかの実施形態では、上記(11)~(14)の何れか一つの構成において、
前記セミサブ浮体は、
前記浮体本体上に設けられ、前記貫通部を介して係留具を繰り出し及び引き上げ可能なウインチをさらに備えていてもよい。
上記(15)の構成によれば、貫通部を介して係留具を繰り出し及び引き上げ可能なウインチを備えていることにより、例えば貫通部にスパー浮体を導く際の誘導作業を容易且つ迅速に行うことができるから、風車の洋上設置に伴う洋上での作業量を低減することができる。また、スパー浮体を海底に係留する作業も、ウインチを用いることで容易且つ迅速に行うことができる。
本開示の少なくとも1つの実施形態によれば、風車の洋上設置に伴う洋上での作業量を低減することができる。
本開示の一実施形態に係る風車の洋上設置方法を示す概略図である。 一実施形態に係る風車の洋上設置方法を概略的に示すフローチャートである。 一実施形態に係る風車の洋上設置方法を詳細に示すフローチャートである。 図1(A)を詳細に示す図であり、(A)は一実施形態における岸壁沿いでの作業を示す図であり、(B)は他の実施形態における岸壁沿いでの作業を示す図である。 図1(B)を詳細に示す図であり、(A)は立設状態の風車を搭載したセミサブ浮体を沖合に曳航する様子を示す図であり、(B)はスパー浮体を沖合に曳航する様子を示す図である。 図1(C)を詳細に示す図であり、(A)は設置対象サイトでセミサブ浮体とスパー浮体とをワイヤで繋ぐ様子を示す図であり、(B)はスパー浮体を水面付近で直立にした様子を示す図であり、(C)は直立状態にしたスパー浮体を水中に沈降させる様子を示す図である。 図1(D)を詳細に示す図であり、セミサブ浮体の貫通部を通してスパー浮体を直立状態に浮上させる様子を示す図である。 図1(E)を詳細に示す図であり、風車のタワー下部とスパー浮体とを連結するとともに、係留具を用いてスパー浮体を海底に係留した様子を示す図である。 一実施形態に係るセミサブ浮体からスパー浮体と連結済みの風車を離脱させる様子を示す図であり、(A)は離脱前、(B)は離脱後を示す。 図1(F)を詳細に示す図であり、海底に係留されたスパー浮体で支持することにより、風車(洋上風車)を洋上に設置した状態を示す図である。 図8に示す破線XI部を詳細に示す部分拡大図であり、(A)は風車のタワー下部とスパー浮体とを有性結合で連結した状態を例示的に示す図であり、(B)は風車のタワー下部とスパー浮体とをフランジ結合で連結した状態を例示的に示す図である。 一実施形態に係るセミサブ浮体の構成例を概略的に示す平面図である。 他の実施形態に係るセミサブ浮体の構成例を示す図であり、(A)はコラムが平面視にて直角二等辺三角形の各頂点に配置されたセミサブ浮体(三角形)においてコラムの一つに貫通部及び支持部を設けて風車を配置した様子を示す図であり、(B)は図13(A)におけるXIII-XIII方向矢視を示す側面図であり、(C)は他の実施形態に係るセミサブ浮体(三角形)を例示的に示す平面図である。
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
先ず、本開示の一実施形態に係る風車の洋上設置方法について説明する。
図1は本開示の一実施形態に係る風車の洋上設置方法を概略的に示す図である。図2は一実施形態に係る風車の洋上設置方法を概略的に示すフローチャートである。
図1及び図2に示すように、本発明の少なくとも1つの実施形態に係るセミサブ浮体を用いた風車の洋上設置方法は、風車10が立設されたセミサブ浮体30を洋上の設置対象サイト2に曳航するステップ(図1(A)~図1(B)、及び図2:ステップS30参照)と、設置対象サイト2において風車10と当該風車10を洋上に支持するためのスパー浮体20とを結合して洋上(より詳細には上述した設置対象サイト2)に風車10を設置するステップ(図1(C)~図1(F)、及び図2:ステップS70参照)と、を備えている。
セミサブ浮体30は、波の影響を避けるように水中に沈めて用いられる浮力体(例えば後述するロワーハル34)と、水上に露出するデッキ部とを中空の柱(例えば後述するコラム33)を介して接合した構造体であり、半潜水型又は半没水型(semi-submersible)の浮体である。このセミサブ浮体30は、通常の船舶に比べて水上での安定性が高いという利点を有しており、風車10を搭載した状態で安定的に洋上に曳航され得る。セミサブ浮体30は、内部のバラスト水量を調整して喫水線レベルを調整し得るように、バラスト水量調整装置としてのポンプ35を備えていてもよい。
スパー浮体20は、長手方向を有する略円筒状の浮体であり、長手方向の一端側(下端側)の重心を下げて水中にて垂直方向に沿って配置されて用いられる浮体である。
上記セミサブ浮体30又はスパー浮体20の曳航には曳航船7が用いられる。曳航船7としては、例えばタグボート等の工事用船舶が適用され得る。スパー浮体20は、内部のバラスト水量を調整して喫水線レベルを調整し得るように、バラスト水量調整装置としてのポンプ25を備えていてもよい。
なお、本開示において、岸壁3沿いとは、岸壁3から、当該岸壁3に近接して又は接岸して配置されたセミサブ浮体30上に、上記岸壁3上(すなわち陸上)に配置されたクレーン4を用いて風車10の構成部品を搬入したり風車10を組み立てたりできる範囲の領域である。
また、洋上とは、岸壁3から離れた沖合の領域のうち、本開示に示すスパー浮体20を直立状態に配置可能な十分な水深(例えば100m以上)を有する領域である。
また、設置対象サイト2とは、岸壁3から離れた沖合の領域のうち、本開示における風車10(乃至洋上風車1)が設置されるべき領域である。
ここで、円筒状の浮体であるスパー浮体20は、複数のコラム33を接続した所謂セミサブ浮体30に比べて浮体自体の製作費は抑制できるが、洋上での安定性を確保するべく長手方向に長尺(例えば数十メートル)となるため、十分な水深が確保される沖合でなければ洋上で直立に配置できない。一方、セミサブ浮体30は、スパー浮体20に比べて水中における水平方向の面積を広く確保することで洋上での安定性を確保できるから、比較的水深の浅い領域(例えば岸壁沿い等)でも洋上で風車10を支持することができるが、洋上風車10を支持するための浮体として個別に設置する場合はスパー浮体20に比べて費用が高額となる。
この点、上述した方法によれば、予め水深の浅い領域(例えば岸壁3沿い等)でセミサブ浮体30上に組み立てられた立設状態の風車10を洋上の設置対象サイト2に曳航するから、設置対象サイト2では風車10自体を組み立てる必要がない。そして、設置対象サイト2では、予め組み立てられた状態の風車10とスパー浮体20とを結合するだけで風車10を洋上に設置することができる。よって、例えば風車10各部の構成部材を沖合の設置対象サイト2に搬送するとともに、スパー浮体20を該設置対象サイト2に曳航した後、該設置対象サイト2でスパー浮体20上に風車10の構成部材を順次組み立てる従来の方法に比べて、風車10の洋上設置に伴う洋上での作業量及び作業時間を大幅に低減することができる。さらに、個別の洋上風車10を支持するための浮体としてはセミサブ浮体30より安価なスパー浮体20を用いることができるから、洋上風車10の設置に伴う費用を大幅に抑制することができるのである。
なお、上記方法により、沖合の設置対象サイト2では、大型クレーンを用いることなく洋上風車10を設置することができる。
続いて本発明の一実施形態に係る風車の洋上設置方法について、さらに詳細に説明する。
図3は一実施形態に係る風車の洋上設置方法を詳細に示すフローチャートである。図4は図1(A)を詳細に示す図であり、(A)は一実施形態における岸壁沿いでの作業を示す図であり、(B)は他の実施形態における岸壁沿いでの作業を示す図である。
いくつかの実施形態では、例えば図1(A)、図3、図4(A)及び図4(B)に非限定的に例示するように、上述した何れか一つの方法において、風車の洋上設置方法は、岸壁3沿いでセミサブ浮体30上に風車10を立設するステップ(ステップS20)をさらに備えていてもよい。
具体的に、ステップS20では、例えば陸上で風車10各部を製造(図3:ステップS10)した後、岸壁3に配置されたクレーン4を用いてセミサブ浮体30上に風車10の構成部品を搬入するとともに、セミサブ浮体30上に風車10を立設して固定する。その際、タワー13下部とセミサブ浮体30の支持部50(後述)とを結合する。
さらに、上記ステップS10では、風車10の各構成部を製造するほか、例えば陸上でセミサブ浮体30を製造したり、陸上でスパー浮体20を製造したりしてもよい。つまり、風車10、セミサブ浮体30及びスパー浮体20は、予め別々の場所乃至事業者においてそれぞれ製造されてもよいし、同一の場所乃至事業者において製造されてもよい。
このように岸壁3沿いでセミサブ浮体30上に風車10を立設する方法によれば、岸壁3(つまり陸上)に設置されたクレーン4等を用いてセミサブ浮体30上に風車10を設置することができるから、例えばセミサブ浮体30や設置船上に配置された大型クレーンを用いてセミサブ浮体30上に風車10を設置する場合と比較して、作業の安定性を確保しつつ低コストでセミサブ浮体30上に風車10を設置することができる。
なお、ステップS10で行うセミサブ浮体30上への風車10の組み立て作業は、例えば図1(A)及び図4(A)に非限定的に例示するように、岸壁3沿いでセミサブ浮体30を水面6に浮かべて行ってもよいし、或いは図4(B)に非限定的に例示するように、水深が浅く(例えば12m未満等)、且つセミサブ浮体30がその喫水線を調整可能なバラスト水量調整手段を有する場合はセミサブ浮体30を海底5に着底させて行ってもよい。
図5は図1(B)を詳細に示す図であり、(A)は立設状態の風車を搭載したセミサブ浮体を沖合に曳航する様子を示す図であり、(B)はスパー浮体を沖合に曳航する様子を示す図である。
いくつかの実施形態では、例えば図1(B)、図2、図3、図5(A)及び図5(B)に非限定的に例示するように、上述した何れか一つの方法において、風車の洋上設置方法は、スパー浮体20を設置対象サイト2に曳航するステップ(図3:ステップS40)をさらに備えていてもよい。
つまり、幾つかの実施形態では、セミサブ浮体30に立設状態で搭載された風車10を沖合の設置対象サイト2に曳航するステップ(ステップS30、図4(A)参照)に加えて、スパー浮体20を設置対象サイト2に曳航してもよい。
このようにスパー浮体20、セミサブ浮体30上に立設状態に支持された風車10に加えて、洋上で上記風車10を支持するために設置対象サイト2に曳航されたスパー浮体20と風車10とを上記設置対象サイト2において結合することで、本開示の何れか一つの実施形態で述べる利益を享受することができる。
図6は図1(C)を詳細に示す図であり、(A)は設置対象サイトでセミサブ浮体とスパー浮体とをワイヤで繋ぐ様子を示す図、(B)はスパー浮体を水面付近で直立にした様子を示す図、(C)は直立状態にしたスパー浮体を水中に沈降させる様子を示す図である。
幾つかの実施形態では、図6(A)~図6(C)に非限定的に例示するように、沖合の設置対象サイト2に曳航されたスパー浮体20とセミサブ浮体30とを、ワイヤで連結するステップを備えていてもよい。この場合、例えばスパー浮体20又はセミサブ浮体30の少なくとも一方に設けたウインチ60からワイヤを繰り出してもよい。
続いて図7は図1(D)を詳細に示す図であり、セミサブ浮体の貫通部を通してスパー浮体を直立状態に浮上させる様子を示す図である。図8は図1(E)を詳細に示す図であり、風車のタワー下部とスパー浮体とを連結するとともに、係留具を用いてスパー浮体を海底に係留した様子を示す図である。
幾つかの実施形態では、例えば図1(D)、図1(E)、図3、図7及び図8に非限定的に例示するように、上述した方法において、風車10とスパー浮体20とを結合するステップでは、スパー浮体20をセミサブ浮体30の下方から、該セミサブ浮体30を上下に貫通する貫通部40を通るように直立状態で浮上させてもよい(図3:ステップS60)。
具体的には、設置対象サイト2に曳航したスパー浮体20のバラスト水量を調整することで、該スパー浮体20を直立状態に配置する(図6(B)参照)。続いてさらにバラスト水量を調整することでスパー浮体20を水中に沈降させる(図3:ステップS50、図6()参照)。その際、スパー浮体20を先に直立状態としてから沈降させてもよいし、横向き又は斜めの状態で沈降させた後に直立させてもよい。
続いて、直立沈降したスパー浮体20をセミサブ浮体30の下方から風車10の真下に移動(図7参照)させた後、直立沈降したスパー浮体20のバラスト水量を調整してスパー浮体20を浮上させて頂部(上端部22)を貫通部40内に挿入するとともに、スパー浮体20の上端部22(頂部)を風車10のタワー13下部の開口部に挿入する(図1(E)及び図8参照)。
このように、予め立設された状態でセミサブ浮体30上に支持されている風車10に対して、貫通部40を通して下方からスパー浮体20を直立状態で浮上させることにより、セミサブ浮体30上に風車10を立設状態で支持したまま該風車10とスパー浮体20との結合作業を行うことができる。よって、洋上での風車10とスパー浮体20との結合作業に伴う作業工数を最小限に抑制することができる。
いくつかの実施形態では、例えば図6(B)及び図6(C)に例示するように、上述した何れか一つの方法において、風車10とスパー浮体20とを結合するステップでは、スパー浮体20に設けられたスラスター70又はセミサブ浮体30に設けられたウインチ60により、或いはセミサブ浮体30を曳航することにより、スパー浮体20を貫通部40の下方に配置してもよい。なお,スラスターは、通常、船舶等を横方向(水平方向)に移動させるための動力装置であり、接岸や離岸の際に使用される推進機器の総称である。
このようにすれば、スパー浮体20に設けられたスラスター70又はセミサブ浮体30に設けられたウインチ60により、或いはセミサブ浮体30を曳航することにより、セミサブ浮体30及び風車10とスパー浮体20とを平面視にて相対的に移動させて貫通部40の下方にスパー浮体20を配置することができる。つまり、セミサブ浮体30及び風車10とスパー浮体20とを何らかの動力を用いて水平方向に移動させ、セミサブ浮体30の貫通部40、又はセミサブ浮体30上に支持された風車のタワーと、直立状態に配置されたスパー浮体20とが平面視にて重なるように容易に且つ効率的に配置することができ、これによって、上述した何れか一つの方法で述べた利益を享受することができる。
いくつかの実施形態では、例えば図1(D)、図1(E)、図7及び図8に非限定的に例示するように、上述した何れか一つの方法において、貫通部40を通るようにスパー浮体20を浮上させるステップでは、上端部22が先細りに形成されたスパー浮体20の上端部22を貫通部40内に浮上させてもよい。
つまり、スパー浮体20は、直立状態に配置された際の上端部22に円錐状又は円錐台状のテーパ部24を有していてもよい。
このように、セミサブ浮体30の貫通部40内に浮上させるスパー浮体20の上端部22を先細りに形成することにより、上端部22を先細りに形成しない場合に比べて貫通部40内にスパー浮体20を容易に浮上させることができる。また、スパー浮体20の上端部22を先細りに形成することにより、貫通部40内にスパー浮体20を浮上させる一連の作業の延長で風車10のタワー13の下部に上記スパー浮体20の上端部22を挿入して風車とスパー浮体20との結合作業を簡易化することができる。
図9は一実施形態に係るセミサブ浮体からスパー浮体と連結済みの風車を離脱させる様子を示す図であり、(A)は離脱前、(B)は離脱後を示す。図10は図1(F)を詳細に示す図であり、海底に係留されたスパー浮体で支持することにより、風車(洋上風車)を洋上に設置した状態を示す図である。
いくつかの実施形態では、例えば図3、図9(A)、図9(B)及び図10に非限定的に例示するように、上述した何れか一つの方法において、風車の洋上設置方法は、風車10とスパー浮体20との結合後に該風車10とセミサブ浮体30との結合を解除するステップ(図3:ステップS90)と、セミサブ浮体30との結合を解除された風車10及びスパー浮体20を、浮体本体31の周辺水域と連通する貫通部40(連通路)を介してセミサブ浮体30から離脱させるステップ(図3:ステップS100、図9(A)及び図9(B)参照)と、風車10との結合を解除されたセミサブ浮体30を曳航して設置対象サイト2から撤去するステップ(図3:ステップS110、図10参照)と、をさらに備えていてもよい。
風車10とセミサブ浮体30との結合を解除するステップS90では、例えば風車10のタワー13下部のフランジ部(第2フランジ部54)とセミサブ浮体30の支持部50とを締結するボルトを取り外すことにより両者の結合を解除してもよい。なお、他の実施形態では、例えば風車10とセミサブ浮体30との結合を解除せずに、スパー浮体20とともにセミサブ浮体30を設置対象サイト2に残留させてもよい。
風車10及び該風車10と結合されたスパー浮体20をセミサブ浮体30から離脱するステップS100では、セミサブ浮体30又はスパー浮体20の少なくとも一方を曳航船7で曳航することにより両者を平面図にて相対的に反対向きに移動させることにより両者を分離してもよい。
このようにすれば、スパー浮体20との結合後にセミサブ浮体30との結合を解除された風車10を、貫通部40(連通路)を介してスパー浮体20ごとセミサブ浮体30から離脱させて洋上に設置することができる。そして、風車10と分離されたセミサブ浮体30を設置対象サイト2から撤去することにより、例えば他の洋上風車10を設置するためにセミサブ浮体30を繰り返し再利用することができる。このような方法により、例えば複数の洋上風車10を設置する際に、洋上での作業量を低減して工期の短縮化と洋上風車設置のための費用の低減とを両立することができる。
いくつかの実施形態では、例えば図1(E)、図1(F)、図8、図9(B)及び図10に非限定的に例示するように、上述した何れか一つの方法において、風車10の洋上設置方法は、スパー浮体20を海底5に係留するステップをさらに備えていてもよい。
このように係留具62でスパー浮体20を海底5に係留する方法によれば、スパー浮体20に支持された風車10を洋上の設置対象サイト2に安定的に係留することができる。
なお、スパー浮体20を海底5に係留するステップ(ステップS80)は、セミサブ浮体30上に立設状態で支持された風車10とスパー浮体20とを結合する前後の何れであってもよいし、また、設置対象サイト2においてスパー浮体20と結合された風車10がセミサブ浮体30との結合を解除される前後の何れであってもよい。
図11は図8に示す破線XI部を詳細に示す部分拡大図であり、(A)は風車のタワー下部とスパー浮体とを有性結合で連結した状態を例示的に示す図であり、(B)は風車のタワー下部とスパー浮体とをフランジ結合で連結した状態を例示的に示す図である。
いくつかの実施形態では、例えば図11(A)及び図11(B)に例示するように、上述した何れかの方法において、スパー浮体20を風車10と結合するステップでは、フランジ結合により、又は風車10のタワー13とスパー浮体20との何れか一方を他方に挿入(図1(E)、図1(F)、図8、図10参照)する所謂有性結合により、スパー浮体20と風車10とを結合してもよい。
例えば風車10(タワー13下部)とスパー浮体20とをフランジ結合する場合、タワー13下部に設けたスパー浮体20との結合用の第1フランジ部52と、スパー浮体20の上部(例えばテーパ部24)に設けたタワー13との結合用のフランジ部28とをボルト締結等の締結手段によって結合してもよい(図11(B)及び図12参照)。
また、例えばタワー13とスパー浮体20とを有性結合で結合する場合、タワー13下部の内周面とスパー浮体20上端部22近傍(例えばテーパ部24)との間にグラウト80を充填して風車10とスパー浮体20とを接着してもよい(例えば図11(A)参照)。
さらに、タワー13下部の内周面のうち、下端から所定距離の高さに、スパー浮体20の上端部22(或いは上端面)を係止するストッパ82が設けられていてもよい(図11(A)及び図11(B)参照)。
なお、タワー13下部には、セミサブ浮体30の支持部50との接続用に第2フランジ部54が設けられていてもよい。タワー13下部に2つのフランジ部52,54(スパー浮体20との接続用の第1フランジ部52と、セミサブ浮体30との接続用の第2フランジ部54)が配置される場合、第2フランジ部54が第1フランジ部52よりも高い位置(図11(B)において上)に配置される。また、第2フランジ部の径は第1フランジ部52の径よりも大きく、且つ、セミサブ浮体30の貫通部40の幅(壁面43,43間の距離)よりも大きくなっており、支持部50に係止され得る大きさに形成される。一方、第1フランジ部52は、上記貫通部40の幅よりも小さく形成される。
このように、フランジ結合、又は風車10のタワー13とスパー浮体20との何れか一方を他方に挿入する所謂有性結合によって、スパー浮体20と風車10とを結合することができるから、複雑な工程を経ることなく簡易な方法で上述した何れか一つの実施形態で述べた利益を享受することができる。
図12は一実施形態に係るセミサブ浮体の構成例を概略的に示す平面図である。
いくつかの実施形態では、例えば図12に非限定的に例示するように、上述した何れか一つの方法において、セミサブ浮体30を曳航するステップでは、貫通部40の周縁に沿ってセミサブ浮体30に設けられた支持部50に風車10のタワー13下部が支持された状態で、セミサブ浮体30および風車10を設置対象サイト2まで曳航し、スパー浮体20を風車10と結合するステップでは、セミサブ浮体30の貫通部40を通って直立状態で浮上してきたスパー浮体20と、支持部50に支持されたタワー13下部とを結合してもよい。
このようにすれば、セミサブ浮体30を上下に貫通する貫通部40の周縁に沿ってセミサブ浮体30に設けられた支持部50に支持された状態のタワー13下部と、貫通部40を通って直立状態で浮上してきたスパー浮体20とを結合することで洋上に風車10を設置することができる。またこうすることで、上述した何れか一つの方法で述べた利益を享受することができる。
続いて本発明の少なくとも一実施形態に係るセミサブ浮体について説明する。
図13は他の実施形態に係るセミサブ浮体の構成例を示す図であり、(A)はコラムが平面視にて直角二等辺三角形の各頂点に配置されたセミサブ浮体(三角形)においてコラムの一つに貫通部及び支持部を設けて風車を配置した様子を示す図であり、(B)は図13(A)におけるXIII-XIII方向矢視を示す側面図であり、(C)は他の実施形態に係るセミサブ浮体(三角形)を例示的に示す平面図である。
図11~図13に非限定的に例示するように、本発明の少なくとも1つの実施形態に係るセミサブ浮体30は、洋上に風車10を設置するために用いられるセミサブ浮体30であって、水面6に浮かぶ浮体本体31と、該浮体本体31に設けられ、風車10のタワー13下部と結合可能な支持部50と、を備えている。
そして、浮体本体31は、当該浮体本体31を上下に貫通し、平面視にて浮体本体31の外周縁32まで延びる貫通部40を有している。
支持部50は、貫通部40の周縁に沿って設けられている。
上記支持部50は、貫通部40の一番奥(つまり、セミサブ浮体30の外周縁32から内側に最も離れた位置)に設けられていてもよい。
また、支持部50は、後述するウインチ60のワイヤが通過可能な隙間Gを有していてもよい(図11(A)及び図11(B)参照)。
このような構成によれば、風車10のタワー13下部が、該風車10を洋上に設置するために用いられるセミサブ浮体30に設けられた支持部50と結合される。この支持部50が、セミサブ浮体30の浮体本体31を上下に貫通するとともに平面視にて該浮体本体31の外周縁32まで延びる貫通部40の周縁に沿って設けられていることにより、例えば貫通部40の下方から、上記風車10を洋上に支持するためのスパー浮体20を浮上させ、風車10とスパー浮体20との結合作業を容易に行うことができる。これにより、風車10をセミサブ浮体30に立設した状態で洋上の設置対象サイト2に曳航し、設置対象サイト2においてスパー浮体20と容易に結合させることができるから、例えば上記設置対象サイト2に風車の部品及び浮体を持ち寄り洋上で該浮体上に風車10を順次組み立てていた従来の設置方法に比べ、風車10の洋上設置に伴う洋上での作業量を大幅に低減することができる。
幾つかの実施形態では、例えば図12に例示するように、上述した構成において、貫通部40を構成する対向する壁面43間の距離D1が、風車10を洋上に支持するためのスパー浮体20の外径D2以上であってもよい。
また、上記壁面43間の距離D1は、風車10のタワー13下部の外径D3以上であってもよい。
このようにすれば、風車10を洋上に支持するためスパー浮体20が、セミサブ浮体30の貫通部40を通過することができるから、該スパー浮体20と風車10を結合した後に、貫通部40を介して風車10及びスパー浮体20とセミサブ浮体30とを分離することができる。つまり、洋上の設置対象サイト2において、セミサブ浮体30の支持部50に風車10を支持した状態で風車10とスパー浮体20とを結合し、その後に貫通部40を介してスパー浮体20ごと風車10をセミサブ浮体30から分離し、風車10を洋上設置することができる。これにより、風車10の洋上設置に伴う洋上での作業量を低減しつつ、風車10の洋上設置用の浮体として高額なセミサブ浮体30に代えてスパー浮体20を用いることができるから、風車10の洋上設置に伴うコストを抑制することができる。
幾つかの実施形態では、例えば図12に例示するように、上述した幾つかの構成において、浮体本体31は、各々が柱状に形成されるとともに水平方向に離隔して配置された複数のコラム33と、複数のコラムを接続するロワーハル34と、コラム33内又はロワーハル34内にバラスト水を注入又は排出可能なポンプ35と、を含んでいてもよい。
つまり、浮体本体31は、コラム33又はロワーハル34内のバラスト水量を調整することで、喫水線の高さを調整可能に構成され得る。
上記コラム33及びロワーハル34の内部は、複数の小部屋に仕切られており、任意の小部屋を選択的に注水又は排水できるようになっている。
このように、複数のコラム33及びこれらのコラム33を水平方向に離隔した状態で接続するロワーハル34を含み、且つバラスト水量を調整可能に構成された浮体本体31を備えたセミサブ浮体30を用いることにより、本開示の何れか一つの実施形態で述べた利益を享受することができる。
幾つかの実施形態では、例えば図12及び図13(A)~図13(C)に非限定的に例示するように、上述した何れか一つの構成において、支持部50は、平面視にて複数のコラム33の各々を頂点とする仮想多角形の図心C(又は重心)に対応する浮体本体31上の位置に配置されていてもよい。
ここで、セミサブ浮体30上に風車10を立設状態で支持した場合、波による揺れに加えて、風車10をセミサブ浮体30上に横向きに載置した場合に比べて風による揺れの影響を受けやすい。この点、上記のように平面図における図心Cに支持部50を配置した構成によれば、平面視における浮体本体31の図心Cに対応する位置に風車10を支持するから、多方向の揺れに対する復元力の観点でバランスがとれた構成を実現することができる。よって、洋上を曳航する際のセミサブ浮体30及びその上に支持される風車10の安定性を向上させることができる。
幾つかの実施形態では、例えば図9~図12に例示するように、上述した何れか一つの構成において、セミサブ浮体30は、浮体本体31上に設けられ、貫通部40を介して係留具62を繰り出し及び引き上げ可能なウインチ60をさらに備えていてもよい。
ウインチ60は、スパー浮体20の離脱方向と直交する方向において、貫通部40を挟んで両側に配置されていてもよい。
このようにウインチ60を備えた構成によれば、貫通部40を介して係留具62を繰り出し及び引き上げ可能なウインチ60を備えていることにより、例えば貫通部40にスパー浮体20を導く際の誘導作業を容易且つ迅速に行うことができるから、風車10の洋上設置に伴う洋上での作業量を低減することができる。また、スパー浮体20を海底に係留する作業も、ウインチ60を用いることで容易且つ迅速に行うことができる。
幾つかの実施形態では、例えば図12に例示するように、複数のコラム33は、平面視における仮想四角形の頂点に夫々配置された4本のコラム33を含んでいてもよい。
この場合、支持部50は、平面視にて上記4本のコラム33を頂点とする仮想四角形の対角線の交点上に配置されていてもよい。
このような構成によれば、安定性とコストの両面でバランスがとれたセミサブ浮体30を提供できる。
幾つかの実施形態では、例えば図13(A)~図13(C)に例示するように、複数のコラム33は、平面視における仮想三角形の頂点に夫々配置された3本のコラム33を含み、支持部50は、仮想三角形のうち何れか一つの頂点に対応する位置に配置されたコラム33上に配置されていてもよい。例えば図13(A)に示すように、平面視にて直角二等辺三角形状に3つのコラム33が配置されている場合、真ん中のコラム33、すなわち内角が直角であるコラム33上に支持部50が配置されていてもよい。
なお、本開示では、コラム33が3本又は4本の場合を例示したが、複数のコラム33の数はこれに限定されず、例えば風車10を洋上に支持する浮力が得られ、且つバランスを取ることができれば2本であってもよいし5本以上であってもよい。
本開示の少なくとも1つの実施形態によれば、風車10の洋上設置に伴う洋上での作業量を低減することができる。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
1 洋上風力発電設備(洋上風車)
2 設置対象サイト
3 岸壁
4 クレーン
5 海底
6 水面
7 曳航船
10 風車
11 ブレード
12 ナセル
13 タワー
13A タワー下部
20 スパー浮体
22 上端部(頂部)
24 テーパ部
25 ポンプ(バラスト水量調整装置)
26 下端部
28 フランジ部
30 セミサブ浮体
31 浮体本体
32 外周縁
33 コラム
34 ロワーハル
35 ポンプ(バラスト水量調整装置)
40 貫通部
41 連通路
43 壁面
50 支持部
52 第1フランジ部
54 第2フランジ部
60 ウインチ
62 係留具
70 スラスター
80 グラウト
82 ストッパ
C 図心
G 隙間
W バラスト水

Claims (14)

  1. セミサブ浮体を用いた風車の洋上設置方法であって、
    前記セミサブ浮体は、
    水面に浮かぶ浮体本体と、
    前記浮体本体に設けられ、前記風車のタワー下部と結合可能な支持部と、を備え、
    前記浮体本体は、
    前記支持部が配置されるロワーハルと、
    前記ロワーハルにより水平方向に離間して互いに接続された複数のコラムであって、各々が柱状に形成されるとともに前記ロワーハルの上面よりも上方に突出して設けられた複数のコラムと、を含み、
    前記支持部と前記タワー下部との結合位置は、高さ方向において前記コラムの上端と前記ロワーハルの前記上面との間に配置され、
    前記風車が立設された前記セミサブ浮体を洋上の設置対象サイトに曳航するステップと、
    前記設置対象サイトにおいて前記風車と当該風車を前記洋上に支持するためのスパー浮体とを結合して前記洋上に前記風車を設置するステップと、
    を備え、
    前記風車と前記スパー浮体とを結合するステップでは、
    前記スパー浮体を前記セミサブ浮体の下方から、前記セミサブ浮体を上下に貫通する貫通部を通るように直立状態で浮上させる
    風車の洋上設置方法。
  2. 前記風車と前記スパー浮体とを結合するステップでは、フランジ結合により、又は前記風車のタワーと前記スパー浮体との何れか一方を他方に挿入することにより、前記スパー浮体と前記風車とを結合する
    請求項1に記載の風車の洋上設置方法。
  3. 前記セミサブ浮体を曳航するステップでは、
    前記貫通部の周縁に沿って前記浮体本体に設けられた前記支持部に前記風車のタワー下部が支持された状態で、前記セミサブ浮体および前記風車を前記設置対象サイトまで曳航し、
    前記風車と前記スパー浮体とを結合するステップでは、
    前記セミサブ浮体の前記貫通部を通って前記直立状態で浮上してきた前記スパー浮体と、前記支持部に支持された前記タワー下部とを結合する
    請求項1又は2に記載の風車の洋上設置方法。
  4. 前記風車と前記スパー浮体とを結合するステップでは、
    前記スパー浮体に設けられたスラスター又は前記セミサブ浮体に設けられたウインチにより、或いは前記セミサブ浮体を曳航することにより、前記スパー浮体を前記貫通部の下方に配置する
    請求項1~3の何れか一項に記載の風車の洋上設置方法。
  5. 前記貫通部を通るように前記スパー浮体を浮上させるステップでは、
    上端部が先細りに形成された前記スパー浮体の前記上端部を前記貫通部内に浮上させる
    請求項1~4の何れか一項に記載の風車の洋上設置方法。
  6. 前記風車と前記スパー浮体との結合後に前記風車と前記セミサブ浮体との結合を解除するステップと、
    前記セミサブ浮体との結合を解除された前記風車及び前記スパー浮体を、前記浮体本体の周辺水域と連通する前記貫通部の連通路を介して前記セミサブ浮体から離脱させるステップと、
    前記風車との結合を解除された前記セミサブ浮体を曳航して前記設置対象サイトから撤去するステップと、をさらに備えた
    請求項1~5の何れか一項に記載の風車の洋上設置方法。
  7. 岸壁沿いで前記セミサブ浮体上に前記風車を立設するステップをさらに備えた
    請求項1~6の何れか一項に記載の風車の洋上設置方法。
  8. 前記スパー浮体を前記設置対象サイトに曳航するステップをさらに備えた
    請求項1~7の何れか一項に記載の風車の洋上設置方法。
  9. 前記スパー浮体を海底に係留するステップをさらに備えた
    請求項1~8の何れか一項に記載の風車の洋上設置方法。
  10. 洋上に風車を設置するために用いられるセミサブ浮体であって、
    水面に浮かぶ浮体本体と、
    前記浮体本体に設けられ、前記風車のタワー下部と結合可能な支持部と、を備え、
    前記浮体本体は、当該浮体本体を上下に貫通し、平面視にて前記浮体本体の外周縁まで延びる貫通部を有し、
    前記支持部は、前記貫通部の周縁に沿って設けられ、
    前記浮体本体は、
    前記支持部が配置されるロワーハルと、
    前記ロワーハルにより水平方向に離間して互いに接続された複数のコラムであって、各々が柱状に形成されるとともに前記ロワーハルの上面よりも上方に突出して設けられた複数のコラムと、を含み、
    前記支持部と前記タワー下部との結合位置は、高さ方向において前記コラムの上端と前記ロワーハルの前記上面との間に配置されている
    セミサブ浮体。
  11. 前記貫通部を構成する対向する壁面間の距離が、前記風車を前記洋上に支持するためのスパー浮体の外径以上である
    請求項10に記載のセミサブ浮体。
  12. 前記浮体本体は、前記コラム内又は前記ロワーハル内にバラスト水を注入又は排出可能なポンプを含む
    請求項10又は11に記載のセミサブ浮体。
  13. 前記支持部は、平面視にて前記複数のコラムの各々を頂点とする仮想多角形の図心に対応する前記浮体本体上の位置に配置されている
    請求項12に記載のセミサブ浮体。
  14. 前記浮体本体上に設けられ、前記貫通部を介して係留具を繰り出し及び引き上げ可能なウインチをさらに備えた
    請求項10~13の何れか一項に記載のセミサブ浮体。
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