JP7474669B2 - How to mount a wind turbine on an offshore wind power generation facility - Google Patents
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Description
本発明は、比較的水深の深い海上に設置される洋上風力発電設備への風車搭載方法に関する。 The present invention relates to a method for mounting wind turbines on offshore wind power generation facilities that are installed in relatively deep waters.
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、陸上設置方式と水上(主として海上)設置方式とがあるが、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やその施工方法、浮体構造が多く提案されている。 Traditionally, hydroelectric, thermal and nuclear power generation have been the main power generation methods used, but in recent years, wind power generation, which uses natural wind to generate electricity, has been attracting attention from the perspective of the environment and the effective use of natural energy. Wind power generation facilities can be installed on land or on water (mainly offshore), but in Japan, which has mountainous terrain behind its coasts, there are few plains along the coast where stable winds can be expected. On the other hand, Japan is surrounded by sea on all sides, and the sea has the advantage that winds suitable for generating electricity can be easily obtained and there are fewer restrictions on installation. As a result, many proposals have been made in recent years for offshore wind power generation facilities, their construction methods and floating structures.
例えば、下記特許文献1では、浮体と、係留索と、タワーと、タワーの頂部に設備されるナセル及び複数のブレードとからなる洋上風力発電設備であって、前記浮体は、コンクリート製のプレキャスト筒状体を高さ方向に複数段積み上げ、各プレキャスト筒状体をPC鋼材により緊結し一体化を図った下側コンクリート製浮体構造部と、この下側コンクリート浮体構造部の上側に連設された上側鋼製浮体構造部とからなるスパー型の浮体構造とした洋上風力発電設備が提案されている。なお、スパー型とは、棒状の釣り浮きのように細長い円筒形状の浮体構造を言う。
For example, the following
前記スパー型洋上風力発電設備を海上に設置する場合、波の穏やかな湾内で施工を行うのが望ましいが、浮体の吃水(水面下の部分)が概ね70m以上と深いのに対して、湾内の水深は一般的にこれよりも浅いため、湾内での施工は困難であった。このため、風車の設置に当たっては、下記特許文献2に示されるように、水深の深い湾外で大型起重機船を用いて行うようにしていた。
When installing the spar-type offshore wind power generation equipment at sea, it is desirable to carry out construction in a bay with calm waves, but construction in a bay is difficult because the draft (part below the water surface) of the float is generally deep, at more than 70 m, while the water depth in a bay is generally shallower than this. For this reason, when installing the wind turbines, as shown in
しかしながら、洋上風力発電設備の施工に必要な大型起重機船は、現時点で日本には4隻しかなく、また自走できないため稼働のためにタグボートなどが3~4隻ほど必要であり、1日の使用料が1,000万円以上必要になるなどコストが非常に高かった。仮に、数十基の洋上風力発電設備を施工するためには長期間の拘束が必要になり、この大型起重機船の使用料コストが膨大化するという問題があった。 However, there are currently only four large crane ships in Japan, which are necessary for constructing offshore wind power generation facilities, and because they cannot move on their own, three to four tugboats or other boats are needed to operate them, which means daily usage fees of more than 10 million yen are required, making the costs very high. If dozens of offshore wind power generation facilities were to be constructed, the ships would need to be tied up for long periods of time, which would pose a problem as the costs of using these large crane ships would become enormous.
大型起重機船は固有周期が7秒程度であり沖合からのうねりに共振し易いという問題があり、そして浮体と大型起重機船とでは波に対する揺動特性が全く異なるため、揺れの周期が異なることで危険作業になることもあった。また、必然的に稼働率が悪くなるため大型起重機船の拘束期間が延びて費用が嵩むという問題もあった。 The problem with large crane ships is that their natural period is around 7 seconds, making them susceptible to resonating with swells from offshore. Also, because the rocking characteristics of floating structures and large crane ships in response to waves are completely different, the different rocking periods can make work dangerous. In addition, this inevitably leads to a poor operating rate, which extends the period the large crane ship is detained, resulting in increased costs.
一方、近年は風力発電機の大型化が進んでおり、10MWクラスの風車ではナセル高さが100mを超え、国内の既存の大型起重機船では揚程が足らず届かないという問題が発生していた。この問題に対処するには、大型起重機船の新規建造が必要となるが、建造費は数百億円に及ぶため、その建造費用が掛かり過ぎて施工が困難になるといった問題があった。 On the other hand, wind turbines have become larger in recent years, with 10MW class wind turbines having nacelle heights exceeding 100m, creating problems with the inability of existing large crane ships in Japan to reach them due to insufficient lifting range. To address this issue, it would be necessary to build a new large crane ship, but the construction costs would run into the hundreds of billions of yen, making construction too expensive and problematic.
そこで、本発明の第1の課題は、洋上風力発電設備の海上設置に係り、大型起重機船を使用せずに、容易かつ安全に風車を洋上風力発電設備のタワーに搭載できるようにした洋上風力発電設備への風車搭載方法を提供することにある。 The first object of the present invention is to provide a method for mounting a wind turbine on an offshore wind power generation facility, which is related to the installation of the offshore wind power generation facility at sea and enables the wind turbine to be easily and safely mounted on the tower of the offshore wind power generation facility without using a large crane ship.
また、第2の課題は、大型起重機船を使用せずに或いは大型起重機船の使用を最小限としながら、タワーを一体的に備えた所定数の洋上風力発電設備に対して、風車を搭載するための方法を提供することにある。 The second objective is to provide a method for mounting wind turbines on a given number of offshore wind power generation facilities with integrated towers without using a large crane ship or while minimizing the use of a large crane ship.
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、海上に設置する洋上風力発電設備の浮体と同じ浮体に、海上に設置する洋上風力発電設備のタワーと同じタワーを取り付け、前記タワーの頂部にクレーン設備を設けたクレーン搭載浮体を製作し、このクレーン搭載浮体によって、これから海上に設置する洋上風力発電設備のタワーに対して風車を搭載することを特徴とする洋上風力発電設備への風車搭載方法が提供される。
In order to solve the above problems, the present invention as claimed in
上記請求項1記載の発明では、海上に設置する洋上風力発電設備の浮体と同じ浮体に、海上に設置する洋上風力発電設備のタワーと同じタワーを取り付け、前記タワーの頂部にクレーン設備を設けたクレーン搭載浮体を大型起重機船の代わりに使用し、これから海上に設置する洋上風力発電設備のタワーに対して風車を搭載するものである。
In the invention described in
前記クレーン搭載浮体は、洋上風力発電設備の浮体及びタワーをそのまま用いる構造としているため、製作コストを大型起重機船に比べてかなり安価で済むようになるとともに、荷揚げの揚程も十分に確保することができ、大型の風力発電設備であっても施工が可能になる。また、前記クレーン搭載浮体は、洋上風況観測タワーとして利用可能であるとともに、メンテナンス(運用および保守点検)にも利用が可能である。 The crane-mounted float has a structure that uses the float and tower of an offshore wind power generation facility as is, which makes the manufacturing cost significantly cheaper than that of a large crane ship, and also ensures a sufficient lifting height, making it possible to construct even large wind power generation facilities. Furthermore, the crane-mounted float can be used as an offshore wind observation tower, and can also be used for maintenance (operation and maintenance inspection).
また、前記クレーン搭載浮体と、これから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体とは同じ形状・構造であり、波に対する揺動特性が同じであるため、揺れも少なくなるため、容易かつ安全に風車を洋上風力発電設備のタワーに搭載できるようになるとともに、稼働率も当然に高くなる。 In addition, the crane-mounted float and the float of the offshore wind power generation facility to be installed on the sea have the same shape and structure, and have the same rocking characteristics in response to waves, so there is less rocking, making it easier and safer to mount the wind turbines on the tower of the offshore wind power generation facility, and naturally increasing the operating rate.
請求項2に係る本発明として、海上に設置する洋上風力発電設備の浮体と同じ浮体に、海上に設置する洋上風力発電設備のタワーと同じタワーを取り付け、前記タワーの頂部にクレーン設備を設けたクレーン搭載浮体を海上に浮かばせて設置する第1手順と、
風車を積載した台船を前記クレーン搭載浮体に近接させたならば、クレーン設備のフックに前記風車を玉掛けする第2手順と、
前記クレーン搭載浮体のバラスト水を排水することにより前記風車を地切りしたならば、最上部まで風車を吊り上げる一方、台船を待避させる第3手順と、
タワーを一体的に備えた、これから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体を前記クレーン搭載浮体に接近させたならば、吊持している風車を、これから海上に設置する洋上風力発電設備のタワーの頂部に連結する第4手順と、
これから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体からクレーン搭載浮体に風車重量に相当するバラスト水を移動することにより、前記風車の重量をこれから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体側に受け替える第5手順とからなることを特徴とする洋上風力発電設備への風車搭載方法が提供される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for installing a crane-equipped float on the sea, the method comprising: a first step of attaching a tower, which is the same as the tower of an offshore wind power generation facility to be installed on the sea, to a float, which is the same as the float of an offshore wind power generation facility to be installed on the sea, and floating the crane-equipped float on the sea, the tower being provided with a crane facility at the top of the tower;
a second step of slinging the wind turbine onto a hook of a crane equipment when the barge carrying the wind turbine is brought close to the crane-mounted float;
a third step of lifting the wind turbine to the top while moving the barge aside after the wind turbine is lifted off the ground by discharging ballast water from the crane-mounted float;
a fourth step of connecting the suspended wind turbine to the top of the tower of the offshore wind power generation facility to be installed on the sea when the floating body of the offshore wind power generation facility, which is equipped with an integrated tower, is brought close to the crane-mounted floating body;
and a fifth step of transferring the weight of the wind turbine to the float of the offshore wind power generation facility to be installed on the sea by moving ballast water equivalent to the weight of the wind turbine from the float of the offshore wind power generation facility to be installed on the sea to the crane-mounted float.
上記請求項2記載の発明は、本発明の洋上風力発電設備への風車搭載方法を具体的な手順に従って規定したものである。具体的には、クレーン搭載浮体を海上に浮かばせ(第1手順)、風車を積載した台船を前記クレーン搭載浮体に近接させたならば、クレーン設備のフックに前記風車を玉掛けする(第2手順)。次に、前記クレーン搭載浮体のバラスト水を排水することにより前記風車を地切りしたならば、最上部まで風車を吊り上げる一方、台船を待避させる(第3手順)。
The invention described in
次いで、タワーを一体的に備えた、これから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体を前記クレーン搭載浮体に接近させたならば、吊持している風車を、これから海上に設置する洋上風力発電設備のタワーの頂部に連結し(第4手順)、その状態(風車重量は依然としてクレーン搭載浮体が支持)のまま、これから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体からクレーン搭載浮体に風車重量に相当するバラスト水を移動することにより、前記風車の重量をこれから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体側に受け替えるようにする(第5手順)。 Next, when the float of the offshore wind power generation facility to be installed on the sea, which has an integrated tower, is brought close to the crane-mounted float, the suspended wind turbine is connected to the top of the tower of the offshore wind power generation facility to be installed on the sea (fourth step), and while in this state (the weight of the wind turbine is still supported by the crane-mounted float), ballast water equivalent to the weight of the wind turbine is transferred from the float of the offshore wind power generation facility to be installed on the sea to the crane-mounted float, so that the weight of the wind turbine is transferred to the float of the offshore wind power generation facility to be installed on the sea (fifth step).
以上の手順に従って作業を行うことにより、大型起重機船を使用せずに、容易かつ安全に風車を洋上風力発電設備のタワーに搭載できるようになる。 By following the above steps, it becomes possible to easily and safely mount wind turbines onto the tower of an offshore wind power generation facility without using a large crane ship.
請求項3に係る本発明として、前記第4手順において、これから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体の吃水は、風車搭載後の吃水としておく請求項2記載の洋上風力発電設備への風車搭載方法が提供される。
The present invention according to
上記請求項3記載の発明は、前記第4手順において、これから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体の吃水は、風車搭載後の吃水としておくものである。第5手順において、これから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体からクレーン搭載浮体に風車重量に相当するバラスト水を移動し、風車の重量をこれから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体側に受け替えるためである。浮体の吃水は、風車搭載後の吃水としておくことにより、風車搭載前と風車搭載後とで浮体の吃水を同じにできるようになる。
The invention described in
請求項4に係る本発明として、前記風車は、ナセルとこれに取り付ける3本のブレードとから構成されており、前記第2手順においては、ナセルとこれに取り付けた2本のブレードとからなる風車とし、これに玉掛けを行い、第5手順までの要領によってこれから海上に設置する洋上風力発電設備のタワーに取り付けた後、残り1本のブレードは前記第5手順後に、前記クレーン搭載浮体を用いてナセルに取付けを行う請求項2、3いずれかに記載の洋上風力発電設備への風車搭載方法が提供される。
The present invention according to
上記請求項4記載の発明は、風車は後述のように、ナセル及び3本のブレードを一括として1回の作業でこれから海上に設置する洋上風力発電設備のタワーに取り付けることも可能であるが、台船に対する風車の積載状態を考慮して、風車をナセルとこれに取り付けた2本のブレードとからなる風車と、残りの1本のブレードとに分割し、最初に風車をナセルとこれに取り付けた2本のブレードとからなる風車を取り付けた後、次に残りの1本のブレードを取り付ける手順としたものである。
As described below, the invention described in
請求項5に係る本発明として、タワーを一体的に備えた所定数の洋上風力発電設備に対して、海上にて風車を搭載するための方法であって、
設置する所定数の洋上風力発電設備の台数に1を加えた台数分の洋上風力発電設備の浮体を製作する第1手順と、
洋上風力発電設備の浮体の内の何台かに、タワーの頂部にクレーン設備を設けてクレーン搭載浮体とし、海上に浮かばせる第2手順と、
前記何台かのクレーン搭載浮体によって、請求項2~4いずれかに記載の洋上風力発電設備への風車搭載方法の第2手順から第5手順によって、これから海上に設置する洋上風力発電設備のタワーに対して風車を搭載する第3手順と、
前記何台かのクレーン搭載浮体の内の1又は複数のクレーン搭載浮体によって、残りのクレーン搭載浮体のクレーン設備を風車に載せ替えること又はその繰り返しによって、1台のクレーン搭載浮体を残すのみとする第4手順とからなることを特徴とする洋上風力発電設備への風車搭載方法が提供される。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for mounting wind turbines on the sea for a predetermined number of offshore wind power generation facilities integrally equipped with towers, comprising the steps of:
A first step of manufacturing floating bodies for the offshore wind power generation facilities in a number equal to a predetermined number of offshore wind power generation facilities to be installed plus one;
A second step is to set up a crane on top of the tower of some of the floating structures of the offshore wind power generation facilities to turn them into crane-mounted floating structures and to float them on the sea.
a third step of mounting the wind turbine on the tower of the offshore wind power facility to be installed on the sea by the second to fifth steps of the method for mounting the wind turbine on the offshore wind power facility according to any one of
The present invention provides a method for mounting a wind turbine on an offshore wind power generation facility, characterized in that it comprises a fourth step of transferring the crane equipment of the remaining crane-mounted floats to the wind turbine using one or more of the several crane-mounted floats, or repeating this process, until only one crane-mounted float remains.
上記請求項5記載の発明は、大型起重機船を使用せずに、タワーを一体的に備えた所定数の洋上風力発電設備、例えば数十基の洋上風力発電設備に対し、風車を搭載する効率的な方法を提供するものである。前述したように、前記クレーン搭載浮体は、洋上風況観測タワーとして利用可能であるとともに、メンテナンス(運用および保守点検)にも利用が可能である。
The invention described in
請求項6に係る本発明として、タワーを一体的に備えた所定数の洋上風力発電設備に対して、海上にて風車を搭載するための方法であって、
設置する所定数の洋上風力発電設備と同じ台数分の洋上風力発電設備の浮体を製作する第1手順と、
洋上風力発電設備の浮体の内の何台かに、タワーの頂部にクレーン設備を設けてクレーン搭載浮体とし、海上に浮かばせる第2手順と、
前記何台かのクレーン搭載浮体によって、請求項2~4いずれかに記載の洋上風力発電設備への風車搭載方法の第2手順から第5手順によって、これから海上に設置する洋上風力発電設備のタワーに対して風車を搭載する第3手順と、
前記何台かのクレーン搭載浮体の内の1又は複数のクレーン搭載浮体によって、残りのクレーン搭載浮体のクレーン設備を風車に載せ替えること又はその繰り返しによって、1台のクレーン搭載浮体を残すのみとする第4手順と、
1台のクレーン搭載浮体に対して、大型起重機船を用いてクレーン設備の撤去を行った後、風車を搭載する第5手順とからなることを特徴とする洋上風力発電設備への風車搭載方法が提供される。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for mounting wind turbines on the sea for a predetermined number of offshore wind power generation facilities integrally equipped with towers, comprising the steps of:
A first step of manufacturing a number of floating bodies for the offshore wind power generation facilities equal to a predetermined number of offshore wind power generation facilities to be installed;
A second step is to set up a crane on the top of the tower of some of the floating structures of the offshore wind power generation facilities to turn them into crane-mounted floating structures and to float them on the sea.
a third step of mounting the wind turbine on the tower of the offshore wind power facility to be installed on the sea by the second to fifth steps of the method for mounting the wind turbine on the offshore wind power facility according to any one of
a fourth step of transferring the crane equipment of the remaining crane-mounted floats to the wind turbines using one or more of the crane-mounted floats among the several crane-mounted floats, or repeating the above steps, so that only one crane-mounted float is left;
There is provided a method for mounting a wind turbine on an offshore wind power generation facility, which comprises a fifth step of mounting the wind turbine after removing the crane equipment from one crane-mounted float using a large crane ship.
上記請求項6記載の発明は、大型起重機船を1回だけの使用としながら、タワーを一体的に備えた所定数の洋上風力発電設備、例えば数十基の洋上風力発電設備に対し、風車を搭載する効率的な方法を提供するものである。
The invention described in
以上詳説のとおり本発明(請求項1~4)によれば、洋上風力発電設備の海上設置に係り、大型起重機船を使用せずに、容易かつ安全に風車を洋上風力発電設備のタワーに搭載できるようになる。 As explained in detail above, according to the present invention (claims 1 to 4), it is possible to easily and safely mount wind turbines on the tower of an offshore wind power generation facility without using a large crane ship when installing the facility at sea.
また、本発明(請求項5、6)によれば、大型起重機船を使用せずに或いは大型起重機船の使用を最小限としながら、タワーを一体的に備えた所定数の洋上風力発電設備に対して、風車を搭載できるようになる。
Furthermore, according to the present invention (
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。 The following describes in detail the embodiments of the present invention with reference to the drawings.
〔スパー型浮体式洋上風力発電設備1〕
本発明の係る「洋上風力発電設備への風車搭載方法」を説明する前に、スパー型浮体式の洋上風力発電設備1の構造例について、図1~図5に基づいて詳述する。
[Spar-type floating offshore wind turbine 1]
Before describing the "method of mounting a wind turbine on an offshore wind power generation facility" according to the present invention, a structural example of a spar-type floating offshore wind
前記洋上風力発電設備1は、図1に示されるように、筒状形状の浮体4と、係留索5と、タワー6と、タワー6の頂部に設備されるナセル8及び複数のブレード9,9…からなる風車7とから構成されるものである。
As shown in FIG. 1, the offshore wind
前記浮体4は、図2に示されるように、コンクリート製のプレキャスト筒状体15、15…を高さ方向に複数段積み上げ、各プレキャスト筒状体15、15…をPC鋼材19により緊結し一体化を図った下側コンクリート製浮体構造部4Aと、この下側コンクリート浮体構造部4Aの上側に連設された上側鋼製浮体構造部4Bとからなる。
As shown in FIG. 2, the
前記浮体4の中空部内には、水、砂利、細骨材又は粗骨材、金属粒などのバラスト材が投入又は排出可能とされ、浮力(喫水)が調整可能とされる。バラスト材の投入/排出は、本出願人が先に、特開2012-201217号公報において提案した流体輸送方法を採用することによって可能である。
Ballast materials such as water, gravel, fine or coarse aggregate, and metal particles can be introduced or discharged into or from the hollow portion of the floating
前記下側コンクリート浮体構造部4Aを構成している前記プレキャスト筒状体15は、図3に示されるように、軸方向に同一断面とされる円形筒状のプレキャスト部材であり、それぞれが同一の型枠を用いて製作されるか、遠心成形により製造された中空プレキャスト部材が用いられる。
The precast
壁面内には鉄筋20の他、周方向に適宜の間隔でPC鋼棒19を挿通するためのシース21、21…が埋設されている。このシース21、21…の下端部にはPC鋼棒19同士を連結するためのカップラーを挿入可能とするためにシース拡径部21aが形成されているとともに、上部には定着用アンカープレートを嵌設するための箱抜き部22が形成されている。また、上面には吊り金具23が複数設けられている。
In addition to the reinforcing
プレキャスト筒状体15同士の緊結は、図4(A)に示されるように、下段側プレキャスト筒状体15から上方に延長されたPC鋼棒19、19…をシース21、21…に挿通させながらプレキャスト筒状体15,15を積み重ねたならば、アンカープレート24を箱抜き部22に嵌設し、ナット部材25によりPC鋼棒19に張力を導入し一体化を図る。また、グラウト注入孔27からグラウト材をシース21内に注入する(図4(B)参照)。なお、前記アンカープレート24に形成された孔24aはグラウト注入確認孔であり、該確認孔からグラウト材が吐出されたことをもってグラウト材の充填を終了する。
As shown in Figure 4(A), the precast
次に、図4(B)に示されるように、PC鋼棒19の突出部に対してカップラー26を螺合し、上段側のPC鋼棒19、19…を連結したならば、上段となるプレキャスト筒状体15のシース21、21…に前記PC鋼棒19、19…を挿通させながら積み重ね、前記要領によりPC鋼棒19の定着を図る手順を順次繰り返すことにより高さ方向に積み上げられる。この際、下段側プレキャスト筒状体15と上段側プレキャスト筒状体15との接合面には止水性確保及び合わせ面の接合のためにエポキシ樹脂系などの接着剤28やシール材が塗布される。
Next, as shown in Figure 4(B), a
前記上側鋼製浮体構造部4Bは、図2に示されるように、相対的に下段側に位置する鋼製筒状体17と、相対的に上段側に位置する鋼製筒状体18とで構成されている。下段側の鋼製筒状体17は、下側部分がプレキャスト筒状体15と同一の外径寸法とされ、プレキャスト筒状体15に対して連結されている。前記鋼製筒状体17の上側部分は漸次直径を窄めた截頭円錐台形状を成している。
As shown in FIG. 2, the upper
上段側の鋼製筒状体18は、前記下段側の鋼製筒状体17の上部外径に連続する外径寸法とされる筒状体とされ、下段側の鋼製筒状体17に対してボルト又は溶接等(図示例はボルト締結)によって連結される。
The upper steel
一方、前記タワー6は、鋼材、コンクリート又はPRC(プレストレスト鉄筋コンクリート)から構成されるものが使用されるが、好ましいのは総重量が小さくなるように鋼材によって製作されたものを用いるのが望ましい。タワー6の外径と前記上段側鋼製筒状体18の外径とはほぼ一致しており、外形状は段差等が無く上下方向に連続している。図示例では、上段側鋼製筒状体18の上部に梯子13が設けられ、タワー6と上段側鋼製筒状体18とのほぼ境界部に周方向に歩廊足場14が設けられている。
The
前記係留索5の浮体4への係留点Kは、図1に示されるように、海面下であってかつ浮体4の重心Gよりも高い位置に設定してある。従って、船舶が係留索5に接触するのを防止できるようになる。また、浮体4の倒れ過ぎを抑えるように係留点に浮体4の重心Gを中心とする抵抗モーメントを発生させるため、タワー6の傾動姿勢状態を適性に保持し得るようになる。
As shown in Figure 1, the mooring point K of the
一方、前記ナセル8は、風車7の回転を電気に変換する発電機やブレード9の角度を自動的に変えることができる制御器などが搭載された装置である。
The
〔洋上風力発電設備への風車搭載方法〕
本発明に係る洋上風力発電設備への風車搭載方法について説明を行う。
[How to mount a wind turbine on an offshore wind power generation facility]
A method for mounting a wind turbine on an offshore wind power generation facility according to the present invention will be described.
本発明に係る風車搭載方法は、図6に示されるように、海上に設置する洋上風力発電設備1の浮体4と同じ浮体4に、前記タワー6を取り付けるとともに、タワー6の頂部にクレーン設備3を設けたクレーン搭載浮体2によって、これから海上に設置する洋上風力発電設備1のタワー6に対して風車7を搭載するものである。
As shown in Figure 6, the method of mounting a wind turbine according to the present invention involves attaching the
つまり、洋上風力発電設備1の浮体4にタワー6を取り付けたものを基体とし、これにクレーン設備3を取り付けることによりクレーン搭載浮体2とし、これを大型起重機船の代替として用いるようにしたものである。前記クレーン設備3は、詳細には図7に示されるように、タワー6の頂部に接続されたポスト30と、このポスト30の頂部に水平方向に沿って配向され連結されたジブ31と、ジブ31の先端から吊り降ろされた巻上げ設備32と、ウインチと(図示せず)、前記ジブ31において、ポスト30を跨いで巻き上げ設備32の配設側とは反対側に、荷吊り時にクレーン搭載浮体2の傾きを減少ないし無くすために設けた水タンク(ウエイト)33とからなる。
In other words, the base is a
前記巻上げ設備32は、上部に位置するトップシーブ34と、上下動するフック36と、これらに巻回されたワイヤーロープ35とから構成されている。前記水タンク33は、タンクへの注水装置及びタンクからの排水装置を備え、吊り重量に応じて水タンク内の水量を調整可能となっている。
The
前記クレーン搭載浮体2によれば、洋上風力発電設備1の浮体4及びタワー6と同じものをそのまま用いる構造としているため、製作コストを大型起重機船に比べてかなり安価で済むようになる。また、洋上風力発電設備1の規模に拘わらず、荷揚げの揚程も十分に確保することができる。さらに、前記クレーン搭載浮体2と、これから海上に設置する洋上風力発電設備1の浮体4とは同じ構造であり、波に対する揺動特性が同じであるため、相対的な揺れも少なくなるため、容易かつ安全に風車を洋上風力発電設備1のタワー6に搭載できるようになる。揺動特性が同じであるため、同じ周期で揺れるため、波浪に対する制限が緩和されるようになるとともに、スパー型浮体の固有周期は20秒を超える一方、波浪周期は5秒程度であるため、両者共に波浪の影響を受けづらくなるため、稼働率も高くなり工期の短縮に資することが可能になる。
The crane-mounted
<洋上風力発電設備への風車搭載方法(その1)>
次に、本発明に係る洋上風力発電設備への風車搭載方法について、具体的手順に従いながら詳述する。
<How to mount a wind turbine on an offshore wind power generation facility (part 1)>
Next, a method for mounting a wind turbine on an offshore wind power generation facility according to the present invention will be described in detail following specific steps.
(第1手順)
先ず、図6に示されるように、海上に設置する洋上風力発電設備1の浮体4と同じ浮体4に、タワー6を取り付けるとともに、タワー6の頂部にクレーン設備3を設けたクレーン搭載浮体2を海上に浮かばせて設置する。
(First Procedure)
First, as shown in FIG. 6 , a
(第2手順)
図8に示されるように、風車7’を積載した台船37を前記クレーン搭載浮体2に近接させたならば、クレーン設備3のフック36に前記風車7’を玉掛けする。
(Second Procedure)
As shown in FIG. 8, when the
ここで、前記風車7’は、台船37に対する風車7の積載状態を考慮して、風車7をナセル8とこれに取り付けた2本のブレード9、9とからなる風車としている。つまり、本来、風車7は、ナセル8とこれに取り付ける3本のブレード9、9…とから構成されているが、台船37への積載状態を考慮して、第2手順においては、ナセル8とこれに取り付けた2本のブレード9、9とからなる風車7’とし、これを洋上風力発電設備1のタワー6に取付けた後、後工程で残りの1本のブレード9を取り付ける手順としている。
Here, taking into consideration the loading condition of the
(第3手順)
同図8に示されるように、前記クレーン搭載浮体2のバラスト水を排水することにより前記風車7’を地切りしたならば、図9に示されるように、最上部まで風車7’を吊り上げる一方、台船37は待避させるようにする。
(Third Procedure)
As shown in FIG. 8, once the wind turbine 7' has been removed from the ground by discharging the ballast water from the crane-mounted
ここで、バラスト水の排水によって風車7’の地切りを行うようにしたのは、仮にクレーンの巻上げによって風車を持ち上げようとしても、クレーン搭載浮体2が風車重量によって沈み、台船37側は風車の重量分だけ軽くなるため上昇することになるため、風車7’をクレーンの巻上げによっては持ち上げることが困難になるためである。単純に、バラスト水の排水のみによって、クレーン搭載浮体2が上昇する力を利用して地切りを行うことにより、ゆっくりと確実かつ安全に地切りを行うことが可能になる。前記バラスト水の排水に当たっては、図4に点線で示したように、排水先を台船37にすると、より早く地切りが可能になるとともに、吃水が変わらないのでより安全に作業が行えるようになる。また、前記水タンク(ウエイト)33に注水を行うことによりクレーン搭載浮体2の傾きも抑えられるようになる。
The reason why the wind turbine 7' is cut off by discharging ballast water is that if the wind turbine is to be lifted by a crane, the crane-mounted
(第4手順)
図10に示されるように、タワー6を一体的に備えた、これから海上に設置する洋上風力発電設備1の浮体4を前記クレーン搭載浮体2に接近させたならば、吊持している風車7’を、これから海上に設置する洋上風力発電設備1のタワー6の頂部に連結する。本第4手順において、これから海上に設置する洋上風力発電設備1の浮体4の吃水は、後述する第5手順において、風車荷重の受け替えのために、バラスト水を注水し風車搭載後の吃水としておくことが望ましい。
(Fourth Procedure)
10, when the
なお、この際、風車7’を洋上風力発電設備1’のタワー6の頂部に連結するが、風車荷重は洋上風力発電設備1’側には預けずに保持するようにする。
At this time, the wind turbine 7' is connected to the top of the
(第5手順)
図11に示されるように、これから海上に設置する洋上風力発電設備1の浮体4からクレーン搭載浮体2に風車重量に相当するバラスト水を移動することにより、前記風車7’の重量をこれから海上に設置する洋上風力発電設備1の浮体4側に受け替えるようにする。これから海上に設置する洋上風力発電設備1はバラスト水の減量によって上昇し、風車7’の荷重を支持するようになる一方、クレーン搭載浮体2はバラスト水の注水により下降し、風車7’の重量を洋上風力発電設備1側に預けるようになる。なお、バラスト水の移送量は、風車7’の重量分とする。
(Fifth Step)
As shown in Figure 11, ballast water equivalent to the weight of the wind turbine is transferred from the
(第6手順)
最後に、図12に示されるように、残り1本のブレード9を前記クレーン搭載浮体2を用いてナセル8に取付けを行うようにする。前記ブレード9については、軽量であるためクレーン設備3による荷吊りで作業が可能であるが、この際も、これから海上に設置する洋上風力発電設備1の浮体4からクレーン搭載浮体2にブレード9の重量に相当するバラスト水を移動することにより、前記ブレード9の重量をこれから海上に設置する洋上風力発電設備1の浮体4側に受け替えるようにすることも可能である。
(Sixth Step)
Finally, as shown in Fig. 12, the remaining
<洋上風力発電設備への風車搭載方法(その2)>
次に、前述した本発明に係る洋上風力発電設備への風車搭載方法を用いて、タワーを一体的に備えた所定数の洋上風力発電設備に対して、海上にて風車を搭載するための方法について詳述する。ここで、所定数とは、少なくとも3基以上、好ましくは6基以上、より好ましくは数十基以上の洋上風力発電設備への風車搭載を想定するものである。
<How to mount a wind turbine on an offshore wind power generation facility (part 2)>
Next, a method for mounting wind turbines on a predetermined number of offshore wind power plants integrally equipped with towers using the above-mentioned method for mounting wind turbines on offshore wind power plants according to the present invention will be described in detail. Here, the predetermined number refers to mounting wind turbines on at least three or more offshore wind power plants, preferably six or more, and more preferably several tens of offshore wind power plants.
(第1手順)
設置する所定数の洋上風力発電設備の台数に1を加えた台数分の洋上風力発電設備1の浮体4を製作する。第1手順は、製作する洋上風力発電設備1の浮体数を規定する。具体的には、設置する所定数の洋上風力発電設備1の台数よりも1台分多い数とする。例えば、100基の洋上風力発電設備1を設置するとした場合は、101基の洋上風力発発電設備1の浮体4を製作する。なお、タワー6についても同数だけ製作し、浮体4に取り付ける。
(First Procedure)
The number of
(第2手順)
洋上風力発電設備1の浮体4の内の何台かに、タワー6の頂部にクレーン設備3を設けてクレーン搭載浮体2とし、海上に浮かばせる。つまり、製作した洋上風力発電設備1の浮体4の内の何基かをクレーン搭載浮体2として用いることとする。例えば、製作した101基の洋上風力発発電設備1の内の6基について、クレーン設備3を乗せてクレーン搭載浮体2に改変する。
(Second Procedure)
Some of the
(第3手順)
前記何台かのクレーン搭載浮体2によって、前述した本発明に係る風車搭載手順の第2手順から第5手順によって、これから海上に設置する洋上風力発電設備1のタワー6に対して風車を搭載する。例えば、6基のクレーン搭載浮体2を用いて、95基の洋上風力発電設備1のタワー6に対して、風車5の搭載作業を行うようにする。95基の洋上風力発電設備1を6基のクレーン搭載浮体2で分担作業するとして、1基のクレーン搭載浮体2の担当数は95/6=15.8基となる。1基当たり1日掛かるとすると、16日で95基の洋上風力発電設備1への風車搭載が可能になる計算となる。
(Third Procedure)
Using the several crane mounted floats 2, wind turbines are mounted on the
(第4手順)
前記何台かのクレーン搭載浮体2の内の1又は複数のクレーン搭載浮体2によって、残りのクレーン搭載浮体2のクレーン設備3を風車7に載せ替えること又はその繰り返しによって、1台のクレーン搭載浮体を残すのみとする。つまり、クレーン搭載浮体2に改変した洋上風力発電設備1同士で、クレーン設備3を風車7に載せ替える作業を行う。例えば、1基のクレーン搭載浮体2によって5基の洋上風力発電設備1の風車載せ替えを順に行ったり、3基のクレーン搭載浮体2によって3基の洋上風力発電設備1の風車載せ替えを行う。後者の場合は、更にそれを繰り返すことにより、具体的には3基の内の1基を使って2基の洋上風力発電設備1の風車載せ替えを行う。この手順によって、最後に1基のクレーン搭載浮体4を残すのみとする。1基当たり1日掛かるとすると、5日ないし3日でクレーン搭載浮体2に改変した洋上風力発電設備1の風車載せ替えが可能になる計算となる。
(Fourth Procedure)
The
上記手順により100基の洋上風量発電設備1へ風車搭載が可能になる。その必要日数は、21日ないし19日で風車搭載作業を完了させることが可能になる。
仮に、従来のように、大型起重機船でこの作業を行った場合は、基数分の日数が掛かることを考えると、大幅な作業効率が可能になる。なお、残った1基のクレーン搭載浮体2については、洋上風況観測タワーとして利用可能であるとともに、メンテナンス(運用および保守点検)にも利用が可能である。また、洋上風力発電設備1の故障に備えて別途保管するようにしてもよい。
The above procedure makes it possible to mount the wind turbines on 100 offshore wind
If this work were to be carried out using a large crane ship as in the past, it would take several days for each crane, so this method will enable significant improvements in work efficiency. The remaining crane-mounted
<洋上風力発電設備への風車搭載方法(その3)>
本方法も、前述した本発明に係る洋上風力発電設備への風車搭載方法を用いて、タワーを一体的に備えた所定数の洋上風力発電設備に対して、海上にて風車を搭載するための方法について詳述するものであるが、上記洋上風力発電設備への風車搭載方法(その2)では、設置台数+1の浮体数を製作したが、本方法では設置台数と同じ浮体数を製作する点で上記洋上風力発電設備への風車搭載方法(その2)とは異なっている。
<How to mount a wind turbine on an offshore wind power generation facility (part 3)>
This method also details a method for mounting wind turbines at sea on a specified number of offshore wind power generation facilities which have integral towers, using the method for mounting wind turbines on offshore wind power generation facilities according to the present invention described above. However, while the above-mentioned Method for Mounting Wind Turbines on Offshore Wind Power Generation Facilities (Part 2) involved fabricating the number of floats equal to the number of units to be installed + 1, this method differs from the above-mentioned Method for Mounting Wind Turbines on Offshore Wind Power Generation Facilities (Part 2) in that the number of floats fabricated is the same as the number of units to be installed.
(第1手順)
設置する所定数の洋上風力発電設備1と同じ台数分の洋上風力発電設備1の浮体4を製作する。なお、タワー6についても同数だけ製作し、浮体4に取り付ける。
(First Step)
The
(第2手順~第4手順)
上記洋上風力発電設備への風車搭載方法(その2)と同様である。
(Second step to fourth step)
This is the same as the method for mounting a wind turbine on an offshore wind power generation facility (part 2) described above.
(第5手順)
残った1台のクレーン搭載浮体2に対して、大型起重機船を用いてクレーン設備3の撤去を行った後、風車7を搭載する。本方法は1台の余分な浮体4を製作する無駄を無くした方法である。10MWクラス未満の場合で大型起重機船での作業が可能な場合は、最後の1台のクレーン搭載浮体2の風車載せ替えを大型起重機船で行うようにすれば、1台の余分な浮体を製作することなく、所定数の洋上風力発電設備1に対して、海上にて風車7を搭載することが可能になる。
(Fifth Step)
A large crane ship is used to remove the
〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、浮体構造として、本出願人が既に実施した、コンクリート製のプレキャスト筒状体15、15…を高さ方向に複数段積み上げ、各プレキャスト筒状体15、15…をPC鋼材19により緊結し一体化を図った下側コンクリート製浮体構造部4Aと、この下側コンクリート浮体構造部4Aの上側に連設された上側鋼製浮体構造部4Bとからなる構造のものを示したが、全体がコンクリート製浮体構造の浮体であっても良いし、全体が鋼製浮体構造の浮体であってもよい。
[Other examples]
(1) In the above embodiment, the floating structure is a structure already implemented by the applicant, which is composed of a lower
(2)上記形態例では、最初にナセルとこれに取り付けた2本のブレードとからなる分割した風車7’を洋上風力発電設備1に搭載した後、残り1本のブレード9は前記第5手順後に、前記クレーン搭載浮体2を用いてナセル8に取付けを行うようにしたが、図13に示されるように、台船37に架台38を設け、3本のブレード9、9…を一体的に備えた状態の風車7とし、これを一括として1回の作業で洋上風力発電設備1に搭載するようにしてもよい。
(2) In the above embodiment, the divided wind turbine 7' consisting of the nacelle and the two blades attached thereto is first mounted on the offshore wind
(3)上記形態例では、風車のブレード数は、最も一般的な3枚の場合について述べたが、ブレード数が2枚の風車、ブレード数が4枚以上の風車についても、本発明は同様に適用が可能である。 (3) In the above embodiment, the wind turbine has three blades, which is the most common number. However, the present invention can also be applied to wind turbines with two blades and wind turbines with four or more blades.
(4)本発明では、海上に設置する洋上風力発電設備1の浮体4と同じ浮体4に、タワー6を取り付けるとともに、タワー6の頂部にクレーン設備3を設けてクレーン搭載浮体2とするものであるが、この場合、洋上風力発電設備1の浮体4と同じ浮体4の定義は完全に同一であることが望ましいが、完全同一だけを意味しない。基本的に同構造で同規模であれば微細な構造部分は異なっていても同一の範疇に属するものとする。
(4) In the present invention, a
(5)本発明は、基本的にスパー型浮体構造の洋上風力発電設備への風車搭載方法として好適に適用されるが、セミサブ型浮体構造などの洋上風力発電設備に対しても同様に適用が可能である。 (5) The present invention is primarily applicable as a method for mounting wind turbines on offshore wind power generation facilities with spar-type floating structures, but can also be similarly applied to offshore wind power generation facilities with semi-submersible floating structures, etc.
1…スパー型浮体式洋上風力発電設備、2…クレーン搭載浮体、3…クレーン設備、4…浮体、4A…下側コンクリート製浮体構造部、4B…上側鋼製浮体構造部、5…係留索、6…タワー、7・(7')…風車、8…ナセル、9…ブレード、15…プレキャスト筒状体、17・18…鋼製筒状体、19…PC鋼棒、37…台船 1...Spar-type floating offshore wind power generation equipment, 2...Crane-mounted float, 3...Crane equipment, 4...Float, 4A...Lower concrete floating structure, 4B...Upper steel floating structure, 5...Mooring line, 6...Tower, 7/7'...Wind turbine, 8...Nacelle, 9...Blade, 15...Precast tubular body, 17/18...Steel tubular body, 19...PC steel bar, 37...Barge
Claims (6)
風車を積載した台船を前記クレーン搭載浮体に近接させたならば、クレーン設備のフックに前記風車を玉掛けする第2手順と、
前記クレーン搭載浮体のバラスト水を排水することにより前記風車を地切りしたならば、最上部まで風車を吊り上げる一方、台船を待避させる第3手順と、
タワーを一体的に備えた、これから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体を前記クレーン搭載浮体に接近させたならば、吊持している風車を、これから海上に設置する洋上風力発電設備のタワーの頂部に連結する第4手順と、
これから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体からクレーン搭載浮体に風車重量に相当するバラスト水を移動することにより、前記風車の重量をこれから海上に設置する洋上風力発電設備の浮体側に受け替える第5手順とからなることを特徴とする洋上風力発電設備への風車搭載方法。 A first step of installing a crane-equipped float having a tower the same as that of the offshore wind power generation facility to be installed on the sea attached to a float the same as that of the offshore wind power generation facility to be installed on the sea and a crane equipment provided on the top of the tower, by floating the crane-equipped float on the sea;
a second step of slinging the wind turbine onto a hook of a crane equipment when the barge carrying the wind turbine is brought close to the crane-mounted float;
a third step of lifting the wind turbine to the top while moving the barge aside when the wind turbine is lifted off the ground by discharging ballast water from the crane-mounted float;
a fourth step of connecting the suspended wind turbine to the top of the tower of the offshore wind power generation facility to be installed on the sea when the floating body of the offshore wind power generation facility, which is equipped with an integrated tower, is brought close to the crane-mounted floating body;
a fifth step of transferring the weight of the wind turbine to the float of the offshore wind power generation facility to be installed on the sea by moving ballast water equivalent to the weight of the wind turbine from the float of the offshore wind power generation facility to be installed on the sea to the crane-mounted float.
設置する所定数の洋上風力発電設備の台数に1を加えた台数分の洋上風力発電設備の浮体を製作する第1手順と、
洋上風力発電設備の浮体の内の何台かに、タワーの頂部にクレーン設備を設けてクレーン搭載浮体とし、海上に浮かばせる第2手順と、
前記何台かのクレーン搭載浮体によって、請求項2~4いずれかに記載の洋上風力発電設備への風車搭載方法の第2手順から第5手順によって、これから海上に設置する洋上風力発電設備のタワーに対して風車を搭載する第3手順と、
前記何台かのクレーン搭載浮体の内の1又は複数のクレーン搭載浮体によって、残りのクレーン搭載浮体のクレーン設備を風車に載せ替えること又はその繰り返しによって、1台のクレーン搭載浮体を残すのみとする第4手順とからなることを特徴とする洋上風力発電設備への風車搭載方法。 A method for mounting wind turbines at sea for a predetermined number of offshore wind power generation facilities integrally equipped with towers, comprising:
A first step of manufacturing floating bodies for the offshore wind power generation facilities in a number equal to a predetermined number of offshore wind power generation facilities to be installed plus one;
A second step is to set up a crane on the top of the tower of some of the floating structures of the offshore wind power generation facilities to turn them into crane-mounted floating structures and to float them on the sea.
a third step of mounting the wind turbine on the tower of the offshore wind power facility to be installed on the sea by the second to fifth steps of the method for mounting the wind turbine on the offshore wind power facility according to any one of claims 2 to 4 using the several crane-mounted floats;
and a fourth step of using one or more of the several crane-mounted floats to transfer the crane equipment of the remaining crane-mounted floats to the wind turbine, or repeating this process, until only one crane-mounted float remains.
設置する所定数の洋上風力発電設備と同じ台数分の洋上風力発電設備の浮体を製作する第1手順と、
洋上風力発電設備の浮体の内の何台かに、タワーの頂部にクレーン設備を設けてクレーン搭載浮体とし、海上に浮かばせる第2手順と、
前記何台かのクレーン搭載浮体によって、請求項2~4いずれかに記載の洋上風力発電設備への風車搭載方法の第2手順から第5手順によって、これから海上に設置する洋上風力発電設備のタワーに対して風車を搭載する第3手順と、
前記何台かのクレーン搭載浮体の内の1又は複数のクレーン搭載浮体によって、残りのクレーン搭載浮体のクレーン設備を風車に載せ替えること又はその繰り返しによって、1台のクレーン搭載浮体を残すのみとする第4手順と、
1台のクレーン搭載浮体に対して、大型起重機船を用いてクレーン設備の撤去を行った後、風車を搭載する第5手順とからなることを特徴とする洋上風力発電設備への風車搭載方法。 A method for mounting wind turbines at sea for a predetermined number of offshore wind power generation facilities integrally equipped with towers, comprising:
A first step of manufacturing a number of floating bodies for the offshore wind power generation facilities equal to a predetermined number of offshore wind power generation facilities to be installed;
A second step is to set up a crane on the top of the tower of some of the floating structures of the offshore wind power generation facilities to turn them into crane-mounted floating structures and to float them on the sea.
a third step of mounting the wind turbine on the tower of the offshore wind power facility to be installed on the sea by the second to fifth steps of the method for mounting the wind turbine on the offshore wind power facility according to any one of claims 2 to 4 using the several crane-mounted floats;
a fourth step of transferring the crane equipment of the remaining crane-mounted floats to the wind turbines using one or more of the crane-mounted floats among the several crane-mounted floats, or repeating the above steps, so that only one crane-mounted float is left;
A method for mounting a wind turbine on an offshore wind power generation facility, comprising a fifth step of removing the crane equipment from one crane-mounted float using a large crane ship, and then mounting the wind turbine.
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