JP7495801B2 - 浮体式水上構造物の組立装置及び組立て方法 - Google Patents

Description

本発明は、洋上に設置される浮体式洋上風力発電装置等の浮体式水上構造物を水上で組み立てるための浮体式水上構造物の組立装置及び組立て方法に関する。

近年、環境への影響や自然エネルギーの有効活用の観点から、再生可能エネルギーの利用が進められており、その中でも発電賦存量が多い風力発電が注目されている。

特に、洋上は、陸上と比較して風力発電に適した風が得やすい環境にあり、風力発電設備を設置する環境に適していることから、近年では、洋上風力発電装置の開発並びに設置が進められている。

洋上風力発電装置は、大まかに水深５０ｍ以浅の海域に設置される着床式と水深５０ｍ以深の海域に設置される浮体式とに分類され、現在は着床式が主流となっている。

しかしながら、水深５０ｍ以深の海域は、陸地より遠いこともあり風量が多く、発電賦存量の確保に適しているため、今後、浮体式洋上風力発電装置の需要が高くなっていくと考えられている。

浮体式洋上風力発電装置は、水中に浮かべられた下部浮体構造体と、下部浮体構造体に立設された支持塔部の頂部にナセル及びブレードが支持された上部構造体とを備え、下部浮体構造体によって上部構造体を支持するようになっている。

下部浮体構造体には、スパー型（釣浮き型）、セミサブ型、バージ型、プラットフォーム型等が知られている。

従来、このような浮体式洋上風力発電装置を設置するには、組み立て作業を行う海域まで下部浮体構造体を台船又は曳航によって運搬した後、当該海域において下部浮体構造体にバラストを注入して上端が水面より突出した状態で下部浮体構造体を安定させた後、その状態でクレーン船等によって上部構造体を下部浮体構造体の上端部に移動させ、下部浮体構造体と上部構造体とを連結し、しかる後、組み立てた浮体式洋上発電装置を設置海域まで曳航する方法が採られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１４－２２７９６６号公報

しかしながら、上述の如き従来の技術では、防波堤等のない洋上で施工する場合、波浪や風の影響によって下部浮体構造体が揺動するため、下部浮体構造体と上部構造体とを連結する際、下部浮体構造体と上部構造体とが意図しない個所での接触等により損傷するおそれがあった。

浮体式洋上風力発電装置の組み立て作業は、波浪や風の影響を極力受け無いように主に湾内や島影等の静穏海域で行われるが、組み立て作業中の波浪や風の影響による揺動を完全に防ぐことはできず、急な風向きの変化等の海象条件の厳しい状況下で実施しなければならないため、設置作業の実施時期や期間が限定されるという問題があった。

近年では、発電単価の低減を目的とした風車の大型化に伴い、それを支持する浮体も大型化されており、このような大型化された洋上風力発電装置を組み立てる海域もより深い水深が要求されるので、波浪や風の影響を受け難い静穏海域も限定され、且つ、湾内や外洋の島影等の静穏海域でも完全に海象による影響を排除できないため、組み立て作業における作業率低下の要因となっている。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、浮体式海洋風力発電装置等の浮体式水上構造物を海象条件の厳しい海域においても安定して組み立てることができる浮体式水上構造物の組立装置及びその組立て方法の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決するための請求項１に記載の発明の特徴は、水中に浮かべた下部浮体構造体上に上部構造体が支持されてなる浮体式水上構造物の組立装置において、前記下部浮体構造体を保持する浮力体ユニットと、前記上部構造体が載置された台船とを備え、前記浮力体ユニットの一端が前記台船の上面に緩衝体を介して支持され、前記台船上より前記上部構造体を前記浮力体ユニットに保持された下部浮体構造体上に移動させるようにしたことにある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記浮力体ユニットは、一端側が前記緩衝体を介して前記台船の上面に支持され、他端側が浮力体に支持され、該他端側に前記下部浮体構造体を把持する把持手段が配置されていることにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、前記浮力体ユニットには、前記上部構造体の下面を支持する軌道と、前記上部構造体の下端側を前記浮力体ユニット上に載置された位置から前記下部浮体構造体が把持されている位置まで水平方向に押し出す水平押し出し手段とを備えていることにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項３の構成に加え、前記水平押し出し手段は、前記上部構造体の移動方向背面側に宛がわれる当接部材と、該当接部材に一端が連結された操作ワイヤと、前記操作ワイヤを巻き取るウインチとを備え、該ウインチにより前記操作ワイヤを介して前記当接部材を前記浮力体ユニットの他端側に引っ張るようにしていることにある。

請求項５に記載の発明の特徴は、水中に浮かべた下部浮体構造体上に上部構造体を載置させて組み立てる浮体式水上構造物の組立方法において、前記上部構造体が載置された台船の上面に浮力体ユニットの一端を緩衝体を介して支持させた前記浮力体ユニットの他端側に前記下部浮体構造体を保持させ、しかる後、前記台船上より前記上部構造体を前記浮力体ユニットに保持された下部浮体構造体上に移動させ、前記下部浮体構造体上に前記上部構造体を載置させることにある。

請求項６に記載の発明の特徴は、請求項５の構成に加え、前記浮力体ユニットに設置された軌道上に前記上部構造体の下面を支持させ、前記上部構造体を押し出して前記軌道上を水平移動させて前記下部浮体構造体上まで移動させることにある。

本発明に係る浮体式水上構造物の施工方法は、請求項１の構成を具備することによって、下部浮体構造体を保持する浮力体ユニットと台船とが緩衝体を介して連結されているので、波浪等による互いの揺動が他方に伝達され難くなり、海象条件の厳しい海域においても安定して組立て作業を行うことができる。

また、本発明において、請求項２の構成を具備することによって、浮力体に注排水して浮力体毎に浮力を調節することによって、把持された下部浮体構造体を好適に姿勢制御することができる。

また、本発明において、請求項３の構成を具備することによって、浮力体ユニットに載置させた上部構造体を下部浮体構造体の把持位置まで安定した状態且つ円滑に移動させることができる。

さらに、本発明において、請求項４の構成を具備することによって、簡易な構造で上部構造体を移動させることができる。

また、本発明において、請求項５の構成を具備することによって、下部浮体構造体を保持する浮力体ユニットと台船とが緩衝体を介して連結されているので、波浪等による互いの揺動が他方に伝達され難くなり、海象条件の厳しい海域においても安定して組立て作業を行うことができる。

また、本発明に係る仮係留用浮力体は、請求項６の構成を具備することによって、浮力体ユニットに載置させた上部構造体を下部浮体構造体の把持位置まで安定した状態且つ円滑に移動させることができる。

本発明に係る浮体式水上構造物の組立装置の一例を示す部分破断側面図である。 図１中の浮力体ユニットを示す拡大平面図である。 同上の縦断面図である。 本発明に係る浮体式水上構造物の組立方法における下部浮体構造体接続作業の状態を示す部分破断側面図である。 同上の浮力体ユニットに下部浮体構造体を把持させた状態を示す部分破断側面図である。 同上の上部構造体を浮力体ユニットに載置させた状態を示す部分破断段側面図である。 同上の上部構造体を下部浮体構造体の把持位置まで移動させた状態を示す部分破断段側面図である。 同上の組立が完了した浮体式水上構造物の状態を示す側面図である。

次に、本発明に係る浮体式水上構造物の組立装置の実施態様を図１～図３に示した実施例に基づいて説明する。

本実施例は、浮体式水上構造物として浮体式洋上風力発電装置を例に説明し、図中符号１は浮体式水上構造物である。

浮体式水上構造物１は、水中に起立された状態で浮かべられた下部浮体構造体２と、下部浮体構造体２上に連結された上部構造体３とを備え、所定の海域４（以下、組立作業海域４という）において組立装置１０を用いて上部構造体３と下部浮体構造体２に連結するようになっている。

上部構造体３は、支持塔部５の頂部にナセル６及びブレード７が支持され、支持塔部５の下端が下部浮体構造体２の上端に連結されるようになっている。

下部浮体構造体２は、スパー型（釣浮き型）の浮体であって、内部に空洞部を備えた上下方向に長い筒状の浮体本体８と、浮体本体８の上面に突出した上部構造体連結部９とを備え、上部構造体連結部９に上部構造体３が連結されるようになっている。

浮体本体８は、空洞部にバラスト水を注排水することによって浮力調整及び重心移動ができるとともに、空洞部の内底部に砂利、鉄鉱石、スラグ、コンクリート等のバラスト材を投入することによって水中において安定して起立するようになっている。

組立装置１０は、図１に示すように、下部浮体構造体２を保持する浮力体ユニット１１と、上部構造体３が載置された台船１２とを備え、浮力体ユニット１１の一端が台船１２の上面に緩衝体１３を介して支持され、台船１２上より上部構造体３を浮力体ユニット１１に保持された下部浮体構造体２上に移動させるようになっている。

台船１２は、起重機船等であって、上部構造体３を載置可能な台船本体１４と、台船本体１４上に設置されたクレーン１５とを備えている。

台船本体１４には、一方の端部の甲板上に浮力体ユニット１１の一端が載置可能な十分なスペースを有している。

クレーン１５は、上部構造体３を吊り上げた状態で旋回することができ、甲板上に載置された上部構造体３を吊り上げ、浮力体ユニット１１の端部まで移送できるようになっている。尚、図中符号１６は吊りワイヤである。

浮力体ユニット１１は、図２、図３に示すように、平板状の基台部２０と、基台部２０の両側部に配置された剛体構造部２１，２１とを備え、上部構造体３を載置しても全体が歪まない程度の剛性を有している。

基台部２０は、特に図示しないが、トラス構造等の剛構造体であって、上面に床版が配置され、その両側部がトラス構造等の剛構造を有する両剛体構造部２１，２１に保持されている。

また、基台部２０には、一方の端部の下面に緩衝体１３が固定され、他端側に下面に複数の浮力体２２，２２…が取り付けられており、浮力体ユニット１１は、一端側が緩衝体１３を介して台船１２上に支持され、他端側が浮力体２２，２２…の浮力によって支持される。

緩衝体１３は、ゴム等の弾性体によって基台部２０の幅方向に長いブロック状に形成され、基台部２０の端部全体が緩衝体１３を介して台船１２に支持されるようになっている。

尚、緩衝体１３の態様は、上述の実施例に限定されず、例えば、複数の弾性体からなるゴムブロックによって構成してもよく、複数のショックアブソーバを介在させるようにしてもよい。

また、基台部２０には、他端側（台船１２に支持される側とは反対側）に開口した浮体導入部２３が形成され、開口より下部浮体構造体２の上端部を浮力体ユニット１１の内側に導入できるようになっている。

この浮体導入部２３の両側部には、下部浮体構造体２を把持する把持手段２４，２４が配置され、浮体導入部２３内に導入された下部浮体構造体２の上端部を把持手段２４，２４によって把持することによって下部浮体構造体２を浮力体ユニット１１に保持できるようになっている。

把持手段２４，２４は、基端が剛体構造部２１，２１に固定された水平方向内側に向けた油圧シリンダ等からなる伸縮部２４ａと、伸縮部２４ａの先端に固定された把持部材２４ｂとを備え、伸縮部２４ａの伸縮によって把持部材２４ｂが進退するようになっている。

把持部材２４ｂは、先端側に下部浮体構造体２の上端部が嵌まり込む凹部を備え、凹部の内側にはゴム製の緩衝部材２４ｃが固定されている。

各浮力体２２，２２…は、有底中空筒状に形成され、起立した状態で浮体導入部２３の両側にそれぞれ基台部２０の長手方向に間隔をおいて配置され、上端部が基台部２０の下面に固定されている。

各浮力体２２，２２…は、それぞれポンプ（図示せず）によって内部にバラスト水が注排水できるようになっており、バラスト水の注排水により浮力体２２，２２…毎に浮力を調整することによって浮力体ユニット１１全体の姿勢を制御できるようになっている。

さらに、基台部２０上には、上部構造体３の下面を支持する軌道２５，２５が敷設され、軌道２５，２５に下面を支持させた上部構造体３の下端側を水平押し出し手段によって水平方向に押し出すことができる。

軌道２５，２５は、互いに基台部２０の幅方向に間隔をおいて平行に配置され、一端が緩衝体１３上に位置し、他端が浮体導入部２３上の把持部近傍にまで至る長さに形成され、台船１２上に支持された位置から下部浮体構造体２が把持されている位置まで上部構造体３を案内できるようになっている。

水平押し出し手段は、上部構造体３の移動方向背面側に宛がわれる当接部材２６と、当接部材２６に一端が連結された操作ワイヤ２７と、操作ワイヤ２７を巻き取るウインチ２８とを備え、ウインチ２８の巻取り動作によって操作ワイヤ２７を介して当接部材２６を他端側に引っ張るようになっている。

本実施例では、基台部２０の台船１２側端部にウインチ２８を配置し、ウインチ２８より繰り出された操作ワイヤ２７を他端側に配置した滑車２９に掛け回し、その先端を当接部材２６に接続させ、ウインチ２８で操作ワイヤ２７を巻き取ることによって当接部材２６を他端側に引っ張るようになっている。

尚、水平押し出し手段は、上述の実施例に限定されず、ウインチ２８を他端側に配置し、ウインチ２８から繰り出された操作ワイヤ２７の先端を当接部材２６に接続し、ウインチ２８で操作ワイヤ２７を巻き取ることによって当接部材２６を他端側に引っ張るようにしてもよい。また、水平押し出し手段は、当接部材２６をジャッキによって押し出すようにしてもよい。

次に、この組立装置１０を使用した浮体式水上構造物１の組立方法について図４～図７に基づいて説明する。尚、図中符号４は浮体式水上構造物１の組み立て作業を行う組立作業海域である。

この組立作業海域４は、例えば、水深が５０ｍ以深の海域であって、湾内や外洋の島影等の波浪や風の影響を受け難い静穏海域である。

浮体式水上構造物１を組み立てるには、はじめに、浮体本体８内の空洞部にバラスト水又は砂や砕石等のバラスト材の少なくともどちらかを注水又は投入し、下部浮体構造体２の下端側に重心を移動させ、下部浮体構造体２を起立させておく。尚、浮体本体８内へのバラスト水やバラスト材の投入量については、下部浮体構造体２に上部構造体３を連結することを想定し、連結後に最適な浮力が得られるように投入量を設定しておくようにしてもよい。

次に、上部構造体３を搭載した台船１２及び浮力体ユニット１１を組立作業海域４に移動させ、図４に示すように、浮力体ユニット１１の一端をクレーン１５で吊り上げた状態で浮力体ユニット１１を下部浮体構造体２に近づけ、下部浮体構造体２の上端部、即ち、上部構造体連結部９を浮体導入部２３内に導入する。尚、本実施例では、浮力体ユニット１１を下部浮体構造体２に近づける場合について説明したが、押し船等で下部浮体構造体２を浮力体ユニット１１の浮体導入部２３に押し入れるようにしてもよい。

次に、図５に示すように、各浮力体２２，２２…にバラスト水を注水し、下部浮体構造体２の上端と軌道２５，２５の高さとを位置調節するとともに、把持手段２４，２４を作動させ、下部浮体構造体２の上部構造体連結部９を把持する。

また、台船１２を浮力体ユニット１１の端部下に移動させつつ、クレーン１５で浮力体ユニット１１の端部に固定された緩衝体１３を台船１２の上面に載置させ、緩衝体１３を台船１２上に固定する。

これにより、浮力体ユニット１１に保持された下部浮体構造体２は、緩衝体１３を介して台船１２と連結された状態となる。

次に、図６に示すように、台船１２上に搭載された上部構造体３をクレーン１５で吊り上げ、上部構造体３を浮力体ユニット１１の台船１２側端部、即ち、緩衝体１３に支持された位置に移動させ、その位置で上部構造体３を降下させて軌道２５，２５上に載置する。

その際、浮力体ユニット１１の端部が緩衝体１３に支持されているので、上部構造体３を軌道２５，２５上に載置させた際の衝撃が緩和され、浮力体ユニット１１及び台船１２の揺動を抑制することができる。

そして、上部構造体３の軌道２５，２５上への載置が完了したら、上部構造体３の下部後方（移動方向の後方）に当接部材２６を設置するとともに、ウインチ２８から繰り出され、滑車２９に掛け回された操作ワイヤ２７の先端を当接部材２６に接続する。

次に、図７に示すように、クレーン１５と連動しながら、ウインチ２８を動作させて操作ワイヤ２７を巻取り、軌道２５，２５に案内された上部構造体３を押し出し、下部浮体構造体２の位置まで移動させる。

そして、上部構造体３が下部浮体構造体２の位置に到達したら、クレーン操作によって上部構造体３を支持塔部軸回りに回転させて、上部構造体３と下部浮体構造体２との連結位置（連結用ボルトの位置）を合わせ、上部構造体３と下部浮体構造体２とを連結する。

次に、上部構造体３と下部浮体構造体２との連結作業が完了したら、浮体式水上構造物１を所定の海域、例えば、仮係留が可能な水深が５０ｍ以深の海域で組立作業海域４と同程度若しくはそれよりも静穏な海域（以下、仮係留海域）に移動し、把持手段２４，２４を動作させて把持部材２４ｂを後退させて浮力体ユニット１１と下部浮力体２２，２２…との連結を解除し、浮体式水上構造物１を浮力体ユニット１１から切り離す。しかる後、図８に示すように、浮力体２２，２２…より排水して浮力を上昇させるとともに、クレーン１５で浮力体ユニット１１を吊り上げる。尚、組立作業海域４を仮係留海域として使用し、連結作業完了後の浮体式水上構造物１をそのまま仮係留しても良い。

そして、必要に応じて浮力体ユニット１１をクレーン１５によって台船１２上に回収し、組み立て作業が完了する。

尚、組み立てられた浮体式水上構造物１は、船舶によって仮係留水域から所定の設置海域まで曳航され、当該設置海域に本係留されることによって設置される。

このように構成された水上浮体構造物の組立方法は、下部浮体構造物を保持する浮体力ユニット１１と台船１２とが緩衝材１３を介して連結されているため、波浪等による互いの揺動が他方に伝達され難くなり、海象条件の厳しい海域４においても安定して組立て作業を行うことができる。

尚、上述の実施例では、浮体式水上構造物１として浮体式風力発電装置を例に挙げたが、浮体式水上構造物１はこれに限定されるものではない。

１ 浮体式水上構造物
２ 下部浮体構造体
３ 上部構造体
４ 組立作業海域
５ 支持塔部
６ ナセル
７ ブレード
８ 浮体本体
９ 上部構造体連結部
１０ 組立装置
１１ 浮力体ユニット
１２ 台船
１３ 緩衝体
１４ 台船本体
１５ クレーン
１６ 吊りワイヤ
２０ 基台部
２１ 剛体構造部
２２ 浮力体
２３ 浮体導入部
２４ 把持手段
２５ 軌道
２６ 当接部材
２７ 操作ワイヤ
２８ ウインチ
２９ 滑車

Claims (6)

1. 水中に浮かべた下部浮体構造体上に上部構造体が支持されてなる浮体式水上構造物の組立装置において、
   前記下部浮体構造体を保持する浮力体ユニットと、前記上部構造体が載置された台船とを備え、前記浮力体ユニットの一端が前記台船の上面に緩衝体を介して支持され、前記台船上より前記上部構造体を前記浮力体ユニットに保持された下部浮体構造体上に移動させるようにしたことを特徴とする浮体式水上構造物の組立装置。
2. 前記浮力体ユニットは、一端側が前記緩衝体を介して前記台船の上面に支持され、他端側が浮力体に支持され、該他端側に前記下部浮体構造体を把持する把持手段が配置されている請求項１に記載の浮体式水上構造物の組立装置。
3. 前記浮力体ユニットには、前記上部構造体の下面を支持する軌道と、前記上部構造体の下端側を前記浮力体ユニット上に載置された位置から前記下部浮体構造体が把持されている位置まで水平方向に押し出す水平押し出し手段とを備えている請求項１又は２に記載の浮体式水上構造物の組立装置。
4. 前記水平押し出し手段は、前記上部構造体の移動方向背面側に宛がわれる当接部材と、該当接部材に一端が連結された操作ワイヤと、前記操作ワイヤを巻き取るウインチとを備え、該ウインチにより前記操作ワイヤを介して前記当接部材を前記浮力体ユニットの他端側に引っ張るようにしている請求項３に記載の浮体式水上構造物の組立装置。
5. 水中に浮かべた下部浮体構造体上に上部構造体を載置させて組み立てる浮体式水上構造物の組立方法において、
   前記上部構造体が載置された台船の上面に浮力体ユニットの一端を緩衝体を介して支持させた前記浮力体ユニットの他端側に前記下部浮体構造体を保持させ、しかる後、前記台船上より前記上部構造体を前記浮力体ユニットに保持された下部浮体構造体上に移動させ、前記下部浮体構造体上に前記上部構造体を載置させることを特徴とする浮体式水上構造物の組立方法。
6. 前記浮力体ユニットに設置された軌道上に前記上部構造体の下面を支持させ、前記上部構造体を押し出して前記軌道上を水平移動させて前記下部浮体構造体上まで移動させる請求項５に記載の浮体式水上構造物の組立方法。
   

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