JP7659751B1 - 洋上風力発電機浮体の着脱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】建設およびメンテナンス作業の高効率化とコスト低減を実現する浮体式洋上風力発電機を提供する。
【解決手段】海底面の複数のアンカーと風力発電機を搭載する浮体とを浮き玉を介して係留索によって繋ぐことにより、浮体を海面上の一定の位置に保持する構成とし、係留索から浮体を着脱可能とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、海岸線から比較的近い距離で、３０ｍから１５０ｍ程度の水深の海上に係留・設置し、電力を発電するために適した洋上風力発電機の浮体に関するものである。

国際社会に対して日本が宣言している、２０５０年カーボンニュートラル実現のため、再生可能エネルギー利用の促進が必要であり、洋上風力発電機による発電量の増加は目的達成のための一つの有力な手段と位置付けられている。 洋上は地上に対し風を遮る障害物が少なく、風向き、風速が地上と比べて安定していることから、洋上風力発電設備の開発および増加は将来の安定電力確保とともに、脱炭素社会に実現のために喫緊の課題となっている。

四方を海に囲まれた日本では、洋上風力発電機を設置可能な沿岸が多いと考えられる反面、海岸線からの距離と比較して水深が深い海域が多い。そのため、洋上風力発電機による電源開発の主体は、今までに普及している着床式（海底にタワーの基部を固定し、海面上に突き出たタワーの頂部に風力発電機を設置する方式）から、浮体式（タワーを含む風力発電機全体を浮体に搭載して海上に浮かべ、海底に投錨したアンカーに取付けた複数のロープまたはチェーン等の係留索によって風力発電機を係留・保持する方式）に移行しつつある。

現在実用化されている浮体式洋上風力発電設備には、非特許文献１で述べられている通り、スパー型、ＴＬＰ型、セミサブ型、バージ型があり、それぞれ長所、短所があること言われている。それらの型式は、バージ型を除いて浮体に対する係留索の取付け位置が一般に水中のものが多いことから設置に手間が掛かる点が、建設コスト低減を阻害する要因の一つになっていると考えられる。

同時に今まで提案された浮体式洋上風力発電機の係留手段は、風力発電機を載せた浮体と海底面に設置する複数のアンカーとを直接係留索で繋ぐ構成であるため、一度浮体とアンカーが繋がり建設が完了すると、余程の理由がない限り風力発電機の運用終了まで、浮体と係留索を切り離すことがなかった。
従って風力発電機メンテナンス時には、点検・補修等作業を全て発電機が設置されている洋上で行う必要があった。例えば近年の風力発電機大出力化によりブレード長が１００ｍ近くに達するものも実用化されつつあるが、建設時の風力発電機へのブレード取付け作業、および定期的に必要となるブレード交換作業には専用大型作業船（SEP船）を準備する必要があり、この点も運用コスト増加の要因の一つと考えられる。

今後洋上風力発電増加のためには、建設およびメンテナンスのコスト低減は解決すべき必須課題である。特に浮体式洋上風力発電機は、建設コストの６割～７割が浮体の製造と、その浮体を沖合の定位置に設定し風力発電機を洋上で組み立てる費用と言われている。それらのコスト低減のためには、浮体とタワー、および風力発電機本体を、大型クレーンやドック等の生産設備を有する最寄りの港湾で組み立てて出来るだけ完成させ、完成した設備を設置海域に曳航する工法が有効である。
同時に設置場所の洋上にて予め浮体の係留設備を準備しておき、完成し一体となった浮体と風力発電機を沖合に曳航し係留設備に繋ぐことが出来れば、コスト低減と同時に工期短縮も実現可能と考えられる。

また現在は風力発電機運用中のメンテナンス作業は、設置場所である洋上で行うのが一般的である。しかしながらその作業は波浪によって揺動する沖合での高所作業であり、前記の専用大型作業船（SEP船）の準備、或いは特殊技能を有する検査員、作業員の動員が必要となることから、この点も運用コスト低減を阻む一つになっていると考えられる。

特許７４３２９７５「浮体式プラットフォーム、アンカー容器体、浮体、浮体式プラットフォームを水上に設置するための設置方法」 特開２０２２－１８９０７３「浮体式洋上風力発電装置の組立て装置及び組立て方法」

「風力発電に関する現状と展望について」令和２年１１月 資源エネルギー庁 「トコトンやさしい風力発電の本」Ｂ＆Ｔブックス 日刊工業新聞社

本発明が解決しようとする１つ目の課題は、水深３０ｍ～１５０ｍの海域に設置する浮体式洋上風力発電機において、浮体と係留索とを着脱可能な構造とすることにより、建設作業、およびメンテナンス作業の高効率化とコスト低減を実現可能な、洋上風力発電機浮体の着脱構造を提案することである。

本発明が解決しようとする２つ目の課題は、１つ目の課題である浮体と係留索の切り離し、および再接続作業について、大型船を使わなくても可能とするため、仮設ケーブルの海面上での引回しが容易に実施可能な浮体の着脱構造に関する検討内容である。

本発明が解決しようとする３つ目の課題は、１つ目の課題である浮体と係留索の切り離し、および再接続作業を行うためには隣接する浮き玉同士引き寄せる必要があるが、小型の作業船でも仮設ケーブルを強い力で引っ張ることができる、浮体の着脱構造に関する検討内容である。

本発明が解決しようとする４つ目の課題は、係留索から着脱可能な浮体であり、かつ最寄りの港湾で組み立てて設置海域へ曳航し、設定完了後は風力発電機の受風による傾きを抑制し、あるいは海面の波浪による傾きを抑制可能な、洋上風力発電機浮体と係留索の着脱構造に関する検討内容である。

本発明が解決しようとする５つめの課題は、浮体の着脱を更に容易にするために適した浮き球の形状を検討し、それを適用した洋上風力発電機浮体と係留索の着脱構造に関する検討内容である。

本発明が解決しようとする１つ目の課題に対し、課題解決のため、本発明による洋上風力発電機の浮体は、以下の通り構成される。
本発明による洋上風力発電機は、海岸線から比較的近い距離で、３０ｍから１５０ｍ程度の水深の海上に係留・設置した浮体に搭載し、洋上の風力よってブレードを回転させて発電を行う、浮体式洋上風力発電機を対象としている。

本発明による浮体式洋上風力発電機は、風力発電機を搭載し海面上に浮かぶ浮体を中心として、海面の同心円状の位置に海面に浮かぶ複数の浮き玉を設置し、浮体に放射状に取り付けた複数の浮体係留索により、浮体と浮き玉を繋ぐ。

次に各浮き玉に対して自重を有するロープまたはチェーンにより構成された複数の浮き玉係留索を繋ぎ、各浮き玉係留索のもう一方の端部を、海底面における主浮体直下の位置を中心として同心円状に設置されたアンカーと繋ぐ。各浮き玉はそれぞれの浮き玉に繋がった浮体係留索の自重、浮き玉係留索の自重、および各係留索に作用する張力に対して海面上に浮いた状態を維持するために、十分な浮力を有するものとする。
以上の構成に対し、各浮体係留索を浮体側に向かって同等の力で引き寄せて、浮体係留索および浮き玉係留索に張力を加える。その結果、浮体は複数の浮体係留索によって常に外側に向かって水平方向に同等の力で引っ張られる。この作用によって浮体は海面上に設置した複数の浮き玉に囲まれた中央付近にて、一定の位置に係留される。

また海面の潮位の変化や海上の波浪によって浮体、および各浮き玉は、その位置が上下・左右に変化し、位置の変化に応じて各係留索の張力が変動する。各係留索の張力が変動しても、海底のアンカーに繋がれた各浮き玉は各係留索の張力の変化に対応して張力がバランスする方向に海面上を水平方向に移動し、それに応じて浮体も海面上を水平方向に移動する。この作用により潮位の変化や、海面上で生じる波浪に対しても、浮体は大きく移動せず安定して係留される。

本発明の１つ目の課題である浮体と浮体係留索の着脱構造を実現するためには、浮体と浮体係留索を切り離しても各浮き玉が同じ位置に留まる必要がある。前記の通り各浮き玉は海底のアンカーに繋がって常に外側に引っ張られているので、浮体から浮体係留索を切り離せばその直後に浮き玉は元の位置から外側へと離れてゆく。その結果浮体係留索の浮体への再取り付け作業は困難となる。
本発明の第1の実施例では、浮体と浮体係留索を切り離す前に隣接する浮き玉同士を予め仮設ケーブルで繋いでおく構成とする。この構成により浮体と浮体係留索を切り離しても、各浮き玉を海面上の同じ位置に留めることが可能となる。

実際の浮体取り外し作業の際には、仮設ケーブルによる浮体同士の接続作業を行う前に浮体の代替えとなる仮設浮体、或いは浮体と洋上風力発電機の組立て後の交換用スペアを準備して、元の洋上風力発電機の近傍に浮かべておく手順が必要である。この手順を適用すれば、浮き玉等係留の位置を維持しながら洋上風力発電機を搭載した浮体の取り外し、および再取付け、復旧を効率良く行うことが可能となり、本発明の１つ目の課題が解決出来る。

本発明が解決しようとする２つ目の課題に対し、課題解決のための具体的な構造を以下に示す。
今後大型化が予想される洋上風力発電機に対して、前記の様な浮体と浮体係留索の着脱構造を備えた構成を適用する場合には、隣接する浮き玉同士の距離が長大となることが予想され、その場合には浮き玉同士を繋ぐ仮設ケーブルの引き回しが困難となると考えられる。長大な仮設ケーブルを片方の浮き玉から隣の浮き玉まで引回し作業船を使って海上を引き回すとしても、仮設ケーブル自体が水に沈んでしまい推進力が小さな小型の作業船では隣の浮き玉までの到達出来ない懸念ことが懸念される。推進力が大きな大型船を用いれば到達は可能であるが、大型船の準備はコストアップの要因となる。
推進力が小さな引回し作業船でも長大な仮設ケーブルの引き回しを可能とするため、仮設ケーブルを引き回しながら一定のピッチで仮設ケーブルを仮設ケーブル沈下防止ブイ上に乗せてゆく。そうすればワイヤーが海中に沈むことはない。

また本発明が解決しようとする３つ目の課題に対しては、仮設ケーブルを隣接する浮き玉近傍まで引き伸ばした後、引回し作業船の一端を補助ケーブルによって隣接する浮き玉に繋ぎ、引回し作業船に搭載した強力なウインチを使って仮設ケーブルを引っ張る。この手順により推進力が小さな船でも隣接する浮き玉同士を強い力で引き寄せることが可能となるので、浮体と浮体係留索を切り離しても浮き玉を一定位置に保持し、同時に浮体と浮体係留索の再接続作業を容易に実施可能となる。

本発明が解決しようとする４つ目の課題に対し、課題解決のため、本発明による洋上風力発電機の浮体は、以下の通り構成される。
以上述べた本発明の１つ目～３つ目の課題を解決することにより、浮体式洋上風力発電機を最寄りの港湾で組立てて設置海域へ曳航し、あるいはメンテナンスのために浮体式洋上風力発電機を設置海域から最寄りの港湾まで曳航して送り返すことが可能となる。
しかしながら、浮体式洋上風力発電機の中にはスパー型の様に水面下のなるべく深い位置に重心を配置して、風力発電機が風を受ける際の傾きを抑制し、あるいは海面上の波浪によって生じる揺動を抑制する効果を得る構成のものがある。

こうした構成の風力発電機は、深い岸壁を有する港湾設備であっても岸壁での組立ては困難であり、本発明による効果は期待できない。
この課題に対し本発明による浮体は、セミサブ型、或いはバージ型の浮体を港湾内で組立てて、浮体の下側にロープを用いてウエイトを吊り下げて、かつウエイトを昇降可能な構成とする。港湾にて浮体と風力発電機を組立て完成させ設置海域へ曳航し、そこでウエイトを海底に向かって降下させる。ウエイトは海底面に達しない深さにて、なるべく深い位置に設定することにより風力発電機、浮体、ウエイトを含む構造物全体の重心が海面上の浮体より下方となって復元力が増す。この効果により風力発電機が風を受ける際の傾きを抑制し、あるいは海面上の波浪によって生じる揺動を抑制する効果が期待できる。
以上の構成により着脱可能な浮体構造で、かつ復元力が大きな浮体式洋上風力発電機を実現することが可能となり4つ目の課題が解決できる。

本発明が解決しようとする５つ目の課題に対し、課題解決のための構成を以下に示す。
浮体の着脱を更に容易にするために、浮体の外側で浮体に接触しない位置に、浮体を取り囲むように連接型浮き玉を浮かべ、連接型浮き球と海底面に同心円状に配置したアンカーとを浮き玉係留索で繋ぐ。更に浮体と連接型浮き玉とを連接索で繋ぐ。この構成により、連接索を短くすることが出来るので、浮体の着脱作業を容易に行うことが可能となる。

本発明による洋上風力発電機浮体の着脱構造は、所定の位置に一度設定した浮体式洋上風力発電機の係留設備を維持しながら風力発電機を搭載した浮体を取外し、再取り付け実施が可能であり、建設時およびメンテナンス時のコスト低減に有効と考えられる。

また本発明による洋上風力発電機浮体の着脱構造は、浮体係留索から浮体を取外した後も各浮き玉の位置を保持することが可能である。更に浮き玉位置保持のための仮設ケーブルの引き回しを容易に実施可能となる。風力発電機を係留設備から取り外して生産設備を備えた最寄りの港湾に運搬すれば洋上での作業を減らすことが出来、コスト低減に有効である。

合わせて本発明による洋上風力発電機浮体の着脱構造は、浮体式風力発電機を最寄りの港湾設備を利用して組立て後設置海域に曳航し、主浮体の下側に吊下げたウエイトを海中深く沈めることにより主浮体の復元力が増し、風力発電機が風を受ける際の傾きや海面上の波浪に対して復元力が大きくなる効果が期待できる。

また本発明による洋上風力発電機浮体の着脱構造を適用すれば、係留設備を流用して異なる構造の浮体や、異なる型式の風力発電機を設置することが可能となる。今後開発が進められると予想される風力発電機の大型化や洋上風力発電機試作機の試運転等を効率良く進められ、コスト低減も期待できると考えられる。

図１は本発明実施例１の洋上風力発電機の、洋上での設置状態を示す鳥瞰図である。 図２は本発明実施例１の洋上風力発電機の、洋上における仮設浮体との交換時の構成を示す鳥瞰図である。 図３は本発明実施例１の洋上風力発電機の、洋上における仮設浮体への交換後の構成を示す鳥瞰図である。 図４は本発明実施例２の洋上風力発電機の、洋上における仮設浮体への交換前に仮設ケーブルを引き回す構成の例を示す鳥瞰図である。 図５は本発明実施例３の洋上風力発電機の、洋上における仮設浮体への交換前に仮設ケーブルに対して張力を与える構成の例を示す鳥瞰図である。 図６は本発明実施例４の洋上風力発電機を、最寄りの港湾等で組立て後設置海域へ曳航し、設定後にウエイトを下方に降ろす構成の例を示す鳥瞰図である。 図７は実施例１～４を適用し、設置済みの係留の構成を流用して異なる型式の浮体式洋上風力発電機を取付ける例を示す鳥瞰図である。 図８は本発明の実施例５の洋上風力発電機の構成を示し、連接型浮き玉により浮体の着脱が更に容易となる構成の例を示す鳥瞰図である。

本発明に関わる浮体式洋上風力発電機は、水深３０ｍ～１５０ｍの海域にて海底面の複数のアンカーと風力発電機を搭載する浮体を複数の係留索で繋ぐことにより浮体を海面上の一定の位置に保持する構成である。従来の浮体式洋上風力発電機と本発明が異なる点は、係留索から浮体を着脱可能な構造を備えていることである。
一度設定した浮体と係留索を必要に応じて切り離し、再度繋げて復旧することが出来れば、建設およびメンテナンス作業の高効率化とコスト低減可能であり、更に他型式の風力発電機への流用も出来るので、今後進められる浮体式洋上風力発電機の大型化や、異なる構造、型式の浮体式洋上風力発電機の試験運用に有効と考えられる。
以下に本発明の実施例１について図１～図３を使って説明する。

図１に実施例１の風力発電機本体、浮体、係留索の構成を含む全体の鳥瞰図を示す。
本発明の実施例１の浮体１は上面に風力発電機２を搭載し、空洞を有する部分が海面下に没することで浮体１に浮力が生じて海面上に浮かぶ構造である。前記浮体１の外面に外側に向かって複数の浮体係留フック３を取付け、浮体係留フック３に対して放射状に浮体係留索４を取付ける。
次に前記浮体１を中心として海面上に同心円状に複数の浮き玉５を浮かべ、各浮体係留索４の端部を各浮き玉５に繋なぐ。

更に各浮き玉５に対して自重を有するロープまたはチェーンにより構成された複数の浮き玉係留索６を繋ぎ、各浮き玉係留索６のもう一方の端部を、海底面における浮体１の直下付近を中心として同心円状に設置された複数のアンカー７と繋ぐ。各浮き玉５は、浮体係留索４や浮き玉係留索６の自重、或いは各係留索に作用する張力に対して海面上に浮いた状態を維持するために、十分な浮力を有するものとする。
以上を設定後、各浮体係留索４を浮体１側に向かって同等の力で引き寄せて、浮体係留索４および浮き玉係留索６に張力を加える。その結果、浮体１は複数の浮体係留索４により外側に向かって水平方向に同等の力で引っ張られる。この作用によって浮体１は、複数の浮き玉５に囲まれた中心付近の海面上の一定の位置に係留される。図１の矢印４ａは浮体係留索４が引っ張られる方向の向きを表し、矢印６ａは浮き玉係留索６が引っ張られる方向を表している。

なお潮位の変動による海面レベルの上下や、海上の波浪によって浮体１、および各浮き玉５は、その位置が上下・左右に変化し、その変化に応じて浮体係留索４の張力も随時変動するが、各浮き玉５は浮き玉係留索６によって海底のアンカー７に繋がっているので、浮体１は主浮体係留索４および浮き玉係留索６の張力がバランスする方向に海面上を水平方向に移動する。この作用により潮位の変化や、海面上で波浪が生じても、浮体１は大きく移動せず安定して係留される。

本発明の１つ目の課題解決のためには、浮体１に浮体係留索４を繋げる部分を着脱可能な構造にする必要がある。図１中の詳細図Ａに、浮体係留索４が浮体係留フック３から取り外し可能となる構造の例を示す。あるいは詳細図Ｂに示す通り、浮体係留索４の途中に係留索同士を繋ぎ合わせる浮体係留索接続金具４ｂを取付け、これを介して浮体係留索４同士を着脱する構成も可能である。
以上述べた構成において各浮き玉５は海底のアンカー７に繋がって常に外側に引っ張られているので、浮体係留フック３から浮体係留索４を外せば、その直後に浮き玉５は外側に向かって引っ張られて離れてゆく。その結果浮体１への浮体係留索４の再取り付け作業は著しく困難となる。この課題解決のための実施例を図２に示す。

図２は、浮体１から浮体係留索４を取外す前に隣接する浮き玉５同士を予め仮設ケーブル１３で繋いでおく構成を表している。この構成により浮体１と浮体係留索４を切り離しても、各浮き玉５は離れずに海面上の同じ位置に留めることが出来る。
図１および図２に示す通り、仮設浮体８に仮設浮体係留フック９を取付けておき、曳航作業船１０に曳航ロープ１１繋げて洋上風力発電機設置場所まで運び、前記仮設ケーブル１３により浮き玉５同士を繋いだ上で仮設浮体８と主浮体１を入れ替えれば、浮き玉５の位置を維持したまま風力発電機２を含む浮体１を取り外すことが出来る。
図２の中に、仮設ケーブル１３取付け時に作用する張力の方向を矢印１４で表している。また図２の中に浮体係留索４を取り外しても海中に沈まないよう、浮体係留索４の一端に浮体係留索沈下防止ブイ１２を取付ける例を表示している。

図３は仮設浮体８と浮体１を入れ替え後、仮設浮体８の外周部に取付けた仮設浮体係留フック９に浮体係留索４を繋ぐことにより浮き玉５の位置を維持する構成を表す。切り離された浮体１は風力発電機２を搭載した状態で曳航作業船１０により最寄りの港湾に向かって運搬される。
以上の述べた本発明第１の実施例より、浮体式洋上風力発電機の建設、およびメンテナンスコストが低減への効果が期待できる。

次に、図４に実施例２の浮体式洋上風力発電機と係留索の構成の鳥瞰図を示す。
図４は、実施例１で述べた隣接する浮き玉５同士を仮設ケーブル１３で繋ぐ構成の例を示している。
今後大型化が予想される洋上風力発電機に実施例１を適用する場合、浮き玉５同士の距離も長大となることが予想されるので浮き玉５同士を繋ぐ仮設ケーブル１３の引き回しが課題となる。長大な仮設ケーブル１３を片方の浮き玉から隣の浮き玉まで船を使って引き回すとしても、仮設ケーブル自体が水に沈んでしまい、推進力が小さな小型の引回し作業船１６では仮設ケーブルの一端を引っ張って隣接する浮き玉まで到達するのが困難となる懸念がある。推進力が大きな大型船を用いれば可能であるが、大型船の準備はコストアップの要因となる。
図４中の詳細図Ｃに、推進力が小さな引回し作業船１６でも長大な仮設ケーブル１３の引き回しを可能とする実施例を示す。仮設ケーブル１３を引き回しながら一定のピッチで仮設ケーブル沈下防止ブイ１５の上に仮設ケーブル１３乗せてゆく。この構成により仮設ケーブル１３が長くなっても海中に沈むことはなく、引回し作業船１６が小型であっても仮設ケーブル１３を隣接する浮き玉近傍まで容易に運搬することが可能となる。

図５に実施例３の浮体式洋上風力発電機と係留索の構成の鳥観図を示す。
実施例２により仮設ケーブル１３の一端を隣接する浮き玉５近傍に運べたとしても、浮き玉５を同じ位置に留めておくためには仮設ケーブル１３を十分な荷重で引き寄せる必要がある。しかしながら引回し作業船１６が小型の場合は、十分な牽引力を得られないことが懸念される。
図５に示す様に、仮設ケーブル１３を隣接する浮き玉５近傍まで引き伸ばした後、先ず引回し作業船に取付けた補助ケーブル１８を、隣接する浮き玉５の補助ケーブル取付けフック１９に繋ぎ、次に引回し作業船１６に搭載した強力なウインチ（巻上げ機）２０を使って仮設ケーブル１３を引っ張る。以上の構成により推進力が小さな小型船でも隣接する浮き玉同士を強い力で引き寄せることが可能となる。図５中の詳細図Ｄに、ウインチ巻上げ時の仮設ケーブルおよび補助ケーブルに作用する張力を矢印２１で示す。以上の構成により、引回し作業船１６の推進力が小さくても、浮き玉５同士を強い力で引き寄せることが出来るので、各浮き玉を一定位置に保持することが可能となる。

次に、図６に実施例４の浮体式洋上風力発電機と係留索の構成の鳥観図を示す。
本発明の実施例１～実施例３により、浮体式洋上風力発電機を設置海域の近くの港湾で組立てて、港湾から設置海域へ曳航し、あるいはメンテナンスのために浮体式洋上風力発電機を最寄りの港湾まで曳航して送り返すことが可能となり、コスト低減が期待できる。
しかしながら、浮体式洋上風力発電機の中にはスパー型の様に水面下のなるべく深い位置に重心を配置することにより、風力発電機が風を受ける際の傾きを抑制すると共に、海面上の波浪によって生じる揺動を抑制する効果を得る構成のものがある。

こうした構成の風力発電機は、深い岸壁を有する港湾であっても港湾の岸壁での組立てを行うのは困難であり、本発明による有効な効果は期待できない。
この課題に対し本発明による浮体は、セミサブ型、或いはバージ型の浮体を港湾内で組立てて、ウエイト吊下げロープ２３を用いてウエイト２２を浮体の下側に吊下げておく構成とする。またウエイト吊下げロープ２３は伸長および巻き取り可能な機能を有するものとする。港湾にて下側にウエイト２２を吊下げた浮体１と風力発電機２を組立てて設置海域へ曳航し、ウエイト２２を海底に向かって降下させる。ウエイトは海底面に達しない深さにて、浮体１から出来るだけ離れた深い位置に設定すれば、海上に浮いている構造物全体の重心が下方となって復元力が増す。
以上の構成により、本発明の実施例１～実施例３の構成を反映した浮体式洋上風力発電機についても、洋上での復元力が大きな浮体を実現することが可能となる。

次に図７では実施例１～４を、実施例１に示す浮体と異なる構造の浮体、あるいは実施例１と異なる型式の洋上風力発電機に適用した適用例を示している。
現在実用化されている浮体式洋上風力発電機の係留方式は、TLP型以外は浮体位置を中心として海底面に同心円上に、放射状に設置した複数のアンカーと浮体とを重量を有する係留索で繋ぎ、各係留索に対してほぼ同等の張力を与えることにより、浮体を海面上の一定の位置に保持する構成である。これらの浮体式洋上風力発電機は、海底に設置した複数のアンカーと浮体を係留索で繋いだ後は、基本的には洋上風力発電機の運用が終了するまで係留索と浮体を切り離すことについては考慮されていない。

図７の（適用例ア）に、実施例１～３の実施例をスパー型洋上風力発電機の浮体２５に適用した例を示す。スパー型洋上風力発電機の浮体２５に対して係留フック２６を取付けることにより、実施例１～３の係留設備を流用しスパー型洋上風力発電機の設置が可能である。
図７の（適用例イ）に、実施例１～３の実施例を、パッシブヨー方式洋上風力発電機２９を搭載する円筒胴バージ型浮体２８に適用した実施例を示す。パッシブヨー方式を実現するために、回転リング２９を取付け、回転リングの外面に複数の係留フック３０を取付けた構成としている。この円筒形バージ型浮体２８に対しても、ウエイト３１およびウエイト吊下げロープ３２を取付けることで、洋上での設定後復元力アップを図ることが可能である。
更に図７の（適用例ウ）に、実施例１～３の実施例による浮体１に対し、垂直軸洋上風力発電機３３搭載した例を示す。

以上述べた通り、浮体式洋上風力発電機を一定期間運用し廃止後もアンカー、浮き玉等の係留設備を残して新たな洋上風力発電設備の係留に再利用可能となる。風力発電機の新規建設コストの低減や、試作品の開発コスト低減効果も期待できると考えられる。

次に図８に実施例５の浮体式洋上風力発電機と係留索の構成の鳥観図を示す。
図８は浮き玉を複数円弧状に繋げて連接型浮き玉３４を形成し、図７で示した円筒胴バージ型浮体２８を取り囲む位置に配置し、この連接型浮き玉３４を海底面に設置したアンカー７と浮き玉係留索６を使って繋ぐ。更に連接型浮き玉３４と円筒胴バージ型浮体２８の双方に取付けた連接フック３５を用いて、円筒胴バージ型浮体２８と連接型浮き玉３４とを浮体連接索３６で繋ぐ。なお連接型浮き玉はドーナツ型ではなく一部を開けておく形態とし、その空いた部分を経由して風力発電機を搭載した浮体を連接型浮き玉の内側に入れることが出来るものとする。
実施例６によりって浮体連接索３６を短く出来るので、円筒胴バージ型浮体２の着脱が更に容易になる効果が期待できる。

本願は今後大型化、および新製品の開発が推進されると予想される浮体式洋上風力発電機に適用可能であり、係留設備の再利用を実現する構成を提案するものである。
浮体式洋上風力発電機建設コストの多くを占めるといわれている係留設備のコスト低減、およびメンテナンス費用の低減、新製品開発コストの低減が期待でき、風力発電関連分野のみならず、造船、運輸、漁業他産業との連携、応用の可能性も期待できる。

１ 浮体
２ 風力発電機
３ 浮体係留フック
４ 浮体係留索
４ａ 浮体係留索が引っ張られる方向を表す矢印
４ｂ 浮体係留索接続金具
５ 浮き玉
６ 浮き玉係留索
６ａ 浮き玉係留索が引っ張られる方向を表す矢印
７ アンカー
８ 仮設浮体
９ 仮設浮体係留フック
１０ 曳航作業船
１１ 曳航ロープ
１２ 浮体係留索沈下防止ブイ
１３ 仮設ケーブル
１４ 仮設ケーブルに作用する張力を表す矢印
１５ 仮設ケーブル沈下防止ブイ
１６ 引回し作業船
１７ 引回し作業船の進行方向を表す矢印
１８ 補助ケーブル
１９ 補助ケーブル取付けフック
２０ ウインチ（巻き上げ機）
２１ ウインチ巻上げ時仮設ケーブルおよび補助ケーブルに作用する張力を表す矢印
２２ ウエイト
２３ ウエイト吊下げロープ
２４ 設置海域にてウエイトを降ろす状況を表す矢印
２５ スパー型洋上風力発電機の浮体およびウエイト
２６ スパー型洋上風力発電機の浮体係留フック
２７ 多翌固定ピッチパッシブヨー方式洋上風力発電機の適用例示す図
２８ 円筒胴バージ型浮体
２９ 回転リング
３０ パッシブヨー方式洋上風力発電機を搭載する円筒胴バージ型浮体の係留フック
３１ 円筒同バージ型浮体のウエイト
３２ 円筒同バージ型浮体のウエイト吊下げロープ
３３ 垂直軸型洋上風力発電機の適用例示す図
３４ 連接型浮き玉
３５ 連接フック
３６ 浮体連接索

Claims (5)

1. 洋上にて海水面上に浮かべた浮体上に風力発電機を搭載し、前記浮体と海底面に設置した複数のアンカーとをロープまたはチェーン等の索で繋ぐことにより、風力発電機を海水面上の一定の位置に係留する洋上風力発電機の浮体において、洋上風力発電機を搭載する浮体の外周部に対し複数の浮体係留索を着脱可能な構成で取付け、当該浮体係留索は前記浮体を中心として海面上を放射状に広がった形態であり、前記浮体を中心として海面上に同心円状に設置した複数の浮き玉と前記浮体係留索を繋ぎ、更に海底面における前記浮体の直下位置を中心として海底面に同心円状に設置した複数のアンカーと、前記複数の浮き玉とを複数の浮き玉係留索で繋ぐことにより、前記浮体は複数の浮き玉に囲まれた中央付近の海面上のほぼ一定位置に係留される構成とし、さらに前記浮き玉の中の隣接した浮き玉同士を着脱可能な仮設ケーブルで繋ぐことを特徴とする、洋上風力発電機浮体の着脱構造。
   
2. 請求項１に記載の隣接した浮き玉同士を繋ぐ請求項１に記載の仮設ケーブルにおいて、請求項１に記載の隣接した浮き玉と浮き玉の間の、海面上に伸長した前記仮設ケーブルに対して一定間隔毎に仮設ケーブル沈下防止ブイを取付けることにより、前記仮設ケーブルが海面上に浮かぶことを特徴とする、洋上風力発電機浮体の着脱構造。
   
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の隣接した浮き玉の片方に対して請求項１または請求項２のいずれかに記載の仮設ケーブルの一端を繋ぎ、同時に請求項１または請求項２のいずれかに記載の隣接した浮き玉のもう片方に対して補助ケーブルの一端を繋ぎ、更に前記仮設ケーブルを海面上の引回し作業船に搭載したウインチに巻き付け、合わせて前記補助ケーブルを前記引回し作業船に繋いだ上で、前記ウインチにて前記仮設ケーブルを巻き上げることにより、前記隣接する浮き玉同士が前記仮設ケーブルによって引き寄せられることを特徴とする、洋上風力発電機浮体の着脱構造。
   
4. 請求項１に記載の浮体に対し、前記浮体の下側に向かって伸長および巻上げが可能な複数のウエイト吊下げロープを取付け、前記複数の吊下げロープの下端にウエイトを取付けて吊下げた構成とし、洋上にて前記複数のウエイト吊下げロープを伸長することにより前記ウエイトを海底に向かって降下させ、海底面に到達しない位置で止めて保持することを特徴とする、洋上風力発電機浮体の着脱構造。
   
5. 洋上にて海水面上に浮かべた浮体上に風力発電機を搭載し、前記浮体と海底面に設置した複数のアンカーとを、ロープまたはチェーン等の索で繋ぐことにより、風力発電機を海水面上の一定の位置に係留する洋上風力発電機の浮体において、洋上風力発電機を搭載する浮体の外周部に対し複数の浮体連接索を着脱可能な構成で取付け、前記浮体を中心として当該浮体とは接触せずに前記浮体から離れた位置の海面上に前記浮体を中心として同心円状に複数の浮き玉を浮かべ、かつ当該浮き玉同士を繋いで一体化して前記浮体を取り囲んだ形態の連接型浮き玉を形成し、同時に前記連接型浮き玉は、前記浮体を海面上に浮かべた状態で連接浮き玉の内側から外側へと移動可能な隙間が空いた形態とし、当該連接型浮き玉に対して前記複数の浮体連接索を繋ぎ、更に海底面における前記浮体の直下位置を中心として海底面に同心円状に設置した複数のアンカーと、前記連接型浮き玉とを複数の浮き玉係留索で繋いだことを特徴とする、洋上風力発電機浮体の着脱構造。