JP7828573B2

JP7828573B2 - 水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所

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Publication number: JP7828573B2
Application number: JP2023223864A
Authority: JP
Inventors: 龍夫高橋
Original assignee: 株式会社高橋監理
Priority date: 2023-12-13
Filing date: 2023-12-13
Publication date: 2026-03-12
Anticipated expiration: 2043-12-13
Also published as: JP2025094867A

Description

本発明は、水電解装置と液体水素貯蔵設備を併設した鉄筋コンクリート構造の浮体式洋上風力発電所に関するものである。

近年、再生可能エネルギー利用の増加に伴い、洋上は風を遮る障害物が無く、風向き、風速が一定していて変わらないことから安定した電力を得られることが期待される。
現在、実用化されている洋上風力発電装置の構造は、陸上で稼働している装置と同様であり、洋上では陸上に比べて風力発電装置を設置するうえでの制約が少ないため、今後は、洋上での設置が増えていくものと考えられる。

現在、ヨーロッパ等で普及している洋上風力発電装置の支柱が海底まで到達している着床式の場合は水深約５０ｍ位までの比較的水深が浅い場所に適しているが、日本の場合は、水深が比較的浅い大陸棚の面積が少ないため、日本では、風力発電装置を洋上に浮かべ、鎖、ワイヤーロープ等で海底に係留することにより位置を保持する浮体式に移行しつつあるのが現状である。

浮体式洋上風力発電装置は、水中に配置した浮体と、浮体に立設した塔部で構成され、塔部の頂部にナセルとブレードで構成した風力発電装置が取り付けられる。
現在主流の浮体式洋上風力技術には、主に、スパー型、セミサブ型、バージ型、ＴＬＰ型の４種類の形式がある。

現在では、設備１台あたりの大出力化が求められており、それに伴いブレードを長くして風車体受風面積を大きくする必要があり、現在ではブレードの長さが８０ｍを超える大型の洋上風力発電装置が実用化されつつある。

従来、指定された海域に浮体式洋上風力発電装置を設置するためには、浮体を設置海域まで台船等により曳航して係留したあと、クレーン船等によって上部構造体を浮体の上端部に移動させ、浮体と上部構造体を連結させていた。

また、近年では再生可能エネルギーの中で、太陽光発電や風力発電等で発電した電気を利用し、水を電気分解して水素と酸素に分離する方法で製造した「グリーン水素」と呼ばれる水素が注目されている。
現在、洋上風力発電装置で発電した電気は、海底に敷設した海底用送電ケーブルを経由して水素製造工場に送られ水電解水素製造装置により水から水素を製造しているため、海底に送電設備を新設する必要があり、大がかりな工事となって設置コストが膨大なものとなり、普及の妨げとなっていた。

しかしながら、浮体式洋上風力発電装置が設置される水深５０ｍ以上の海域は、一般的な海洋工事が行われる海域に比べて海象条件が厳しい場合が多く、浮体式洋上風力発電装置の設置作業は、海象条件の厳しい状況下で海象条件の比較的穏やかな時期を見計らって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。

さらに、浮体式洋上風力発電装置の設置は、大型作業船を用いて繊細な作業が要求されるため、建設コストの増加を招くといった問題もあった。

さらに、浮体式洋上風力発電装置で発電した電気で「グリーン水素」を製造するためには、水素製造工場まで電気を送電するための海底用送電ケーブルを海底に敷設しなければならないといった問題もあった。

以上の現状に鑑み、本発明は、浮体式洋上風力発電所を設置する海に近い海岸に、浮体式洋上風力発電所を建設するための施設を構築し、超高層ビル等の建築工事で培った技術を活かして浮体式洋上風力発電所を建設し、陸上で組み立てた浮体式洋上風力発電所を水上に浮かべ、タグボート（曳舟）で現場まで曳航することにより、施工日数の大幅な短縮と、陸上での効率的な建設方法を提供すると共に、効率的にグリーン水素を製造するため、浮体式洋上風力発電所の内部に、浮体式洋上風力発電所で発電した電気を電源として海水を電気分解して水素を生成させるための水電解装置と、生成した水素を貯蔵するための液体水素貯蔵設備を設置することを目的とする。

かかる課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、複数枚のブレードと増速機、発電機を内蔵したナセルを支えるタワーで構成した浮体式洋上風力発電所において、洋上に配置するタワー部（４）を円錐形の鉄筋コンクリート構造で構築し、頂上部（３３）を円形状の平面で形成し、前記頂上部（３３）にナセルを取り付けるための鋼管（２３）を取り付け、前記頂上部（３３）のタワー部上部直径（Ａ）は直径５ｍで形成し、さらに頂上部（３３）のタワー部上部スラブ厚さ（Ｂ）は５００ｍｍで形成し、さらにタワー部（４）の頂上部（３３）からタワー底部（３９）までのタワー部高さ（Ｃ）は９７ｍで形成し、タワー部（４）の下部は各階の高さが共に５ｍで形成した４層構造の建屋（５）で構成し、さらにタワー部（４）の底部のタワー底部スラブ厚さ（Ｄ）は１ｍで形成し、前記タワー部（４）の下部のタワー土台直径（Ｓ）を直径２５ｍの円形で形成したタワー部（４）と、水中に配置する浮力体部（８）は円筒形で鉄筋コンクリート構造で構築すると共に、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所（１）を洋上に浮かべる浮体としての役目を果たすため内部を空洞で構成し、前記浮力体部（８）の鉄筋コンクリートの外周面、上下面の外皮の厚さは、上部、下部、外周面共に全て２００ｍｍで形成し、さらに浮力体部（８）の前後底部は前方向と後方向に向けて傾斜させた形状で形成し、さらに浮力体部（８）の浮力体部直径（Ｎ）は直径１００ｍの円形状で形成し、さらに浮力体部（８）の浮力体部高さ（Ｊ）は１０ｍで形成し、さらに浮力体部（８）の前方向と後方向の前方傾斜部（３１）と後方傾斜部（３２）の前方傾斜部先端部高さ（Ｋ）と、後方傾斜部後端部高さ（Ｒ）は共に３ｍで形成し、さらに前方傾斜部（３１）と後方傾斜部（３２）の前方傾斜部角度（Ｍ）、後方傾斜部角度（Ｐ）は共に１４度で形成し、前記前方傾斜部（３１）の前方傾斜部最大巾（Ｌ）と、前記後方傾斜部（３２）の後方傾斜部最大巾（Ｑ）は共に１２ｍで形成し、さらに浮力体部（８）の側面には、６本の係留ワイヤー（Ａ）（１１）、係留ワイヤー（Ｂ）（１２）、係留ワイヤー（Ｃ）（１３）、係留ワイヤー（Ｄ）（１４）、係留ワイヤー（Ｅ）（１５）、係留ワイヤー（Ｆ）（１６）を浮力体部（８）の側面の定位置でガイドさせるため、半径３０ｃｍで概ね半円筒状に成形した６か所の係留ワイヤー用ガイド穴（Ａ）（２５）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｂ）（２６）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｃ）（２７）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｄ）（２８）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｅ）（２９）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｆ）（３０）を浮力体部（８）の上面に対して水平面で見たときに中心から６０度ごとに放射状に延設した位置に成形した浮力体部（８）と、海面（７）の波による抵抗を最小限に抑え、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所（１）の揺れを抑えるため、タワー部（４）と浮力体部（８）を連結するための８本の支柱（６）は共に直径２ｍ、肉厚３０ｍｍ、長さ１０ｍの円筒状の鋼管で成形し、浮力体部（８）の上面の中心から半径１０５０ｃｍの円周上の、水平面で見たときに中心から４５度ごとに放射状に延設された位置に８本の支柱（Ａ）（４５）、支柱（Ｂ）（４６）、支柱（Ｃ）（４７）、支柱（Ｄ）（４８）、支柱（Ｅ）（４９）、支柱（Ｆ）（５０）、支柱（Ｇ）（５１）、支柱（Ｈ）（５２）の中心が位置するように垂直に取り付けられると共に、８本の支柱（Ａ）（４５）、支柱（Ｂ）（４６）、支柱（Ｃ）（４７）、支柱（Ｄ）（４８）、支柱（Ｅ）（４９）、支柱（Ｆ）（５０）、支柱（Ｇ）（５１）、支柱（Ｈ）（５２）の上部を、タワー底部（３９）の下面に取り付けた支柱（６）と、タワー部（４）の概ね頂上部（３３）からタワー底部（３９）を貫通し、浮力体部（８）の中心部の概ね底部まで、直径４ｍの円筒形で形成した竪穴区画（３４）と、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所（１）をＴＬＰ型で海底（９）に係留させるため、海底（９）に設置した６基の海底基礎杭（Ａ）（１７）、海底基礎杭（Ｂ）（１８）、海底基礎杭（Ｃ）（１９）、海底基礎杭（Ｄ）（２０）、海底基礎杭（Ｅ）（２１）、海底基礎杭（Ｆ）（２２）に対して、それぞれ６本の係留ワイヤー（Ａ）（１１）、係留ワイヤー（Ｂ）（１２）、係留ワイヤー（Ｃ）（１３）、係留ワイヤー（Ｄ）（１４）、係留ワイヤー（Ｅ）（１５）、係留ワイヤー（Ｆ）（１６）を取り付け、海面（７）が支柱（６）の概ね上下中央位置になるように６本の係留ワイヤー（Ａ）（１１）、係留ワイヤー（Ｂ）（１２）、係留ワイヤー（Ｃ）（１３）、係留ワイヤー（Ｄ）（１４）、係留ワイヤー（Ｅ）（１５）、係留ワイヤー（Ｆ）（１６）を個々に巻取り・送り出しするためのワイヤー巻取り・送り出し機（６０）を建屋１階（３８）の内部の竪穴区画（３４）の側面近傍の円周上に均等に割り当て配置し、前記浮力体部（８）の側面に形成した係留ワイヤー用ガイド穴を経由させた係留ワイヤーの一端を、ワイヤー用滑車を介して前記タワー部（４）の建屋内に引き込み、係留ワイヤーの長さを個々に調節して浮力体部（８）を海面（７）に対して水平を保つように強制的に潜水させることにより、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所（１）が海面（７）に対して縦揺れ、横揺れを小さく抑え水平状態を維持するように構成したワイヤー巻取り・送り出し機（６０）と、このように構成したタワー部（４）の建屋（５）の内部に、海水を真水に変えるための海水淡水化装置（５８）を設置し、前記海水淡水化装置（５８）で生成した真水を、ナセルの内部の発電装置で発電した電気で電気分解して水素を発生させるための水電解装置（５３）と、さらに電気分解した水素を液化させるための水素液化装置（５４）を設置し稼働させることにより、海水から液体水素を製造すると共に、製造した液体水素を竪穴区画（３４）を経由させ浮力体部（８）の内部に設置したコールドボックス内の液体水素貯蔵タンク（５５）に貯蔵したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、複数枚のブレードと増速機、発電機を内蔵したナセルを支えるタワーで構成した浮体式洋上風力発電所において、洋上に配置するタワー部（４）を円錐形の鉄筋コンクリート構造で構築し、頂上部（３３）を円形状の平面で形成し、前記頂上部（３３）にナセルを取り付けるための鋼管（２３）を取り付け、前記頂上部（３３）のタワー部上部直径（Ａ）は直径５ｍで形成し、さらに頂上部（３３）のタワー部上部スラブ厚さ（Ｂ）は５００ｍｍで形成し、さらにタワー部（４）の頂上部（３３）からタワー底部（３９）までのタワー部高さ（Ｃ）は９７ｍで形成し、タワー部（４）の下部は各階の高さが共に５ｍで形成した４層構造の建屋（５）で構成し、さらにタワー部（４）の底部のタワー底部スラブ厚さ（Ｄ）は１ｍで形成し、前記タワー部（４）の下部のタワー土台直径（Ｓ）を直径２５ｍの円形で形成したタワー部（４）と、水中に配置する浮力体部（８）は円筒形で鉄筋コンクリート構造で構築すると共に、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所（１）を洋上に浮かべる浮体としての役目を果たすため内部を空洞で構成し、前記浮力体部（８）の鉄筋コンクリートの外周面、上下面の外皮の厚さは、上部、下部、外周面共に全て２００ｍｍで形成し、さらに浮力体部（８）の前後底部は前方向と後方向に向けて傾斜させた形状で形成し、さらに浮力体部（８）の浮力体部直径（Ｎ）は直径１００ｍの円形状で形成し、さらに浮力体部（８）の浮力体部高さ（Ｊ）は１０ｍで形成し、さらに浮力体部（８）の前方向と後方向の前方傾斜部（３１）と後方傾斜部（３２）の前方傾斜部先端部高さ（Ｋ）と、後方傾斜部後端部高さ（Ｒ）は共に３ｍで形成し、さらに前方傾斜部（３１）と後方傾斜部（３２）の前方傾斜部角度（Ｍ）、後方傾斜部角度（Ｐ）は共に１４度で形成し、前記前方傾斜部（３１）の前方傾斜部最大巾（Ｌ）と、前記後方傾斜部（３２）の後方傾斜部最大巾（Ｑ）は共に１２ｍで形成し、さらに浮力体部（８）の側面には、６本の係留ワイヤー（Ａ）（１１）、係留ワイヤー（Ｂ）（１２）、係留ワイヤー（Ｃ）（１３）、係留ワイヤー（Ｄ）（１４）、係留ワイヤー（Ｅ）（１５）、係留ワイヤー（Ｆ）（１６）を浮力体部（８）の側面の定位置でガイドさせるため、半径３０ｃｍで概ね半円筒状に成形した６か所の係留ワイヤー用ガイド穴（Ａ）（２５）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｂ）（２６）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｃ）（２７）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｄ）（２８）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｅ）（２９）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｆ）（３０）を浮力体部（８）の上面に対して水平面で見たときに中心から６０度ごとに放射状に延設した位置に成形した浮力体部（８）と、海面（７）の波による抵抗を最小限に抑え、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所（１）の揺れを抑えるため、タワー部（４）と浮力体部（８）を連結するための８本の支柱（６）は共に直径２ｍ、肉厚３０ｍｍ、長さ１０ｍの円筒状の鋼管で成形し、浮力体部（８）の上面の中心から半径１０５０ｃｍの円周上の、水平面で見たときに中心から４５度ごとに放射状に延設された位置に８本の支柱（Ａ）（４５）、支柱（Ｂ）（４６）、支柱（Ｃ）（４７）、支柱（Ｄ）（４８）、支柱（Ｅ）（４９）、支柱（Ｆ）（５０）、支柱（Ｇ）（５１）、支柱（Ｈ）（５２）の中心が位置するように垂直に取り付けられると共に、８本の支柱（Ａ）（４５）、支柱（Ｂ）（４６）、支柱（Ｃ）（４７）、支柱（Ｄ）（４８）、支柱（Ｅ）（４９）、支柱（Ｆ）（５０）、支柱（Ｇ）（５１）、支柱（Ｈ）（５２）の上部を、タワー底部（３９）の下面に取り付けた支柱（６）と、タワー部（４）の概ね頂上部（３３）からタワー底部（３９）を貫通し、浮力体部（８）の中心部の概ね底部まで、直径４ｍの円筒形で形成した竪穴区画（３４）と、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所（１）をＴＬＰ型で海底（９）に係留させるため、海底（９）に設置した６基の海底基礎杭（Ａ）（１７）、海底基礎杭（Ｂ）（１８）、海底基礎杭（Ｃ）（１９）、海底基礎杭（Ｄ）（２０）、海底基礎杭（Ｅ）（２１）、海底基礎杭（Ｆ）（２２）に対して、それぞれ６本の係留ワイヤー（Ａ）（１１）、係留ワイヤー（Ｂ）（１２）、係留ワイヤー（Ｃ）（１３）、係留ワイヤー（Ｄ）（１４）、係留ワイヤー（Ｅ）（１５）、係留ワイヤー（Ｆ）（１６）を取り付け、海面（７）が支柱（６）の概ね上下中央位置になるように６本の係留ワイヤー（Ａ）（１１）、係留ワイヤー（Ｂ）（１２）、係留ワイヤー（Ｃ）（１３）、係留ワイヤー（Ｄ）（１４）、係留ワイヤー（Ｅ）（１５）、係留ワイヤー（Ｆ）（１６）を個々に巻取り・送り出しするためのワイヤー巻取り・送り出し機（６０）を建屋１階（３８）の内部の竪穴区画（３４）の側面近傍の円周上に均等に割り当て配置し、前記浮力体部（８）の側面に形成した係留ワイヤー用ガイド穴を経由させた係留ワイヤーの一端を、ワイヤー用滑車を介して前記タワー部（４）の建屋内に引き込み、係留ワイヤーの長さを個々に調節して浮力体部（８）を海面（７）に対して水平を保つように強制的に潜水させることにより、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所（１）が海面（７）に対して縦揺れ、横揺れを小さく抑え水平状態を維持するように構成したワイヤー巻取り・送り出し機（６０）と、このように構成したタワー部（４）の建屋（５）の内部に、海水を真水に変えるための海水淡水化装置（５８）を設置し、前記海水淡水化装置（５８）で生成した真水を、ナセルの内部の発電装置で発電した電気で電気分解して水素を発生させるための水電解装置（５３）と、さらに電気分解した水素を液化させるための水素液化装置（５４）を設置し稼働させることにより、海水から液体水素を製造すると共に、製造した液体水素を竪穴区画（３４）を経由させ浮力体部（８）の内部に設置したコールドボックス内の液体水素貯蔵タンク（５５）に貯蔵したことにより、超高層ビル等の建築現場で培った技術を活用し、製作日数を大幅に短縮すると共に、浮体式洋上風力発電所で得られた電気出力を電源として海水を電気分解し水素を直接生成することが可能となった。

以下、この発明の実施の形態について説明する。

図１乃至図７には、この発明の実施の形態を示す。

図１は、本発明の水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所１を洋上に設置した状態を斜視図で示す。水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所１はハブ１０に取り付けた３本のブレード２と、ナセル３の内部に設置した増速機、発電機、ヨー制御装置等と、さらに前記ナセル３をタワー部４に固定するための鋼管２３と、鉄筋コンクリート構造で構築したタワー部４と、さらにタワー部４と浮力体部８を連結させるため直径約２ｍ、肉厚約３０ｍｍ、長さ約１０ｍの鋼管で成形した８本の支柱６と、さらに水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所１を洋上に浮かべて自立させ、浮体構造部としての役目をはたすため鉄筋コンクリート構造で内部を空洞で形成した浮力体部８で構成される。このように構成した浮力体部８の動揺量を極力抑えるようにＴＬＰ型で海底９に係留させるため６本の係留ワイヤー（Ａ）１１、係留ワイヤー（Ｂ）１２、係留ワイヤー（Ｃ）１３、係留ワイヤー（Ｄ）１４、係留ワイヤー（Ｅ）１５、係留ワイヤー（Ｆ）１６と、前記６本の係留ワイヤー（Ａ）１１、係留ワイヤー（Ｂ）１２、係留ワイヤー（Ｃ）１３、係留ワイヤー（Ｄ）１４、係留ワイヤー（Ｅ）１５、係留ワイヤー（Ｆ）１６を海底９に固定するため海底９に固定した６基の海底基礎杭（Ａ）１７、海底基礎杭（Ｂ）１８、海底基礎杭（Ｃ）１９、海底基礎杭（Ｄ）２０、海底基礎杭（Ｅ）２１、海底基礎杭（Ｆ）２２で構成される。なお、鋼管２３に取り付けるナセル３は風の吹いてくる方向に対して常にブレード２を追従させる必要があるため、ナセル３の内部には鋼管２３に対して３６０度回動自在に回転させることが出来るようにヨー制御装置（図示せず）が取り付けられる。

図２は、図１で説明した水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所１を正面図で示す。本発明では、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所１をＴＬＰ型で海底９に係留させるため、海底９に設置した６基の海底基礎杭（Ａ）１７、海底基礎杭（Ｂ）１８、海底基礎杭（Ｃ）１９、海底基礎杭（Ｄ）２０、海底基礎杭（Ｅ）２１、海底基礎杭（Ｆ）２２に対して、それぞれ６本の係留ワイヤー（Ａ）１１、係留ワイヤー（Ｂ）１２、係留ワイヤー（Ｃ）１３、係留ワイヤー（Ｄ）１４、係留ワイヤー（Ｅ）１５、係留ワイヤー（Ｆ）１６を取り付け、海面７が支柱６の概ね上下中央位置になるように６本の係留ワイヤー（Ａ）１１、係留ワイヤー（Ｂ）１２、係留ワイヤー（Ｃ）１３、係留ワイヤー（Ｄ）１４、係留ワイヤー（Ｅ）１５、係留ワイヤー（Ｆ）１６の長さを個々に調節して浮力体部８を海面７に対して水平を保つように強制的に潜水させることにより、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所１が海面７に対して縦揺れ、横揺れを小さく抑え水平状態を維持することが出来るようになり、風に対して安定した状態でブレード２を回転させることが可能になった。

図３は、図１、図２で説明したタワー部４と支柱６と浮力体部８を図３ａの平面図と、図３ｂの正面図で示す。タワー部４は円錐形の鉄筋コンクリート構造で構築され、頂上部３３は、図６のタワー部上部直径Ａで示すように直径約５ｍの円形で成形され、タワー部上部スラブ厚さＢは約５００ｍｍ、タワー部４の頂上部３３からタワー底部３９までのタワー部高さＣは約９７ｍ、タワー部４のタワー部土台４０を構成するタワー底部スラブ厚さＤは約１ｍ、タワー部土台４０を構成するタワー土台直径Ｓは円形で直径約２５ｍ、タワー部４の下部には、各階の高さが共に約５ｍで形成された４層構造（建屋１階３８、建屋２階３７、建屋３階３６、建屋４階３５で示す）の建屋５が構築される。浮力体部８は円筒形で浮体としての役目をはたすため内部を空洞で構成し、図６で示すように浮力体部８の浮力体部直径Ｎは約１００ｍ、浮力体部高さＪは約１０ｍで形成され、さらに図３で示すように浮力体部８の底面の前後に、陸地で構築した水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所１を安定した状態で進水させるため、前方向と後方向の両方向の底部を、前方傾斜部３１（底部と前方傾斜部３１との境目を図３ａの一点鎖線（Ａ）４１で示す）と、後方傾斜部３２（底部と後方傾斜部３２の境目を図３ａの一点鎖線（Ｂ）４２で示す）で示すように先端部と後端部に向け、図６の前方傾斜部角度Ｍと、後方傾斜部角度Ｐで示すように共に約１４度の角度で傾斜させた形状で形成され、さらにタワー部４と浮力体部８を連結するため浮力体部８の上面の中心部の回りに直径約２ｍ、肉厚約３０ｍｍ、長さ約１０ｍの鋼管で成形した８本の支柱６を、水平面で見たときに中心から４５度ごとに放射状に延設した円周上の位置に取り付けた状態を示す。

さらに浮力体部８の側面には、図１、図２で説明した６本の係留ワイヤー（Ａ）１１、係留ワイヤー（Ｂ）１２、係留ワイヤー（Ｃ）１３、係留ワイヤー（Ｄ）１４、係留ワイヤー（Ｅ）１５、係留ワイヤー（Ｆ）１６を、浮力体部８の側面の定位置でガイドするため、半径約３０ｃｍで概ね半円筒状（かまぼこ状）に成形した６か所の係留ワイヤー用ガイド穴（Ａ）２５、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｂ）２６、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｃ）２７、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｄ）２８、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｅ）２９、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｆ）３０が形成される。

さらにタワー部４の概ね頂上部３３からタワー底部３９を貫通し、浮力体部８の中心部の概ね底部まで、一点鎖線（Ｃ）４３で示すように概ね直径約４ｍの円筒形で形成した竪穴区画３４を構築し、さらに竪穴区画３４の内部に点検作業を行うための上下移動用階段（図示せず）と簡易リフト（図示せず）を取り付けることにより作業効率を上げることが可能になった。

このように構成したタワー部４の建屋５の内部に、海水を真水に変えるための海水淡水化装置５８を設置し、前記海水淡水化装置５８で生成した真水を、ナセル３の内部の発電装置で発電した電気で真水を電気分解して水素を発生させるための水電解装置５３と、さらに電気分解した水素を液化させるための水素液化装置５４を設置し稼働させることにより、海水から液体水素を製造すると共に、製造した液体水素を竪穴区画３４を経由させ浮力体部８の内部に設置したコールドボックス内の液体水素貯蔵タンク５５に貯蔵させることが可能になった。このように構成することにより電気分解により発生した水素の体積を約８００分の１の液体水素に液化させ効率良く貯蔵することが可能になった。このようにして製造した液体水素は、液化水素運搬船に積荷され移送される。

図４は、図１、図２で説明した支柱６と浮力体部８を図４ａの平面図と、図４ｂの正面図で示す。浮力体部８の外周部に成形した６か所の係留ワイヤー用ガイド穴（Ａ）２５、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｂ）２６、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｃ）２７、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｄ）２８、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｅ）２９、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｆ）３０の位置は、浮力体部８の上面に対して水平面で見たときに中心から６０度ごとに放射状に延設した位置に成形され、係留ワイヤー用ガイド穴（Ａ）２５、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｂ）２６、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｃ）２７、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｄ）２８、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｅ）２９、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｆ）３０の形状は、全て、半径約３０ｃｍで概ね半円筒状（かまぼこ状）に成形される。

さらにタワー部４と浮力体部８を連結するための８本の支柱６は共に直径約２ｍ、肉厚３０ｍｍ、長さ１０ｍの円筒状の鋼管で成形され、浮力体部８の上面の中心から半径約１０５０ｃｍの円周上の、水平面で見たときに中心から４５度ごとに放射状に延設された位置に８本の支柱（Ａ）４５、支柱（Ｂ）４６、支柱（Ｃ）４７、支柱（Ｄ）４８、支柱（Ｅ）４９、支柱（Ｆ）５０、支柱（Ｇ）５１、支柱（Ｈ）５２の中心が位置するように垂直に取り付けられると共に、８本の支柱（Ａ）４５、支柱（Ｂ）４６、支柱（Ｃ）４７、支柱（Ｄ）４８、支柱（Ｅ）４９、支柱（Ｆ）５０、支柱（Ｇ）５１、支柱（Ｈ）５２の上部は、図３で説明したタワー底部３９の下面に取り付けられる。このようにタワー部４と、浮力体部８を８本の支柱６で連結する理由は、円筒形の丸い直径約２ｍの支柱でタワー部４を支えることにより、図２で説明した海面７の波による抵抗を最小限に抑え、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所１の揺れを抑え、風が吹いてくる方向にブレードを対峙させるためである。

図５は、図１、図２で説明した浮力体部８を海底９に係留するための６本の係留ワイヤー（Ａ）１１、係留ワイヤー（Ｂ）１２、係留ワイヤー（Ｃ）１３、係留ワイヤー（Ｄ）１４、係留ワイヤー（Ｅ）１５、係留ワイヤー（Ｆ）１６を、図５ａの平面図と、図５ｂの正面図で示す。６本の係留ワイヤー（Ａ）１１、係留ワイヤー（Ｂ）１２、係留ワイヤー（Ｃ）１３、係留ワイヤー（Ｄ）１４、係留ワイヤー（Ｅ）１５、係留ワイヤー（Ｆ）１６を、浮力体部８の側面に成形した６か所の係留ワイヤー用ガイド穴（Ａ）２５、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｂ）２６、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｃ）２７、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｄ）２８、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｅ）２９、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｆ）３０を介して浮力体部８が海面７に対して水平になるように、図７で示すワイヤー巻取り・送り出し機６０により個々の係留ワイヤー毎に長さを調整することにより、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所１は海面７に対して水平状態を容易に保つことが出来るようになった。なお、６か所の係留ワイヤー用ガイド穴（Ａ）２５、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｂ）２６、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｃ）２７、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｄ）２８、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｅ）２９、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｆ）３０と、６基の海底基礎杭（Ａ）１７、海底基礎杭（Ｂ）１８、海底基礎杭（Ｃ）１９、海底基礎杭（Ｄ）２０、海底基礎杭（Ｅ）２１、海底基礎杭（Ｆ）２２との位置関係は、海流と、波による浮力体部８の動揺量を極力抑えるため６か所の係留ワイヤー用ガイド穴（Ａ）２５、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｂ）２６、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｃ）２７、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｄ）２８、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｅ）２９、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｆ）３０の直下の海底９に、６基の海底基礎杭（Ａ）１７、海底基礎杭（Ｂ）１８、海底基礎杭（Ｃ）１９、海底基礎杭（Ｄ）２０、海底基礎杭（Ｅ）２１、海底基礎杭（Ｆ）２２を固定させることにより、ＴＬＰ型の特徴の１つである海面下での占有面積を抑えることが可能になった。

図６は、図１、図２で説明したタワー部４、支柱６、浮力体部８の部材の寸法、角度をＡ～Ｓの記号で示す。タワー部４は円錐形で、頂上部３３は円形をした平面で成形され、頂上部３３のタワー部上部直径Ａは直径約５ｍで形成し、さらに頂上部３３のタワー部上部スラブ厚さＢは約５００ｍｍで形成し、さらに竪穴区画３４は一点鎖線（Ｃ）４３で示すようにタワー部３３の概ね上端部からタワー部土台４０を貫通させ浮力体部８の概ね下端部まで概ね直径約４ｍの円筒形で形成される。さらにタワー部４の頂上部３３からタワー底部３９までのタワー部高さＣは約９７ｍで形成し、さらに４階建ての建屋５の建屋４階高さＦは約５ｍ、建屋３階高さＧは約５ｍ、建屋２階高さＨは約５ｍ、建屋１階高さＩは約５ｍで形成し、さらにタワー部４の底部のタワー底部スラブ厚さＤは約１ｍで形成し、タワー部４の下部のタワー土台直径Ｓは直径約２５ｍの円形状で形成される。さらに８本の支柱６の支柱高さＥは全て約１０ｍで形成し、さらに浮力体部８の鉄筋コンクリートの厚さは、上部、下部、外周面共に全て約２００ｍｍで形成し、さらに鉄筋コンクリート構造で構築した浮力体部８の前後底部は前方向と後方向に向けて傾斜させた形状で形成し、さらに浮力体部８の浮力体部直径Ｎは直径約１００ｍの円形状で形成し、さらに浮力体部８の浮力体部高さＪは約１０ｍで形成し、図３で説明した浮力体部８の前方向と後方向の前方傾斜部３１と後方傾斜部３２の先端部の前方傾斜部先端部高さＫと、後方傾斜部後端部高さＲは共に約３ｍで形成し、図３で説明した前方傾斜部３１と後方傾斜部３２の前方傾斜部角度Ｍ、後方傾斜部角度Ｐは共に約１４度で形成し、前記前方傾斜部３１の前方傾斜部最大巾Ｌと、前記後方傾斜部３２の後方傾斜部最大巾Ｑは共に約１２ｍで形成し、さらに竪穴区画３４の下部の浮力体部底スラブ厚さＯは約２００ｍｍで形成される。このようにタワー部４の中心と、８本の支柱６の中心と、浮力体部８の中心を一直線状に構築することにより、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所１は海面７に対してバランス良く水平状態を保つことが可能になった。

図７は、図５で説明した６本の係留ワイヤー（Ａ）１１、係留ワイヤー（Ｂ）１２、係留ワイヤー（Ｃ）１３、係留ワイヤー（Ｄ）１４、係留ワイヤー（Ｅ）１５、係留ワイヤー（Ｆ）１６の内の一本の係留ワイヤー（Ｃ）１３を代表して浮力体部８の係留ワイヤー用ガイド穴（Ｂ）２６を経由させワイヤー巻取り・送り出し機６０に巻き付けた状態を部分断面図で示す。海底基礎杭（Ｃ）１９に取り付けた係留ワイヤー（Ｃ）１３は、図５で説明した浮力体部８の側面に成形した係留ワイヤー用ガイド穴（Ｂ）２６を経由し、浮力体部８の上面の係留ワイヤー用ガイド穴（Ｂ）２６の近傍に取り付けたワイヤー用滑車（Ｂ）６２と、さらに竪穴区画３４の外側近傍の浮力体部８の上面に取り付けたワイヤー用滑車（Ａ）６１を経由し、さらにワイヤー用滑車（Ａ）６１の直上のタワー部土台４０に貫通させたワイヤー通し穴６３を経由し、建屋１階３８の内部の竪穴区画３４の外側近傍に取り付けたワイヤー巻取り・送り出し機６０に巻き付け、このように構成した係留ワイヤー（Ｃ）１３をワイヤー巻取り・送り出し機６０により長さ調整をすることにより、海面７に対する水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所１の上下高さと傾きを簡単に調整することが可能になった。このように６本の係留ワイヤー（Ａ）１１、係留ワイヤー（Ｂ）１２、係留ワイヤー（Ｃ）１３、係留ワイヤー（Ｄ）１４、係留ワイヤー（Ｅ）１５、係留ワイヤー（Ｆ）１６を個々に巻取り・送出しするためのワイヤー巻取り・送出し機６０を建屋１階３８の内部の竪穴区画３４の側面近傍の円周上に均等に割り当て配置することにより建屋１階３８の内部のスペースを効率良く活用すると共に、ワイヤー巻取り・送出し機６０のメンテナンスを合理的に行うことが可能になった。

なお、図７においては、図１、図２で説明した６本の係留ワイヤー（Ａ）１１、係留ワイヤー（Ｂ）１２、係留ワイヤー（Ｃ）１３、係留ワイヤー（Ｄ）１４、係留ワイヤー（Ｅ）１５、係留ワイヤー（Ｆ）１６の内の係留ワイヤー（Ｃ）１３について説明したが、他の５本の係留ワイヤー（Ａ）１１、係留ワイヤー（Ｂ）１２、係留ワイヤー（Ｄ）１４、係留ワイヤー（Ｅ）１５、係留ワイヤー（Ｆ）１６についても、係留ワイヤー（Ｃ）１３と同様にワイヤー用滑車とワイヤー巻取り・送り出し機を活用することにより、各々の係留ワイヤーの長さをワイヤー巻取り・送り出し機で調整することが出来るようになり、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所１の水平状態を保つことが可能になった。

以上、実施の形態に基づいて、本発明に係る水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所について詳細に説明してきたが、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において各種の改変をなしても、本発明の技術的範囲に属するのはもちろんである。

図１、図２において、「６本の係留ワイヤー（Ａ）１１、係留ワイヤー（Ｂ）１２、係留ワイヤー（Ｃ）１３、係留ワイヤー（Ｄ）１４、係留ワイヤー（Ｅ）１５、係留ワイヤー（Ｆ）１６」と説明したが、係留ワイヤーの種類は、鋼製ワイヤーロープ、合成繊維ロープ、鋼鉄製の鎖を使用する場合もある。

図３において、「・・・ナセル３の内部の発電装置で発電した電気で真水を電気分解して水素を発生させるための水電解装置５３と、さらに電気分解した水素を液化させるための水素液化装置５４を設置し稼働させることにより、海水から液体水素を製造する・・・」と説明したが、浮体式洋上風力発電装置は、風向き、風力の状況に応じて発電量が不安定であるため、そのため浮体式洋上風力発電装置で発電した電気を水電解装置５３に直接接続した場合、水電解装置５３が不安定な状態になる。そのため水電解装置５３に電力を安定的に供給するため蓄電池装置（図示せず）を組み込み水電解装置５３を稼働させる方法も、もちろん有効である。

図１において、支柱６を直径約２ｍ、肉厚約３０ｍｍ、長さ約１０ｍの鋼管で成形したと説明したが、円筒形をした直径約２ｍ、筒の厚さ約２０ｃｍ、長さ約１０ｍの鉄筋コンクリート構造で製作することも、もちろん可能である。

図７において、「・・・このように構成した係留ワイヤー（Ｃ）１３をワイヤー巻取り・送り出し機６０により長さ調整をすることにより、海面７に対する浮体式洋上風力発電所１の上下高さと傾きを簡単に調整することが可能になった。」と説明したが。もちろん浮力体部８の内部に設置したバラスト水用タンク（図示せず）にバラスト水（海水）を注入、排出することにより浮力体部８の浮力を予定浮力になるように調整することも、もちろん可能である。

本発明の実施の形態に係る、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所を斜視図で示す。同実施の形態に係る、図１で示した水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所を正面図で示す。同実施の形態に係る、タワー部と支柱と浮力体部を平面図と正面図で示す。同実施の形態に係る、支柱と浮力体部を平面図と正面図で示す。同実施の形態に係る、図４で示した浮力体部を海底基礎杭で海底に固定した状態を平面図と正面図で示す。同実施の形態に係る、タワー部と支柱と浮力体部を正面図で示す。同実施の形態に係る、図２で示した係留ワイヤーの作動方法を正面図で示す。

Ａタワー部上部直径
Ｂタワー部上部スラブ厚さ
Ｃタワー部高さ
Ｄタワー底部スラブ厚さ
Ｅ支柱高さ
Ｆ建屋４階高さ
Ｇ建屋３階高さ
Ｈ建屋２階高さ
Ｉ建屋１階高さ
Ｊ浮力体部高さ
Ｋ前方傾斜部先端部高さ
Ｌ前方傾斜部最大幅
Ｍ前方傾斜部角度
Ｎ浮力体部直径
Ｏ浮力体部底スラブ厚さ
Ｐ後方傾斜部角度
Ｑ後方傾斜部最大幅
Ｒ後方傾斜部後端部高さ
Ｓタワー土台直径
１水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所
２ブレード
３ナセル
４タワー部
５建屋
６支柱
７海面
８浮力体部
９海底
１０ハブ
１１係留ワイヤー（Ａ）
１２係留ワイヤー（Ｂ）
１３係留ワイヤー（Ｃ）
１４係留ワイヤー（Ｄ）
１５係留ワイヤー（Ｅ）
１６係留ワイヤー（Ｆ）
１７海底基礎杭（Ａ）
１８海底基礎杭（Ｂ）
１９海底基礎杭（Ｃ）
２０海底基礎杭（Ｄ）
２１海底基礎杭（Ｅ）
２２海底基礎杭（Ｆ）
２３鋼管
２５係留ワイヤー用ガイド穴（Ａ）
２６係留ワイヤー用ガイド穴（Ｂ）
２７係留ワイヤー用ガイド穴（Ｃ）
２８係留ワイヤー用ガイド穴（Ｄ）
２９係留ワイヤー用ガイド穴（Ｅ）
３０係留ワイヤー用ガイド穴（Ｆ）
３１前方傾斜部
３２後方傾斜部
３３頂上部
３４竪穴区画
３５建屋４階
３６建屋３階
３７建屋２階
３８建屋１階
３９タワー底部
４０タワー部土台
４１一点鎖線（Ａ）
４２一点鎖線（Ｂ）
４３一点鎖線（Ｃ）
４５支柱（Ａ）
４６支柱（Ｂ）
４７支柱（Ｃ）
４８支柱（Ｄ）
４９支柱（Ｅ）
５０支柱（Ｆ）
５１支柱（Ｇ）
５２支柱（Ｈ）
５３水電解装置
５４水素液化装置
５５液体水素貯蔵タンク
５６一点鎖線（Ｄ）
５７一点鎖線（Ｅ）
５８海水淡水化装置
５９蓄電池設備
６０ワイヤー巻取り・送り出し機
６１ワイヤー用滑車（Ａ）
６２ワイヤー用滑車（Ｂ）
６３ワイヤー通し穴

Claims

複数枚のブレードと増速機、発電機を内蔵したナセルを支えるタワーで構成した浮体式洋上風力発電所において、
洋上に配置するタワー部（４）を円錐形の鉄筋コンクリート構造で構築し、頂上部（３３）を円形状の平面で形成し、前記頂上部（３３）にナセルを取り付けるための鋼管（２３）を取り付け、前記頂上部（３３）のタワー部上部直径（Ａ）は直径５ｍで形成し、さらに頂上部（３３）のタワー部上部スラブ厚さ（Ｂ）は５００ｍｍで形成し、さらにタワー部（４）の頂上部（３３）からタワー底部（３９）までのタワー部高さ（Ｃ）は９７ｍで形成し、タワー部（４）の下部は各階の高さが共に５ｍで形成した４層構造の建屋（５）で構成し、さらにタワー部（４）の底部のタワー底部スラブ厚さ（Ｄ）は１ｍで形成し、前記タワー部（４）の下部のタワー土台直径（Ｓ）を直径２５ｍの円形で形成したタワー部（４）と、
水中に配置する浮力体部（８）は円筒形で鉄筋コンクリート構造で構築すると共に、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所（１）を洋上に浮かべる浮体としての役目を果たすため内部を空洞で構成し、前記浮力体部（８）の鉄筋コンクリートの外周面、上下面の外皮の厚さは、上部、下部、外周面共に全て２００ｍｍで形成し、さらに浮力体部（８）の前後底部は前方向と後方向に向けて傾斜させた形状で形成し、さらに浮力体部（８）の浮力体部直径（Ｎ）は直径１００ｍの円形状で形成し、さらに浮力体部（８）の浮力体部高さ（Ｊ）は１０ｍで形成し、さらに浮力体部（８）の前方向と後方向の前方傾斜部（３１）と後方傾斜部（３２）の前方傾斜部先端部高さ（Ｋ）と、後方傾斜部後端部高さ（Ｒ）は共に３ｍで形成し、さらに前方傾斜部（３１）と後方傾斜部（３２）の前方傾斜部角度（Ｍ）、後方傾斜部角度（Ｐ）は共に１４度で形成し、前記前方傾斜部（３１）の前方傾斜部最大巾（Ｌ）と、前記後方傾斜部（３２）の後方傾斜部最大巾（Ｑ）は共に１２ｍで形成し、さらに浮力体部（８）の側面には、６本の係留ワイヤー（Ａ）（１１）、係留ワイヤー（Ｂ）（１２）、係留ワイヤー（Ｃ）（１３）、係留ワイヤー（Ｄ）（１４）、係留ワイヤー（Ｅ）（１５）、係留ワイヤー（Ｆ）（１６）を浮力体部（８）の側面の定位置でガイドさせるため、半径３０ｃｍで概ね半円筒状に成形した６か所の係留ワイヤー用ガイド穴（Ａ）（２５）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｂ）（２６）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｃ）（２７）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｄ）（２８）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｅ）（２９）、係留ワイヤー用ガイド穴（Ｆ）（３０）を浮力体部（８）の上面に対して水平面で見たときに中心から６０度ごとに放射状に延設した位置に成形した浮力体部（８）と、
海面（７）の波による抵抗を最小限に抑え、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所（１）の揺れを抑えるため、タワー部（４）と浮力体部（８）を連結するための８本の支柱（６）は共に直径２ｍ、肉厚３０ｍｍ、長さ１０ｍの円筒状の鋼管で成形し、浮力体部（８）の上面の中心から半径１０５０ｃｍの円周上の、水平面で見たときに中心から４５度ごとに放射状に延設された位置に８本の支柱（Ａ）（４５）、支柱（Ｂ）（４６）、支柱（Ｃ）（４７）、支柱（Ｄ）（４８）、支柱（Ｅ）（４９）、支柱（Ｆ）（５０）、支柱（Ｇ）（５１）、支柱（Ｈ）（５２）の中心が位置するように垂直に取り付けられると共に、８本の支柱（Ａ）（４５）、支柱（Ｂ）（４６）、支柱（Ｃ）（４７）、支柱（Ｄ）（４８）、支柱（Ｅ）（４９）、支柱（Ｆ）（５０）、支柱（Ｇ）（５１）、支柱（Ｈ）（５２）の上部を、タワー底部（３９）の下面に取り付けた支柱（６）と、
タワー部（４）の概ね頂上部（３３）からタワー底部（３９）を貫通し、浮力体部（８）の中心部の概ね底部まで、直径４ｍの円筒形で形成した竪穴区画（３４）と、
水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所（１）をＴＬＰ型で海底（９）に係留させるため、海底（９）に設置した６基の海底基礎杭（Ａ）（１７）、海底基礎杭（Ｂ）（１８）、海底基礎杭（Ｃ）（１９）、海底基礎杭（Ｄ）（２０）、海底基礎杭（Ｅ）（２１）、海底基礎杭（Ｆ）（２２）に対して、それぞれ６本の係留ワイヤー（Ａ）（１１）、係留ワイヤー（Ｂ）（１２）、係留ワイヤー（Ｃ）（１３）、係留ワイヤー（Ｄ）（１４）、係留ワイヤー（Ｅ）（１５）、係留ワイヤー（Ｆ）（１６）を取り付け、海面（７）が支柱（６）の概ね上下中央位置になるように６本の係留ワイヤー（Ａ）（１１）、係留ワイヤー（Ｂ）（１２）、係留ワイヤー（Ｃ）（１３）、係留ワイヤー（Ｄ）（１４）、係留ワイヤー（Ｅ）（１５）、係留ワイヤー（Ｆ）（１６）を個々に巻取り・送り出しするためのワイヤー巻取り・送り出し機（６０）を建屋１階（３８）の内部の竪穴区画（３４）の側面近傍の円周上に均等に割り当て配置し、前記浮力体部（８）の側面に形成した係留ワイヤー用ガイド穴を経由させた係留ワイヤーの一端を、ワイヤー用滑車を介して前記タワー部（４）の建屋内に引き込み、係留ワイヤーの長さを個々に調節して浮力体部（８）を海面（７）に対して水平を保つように強制的に潜水させることにより、水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所（１）が海面（７）に対して縦揺れ、横揺れを小さく抑え水平状態を維持するように構成したワイヤー巻取り・送り出し機（６０）と、
このように構成したタワー部（４）の建屋（５）の内部に、海水を真水に変えるための海水淡水化装置（５８）を設置し、前記海水淡水化装置（５８）で生成した真水を、ナセルの内部の発電装置で発電した電気で電気分解して水素を発生させるための水電解装置（５３）と、さらに電気分解した水素を液化させるための水素液化装置（５４）を設置し稼働させることにより、海水から液体水素を製造すると共に、製造した液体水素を竪穴区画（３４）を経由させ浮力体部（８）の内部に設置したコールドボックス内の液体水素貯蔵タンク（５５）に貯蔵したことを特徴とする水素工場を併設した浮体式洋上風力発電所。