JP7841347B2 - スパー型浮体、及び洋上風力発電施設組立方法 - Google Patents

Description

本願発明は、洋上風力発電施設に関するものであり、より具体的には、稼働時はもちろん施設を完成させる途中の施工段階においても洋上風力発電施設の動揺を抑制することができるスパー型浮体と、これを用いて洋上風力発電施設を組み立てる方法に関するものである。

我が国における電力消費量は、２００８年の世界的金融危機の影響により一旦は減少に転じたものの、オイルショックがあった１９７３年以降継続的に増加しており、１９７３年度から２００７年度の間には２．６倍にまで拡大している。その背景には、生活水準の向上に伴うエアコンや電気カーペットといったいわゆる家電製品の普及、あるいはオフィスビルの増加に伴うＯＡ（Ｏｆｆｉｃｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）機器や通信機器の普及などが挙げられる。

これまで、莫大な量の電力需要を主に支えてきたのは、石油、石炭等いわゆる化石燃料による発電であった。ところが近年、化石燃料の枯渇化問題や、地球温暖化に伴う環境問題が注目されるようになり、これに応じて発電方式も次第に変化してきた。その結果、先に説明した１９７３年頃には、石油、石炭による発電が全体の約９０％を占めていたのに対し、２０１０年にその割合は６６％まで減少している。代わりに増加したのが全体の約１０％強（２０１０年）を占めている原子力発電である。原子力発電は、従来の発電方式に比べ温室効果ガスの削減効果が顕著であるうえ、低コストで電力を提供できることから、我が国の電力需要にも大きく貢献してきた。

また、温室効果ガスの排出を抑制することができるという点において、再生可能エネルギーによる発電方式も採用されるようになっている。この再生可能エネルギーは、太陽光や風力、地熱、中小水力、木質バイオマスなど文字どおり再生することができるエネルギーであり、温室効果ガスの排出を抑え、また国内で生産できることから、有望な低炭素エネルギーとして期待されている。

再生可能エネルギーのうち特に風力を利用した発電方式は、電気エネルギーの変換効率が高いという特長を備えている。一般に、太陽光発電の変換効率は約２０％、木質バイオマス発電は約２０％、地熱発電は１０～２０％とされているのに対して、風力発電は２０～４０％とされているように、他の発電方法よりも高効率でエネルギーを電気に変換できる。また、太陽光発電とは異なり昼夜問わず発電することができることも風力発電の特長である。このような特長を備えていることもあって、風力発電は既にヨーロッパで主要な発電方法として多用されており、我が国でも「エネルギーミックス」の取り組みにおいて２０３０年には電源構成のうち１．７％を担うことを目指している。

風力発電はその設置場所によって陸上風力発電と洋上風力発電に大別され、このうち陸上風力発電は洋上風力発電に比べ設置が容易であり、したがってそのコストも抑えることができるといった特長を備えている。一方、洋上風力発電は、陸上風力発電が抱える騒音問題が生ずることがなく、また転倒等による被害リスクも回避でき、なにより陸上に比して大きな風力を安定的に得ることができるという特長を備えている。世界第６位の排他的経済水域を持つ我が国は、洋上風力発電にとって適地であり、将来的には再生可能エネルギーの有望な産出地となり得ると考えられる。

また洋上風力発電は、その設置場所によって異なる形式が採用され、５０ｍ以浅の海域では着床式洋上風力発電が適しており、５０ｍ以深の海域では浮体式洋上風力発電が適しているとされている。このうち浮体式洋上風力発電は、海水に浮かべる浮体を利用するものであり、係留索で繋がれた浮体上に発電機構を設置し、この発電機構によって発電する方式である。なお浮体形式には、バージ型、セミサブ型、スパー型、緊張係留型（ＴＬＰ：Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｌｅｇ Ｐｌａｔｆｏｒｍ）などが挙げられる。このうちスパー型の洋上風力発電施設は、その浮体（以下、「スパー型浮体」という。）の構造がそれほど複雑でないため製造に係る手間を軽減することができるうえ、スパー型浮体が軽量であるためその材料費も抑えることができ、浮体製造コストの面では有利と考えられている。

図８は、スパー型の洋上風力発電施設を模式的に示す側面図である。この図に示すようにスパー型の洋上風力発電施設は、海中に浮かべるスパー型浮体と、その上に設置されるタワーやローター、ナセルなど（以下、これらを総称して「風車部」という。）を含んで構成される。タワーはローターやナセルを支持する構造体であり、さらにスパー型浮体がタワーの基礎として機能している。そしてブレード（羽根）とハブからなるローターによって風を動力に変換し、増速機や発電機、変圧器などを含むナセルによって動力を電気に変換して、電力ケーブル（ダイナミックケーブルと海底ケーブル）を通じて陸域まで送電するわけである。なおスパー型浮体は、カテナリー（懸垂線）形状とされた係留索の自重によって係留されるのが一般的である。

スパー型浮体を構成する本体部分は、断面寸法に比して軸（以下、「柱軸」という。）方向の寸法が卓越したいわゆる長尺体であって、内部が中空の管状を呈している。そして図８にも示すように、稼働時におけるスパー型浮体はその柱軸方向が略鉛直（鉛直含む）となる状態（以下、「直立状態」という。）とされる。このように直立状態とされたスパー型浮体は縦揺れや横揺れなどの動揺が生じやすいため、これまでにもその動揺を抑制するための種々の技術が提案されてきた。例えば特許文献１では、いわば「浮き輪」として機能する環状部材を利用し、すなわち浮体部を取り囲むように配置した環状部材をロープ等で接続する構成とすることによって、動揺を抑制する技術について提案している。

特開２０１３－１４１８５７号公報

通常、スパー型浮体はドライドックなど陸域で製造されることから、稼働場所（ウィンドファーム：ＷＦ）まで海上輸送する必要がある。このとき、図９（ａ）に示すように柱軸方向が略水平となる状態でスパー型浮体を輸送することとなる。したがって稼働状態とするためには、図９（ｂ）に示すようにスパー型浮体を略水平な状態から直立状態に回転させる（以下、「立起こす」という。）必要がある。なお、ウィンドファームでは相当の風力を受けることが予想されることからスパー型浮体を立起こす場所としては適切ではなく、あらかじめ選定された静穏域の海上で立起こされる。また、風車部（タワーやローター、ナセルなど）はスパー型浮体とは別に製造されて静穏域まで輸送され、図９（ｃ）に示すように起重機船などを用いて立起こしたスパー型浮体に設置される。そして洋上風力発電施設として概ね完成した構造体は、稼働状態（つまり、スパー型浮体が直立状態）のままウィンドファームまで輸送される。

スパー型の洋上風力発電施設は上記した手順で組み立てられることから、図１０（ａ）に示すように風車部が取り付けられた完成型となる前に、一時的ではあるものの図１０（ｂ）に示すように風車部が取り付けられない状態のスパー型浮体が洋上に配置されることとなる。換言すれば、図１０（ｂ）に示す状態のスパー型浮体に風車部を設置するわけである。なお便宜上ここでは、図１０（ｂ）に示す状態のスパー型浮体を「組立時のスパー型浮体」ということとする。

上記したとおり、直立状態とされたスパー型浮体は動揺しやすいことから、その動揺を抑制するための種々の技術が取り入れられてきた。ただし従来技術は、いずれも稼働時におけるスパー型浮体の動揺を抑制するものであり、つまり風車部が取り付けられたスパー型浮体の動揺を抑制する技術であって、組立時のスパー型浮体（図１０（ｂ））の動揺を抑制するものではなかった。稼働時のスパー型浮体には上部に風車部が設けられているため組立時のスパー型浮体よりも重心位置が高く、浮体の動揺の固有周期が長い。一方で、組立時のスパー型浮体は風車部が設けられていないため、重心位置が低く、固有周期が短い。図１１（ａ）は「通常海象と暴風時における波スペクトル」を示すグラフ図であり、図１１（ｂ）は従来技術を採用したときの「組立時（風車部の設置時）と稼働時におけるスパー型浮体の動揺特性を表す周波数応答関数（ＲＡＯ：Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｏｐｅｒａｔｏｒ）」を示すグラフ図である。なお波スペクトルとは、不規則波を無数の正弦波の重ね合わせと表現した時に、周波数毎の正弦波のエネルギーの量を示したものである。この図に示すように、稼働時におけるスパー型浮体の動揺特性は固有周期が長いことから応答のピークは長周期の位置にあり、通常海象と暴風時の波スペクトルにそれほど干渉していないため動揺が抑制されていることが分かる。これに対して、組立時におけるスパー型浮体の動揺特性は固有周期が短いことから応答のピークは短周期の位置にあり、通常海象の波スペクトルに大きく干渉しているため動揺しやすい、すなわち波と同調揺れを起こしやすいことが分かる。

スパー型浮体に風車部を設置するには、当然ながら暴風時を避けて通常海象の状態が選ばれる。しかしながら、図１１に示すように組立時のスパー型浮体は、通常海象の状態であっても動揺しやすい。そのため風車部の設置作業は、通常海象の状態であってより静穏な状態で行う必要がある。その結果、海洋条件によって設置作業の稼働率が著しく制限されることとなり、すなわち組立時のスパー型浮体の動揺性が施工コストを押し上げていたわけである。

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち、稼働時に加え組立時にも動揺を抑制することができるスパー型浮体と、これを用いた洋上風力発電施設組立方法を提供することである。

本願発明は、中空の柱状本体内に錘材（バラスト等）を収容する隔室を設けることとし、組立時には隔室に錘材を収容するが稼働時には隔室から錘材を排出する、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われたものである。

本願発明のスパー型浮体は、洋上で風車部が設置される洋上風力発電施設のスパー型浮体であって、中空の柱状本体と、錘材を収容する隔室、排出手段を備えたものである。なお隔室は、柱状本体の内部に設けられ、排出手段を操作することによって隔室に収容された錘材を排出する手段である。そして、排出手段を操作することによって錘材が隔室から排出される。

本願発明のスパー型浮体は、隔室が柱状本体の内周面に沿って配置される２以上の水平分割隔室によって構成されたものとすることもできる。この場合の排出手段は、水平分割隔室ごとに独立して錘材を排出することができる。

本願発明のスパー型浮体は、隔室が柱状本体の軸方向に沿って配置される２以上の鉛直分割隔室によって構成されたものとすることもできる。この場合の排出手段は、鉛直分割隔室ごとに独立して錘材を排出することができる。

本願発明のスパー型浮体は、柱状本体が略直立（直立を含む）の姿勢とされ、さらに風車部が設置されたときに、隔室が柱状本体のうち計画吃水線位置に設けられたものとすることもできる。

本願発明の洋上風力発電施設組立方法は、洋上で本願発明のスパー型浮体に風車部を設置して洋上風力発電施設を組み立てる方法であって、本体立起工程と錘材投入工程、風車部設置工程、錘材排出工程を備えた方法である。このうち本体立起工程では、柱状本体の底部に底部用錘材を投入して柱状本体を略直立（直立を含む）の姿勢とし、錘材投入工程では、隔室の内部に錘材を投入する。また風車部設置工程では、洋上で略直立（直立を含む）とされたスパー型浮体に風車部を設置し、錘材排出工程では、排出手段を操作することによって錘材を隔室から排出する。

本願発明の洋上風力発電施設組立方法は、姿勢調整工程をさらに備えた方法とすることもできる。この場合、隔室が２以上の水平分割隔室によって構成されたスパー型浮体を用いるとよい。この姿勢調整工程では、錘材投入工程の後に柱状本体が傾いているときに、所定の分割隔室に対して錘材を追加投入する（あるいは、所定の分割隔室の錘材を排出する）ことによって、柱状本体を略直立（直立を含む）の姿勢とする。

本願発明のスパー型浮体、及び洋上風力発電施設組立方法には、次のような効果がある。
（１）稼働時はもちろん、組立時（風車部を設置するとき）においても、スパー型浮体の動揺が抑制されている。その結果、従来技術に比べて設置作業の稼働率が向上し、すなわち施工コストを軽減することができる。
（２）隔室を柱状本体のうち計画吃水線位置に設けることによって、この隔室を損傷時復原性用の構造として利用することができ、また水線面付近に生じやすい外力に対する補剛材として期待することもできる。
（３）２以上の水平分割隔室によって隔室を構成することによって、柱状本体が傾いたときに略直立（直立を含む）の姿勢に修正することができる。

本願発明のスパー型浮体を模式的に示す側面図。 （ａ）は本願発明のスパー型浮体を模式的に示す透視斜視図、（ｂ）は本願発明のスパー型浮体を模式的に示す鉛直面で切断した断面図。 （ａ）は「通常海象と暴風時における波スペクトル」を示すグラフ図、（ｂ）は本願発明のスパー型浮体を採用したときの「組立時（風車部の設置時）と稼働時におけるスパー型浮体の動揺特性を表す周波数応答関数」を示すグラフ図。 （ａ）は揚重手段を具備しないスパー型浮体を模式的に示す透視斜視図、（ｂ）は揚重手段を具備しないスパー型浮体を模式的に示す鉛直面で切断した断面図。 （ａ）は８つの水平分割隔室によって構成される隔室を模式的に示す平面図、（ｂ）は３段の鉛直分割隔室によって構成される隔室を模式的に示す側面図。 本願発明の洋上風力発電施設組立方法の主な工程を示すフロー図。 本願発明の洋上風力発電施設組立方法の主な工程を示すステップ図。 スパー型の洋上風力発電施設を模式的に示す側面図。 スパー型の洋上風力発電施設を洋上で組み立てる状況を模式的に示すステップ図。 （ａ）は風車部が取り付けられたスパー型浮体を模式的に示す側面図、（ｂ）は風車部が取り付けられる前のスパー型浮体を模式的に示す側面図。 （ａ）は「通常海象と暴風時における波スペクトル」を示すグラフ図、（ｂ）は従来技術を採用したときの「組立時（風車部の設置時）と稼働時におけるスパー型浮体の動揺特性を表す周波数応答関数」を示すグラフ図。

本願発明のスパー型浮体、及び洋上風力発電施設組立方法の実施形態の一例を図に基づいて説明する。

１．スパー型浮体
はじめに、本願発明のスパー型浮体について説明する。なお、本願発明の洋上風力発電施設組立方法は、本願発明のスパー型浮体を含む洋上風力発電施設を組み立てる方法であり、したがってまずは本願発明のスパー型浮体について説明し、その後に本願発明の洋上風力発電施設組立方法について詳しく説明することとする。

図１は本願発明のスパー型浮体１００を模式的に示す側面図である。この図に示すように本願発明のスパー型浮体１００は、柱状本体１１０と隔室１２０、排出手段１３０を含んで構成され、さらに後述する排出管などを含んで構成することもできる。そして、直立状態とされたスパー型浮体１００に風車部（タワーやローター、ナセルなど）を設置すると、スパー型の洋上風力発電施設が完成する。以下、柱状型浮体１００を構成する主な要素ごとに説明する。

（柱状本体）
柱本体１１０は、図１に示すように断面寸法に比してその軸方向寸法が卓越した長尺体であって、その内部は中空とされる。また柱本体１１０は、一端（図では下端）が閉鎖し、他端（図では上端）が開口したいわゆる有底の開口管であり、断面が円形の円柱状とすることもできるし、断面が多角形の角柱状とすることもできる。さらに図１に示すように、柱本体１１０の上部に縮径部が形成されたものとすることもできる。この縮径部は、タワーを連結される部分であり、柱本体１１０の太径からタワーの細径に変更するためのいわば調整区間である。なおこの図では、１箇所のみに縮径部が形成されているが、これに限らず２以上の箇所に縮径部を形成することもできる。

（隔室）
隔室１２０は、図２に示すように柱状本体１１０の内部であって、図１に示すように直立状態とされたスパー型浮体１００のうち上方に設けられ、内部に「錘材」を収容することができる空間が形成された函体である。ここで「錘材」とは、海水や砕石といったバラストをはじめ、固体の重錘（いわゆるカウンターウェイト）など種々の重量物である。なお、スパー型浮体１００を立起こすときに底部に投入される錘材と区別するため、便宜上ここでは、隔室１２０に収容される錘材のことを特に「隔室用錘材ＢＬｒ」、底部に投入される錘材のことを特に「底部用錘材ＢＬｂ」ということとする。

従来技術の場合、上部に風車部が設けられていない状態（つまり、組立時）のスパー型浮体は、その重心位置が低く、波と同調揺れが起きやすい状態のため動揺が生じやすい。一方、本願発明の場合、直立状態とされたスパー型浮体１００のうち上方に隔室１２０が設けられ、そしてこの隔室１２０に隔室用錘材ＢＬｒを収容することができるため、従来技術に比べその重心を高い位置に置くことができ、波と同調揺れが起きにくい状態のため、動揺を抑制することができる。図３（ａ）は「通常海象と暴風時における波スペクトル」示すグラフ図であり、図３（ｂ）は本願発明のスパー型浮体を採用したときの「組立時と稼働時におけるスパー型浮体のＲＡＯ」を示すグラフ図である。この図に示すように、組立時におけるスパー型浮体の動揺特性は、従来技術に比べ（図１１）通常海象の波スペクトルに干渉していないことから、その動揺が抑制されていることが分かる。

隔室１２０は、直立状態とされたスパー型浮体１００のうち上方に設けると説明したが、望ましくは「計画吃水線位置」の周辺に配置するとよい。ここで「計画吃水線位置」とは、スパー型の洋上風力発電施設として完成したとき（つまり、稼働時）に、海水面と交差するスパー型浮体１００の位置（高さ）である。この計画吃水線位置は、スプラッシュゾーン（飛沫帯）とも呼ばれ、波等の外力による部材の疲労が厳しい部分である。そこで、隔室１２０を計画吃水線位置に設置し、当該部分の剛性（断面２次モーメントなど）を高めることによって、部材の疲労を緩和するわけである。なお、計画吃水線位置を含むように配置することができれば、気中に突出する隔室１２０の長さ（つまり、計画吃水線位置から隔室１２０上端までの長さ）と、海中に沈む隔室１２０の長さ（つまり、計画吃水線位置から隔室１２０下端までの長さ）は、所望の値で設計することができる。

また、隔室１２０を計画吃水線位置に設置すれば、損傷時復原性の要件を満たすこともできる。浮体の一部が損傷すると内部に海水が浸入するため、従来では他船の衝突等によって損傷が生じやすい計画吃水線位置の周辺に防舷材を巻き付けることが考えられていた。後述するように稼働時においては、隔室１２０から既に隔室用錘材ＢＬｒが排出されている。そのため、隔室１２０が計画吃水線位置に設置されていると、仮にスパー型浮体１００の一部が損傷しても海水は隔室１２０に浸入するに留まり、その結果、スパー型浮体１００内部への大量の海水浸入を防ぐことができる。この場合、隔室１２０に浸入した海水をスパー型浮体１００内部に漏らさないように、隔室１２０は天板を備えた密閉（特に、水密）構造とするとよい。なお、隔室１２０の設置範囲（特に、上下方向の範囲）は、損傷範囲を考慮して望ましくは計画吃水線から上方５ｍまでの範囲、及び下方３ｍまでの範囲を包括するように配置した方がよい。また、隔室１２０を計画吃水線位置に設置した場合、必ずしも防舷材を設置する必要はないが、もちろん防舷材を設置することもできる。

本願発明のスパー型浮体１００は、図２に示すように隔室１２０内に隔室用錘材ＢＬｒを投入する揚重手段を備えたものとすることができる。この揚重手段１５０は、隔室１２０よりもやや上方に配置され、隔室用錘材ＢＬｒを吊上げるとともに、吊降ろすことができるものである。例えば図２に示す揚重手段１５０は、天井梁１５１とフック１５２、ウィンチなどの牽引装置を含んで構成されている。これにより、ウィンチがワイヤーロープを巻取るとフック１５２とともに隔室用錘材ＢＬｒが吊上げられ、ウィンチがワイヤーロープを巻出すとフック１５２とともに隔室用錘材ＢＬｒが吊降ろされる。また、フック１５２が天井梁１５１に沿って水平移動すると、隔室用錘材ＢＬｒも同様に水平移動する。なお、揚重手段１５０を用いて移動する隔室用錘材ＢＬｒとしては、固体の重錘（いわゆるカウンターウェイト）や袋詰めの砕石、容器に収容した海水などを利用するとよい。

また揚重手段１５０に加え、仮置デッキ１６０を設置することもできる。この仮置デッキ１６０は、隔室１２０よりもやや上方であって揚重手段１５０よりもやや下方（つまり、隔室１２０と揚重手段１５０の間）に配置され、隔室用錘材ＢＬｒを載置するためのいわば収納棚である。この場合、仮置デッキ１６０に載置された隔室用錘材ＢＬｒを揚重手段１５０が吊上げ、隔室１２０の上方まで水平移動したうえで、揚重手段１５０が隔室用錘材ＢＬｒを隔室１２０内に吊降ろすことができる。そして、スパー型浮体１００の上部に風車部を設置した後には、隔室１２０に収容された隔室用錘材ＢＬｒを揚重手段１５０が吊上げるとともに、隔室用錘材ＢＬｒをスパー型浮体１００の底部に吊降ろす（場合によっては、後述する排出手段１３０を用いて隔室用錘材ＢＬｒを排出することもできる）。なお揚重手段１５０は、遠隔操作が可能な構成とすることもできるし、現地（つまり、揚重手段１５０の設置位置）で操作する構成とすることもできる。ただし隔操作可能な構成とする場合は、現地の状況を確認するためのビデオカメラなどを併せて設置することが望ましい。また、仮置デッキ１６０を設けることなく、揚重手段１５０が例えば船上などから隔室用錘材ＢＬｒを直接吊上げることもできる。

本願発明のスパー型浮体１００は、揚重手段１５０や仮置デッキ１６０を備えたものに限らず、図４に示すように揚重手段１５０や仮置デッキ１６０を具備しないものとすることもできる。図４は、揚重手段１５０などを具備しないスパー型浮体１００を模式的に示す図であり、（ａ）はその透視斜視図、（ｂ）はその断面図である。この場合、隔室用錘材ＢＬｒとしては流体のバラストや粒状のバラストが好適であり、またこの場合の隔室１２０は、隔室用錘材ＢＬｒを投入しやすいように開口した形状とすることもできるし、収容された隔室用錘材ＢＬｒが密閉（特に、水密）されるように天板を備えた構造とすることもできる。隔室１２０に天板を備える場合、その天板に隔室用錘材ＢＬｒを注入するための注入管を設置するか、あるいは天板を開閉式の構造にするとよい。

（排出手段）
スパー型浮体１００の上部に風車部を設置した状態（つまり、稼働時）では、その重心が十分高い位置に置かれるため、隔室１２０から隔室用錘材ＢＬｒを排出しておくことができる。排出手段１３０は、隔室１２０に収容された隔室用錘材ＢＬｒを排出する手段である。ただし排出手段１３０は、陸域や船上、あるいはスパー型浮体１００内部の別位置やスパー型浮体１００外部に設けられるワーキングプラットフォームなど離れた場所にいるオペレータによる操作が可能なものであり、すなわち遠隔操作が可能なものである。図４の例では、排出手段１３０として遠隔操作による開閉が可能なバルブが利用されており、隔室１２０に連通する排出管１４０にその排出手段１３０が取り付けられている。この場合、隔室用錘材ＢＬｒが流体もしくは粒状のバラストであれば、オペレータの遠隔操作によって排出手段１３０を開くと、隔室１２０に収容された隔室用錘材ＢＬｒが排出管１４０を通じて排出され、スパー型浮体１００が直立状態であれば隔室用錘材ＢＬｒは底部に向かって落下していく。

（分割隔室）
隔室１２０は、柱状本体１１０の内部に設けられ、空間が形成された函体であると説明したが、１の函体で形成することもできるし、複数の函体で形成することもできる。換言すれば隔室１２０は、複数の分割体（以下、「分割隔室」という。）で構成することができる。例えば図５（ａ）に示すように、柱状本体１１０の内周面に沿って配置される複数の分割隔室（以下、特に「水平分割隔室１２０Ｈ」という。）によって構成することができる。この図では、８つの水平分割隔室１２０Ｈによって構成される隔室１２０を例示しているが、もちろん８つに限らず２以上の水平分割隔室１２０Ｈによって隔室１２０を構成することもできる。なおこの場合、それぞれの水平分割隔室１２０Ｈに、例えば図４に示すような排出手段１３０を設置するとよい。これにより、水平分割隔室１２０Ｈごとに隔室用錘材ＢＬｒを収容することができるとともに、水平分割隔室１２０Ｈごとに独立して隔室用錘材ＢＬｒを排出することができる。

既述したとおり、スパー型浮体１００は柱軸方向が略水平となる状態で輸送され、稼働状態とするために略水平な状態から直立状態となるよう立起こす。そして、スパー型浮体１００を立起こす際には、スパー型浮体１００の底部に底部用錘材ＢＬｂが投入されるが、特に底部用錘材ＢＬｂとして砕石を利用したケースでは、底部に溜まった底部用錘材ＢＬｂの上面が傾斜する（つまり、水平とならない）こともあり、その結果、スパー型浮体１００も傾斜する（つまり、鉛直とならない）こともある。このとき、複数の水平分割隔室１２０Ｈを利用すれば、比較的容易にスパー型浮体１００の姿勢を調整することができる。

具体的には、スパー型浮体１００を立起こした後にそれぞれの水平分割隔室１２０Ｈには隔室用錘材ＢＬｒ投入されるが、スパー型浮体１００が傾斜しているときは、適当な水平分割隔室１２０Ｈを選択したうえで、その水平分割隔室１２０Ｈに対して他より多くの隔室用錘材ＢＬｒを投入し、スパー型浮体１００が略鉛直（鉛直を含む）となるよう調整するわけである。あるいは、適当な水平分割隔室１２０Ｈを選択したうえで、その水平分割隔室１２０Ｈの隔室用錘材ＢＬｒを排出し、スパー型浮体１００の姿勢を調整することもできる。さらに、水中ポンプなどの揚水装置を設置し、所定の水平分割隔室１２０Ｈに収容された隔室用錘材ＢＬｒを他の水平分割隔室１２０Ｈに移動させることによってスパー型浮体１００の姿勢を調整する構成とすることもできる。

隔室１２０は、図５（ｂ）に示すように柱状本体１１０の軸方向に沿って配置される複数の分割隔室（以下、特に「鉛直分割隔室１２０Ｖ」という。）によって構成することもできる。この図では、３段の鉛直分割隔室１２０Ｖによって構成される隔室１２０を例示しているが、もちろん３段に限らず２段以上の鉛直分割隔室１２０Ｖによって隔室１２０を構成することもできる。また、各段の鉛直分割隔室１２０Ｖをさらに複数の水平分割隔室１２０Ｈによって構成することもできる。なお、複数段の鉛直分割隔室１２０Ｖによって隔室１２０を構成する場合、それぞれの鉛直分割隔室１２０Ｖに、例えば図４に示すような排出手段１３０を設置するとともに、上段の鉛直分割隔室１２０Ｖから排出された隔室用錘材ＢＬｒが直下の（隣接する下段の）鉛直分割隔室１２０Ｖに流入する構成にするとよい。これにより、鉛直分割隔室１２０Ｖごとに隔室用錘材ＢＬｒを収容することができるとともに、鉛直分割隔室１２０Ｖごとに独立して隔室用錘材ＢＬｒを排出することができる。

（移動式隔室）
既述したとおり、隔室１２０はスパー型浮体１００のうち計画吃水線位置の周辺に配置することが望ましい。ところが、直立状態とされ、風車部が設置されても、予定どおり隔室１２０が計画吃水線位置の周辺に配置されないことも考えられる。そこで、隔室１２０が上下にスライドする構成にするとよい。柱状本体１１０の内周にレールやガイド溝を設け、そのレール等に沿って隔室１２０を上下スライドさせるわけである。なお、この場合も排出手段１３０と同様、陸域や船上、あるいはスパー型浮体１００内部の別位置やスパー型浮体１００外部に設けられるワーキングプラットフォームなど離れた場所にいるオペレータが操作することによって隔室１２０を上下スライドさせる仕様にすることが望ましい。

２．洋上風力発電施設組立方法
続いて本願発明の洋上風力発電施設組立方法について図を参照しながら詳しく説明する。なお、本願発明の洋上風力発電施設組立方法は、ここまで説明したスパー型浮体１００を含む洋上風力発電施設を組み立てる方法であり、したがってスパー型浮体１００で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明の洋上風力発電施設組立方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「１．スパー型浮体」で説明したものと同様である。

図６は、本願発明の洋上風力発電施設組立方法の主な工程を示すフロー図であり、図７は、本願発明の洋上風力発電施設組立方法の主な工程を示すステップ図である。洋上でスパー型浮体１００を含む風力発電施設を組み立てるにあたっては、まず図７（ａ）に示すように柱軸方向が略水平となる状態でスパー型浮体１００を海上輸送する（図６のＳｔｅｐ２０１）。なお輸送中のスパー型浮体１００はある程度の喫水を確保するため、その底部に若干の底部用錘材ＢＬｂを配置しておくとよい。なお、輸送中における隔室１２０内には、状況に応じて若干の隔室用錘材ＢＬｒを収容しておくこともできるし、隔室用錘材ＢＬｒは収容しない状態とすることもできる。

選定された静穏域までスパー型浮体１００を輸送すると、スパー型浮体１００の底部に底部用錘材ＢＬｂを投入しながら（図６のＳｔｅｐ２０２）、図７（ｂ）に示すようにスパー型浮体１００が直立状態となるように立起こす（図６のＳｔｅｐ２０３）。スパー型浮体１００が直立状態となると、図７（ｃ）に示すように隔室１２０内に隔室用錘材ＢＬｒを投入し、スパー型浮体１００の重心を高い位置に置く（図６のＳｔｅｐ２０４）。このとき、図７（ｄ）に示すようにスパー型浮体１００が傾斜している場合は、所定の水平分割隔室１２０Ｈに対してさらなる隔室用錘材ＢＬｒを投入し、あるいは所定の水平分割隔室１２０Ｈの隔室用錘材ＢＬｒを排出することによって、スパー型浮体１００が略鉛直となるよう調整する（図６のＳｔｅｐ２０５）。

スパー型浮体１００を直立状態とし、隔室１２０内に隔室用錘材ＢＬｒを投入すると、図７（ｅ）に示すように、別途海上輸送された風車部（タワーやローター、ナセルなど）を、起重機船によってスパー型浮体１００の上部に設置する（図６のＳｔｅｐ２０６）。そして、図７（ｆ）に示すように隔室１２０内に収容された隔室用錘材ＢＬｒを排出してスパー型浮体１００の底部にまで落下させる（図６のＳｔｅｐ２０７）。

本願発明のスパー型浮体、及び洋上風力発電施設組立方法は、５０ｍ以深の海域におけるスパー型の洋上風力発電施設に特に好適に利用することができる。本願発明によれば低コストでしかも安全にスパー型の洋上風力発電施設を設置することができることから、洋上風力発電に対するより積極的な動機を期待することができ、ひいては温室効果ガスの排出を抑えたうえで安定的にエネルギーを供給することを考えれば、本願発明は産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。

１００ 本願発明のスパー型浮体
１１０ （スパー型浮体の）柱状本体
１２０ （スパー型浮体の）隔室
１２０Ｈ （隔室を構成する）水平分割隔室
１２０Ｖ （隔室を構成する）鉛直分割隔室
１３０ （スパー型浮体の）排出手段
１４０ （スパー型浮体の）排出管
１５０ （スパー型浮体の）揚重手段
１５１ （揚重手段の）天井梁
１５２ （揚重手段の）フック
１６０ （スパー型浮体の）仮置デッキ
ＢＬｒ 隔室用錘材
ＢＬｂ 底部用錘材

Claims (4)

1. 洋上で風車部が設置される洋上風力発電施設のスパー型浮体であって、
   中空の柱状本体と、
   前記柱状本体の内部に設けられ、錘材を収容する隔室と、
   前記隔室に収容された前記錘材を排出する排出手段と、を備え、
   前記隔室は、前記柱状本体の内周面に沿って配置される２以上の水平分割隔室によって構成され、
   前記排出手段は、前記水平分割隔室ごとに独立して前記錘材を排出する、
   ことを特徴とするスパー型浮体。
2. 前記隔室は、前記柱状本体の軸方向に沿って配置される２以上の鉛直分割隔室によって構成され、
   前記排出手段は、前記鉛直分割隔室ごとに独立して前記錘材を排出する、
   ことを特徴とする請求項１記載のスパー型浮体。
3. 前記柱状本体が直立又は略直立の姿勢とされ、さらに前記風車部が設置されたときに、該柱状本体のうち該柱状本体と海水面との交差位置である計画吃水線位置に前記隔室が配置される、
   ことを特徴とする請求項１記載のスパー型浮体。
4. 洋上でスパー型浮体に風車部を設置して洋上風力発電施設を組み立てる方法であって、
   前記スパー型浮体は、中空の柱状本体と、該柱状本体の内部に設けられる隔室と、排出手段と、を有し、
   前記隔室は、前記柱状本体の内周面に沿って配置される２以上の水平分割隔室によって構成され、
   前記排出手段は、前記隔室に収容された錘材を、前記水平分割隔室ごとに独立して排出し、
   前記柱状本体の底部に底部用錘材を投入し、該柱状本体を直立又は略直立の姿勢とする本体立起工程と、
   前記隔室の内部に前記錘材を投入する錘材投入工程と、
   前記錘材投入工程の後に前記柱状本体が傾いているときに、所定の前記水平分割隔室に対して前記錘材を追加投入し、又は所定の前記水平分割隔室の前記錘材を排出することによって、該柱状本体を直立又は略直立の姿勢とする姿勢調整工程と、
   洋上で前記スパー型浮体に前記風車部を設置する風車部設置工程と、
   前記排出手段を操作することによって、前記錘材を前記隔室から排出する錘材排出工程と、を備えた、
   ことを特徴とする洋上風力発電施設組立方法。