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技術 洋上風力発電設備及びその施工方法

出願人 戸田建設株式会社
発明者 小林修佐藤郁西山桂司杉本和聴
出願日 2017年7月13日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2017-136733
公開日 2018年2月1日 (4年0ヶ月経過) 公開番号 2018-016302
状態 特許登録済
技術分野 船体構造
主要キーワード シャフト構造体 下端外径 バラスト材 横ブレ 山岳地形 タワー構造 延出部材 確認孔
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年2月1日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (16)

課題

浮体内部にタワーが収容され、海上での施工時にタワー昇降設備によってタワーを引上げ、固定するようにしたスパー型洋上風力発電設備において、前記タワーの引上げ及び固定作業を容易かつ安全に設置が行えるようにする。

解決手段

浮体2と、係留索4、4…と、タワー5と、タワー5の頂部に設備されるナセル6及び複数の風車ブレード7,7…とからなり、前記浮体2は、上端部を開口させた有底中空部を有するスパー型の浮体構造とし、前記タワー5は全部又は下端側の大部分が前記浮体内部に収容可能とされるとともに、前記タワー5がタワー昇降設備によって昇降自在とされた洋上風力発電設備において、前記タワー5の下端に連続してシャフト構造体8を一体的に備えるとともに、前記シャフト構造体8は、浮体内部に設けられたガイド部材によって鉛直方向の移動が案内されている。

概要

背景

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、設置式と、水上(主として海上)設置式とがあるが、沿岸域から後背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が多く提案されている。

本出願人においても、下記特許文献1において、スパー型の洋上風力発電設備及びその施工方法を提案した。具体的には、浮体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とともに、上端部を開口させた有底中空部を有するスパー型の浮体構造とし、少なくとも施工時に前記タワーは前記デッキ上に設けたタワー昇降設備によって昇降自在とされ、前記浮体内部に収容可能とされる洋上風力発電設備を提案した。また、その施工方法として、浮体内部にタワーを収容させた状態で海上に横向きで浮かべ、洋上設置場所まで曳航する第1手順と、洋上設置場所において、バラスト投入することによって浮体を直立状態起立させる第2手順と、前記タワー昇降設備によってタワーを任意の高さ位置まで引き上げた状態で、前記ナセルを設置するとともに、風車ブレードを設置する第3手順と、タワーを正規の高さ位置まで引き上げ固定する第4手順とからなる洋上風力発電設備の施工方法を提案した。

概要

浮体内部にタワーが収容され、海上での施工時にタワー昇降設備によってタワーを引上げ、固定するようにしたスパー型洋上風力発電設備において、前記タワーの引上げ及び固定作業を容易かつ安全に設置が行えるようにする。浮体2と、係留索4、4…と、タワー5と、タワー5の頂部に設備されるナセル6及び複数の風車ブレード7,7…とからなり、前記浮体2は、上端部を開口させた有底中空部を有するスパー型の浮体構造とし、前記タワー5は全部又は下端側の大部分が前記浮体内部に収容可能とされるとともに、前記タワー5がタワー昇降設備によって昇降自在とされた洋上風力発電設備において、前記タワー5の下端に連続してシャフト構造体8を一体的に備えるとともに、前記シャフト構造体8は、浮体内部に設けられたガイド部材によって鉛直方向の移動が案内されている。

目的

本発明の主たる課題は、浮体内部にタワーが収容され、海上での施工時にタワー昇降設備によってタワーを引上げ、固定するようにしたスパー型洋上風力発電設備において、前記タワーの引上げ及び固定作業や前記タワーの固定解除及び下降作業を容易かつ安全に行えるようにしたスパー型洋上風力発電設備及びその施工方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

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風車ブレードとからなり、前記浮体は、上端部を開口させた有底中空部を有するスパー型浮体構造とし、前記タワーは全部又は下端側の大部分が前記浮体内部に収容可能とされるとともに、前記タワーがタワー昇降設備によって昇降自在とされた洋上風力発電設備において、前記タワーの下端に連続してシャフト構造体を一体的に備えるとともに、前記シャフト構造体は、浮体内部に設けられたガイド部材によって鉛直方向の移動が案内されていることを特徴とする洋上風力発電設備。

請求項2

前記シャフト構造体は、骨組構造体又は管状構造体からなる請求項1記載の洋上風力発電設備。

請求項3

前記タワーの下端と前記浮体の上端との接合部は、リング状部材によって接合されている請求項1、2いずれかに記載の洋上風力発電設備。

請求項4

前記リング状部材は、周方向に分割可能とされている請求項3記載の洋上風力発電設備。

請求項5

前記浮体内部に電気設備を備えるとともに、前記電気設備は前記タワー及びシャフト構造体が配置される中央部を避けて周囲に配置されている請求項1〜4いずれかに記載の洋上風力発電設備。

請求項6

前記タワー昇降設備は、浮体上部に設けられたデッキ上に、周方向に均等配置された複数のジャッキと、前記シャフト構造体の下端に一端が連結され、他端が前記ジャッキに接続されたPCケーブルとからなる請求項1〜5いずれかに記載の洋上風力発電設備。

請求項7

請求項1〜6いずれかに記載の洋上風力発電設備を洋上に設置するための施工方法であって、洋上にて、浮体を直立起立させた状態とし、浮体内部に前記シャフト構造体を収容するとともに、このシャフト構造体の上部に前記タワーを連結し、かつ該タワーの上部を前記浮体の上端よりも突出させた状態とする第1手順と、起重機船により前記タワーの頂部に少なくともナセルを設置する第2手順と、前記タワー昇降設備によって前記タワーを正規の高さ位置まで引き上げ、タワーの下端と前記浮体の上端とを結合する第3手順とを含むことを特徴とする洋上風力発電設備の施工方法。

請求項8

風車ブレードの取付けは、前記第2手順から前記第3手順を終えた後までの期間内に段階的又は一括で行うようにする請求項7記載の洋上風力発電設備の施工方法。

技術分野

0001

本発明は、浮体内部にタワーが収容され、海上での施工時にタワー昇降設備によってタワーを引上げ、固定するようにしたスパー型洋上風力発電設備及びその施工方法に関する。

背景技術

0002

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、設置式と、水上(主として海上)設置式とがあるが、沿岸域から後背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が多く提案されている。

0003

本出願人においても、下記特許文献1において、スパー型の洋上風力発電設備及びその施工方法を提案した。具体的には、浮体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とともに、上端部を開口させた有底中空部を有するスパー型の浮体構造とし、少なくとも施工時に前記タワーは前記デッキ上に設けたタワー昇降設備によって昇降自在とされ、前記浮体内部に収容可能とされる洋上風力発電設備を提案した。また、その施工方法として、浮体内部にタワーを収容させた状態で海上に横向きで浮かべ、洋上設置場所まで曳航する第1手順と、洋上設置場所において、バラスト投入することによって浮体を直立状態起立させる第2手順と、前記タワー昇降設備によってタワーを任意の高さ位置まで引き上げた状態で、前記ナセルを設置するとともに、風車ブレードを設置する第3手順と、タワーを正規の高さ位置まで引き上げ固定する第4手順とからなる洋上風力発電設備の施工方法を提案した。

先行技術

0004

特開2010−223114号公報

発明が解決しようとする課題

0005

前記特許文献1に係る洋上風力発電設備では、タワーを下降させた状態でナセルや風車ブレードの取付けができるようになり高所作業が減って安全に施工できるようになる。また、供用後のメンテナンス時にタワーを下降させることにより安全に作業が行えるようになるとともに、強風波浪時にも、タワーを下降させることにより安定性増し損傷のおそれも少なくなるなどの効果が期待できるようになる。

0006

しかしながら、前記特許文献1記載の発明では、タワーの下端に直接PC鋼材を取付け、浮体上部までジャッキアップする機構であるため、タワーの引上げが不安定になり易いなどの問題があるとともに、タワーを浮体から完全に引き上げた状態で、タワーを浮体に固定用金具を用いて固定するものであるため、波で揺れる浮体上でのタワーの固定作業が危険を伴う作業となるなどの問題があった。更に、大規模修繕や強風・波浪時などにタワーを下降させる際にも、波で揺れる浮体上でのタワーの固定解除や下降作業が危険を伴う作業となるなどの問題もあった。

0007

そこで本発明の主たる課題は、浮体内部にタワーが収容され、海上での施工時にタワー昇降設備によってタワーを引上げ、固定するようにしたスパー型洋上風力発電設備において、前記タワーの引上げ及び固定作業や前記タワーの固定解除及び下降作業を容易かつ安全に行えるようにしたスパー型洋上風力発電設備及びその施工方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

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、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風車ブレードとからなり、前記浮体は、上端部を開口させた有底中空部を有するスパー型の浮体構造とし、前記タワーは全部又は下端側の大部分が前記浮体内部に収容可能とされるとともに、前記タワーがタワー昇降設備によって昇降自在とされた洋上風力発電設備において、
前記タワーの下端に連続してシャフト構造体を一体的に備えるとともに、前記シャフト構造体は、浮体内部に設けられたガイド部材によって鉛直方向の移動が案内されていることを特徴とする洋上風力発電設備が提供される。

0009

上記請求項1記載の発明では、前記タワーの下端に連続してシャフト構造体を一体的に備えるとともに、前記シャフト構造体は、浮体内部に設けられたガイド部材によって鉛直方向の移動が案内されている構造としている。

0010

従って、タワーの下端から連続して設けられたシャフト構造体の鉛直方向の移動がガイド部材によってしっかりと案内されていることにより、タワーを昇降設備によって引き上げる際、安定的に引き上げることができる。また、引上げ後に、タワーの下端を浮体の上部と連結する際にも、タワー下端から延びたシャフト構造体の鉛直方向の移動が浮体の内部に安定的に案内されていることにより、波に揺れる洋上であっても、タワーの挙動と浮体の挙動とが一体的となるため、タワーの固定作業が容易かつ安全に行えるようになる。更に、大規模修繕や強風・波浪時等にタワーを下降させる場合も、タワー下端から延びたシャフト構造体の鉛直方向の移動が浮体の内部に安定的に案内されていることにより、タワーの固定解除及び下降作業を容易かつ安全に行えるようになる。

0011

請求項2に係る本発明として、前記シャフト構造体は、骨組構造体又は管状構造体からなる請求項1記載の洋上風力発電設備が提供される。

0012

上記請求項2記載の発明は、前記シャフト構造体の具体的構造例を示したものである。前記シャフト構造体としては、骨組構造体又は管状構造体とするのが望ましい。重量を軽減できる点では、骨組構造体とするのが望ましい。

0013

請求項3に係る本発明として、前記タワーの下端と前記浮体の上端との接合部は、リング状部材によって接合されている請求項1、2いずれかに記載の洋上風力発電設備が提供される。

0014

上記請求項3記載の発明は、本発明ではタワーは浮体内に収納可能とされるため、タワーの下端外径は前記浮体の上端内径よりも小さくなる。従って、タワーの下端と前記浮体の上端との間にリング状部材を介在させることによって両者を接合するようにしている。前記リング状部材を設けることにより、タワーに作用した外力は前記シャフト構造体に伝達されるのではなく、前記浮体に直接的に伝達されるようになる。

0015

請求項4に係る本発明として、前記リング状部材は、周方向に分割可能とされている請求項3記載の洋上風力発電設備が提供される。

0016

上記請求項4記載の発明では、前記リング状部材として周方向に分割可能としたものを用いるようにしている。前記タワーの下端から連続してシャフト構造体が設けられているため、前記リング状部材を周方向に分割可能とした部材を用いることによりシャフト構造体があっても支障なくリング状部材をタワーと浮体との間に設置することが可能となる。

0017

請求項5に係る本発明として、前記浮体内部に電気設備を備えるとともに、前記電気設備は前記タワー及びシャフト構造体が配置される中央部を避けて周囲に配置されている請求項1〜4いずれかに記載の洋上風力発電設備が提供される。

0018

上記請求項5記載の発明では、通常、浮体内部に配設される電気設備をタワーとシャフト構造体が中央部を通過できるように、中央部を避けて周囲に配置するようにしている。また、従来は浮体の上部に電気設備を設置していたが、浮体内部に配置することにより、浮体の重心を下げることができ、浮体の安定度は増すようになる。

0019

請求項6に係る本発明として、前記タワー昇降設備は、浮体上部に設けられたデッキ上に、周方向に均等配置された複数のジャッキと、前記シャフト構造体の下端に一端が連結され、他端が前記ジャッキに接続されたPCケーブルとからなる請求項1〜5いずれかに記載の洋上風力発電設備が提供される。

0020

上記請求項6記載の発明は、タワー昇降設備の具体的構造例を示したものである。タワー昇降設備としては、浮体上部に設けられたデッキ上に、周方向に均等配置された複数のジャッキと、前記シャフト構造体の下端に一端が連結され、他端が前記ジャッキに接続されたPCケーブルとから構成するのが望ましい。前記PCケーブルの一端をシャフト構造体の下端に連結することにより、タワーの構造をシンプルにできる。

0021

請求項7に係る本発明として、請求項1〜6いずれかに記載の洋上風力発電設備を洋上に設置するための施工方法であって、
洋上にて、浮体を直立に起立させた状態とし、浮体内部に前記シャフト構造体を収容するとともに、このシャフト構造体の上部に前記タワーを連結し、かつ該タワーの上部を前記浮体の上端よりも突出させた状態とする第1手順と、
起重機船により前記タワーの頂部に少なくともナセルを設置する第2手順と、
前記タワー昇降設備によって前記タワーを正規の高さ位置まで引き上げ、タワーの下端と前記浮体の上端とを結合する第3手順とを含むことを特徴とする洋上風力発電設備の施工方法が提供される。

0022

上記請求項7記載の発明は、本洋上風力発電設備の施工方法を示したものである。タワーを下降させた状態でナセルや風車ブレードの取付けができるようになり、高所作業が減って安全に作業ができるようになる。

0023

請求項8に係る本発明として、風車ブレードの取付けは、前記第2手順から前記第3手順を終えた後までの期間内に段階的又は一括で行うようにする請求項7記載の洋上風力発電設備の施工方法が提供される。

0024

上記請求項8記載の発明は、風車ブレードの取付け時期について規定したものである。風車ブレードは、具体的には前記第2手順から前記第3手順を終えた後までの期間内に段階的又は一括で行うようすることができる。すなわち、施工手順施工条件などに合わせて、風車ブレードの取付けは所定の期間内に段階的又は一括で行うようにすればよい。

発明の効果

0025

以上詳説のとおり本発明によれば、浮体内部にタワーが収容され、海上での施工時にタワー昇降設備によってタワーを引上げ、固定するようにしたスパー型洋上風力発電設備において、前記タワーの引上げ作業及び固定作業や前記タワーの固定解除及び下降作業を容易かつ安全に設置が行えるようになる。

図面の簡単な説明

0026

本発明に係る洋上風力発電設備1の全体概略図である。
プレキャスト筒状体12(13)を示す、(A)は縦断面図、(B)は平面図(B-B線矢視図)、(C)は底面図(C-C線矢視図)である。
プレキャスト筒状体12(13)同士の緊結要領図(A)(B)である。
上側鋼製浮体構造部を示す縦断面図である。
洋上風力発電設備1の要部拡大縦断面図である。
更にその拡大縦断面図である。
デッキ部3の平面図(図6のVII−VII線矢視図)である。
浮体2の横断面図(図6のVIII−VIII線矢視図)である。
洋上風力発電設備1の施工手順図(その1)である。
洋上風力発電設備1の施工手順図(その2)である。
洋上風力発電設備1の施工手順図(その3)である。
洋上風力発電設備1の施工手順図(その4)である。
洋上風力発電設備1の施工手順図(その5)である。
洋上風力発電設備1の施工手順図(その6)である。
タワー5の下端と浮体2の上端との接合要領を示す要部拡大図である。

実施例

0027

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。

0028

図1に示されるように、洋上風力発電設備1は、浮体2と、この浮体2の上部に設置されたデッキ3と、前記浮体2に繋がれた係留索4、4…と、前記浮体2の上端部に立設されたタワー5と、このタワー5の頂部に設備されたナセル6及び複数の風車ブレード7,7…とからなるものであり、本発明では特に、前記タワー5の下端に連続してシャフト構造体8を一体的に備えるとともに、前記シャフト構造体8は、浮体2内部に設けられたガイド部材によって鉛直方向の移動が案内されているものである。

0029

以下、更に具体的に詳述する。

0030

前記浮体2は、上端部を開口させた有底中空部を有するスパー型の浮体構造とし、コンクリート製のプレキャスト筒状体12〜13を高さ方向に複数段積み上げ、各プレキャスト筒状体12〜13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2Aと、この下側コンクリート浮体構造部2Aの上側に連設された上側鋼製浮体構造部2Bとからなるとともに、下側コンクリート浮体構造部2Aと上側鋼製浮体構造部2Bとの境界部に合成プレキャスト部材13が介在され、両者が接合されている。前記上側鋼製浮体構造部2Bは、高さ方向に段階的に外径寸法が縮小される変断面形状としてある。

0031

前記下側コンクリート浮体構造部2Aは、コンクリート製のプレキャスト筒状体12…と、前記合成プレキャスト部材13の下半部分とで構成されている。前記プレキャスト筒状体12は、図2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。

0032

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。

0033

プレキャスト筒状体12同士の緊結は、図3(A)に示されるように、下段側プレキャスト筒状体12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12,12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。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。

0034

次に、図3(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12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12と上段側プレキャスト筒状体12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。

0035

次いで、前記合成プレキャスト部材13は、図4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16と鋼製筒状体17との合成構造である。これらは一体的に製作される。前記プレキャスト筒状体16は、前記鋼製筒状体17の肉厚分の厚さを減じた外径寸法とされ、この外周に前記鋼製筒状体17の下半部分が外嵌された構造とし、前記プレキャスト筒状体16の上端面がPC鋼棒19の締結面とされる。

0036

前記上側鋼製浮体構造部2Bは、同図4に示されるように、前記合成プレキャスト部材13の上半部分と、鋼製筒状体14,15とで構成されている。下段側の鋼製筒状体14は、合成プレキャスト部材13と同一の外径寸法とされ、合成プレキャスト部材13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。上段側の鋼製筒状体15は、前記下段側の鋼製筒状体14よりも外径寸法が縮小され、変断面形状とされ、下段側の鋼製筒状体14に対してボルト又は溶接等によって連結される。前記上段側鋼製筒状体15の上端は開口のままとされるとともに、前記上段側鋼製筒状体15及び下段側鋼製筒状体14との境界部及び下段側鋼製筒状体14と鋼製筒状体17との境界部は空間が仕切られておらず、浮体2内部にはタワー5を収容するための中空部が形成されている。

0037

一方、前記タワー5は少なくとも施工時(洋上での組立時)に前記デッキ3上に設けたタワー昇降設備9,9…によって昇降自在とされ、全部又は下端側の大部分が前記浮体2内部に収容可能となっている。前記浮体2の吃水Lは、例えば2MW級発電設備の場合、概ね60m以上に設定される。

0038

前記タワー5の全部が浮体2内部に収容可能とは、予め浮体2の内部にタワー5を収容して曳航する場合を想定するものであり、前記タワー5の下端側の大部分が浮体2内部に収容可能とは、後述のように、浮体2の起立場所でタワー5を浮体2の上端開口から挿入設置する場合を想定するものである。

0039

前記タワー5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。また、前記ナセル6は、風車の回転を電気に変換する発電機やブレード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。

0040

前記シャフト構造体8は、詳細には図5及び図6に示されるように、軽量化を図るために、H形鋼や角型形鋼などの形材を組み合わせて構成された骨組構造体とされている。図示例のシャフト構造体8は、図8の横断面図に示されるように、平面視が正六角形状を成す複数のフレーム体8A、8A…を、各隅部に配設された鉛直方向材8B、8B…によって鉛直方向に所定の間隔で連結した構造とされている。前記シャフト構造体8は、供用後も残置されるものであり、かつタワー5の下端位置、すなわち水面近傍ないしそれから数十mの範囲に存在するものであり、浮体2を合わせた全体構造の中では中間乃至それよりも上部側に位置するため、浮体2とタワー5と合わせた構造体の重心を上側に移行させるため、出来る限り軽量化を図り、重心が上側に移動するのを防止するのが望ましい。

0041

前記タワー5との連結は、図6に示されるように、タワー5の本体5Aの下端に連続して鋼製リング状のタワー側接続部材5aが設けられ、前記シャフト構造体8の最上部のフレーム体8A及び上端に設けられた延出部材8aが前記継手部材5aの内面に溶接又はボルト・ナットなどの連結手段により連結され一体化されている。

0042

前記シャフト構造体8は、浮体2の内部に設けられたガイド部材によって鉛直方向の移動が案内されている。具体的には、図6に示されるように、浮体2内部に鉛直方向に沿って複数本の、図示例では3本のガイドレール30が配設されている。これらのガイドレール30、30…は、タワー5の内面に高さ方向に適宜の間隔で周方向に沿って設けられた横T字断面周方向補強材39によって支持されている。

0043

そして、前記シャフト構造体8の角部から水平方向に突出して設けられたブラケット31の先端部が前記ガイドレール30に沿って摺動することにより、シャフト構造体8の鉛直方向の移動が横ブレすることなく円滑に行われるように案内されている。

0044

なお、本形態例では、前記シャフト構造体8を骨組構造により構成したが、鋼管などによって構成された管状構造体とすることも可能である。

0045

前記タワー昇降設備9は、図7に示されるように、前記デッキ3上に、周方向に均等配置された複数のセンターホールジャッキ32,32と、前記シャフト構造体8の下端に一端が連結され、他端が前記センターホールジャッキ32に接続されたPCケーブル33とからなる。前記デッキ3上には、センターホールジャッキを駆動するための電動ポンプユニット34が複数配置されている。なお、前記センターホールジャッキに代えてダブルツインジャッキ等を用いてもよい。

0046

本洋上風力発電設備1では、前記PCケーブル33の一端をタワー5に連結するのではなく、前記シャフト構造体8に連結するため、タワー構造をシンプルな構造とすることができる。

0047

また、浮体2には、種々の電気設備35が配設されるが、本発明では、浮体2内部にタワー5及びシャフト構造体8が収容され、鉛直方向に移動可能とされているため、前記電気設備35は、図5に示されるように、前記タワー5及びシャフト構造体8が配置される中央部を避けて周囲に配置されている。すなわち、前記上側鋼製浮体構造部2Bは、高さ方向に段階的に外径寸法が縮小される変断面形状としてあり、前記電気設備35は、相対的に外径寸法の大きな部位であって、前記シャフト構造体8が通過する中央範囲を避けた空間内に収まる寸法とし、周方向に分散して配置されている。

0048

一方、前記タワー5の下端と、浮体2の上部との接合部は、図6に示されるように、上端部の直径が下端部の直径よりも小さい截頭円錐形状のリング状部材であって周方向に分割可能とされた接合部材36によって接合されている。すなわち、タワー5の下端に設けられたタワー側接続部材5aの外径は、浮体2の内部に収容されるため、浮体2の上端部の内径よりも小さく構成されている。そのため、前記接合部材36は、上端部の直径が下端部の直径よりも小さい截頭円錐形状のリング状部材とされている。また、タワー5を引き上げた状態で、浮体2の上部との接合を可能とするため、前記接合部材36は、周方向に分割可能、好ましくは図示例のように、周方向に2分割構造とされている。従って、後述するように、タワー5を引き上げた状態とし、側方から2分割構造の接合部材36をそれぞれ嵌め込んで、周方向に連結するとともに、タワー5の下端とボルト接合し、かつ浮体2の上端とボルト接合する構造となっている。図示例では、前記接合部材36と、タワー5及び浮体2との接続は、内側に向けたフランジ継手が採用されている。前記接合部材36を設けることにより、タワー5に作用した外力は前記シャフト構造体8に伝達されるのではなく、前記浮体2に直接的に伝達されるようになる。

0049

また、浮体2の海面上には、接舷施設37及び通路デッキ38が設けられ、施工時やメンテナンス時に作業員等が洋上風力発電設備1へ乗り入れできるようになっている。

0050

〔施工手順〕
以下、図9図15に基づいて、前記洋上風力発電設備1の施工手順について詳述する。

0051

(第1手順)
製作ヤードに隣接した洋上において、図9に示されるように、浮体2を海上に横向きで浮かべ、曳航船18により起立場所まで曳航する。前記浮体2の内部には予め、前記シャフト構造体8が収納されている。

0052

浮体2の下側コンクリート浮体構造部2Aと、上側鋼製浮体構造部2Bとでは、下側コンクリート浮体構造部2A側の方が重いため、バランス調整用浮体42を浮かべるとともに、この浮体上に設置したウインチ43から繰り出されたワイヤの一端を下側コンクリート浮体構造部2Aの端部に連結し、浮体2が水平になるように調整することが望ましい。前記上段側鋼製筒状体15の上端開口は塞がれている。また、浮体2は、海上に横向きで浮かべた状態でバラスト水(水又は海水)を注水し、吃水を調整するようにしてもよい。前記起立場所とは、所定のバラストを投入し浮体2を起立状態とする洋上場所のことである。

0053

前記曳航船18により曳航する方法に代えて、図示しないが、浮体2を台船に搭載して洋上設置場所まで運搬し、洋上設置場所にてクレーンで洋上に浮かべるようにしてもよい。この場合、浮体2内にはバラスト水やバラスト材を投入しないことが好ましい。

0054

図10に示されるように、起立場所に到着したならば、浮体2の内部にバラスト41(水又は海水、バラスト材)を投入するとともに、前記バランス調整用浮体42上のウインチ43からワイヤを徐々に繰り出すことにより、ゆっくりと浮体2を直立状態に起立させる。

0055

前記バラスト材としては、水より高比重である粉粒状のものが使用され、具体的には、砂、砂利重晶石を含む鉱物類及び鉄、鉛等の金属粉金属粒を含む金属類のうち一種または複数種の組み合わせからなるものとすることが好ましい。また、適宜モルタルを混合することもできる。

0056

図11に示されるように、バラスト41を注入することによって浮体2を海底に着底させる。

0057

前記デッキ3上にタワー昇降設備9を設置し、さらに起重機船44によってタワー5を浮体2内部に吊り降ろし、予め浮体2内部に収納されている前記シャフト構造体8と連結し、一体化を図る。この状態で、タワー5の上部は浮体2の上端より突出させた状態となっている。なお、前記タワー5の突出量は、前記デッキ3上にタワー昇降設備9等が設けられるため、後段の第2手順において、ナセル6の設置作業に支障が出ない程度とする。

0058

以上、第1手順についての代表的例を示したが、種々の変更が可能である。具体的に述べると、
(1)上記第1手順では、浮体2を海上に横向きで浮かべ、曳航船18により起立場所まで曳航する際、前記浮体2の内部には前記シャフト構造体8のみを収納するようにしたが、タワー5も浮体2内部に収納して、曳航するようにしてもよい。

0059

この場合、施工場所において、タワー昇降設備9によりタワー5の上部が浮体2の上端より突出させた状態となるまで引き上げるようにする。
(2)上記第1手順では、前記浮体2の内部に前記シャフト構造体8を収容した状態で起立場所まで曳航したが、シャフト構造体8は収容しない状態で前記浮体2のみを起立場所まで曳航し、起立させた後、別途輸送したシャフト構造体8を前記浮体2内部に挿入するとともに、このシャフト構造体8の上端部に前記タワー5の下端を連結するようにしてもよい。
(3)上記第1手順では、浮体2を着底させるようにしたが、洋上に浮かべたままで作業するようにすることも可能である。この場合は、前記浮体2に係留索4、4…を繋ぎ、浮体2の安定化を図るようにするのが望ましい。

0060

いずれにしても、第1手順では、洋上にて、着底の有無を問わず、浮体2を直立に起立させた状態とし、浮体2内部に前記シャフト構造体8を収容するとともに、このシャフト構造体8の上部に前記タワー5を連結し、かつ該タワー5の上部を前記浮体2の上端よりも突出させた状態とするまでの作業を行う。

0061

(第2手順)
次いで、図12に示されるように、起重機船により前記タワー5の頂部に少なくともナセル6を設置する。「少なくともナセル6を設置する」とは、風車ブレード7、7…の内の一部を同時に設置してもよいことを意味する。好ましくは、同図12に示したように、ナセル6とともに、ナセル6よりも上部側に位置させた状態の風車ブレード7(2枚)を含んで設置することが望ましい。

0062

次に、図13に示されるように、タワー昇降設備9により、所定の高さまで引き上げた後、起重機船44により残りの下側に位置させた状態の風車ブレード7を設置し、ナセル6及び風車ブレード7,7…の設置まで作業を完了させる。前記タワー昇降設備9によりタワー5を引き上げる際、本発明ではタワー5の下端から連続して設けられたシャフト構造体8の鉛直方向の移動がガイド部材によってしっかりと案内されていることにより、タワー5を安定的に引き上げることができる。

0063

(第3手順)
図14に示されるように、前記タワー昇降設備9によって前記タワー5を正規の高さ位置まで引き上げ、タワー5の下端と前記浮体2の上端とを結合する。結合は、前述した接合部材36をタワー5の下端と前記浮体2の上端との間に介在させることにより、両者の結合を図る。具体的には、図15に示されるように、タワー5の下端と前記浮体2の上端との間に、接合部材36の高さ分の空間を空けた状態でタワー5を保持し、側方から2分割構造の接合部材36A、36Bをぞれぞれ嵌め込んで、周方向に連結するとともに、タワー5の下端とボルト接合し、かつ浮体2の上端とボルト接合する。本発明では、前記タワー5を浮体2に連結する際にも、前記タワー5の下端から延びたシャフト構造体8が浮体2の内部に安定的に支持されていることにより、波に揺れる洋上であっても、タワー5の挙動と浮体2の挙動とが一体的となるため、タワー5の固定作業が容易かつ安全に行えるようになる。

0064

(第4手順)
バラスト水を浮体から抜いて、浮体2を浮かべたならば、浮体2に係留索4,4…を設置する(図1参照)。

0065

なお、浮体2を浮かべた状態とした後、設置場所まで曳航し、設置場所で浮体に係留索4,4…を設置するようにしてもよい。

0066

前記タワー昇降設備9は、そのまま残置しても良いし、撤去してもよい。残置した場合は、将来のメンテナンス補修時等に、残置したタワー昇降設備9によってタワー5を下降させることにより、大規模修繕をより低コストで行うことが可能となる。この際、浮体2内部にはシャフト構造体8が存在しているため、タワー5の下降・上昇を容易かつ安全に行うことが可能である。なお、前記タワー昇降設備9を撤去した場合は、大規模修繕時に再度、前記タワー昇降設備9を設置するようにすればよい。

0067

〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、前記浮体2の構造を、下側コンクリート製浮体構造部2Aと上側鋼製浮体構造部2Bとからなるハイブリッド構造としたが、すべてがコンクリート製の浮体構造としても良いし、すべてが鋼製の浮体構造としてもよい。

0068

(2)上記形態例では、ナセル6及び風車ブレード7,7…の設置をタワー5の引上げる前と引き上げた後で段階的に行うようにしたが、最初にナセル6のみを取付け、タワー5を引き上げた後に3枚の風車ブレードを順に取り付けるようにしてもよいし、タワー5を引き上げた後に、ナセル6と風車ブレード7,7…とを一括で取り付けるようにしてもよい。

0069

(3)上記形態例では、タワー5の下端と前記浮体2の上端とを結合する第3手順の前に、残りの1枚の風車ブレード7,7…を取付け、すべての風車ブレード7の取付けを完了させるようにしたが、タワー5の下端と前記浮体2の上端とを結合する第3手順の後に、残りの1枚の風車ブレード7を取り付けるようにしてもよい。

0070

(4)前記形態例では、前記タワー5の下端と、浮体2の上部との接合部は、図6に示されるように、上端部の直径が下端部の直径よりも小さい截頭円錐形状のリング状部材であって周方向に分割可能とされた接合部材36によって接合するようにしたが、平板状のリング状部材によって両者を接合するようにしてもよい。これらのリング状部材は、シャフト構造体8を取り付けた状態のまま、接合部材36の取付けが出来るように周方向に分割可能な構造としたが、タワー5とシャフト構造体8とを分離させるとともに、両者を一旦仮受け支持した状態とし、タワー5と浮体2との間に周方向に連続したリング状部材を挿入し、タワー5と浮体2とを前記周方向に連続したリング状部材を介して接合するようにしてもよい。

0071

1…洋上風力発電設備、2…浮体、3…デッキ、4…係留索、5…タワー、6…ナセル、7…風車ブレード、8…シャフト構造体、9…タワー昇降設備、30…ガイドレール、31…ブラケット、32…センターホールジャッキ、33…PCケーブル、34…電動ポンプユニット

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