(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
上部構造物を支持するための浮体と、この浮体を係留するための複数本の緊張係留索と、この緊張係留索を水底に固定するための固定用沈底部材とを備えて構成される緊張係留浮体システムにおいて、前記浮体を、前記上部構造物の重量を浮力で支持して、前記上部構造物を水面より上に支持するための中央柱状体と、この中央柱状体の下部に設けられた水没浮力体と、前記中央柱状体から周囲方向に放射状に延びて配置される水面上連結体と、この水面上連結体の端部に配置され、前記緊張係留索の上側端部が固定される水面上係留部を有して構成すると共に、前記水面上連結体の表面積の全部又は半分以上が静水時に水面より上にあり、前記水面上係留部の全部が静水時に水面より上にあるように構成した緊張係留浮体システムの前記浮体の設置において、
前記緊張係留浮体システムの前記浮体の曳航作業、設置作業、保守点検作業、撤去作業の各作業のいずれか一つ又はいくつかの組み合わせ又は全部の作業を支援するために、前記浮体の前記水面上係留部に一時的に固定される支援用浮体を有する支援用システムを用い、
前記支援用浮体を、前記浮体を仮係留するための仮係留システムを備えて形成し、該仮係留システムで前記浮体の設置に際して、前記浮体の設置水域において、前記仮係留システムにより前記緊張係留索の下端が係留される前記固定用沈底部材を水底まで沈下させて、前記支援用浮体を仮係留した後に、前記緊張係留索による係留を行い、この前記緊張係留索による係留をした後に、前記仮係留を解除することを特徴とする浮体の設置方法。
【背景技術】
【0002】
風力発電に関して、海岸の大陸棚の比較的水深の大きい水域に、緊張係留浮体(TLP:テンション・レグ・プラットホーム)を設けて、この緊張係留浮体に風力発電装置等の機器を搭載する提案がなされ始めている。例えば、
図9に示すように、この風力発電装置の台座11を搭載する浮体12は、この浮体12に取り付けられた1本又は複数本(
図9では4本)のテンドンと呼ばれる緊張係留索13で海底や湖底や川底等の水底2に設けられたアンカー等の固定用沈底部材14に係留されている。
【0003】
風力発電装置に限らず、一般的に、
図9に示すような緊張係留浮体1Xの設置は、浮体12のバラストタンクにバラスト水を注入したり、バラストを積んだりして、浮体12の喫水を設置状態の時よりも深くして沈めた状態で、予め設定水域に設置された固定用沈底部材14の上に移動する。移動後、緊張係留索13の上端を浮体12の上側係留部15cに接合し、緊張係留索13の下端を固定用沈底部材14の下側係留部14cに接合する。
【0004】
接合後、上部構造物11を搭載している浮体12の傾斜に注意しながら、バラスト水を排出したり、バラストを取り除いたりして、浮体12の浮力を予め設定された浮力とする。更に、緊張係留索13の長さを変更して上部構造物11の傾斜と各々の緊張係留索13の張力T1〜T4の大きさを調整する。この設置では、緊張係留浮体1Xが波浪中においても上下動揺や横傾斜や縦傾斜をしないように、また、水平方向に移動可能な範囲も許容範囲に入るように、緊張係留索13に予め設定した初期張力T1〜T4を付与して係留する(例えば、特許文献1、2参照)。
【0005】
また、上部構造物の搭載に広い面積を必要としない、風力発電装置を搭載するような場合には、
図10に示すような、水面を貫通する柱状体(センターコラム)12aと、この柱状体12aの下部に接続する水没浮力体(ポンツーン)12bとを有する浮体12に、複数本の緊張係留索13の上端側を固定し、この緊張係留索13の下端側を水底2に設置された固定用沈底部材14の下側係留部14cに連結して、緊張係留索13に張力を作用させて緊張係留浮体1Yを位置保持することが提案されている(例えば、特許文献3、4参照)。
【0006】
水面を貫通する柱状体12aと、この柱状体12aに接続する水没浮力体12bとを有する浮体12で構成される「ミニ・テンション・レグ・プラットホーム(ミニTLP)」と呼ばれる緊張係留浮体1Yでは、緊張係留索13は水深Dの水没浮力体12bの上側係留部15cに係留されている。この緊張係留浮体1Yは、設置後は、水面を貫通する部分は柱状体12aのみとなるので、潮位変動や波による水面の上下による緊張係留索13の張力への影響が少なくなる。
【0007】
しかしながら、この
図9に示すような緊張係留浮体1Xでは、緊張係留索13の上端を固定するための浮体12の下部部分12bや台座11を支持する柱状体(コラム)12a等の没水部分が非常に大きい。また、
図10に示すような緊張係留浮体1Yでは、緊張係留索13の上端を固定するための浮体12の下部の水没浮力体12bや柱状体12a等の没水部分が非常に大きい。そのため、没水面積が大きい上に、広い範囲に広がっているので、この没水面積における耐水性の塗装面が広くなり、塗装作業量や塗料が多くなるという問題や、緊張係留後の経年変化に対するメンテナンス面積が広くなり、保守管理のための作業量が多くなるという問題がある。また、没水面積が大きいので、鋼材重量も増える可能性が高い。
【0008】
また、従来技術の「ミニTLP」では、緊張係留索13の上側係留部15cが水中にあるため、緊張係留索13の取り付け作業や張力調整作業及び保守点検作業等が水中での作業となる。そのため、作業性が悪く作業時間が長くなるので、これらの作業におけるコストが嵩む。また、設置後に下側係留部が地震等より不等沈下した場合に、この不等沈下に対して緊張係留索13の長さを調整する必要が生じるが、この場合にも上側係留部15cが没水しているので、水中での作業が必要になるという問題がある。
【0009】
また、更に、緊張係留浮体1Yの曳航時や設置時等の緊張係留索13が取り付けられていない状態では、水面を貫通する部分が柱状体12aしかないため静的復原力が著しく小さく、緊張係留浮体の安定性能が非常に悪いという問題がある。そのため、曳航時及び設置時には緊張係留浮体1Yの姿勢を保持するために、クレーンの使用が不可欠となる。
【0010】
この場合に、風力発電装置を搭載するような「ミニTLP」でも、発電容量が大きなものでは重量で千トンを越えるものもあるので、使用するクレーンは、大型洋上クレーンとならざるを得ない。この大型洋上クレーンは、市場での保有隻数が少ない上に、曳航時から設置完了時まで必要になるため、大型洋上クレーンの使用期間が長くなる。そのため、曳航及び設置工事の日程調整が難しい上に、コストが嵩むという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、上部構造物を支持するための浮体の水没浮力体を、浮体の傾斜に対する復原力を考慮しない単に浮力発生のための形状にして、波の影響を受け難い形状にすることができると共に、没水面積を小さくすることができ、更に、緊張係留索の上側係留部を水面上に維持して、緊張係留索の取り付け作業、張力調整作業及び保守点検作業等における水中作業を回避できる緊張係留浮体システムの浮体の曳航作業、設置作業、保守点検作業、撤去作業の
各作業のいずれか一つ又はいくつかの組み合わせ又は全部の作業を行う場合に、一時的に配置される支援用浮体により、緊張係留浮体の曳航及び設置等の作業を十分に支援できる支援用システムを用いた浮体の設置方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明で用いる緊張係留浮体システムは、上部構造物を支持するための浮体と、この浮体を係留するための複数本の緊張係留索と、この緊張係留索を水底に固定するための固定用沈底部材とを備えて構成される緊張係留浮体システムにおいて、前記浮体を、前記上部構造物の重量を浮力で支持して、前記上部構造物を水面より上に支持するための中央柱状体と、この中央柱状体の下部に設けられた水没浮力体と、前記中央柱状体から周囲方向に放射状に延びて配置される水面上連結体と、この水面上連結体の端部に配置され、前記緊張係留索の上側端部が固定される水面上係留部を有して構成すると共に、前記水面上連結体の表面積の全部又は半分以上が静水時に水面より上にあり、前記水面上係留部が静水時に水面より上にあるように構成される。また、さらに、前記上部構造物に風力発電装置を搭載する共に、前記緊張係留索のための保護カバーを前記水面上係留部に設けてもよい。
【0014】
また、上記の緊張係留浮体システムは、前記水没浮力体の下部を逆円錐台形状に形成して構成されてもよい。
【0015】
この緊張係留浮体システムによれば、風力発電装置等の各種の装置や機器を搭載するための上部構造物、あるいは、各種の装置や機器で構成される上部構造物を、水面上の所定の高さで支持するための浮体の下側に設けられる水没浮力体を、復原力を考慮しない単に浮力発生のための浮力体とすることができ、水没面積を小さくすることができる。また、波による影響を受け難い形状にすることができる。例えば、水没浮力体の上部を円錐台形状に、中間部を円柱形状に、下部を逆円錐台形状に形成して波の影響を少なくすることができる。
【0016】
また、係留時に復原力を発生する緊張係留索の上側端部を係留する水面上係留部と、この水面上係留部と中央柱状体とを連結する水面上連結体の全部又は一部を、水面上に配置するように構成したので、没水部分が非常に小さくなる。
【0017】
これにより、没水面積が小さくなり、しかも、殆どが水没浮力体の表面となり、非常に狭い範囲になるので、この没水面積における耐水性、耐蝕性を有する特殊な塗料を塗装する面を小さくすることができ、特殊な塗料の量や塗装作業量を少なくできる。また、緊張係留後の経年変化に対する保守管理において、水中作業が必要となる面積が狭くなるので保守管理のための作業量が少なくなる。また、没水面積が小さいので、鋼材重量も減少できる。
【0018】
また、水面上係留部が、静水時において、水面より上にあって水没しないように構成しているので、緊張係留索の上側端部を固定する上側係留部を水面上に維持できるため、緊張係留索の取り付け作業や張力調整作業及び保守点検作業等を水中作業ではなく、空中での作業とすることができる。そのため、作業性が良くなり作業時間も短くなるので、これらの作業におけるコストを低減できるようになる。
【0019】
また、浮体の設置後に下側係留部が地震等より不等沈下した場合に、この不等沈下に対して緊張係留索の長さを調整する必要が生じるが、この場合にも上側係留部が水面上にあるので、水中での作業が不要になり、効率よく調整作業を行うことができる。
【0020】
しかしながら、一方で、前記の緊張係留浮体システムは、水没浮力体の復原力を考慮していないため、緊張係留していない状況においては、転倒し易い不安定な状態となる。
【0021】
そこで、本発明で用いる支援用システムは、上記の緊張係留浮体システムの前記浮体の曳航作業、設置作業、保守点検作業、撤去作業の
各作業のいずれか一つ又はいくつかの組み合わせ又は全部の作業を支援するために、前記浮体の前記水面上係留部に一時的に固定される支援用浮体を有するように構成される。
【0022】
この支援用浮体は、浮体の水面上係留部に曳航及び設置等の作業用に一時的に固定される。この支援用浮体により水面上係留部の傾斜を抑制でき、浮体の傾斜に対する復原力を確保できるので、浮体の姿勢を安定化できる。言い換えれば、支援用浮体により、浮体のヒール(横傾斜)、トリム(縦傾斜)を抑制することができる。
【0023】
この支援用浮体により、浮体の水面に対する傾斜に関する復原力を著しく高めることができるので、浮体の曳航及び設置等の作業において、浮体の姿勢を安定化でき、転倒を防止できる。その結果、浮体の曳航及び設置等の作業を十分に支援できて、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。
【0024】
その上、この支援用浮体は緊張係留後には浮体から取り外すので、この緊張係留浮体システムの浮体を多数設置する場合には、この支援用浮体を繰り返し使用できる。その結果、浮体の1基あたりの曳航、設置、保守点検、撤去等の作業の費用を低減することができる。
【0025】
上記の支援用システムにおいて、前記支援用浮体に、自重以上の浮力と浮体の傾斜に対する復原力とを持たせるように構成する。支援用浮体が自重以上の浮力を持つことにより、曳航時に浮体を浮かせる浮力の一部とすることができ、また、支援用浮体を水面上係留部から取り外す時の作業が行い易くなる。
【0026】
また、この浮体の傾斜に対する復原力を持たせることは、支援用浮体の水面貫通部分の面積をある程度広くして水位変動による浮力変化を生じるように構成することで容易に実現できる。この支援用浮体と浮体の中央柱状体との間には距離があり、比較的大きなモーメントレバーを持つので、浮体の傾斜を抑制する制御が容易にできる。なお、この支援用浮体は、曳航と設置等の作業時における浮力調整の役割を持たせるために、バラストタンクを備えて浮力調整できるように構成することが好ましい。
【0027】
上記の支援用システムにおいて、前記浮体を緊張係留するための緊張係留索の巻取りシステムと、前記支援用浮体を仮係留するための仮係留システム、前記浮体のバラスト調整用システム、前記水面上係留部用の電源システム、前記浮体用の電源システムの少なくとも一つ、又は、いくつかとの組み合わせで構成される作業支援システムを、前記支援用浮体に備えて構成する。
【0028】
この構成によれば、曳航、設置、保守点検、撤去等の作業時のみに浮体側で使用する付帯設備の一部又は全部を、支援用浮体に備えるので、これらの作業を十分に支援できる。これにより、浮体の付帯設備の一部又は全部を省略することができ、緊張係留浮体システムの全体としてのコストを低減することができる。
【0029】
上記の支援用システムにおいて、前記支援用浮体は、前記水面上係留部が入り込む凹部を有して、前記作業の支援時には、前記水面上係留部に接合されると共に、前記作業の支援の終了後には、前記支援用浮体が前記水面上係留部から分離されるように構成する。
【0030】
この構成によれば、支援用浮体が水面上係留部が入り込む凹部を有しているので、支援用浮体が水面上係留部に沿う部分が多くなり、支援用浮体が水面上係留部から外れ難くなると共に、水面上係留部の傾斜を抑制し易くなり、浮体の復原力をより効率よく補強できる。
【0031】
また、支援用浮体の浮体への接合時に、凹部を水面上係留部の外側から囲むように構成すると、凹部を水面上係留部の内側から囲むように構成する場合よりも一体化作業の作業性がよくなる。一方、凹部を内側から囲むように構成する場合は、凹部を外側から囲むように構成する場合よりも、支援用浮体の水平面における占有面積を小さくすることができるので、狭い場所で接合作業をすることができ、また、狭い航路を曳航することができるようになる。これにより、少ない作業量で支援用浮体を配置でき、浮体の曳航及び設置等の作業を十分に支援できる。
【0032】
また、本発明の参考となる浮体の曳航方法は、上記の緊張係留浮体システムの前記浮体の曳航に際して、上記の支援用システムを使用した状態で曳航することを特徴とする方法である。
【0033】
この曳航方法によれば、浮体の曳航時に、支援用浮体を一時的に浮体に固定した状態で曳航するので、この支援用浮体により水面上係留部の傾斜を抑制でき、浮体の傾斜に対する復原力を確保できて浮体の姿勢を安定化できる。その結果、浮体の曳航時において、浮体の姿勢を安定化でき、転倒を防止できるので、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。これにより、浮体の曳航作業を十分に支援することができる。
【0034】
また、上記の目的を達成するための浮体の設置方法は、上部構造物を支持するための浮体と、この浮体を係留するための複数本の緊張係留索と、この緊張係留索を水底に固定するための固定用沈底部材とを備えて構成される緊張係留浮体システムにおいて、前記浮体を、前記上部構造物の重量を浮力で支持して、前記上部構造物を水面より上に支持するための中央柱状体と、この中央柱状体の下部に設けられた水没浮力体と、前記中央柱状体から周囲方向に放射状に延びて配置される水面上連結体と、この水面上連結体の端部に配置され、前記緊張係留索の上側端部が固定される水面上係留部を有して構成すると共に、前記水面上連結体の表面積の全部又は半分以上が静水時に水面より上にあり、前記水面上係留部の全部が静水時に水面より上にあるように構成した緊張係留浮体システムの前記浮体の設置において、前記緊張係留浮体システムの前記浮体の曳航作業、設置作業、保守点検作業、撤去作業の
各作業のいずれか一つ又はいくつかの組み合わせ又は全部の作業を支援するために、前記浮体の前記水面上係留部に一時的に固定される支援用浮体を有する支援用システムを用い、前記支援用浮体を、前記浮体を仮係留するための仮係留システムを備えて形成し、該仮係留システムで前記浮体の設置に際して、前記浮体の設置水域において、前記仮係留システムにより前記緊張係留索の下端が係留される前記固定用沈底部材を水底まで沈下させて、前記支援用浮体を仮係留した後に、前記緊張係留索による係留を行い、この前記緊張係留索による係留をした後に、前記仮係留を解除することを特徴とする方法である。
【0035】
この設置方法によれば、浮体の設置時に一時的に固定した状態で設置作業を行うので、この支援用浮体により水面上係留部の傾斜を抑制しつつ、浮体の傾斜に対する復原力を確保して浮体の姿勢を安定化した状態で設置作業を行うことができる。
【0036】
その結果、浮体の設置作業時において、浮体の姿勢を安定化し、転倒を防止するための大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。これにより、浮体の設置作業を十分に支援することができる。また、支援用浮体を作業台としても使用できるので、水面上係留部における作業用面積を小さくすることができる。
【0037】
上記の浮体の設置方法において、前記支援用浮体を、前記浮体を仮係留するための仮係留システムを備えて形成し、該仮係留システムで前記浮体の設置に際して、前記浮体の設置水域において、前記仮係留システムにより前記緊張係留索の下端が係留される前記固定用沈底部材を水底まで沈下させて、前記支援用浮体を仮係留した後に、前記緊張係留索による係留を行い、この前記緊張係留索による係留をした後に、前記仮係留を解除する。
【0038】
この方法によれば、支援用浮体の仮係留は支援用浮体による転倒防止効果の元で行うので、転倒の恐れがなく容易に仮係留することができ、更に、支援用浮体側に設けた仮係留システムにより、アンカー等の固定用沈底部材をその重量を支えながら降ろしていくため、浮体側や作業船側に固定用沈底部材を水底に降下させるためのウィンチ等の設備が不要となる。
【発明の効果】
【0039】
本発明で用いる緊張係留浮体システムによれば、上部構造物を水面上の所定の高さで支持するための浮体の下部部分の水没浮力体を、復原力を考慮しない単に浮力発生のための浮力体とすることができるので、波の影響を受け難い形状にすることができる。
【0040】
また、没水部分及び没水面積が小さくなるので、没水面積における耐水性や耐蝕性の特殊な塗料による塗装面を小さくすることができ、特殊な塗料の量や塗装作業量を少なくできる。従って、緊張係留後の経年変化に対する保守点検時において、水中作業が必要となる面積が狭くなるので保守管理のための作業量が少なくなる。また、没水面積が小さいので、鋼材重量も減少できる。
【0041】
また、緊張係留索の上側係留部を水面上に維持できるため、緊張係留索の取り付け作業や張力調整作業及び保守点検作業等を空中での作業とすることができ、作業性が良くなる。従って、作業時間も短くなるので、これらの作業におけるコストを低減できる。また、浮体の設置後に下側係留部が地震等による不等沈下した場合に対しての緊張係留索の長さの調整の際に、作業を行う水面上係留部が水面より上にあるため、水中作業が不要になり、効率よく調整作業を行うことができる。
【0042】
また、本発明で用いる緊張係留浮体システムの支援用システム、及び、これを用いた本発明の参考となる浮体の曳航方法と、本発明の浮体の設置方法によれば、浮体の曳航、設置、保守点検、撤去等の作業時において、一時的に配置される支援用システムにより、浮体の曳航及び設置等の作業を十分に支援できる。
【0043】
特に、支援用浮体を、浮体の水面上係留部に曳航、設置、保守点検、撤去等の作業用に一時的に固定することにより、浮体の傾斜に対する復原力を発生することができる。これにより、浮体の傾斜を抑制して姿勢を安定化でき、転覆の危険性を著しく減少できる。その結果、浮体の曳航及び設置等の作業において、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができ、コスト削減を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0045】
以下、図面を参照して本発明で用いる緊張係留浮体システム、支援用システム、及び、この支援用システムを用いた本発明の参考となる浮体の曳航方法と、本発明に係る浮体の設置方法について説明する。ここでは、特に浮体が支持する上部構造物に風力発電装置を搭載した緊張係留浮体システムを例にして説明するが、本発明は風力発電装置に限定されず、上部構造物に、油井掘削装置、その他のプラントや計測装置等を搭載する緊張係留浮体システムにも適用することができる。
【0046】
最初に、本発明で用いる緊張係留浮体システム1について説明する。この緊張係留浮体システム1は、緊張係留浮体(ミニ・テンション・レグ・プラットホーム)のためのシステムであり、
図1に示すように、風力発電装置10を搭載した上部構造物11と、この上部構造物11を支持するための浮体12と、この浮体12を係留するための複数本(
図1では1本ずつ3ヶ所で計3本)のテンドンと呼ばれる緊張係留索13と、この緊張係留索13を海底や湖底や河底などの水底2に固定するための固定用沈底部材14とを備えて構成される。
【0047】
この浮体12は、上部構造物11の重量を浮力で支持して、上部構造物11を水面上の予め設定した高さに維持するものである。この浮体12は、上部構造物11を支持するための円柱や多角柱で形成される中央柱状体12aと、この中央柱状体12aの下部に設けられた水没浮力体12bと、中央柱状体12aから周囲に放射状に延びて配置される水面上連結体12cと、この水面上連結体12cの端部に配置される水面上係留部12dを有して構成される。
【0048】
この中央柱状体12aはセンターコラムと呼ばれ、この中央柱状体12aの下部に水没浮力体12bを設ける。この水没浮力体12bは緊張係留浮体1の浮力の殆どを発生する構造物となる。この中央柱状体12aと水没浮力体12bは、例えば、中空構造とし、鋼やプレストレストコンクリート(PC)等で浮力を生じるように構成される。
【0049】
また、水没浮力体12bは、上部構造物を水面上の所定の高さで支持するための主要な浮力を発生する部分であり、波による影響を受け難い形状、例えば、上部を円錐台形状に、中間部を円柱形状に、下部を逆円錐台形状に形成する。この下部を逆円錐形とすることにより、単に円柱下部を平面で形成する場合よりも波による影響を少なくすることができる。また、この水没浮力体12bは曳航と係留時における浮力変化を発生させるために、必要に応じてバラストタンク、バラストポンプ、バラスト調整装置等が設けられる。
【0050】
そして、水面上連結体12cの一端が中央柱状体12aの上側の部分に接続され、他端が水面上係留部12dに接続される。この水面上連結体12cは、静水時、即ち、静止水面状態において、表面積の全部又は半分以上が水面3より上にあるように構成される。また、水面上係留部12dも、全部が、静水時において、水面3より上にあって水没しないように構成される。この水面上係留部12dの水面より上方に設けた上側係留部15cに浮体12を緊張係留するための緊張係留索13の上側端部を固定する。
【0051】
この水面上連結体12cは、全体が、静水時において、水面3より上にあって水没しないように構成し、例えば、鋼材を使用したブレース構造、トラス構造、ラーメン構造などの鉄骨構造とし、十分な強度は有するが、比較的鋼材重量や表面積が小さい構造とする。この水面上連結体12cの表面積の全部又は半分以上を、静水時において水面3より上にあるように構成する。
【0052】
また、水面上係留部12dを、中央に緊張係留索13が挿通する中空部12hを持つ中空柱状体で構成し、この水面上係留部12dの上部に上側係留部15cを配設し、側面において水面上連結体12cと接続する。なお、この水面上係留部12dの水平断面形状としては、
図2に示す円形の他、四角形等の多角形、及び角をアールで丸めた多角形等が考えられる。また、
図3に示すように、緊張係留索13のための保護カバー12eを設ける場合もある。
【0053】
この構成によれば、水面上係留部12dを水面3上に設け、緊張係留索13のための保護カバー12e等の一部を除いて水面3を殆ど貫通させていないので、静的復原力は殆ど発生しない。そのため、設置後の緊張係留浮体1における復原力に関しては、緊張係留索13に拠ることになる。上側係留部15cが、平面視で中央柱状体12aから離間することにより、上部構造物11の傾斜に関するモーメントレバーが大きくなるので、浮体12と上部構造物11に作用する転倒モーメントによって生じる緊張係留索13の張力の変化量が少なくなる。
【0054】
この離間距離が大きい程、モーメントレバーが大きくなるので、同じ緊張係留索13の小さな張力変化で大きな復原力が得られる。そのため、水面上係留部12dを水面上連結体12cの端部に接続して、中央柱状体12aから大きく離れた位置に水面上係留部12dを設ける。
【0055】
緊張係留浮体1を固定用沈底部材14に緊張係留するための緊張係留索(テンドン)13は、鋼製の鎖(チェーン)やケーブルおよびロープ等で形成され、その上端部を水面上係留部12dの上側係留部15cに、その下端部は固定用沈底部材14の下側係留部14cに取り付けられる。係留時には、緊張係留索13の長さを調整して、この緊張係留索13に常時張力(テンション)が加わっている状態にして、浮体12の浮力に抗して、浮体12を水中に引き込むように構成する。
【0056】
固定用沈底部材14は、テンプレートとも呼ばれる、スチールやコンクリート等で形成される錘であり、水底2に沈められ自重により固定される重力式のアンカーとして使用される。なお、水底2の地盤に固定されるパイリング(杭)を固定用沈底部材として使用してもよい。この固定用沈底部材14は、下側係留部14cと緊張係留索13と上側係留部15cを介して浮体12を予め設定された位置に係留するためのものであり、緊張係留索13の下端部が下側係留部14cに固定される。
【0057】
この緊張係留浮体1の大きさは、例えば、発電量が2MWを想定した場合で、かつ、大陸棚の水深100mから200m程度の所に設置される場合には、風車10aの回転直径が80m程度で、風車10aの回転軸10bは水面3の上が75m程度となり、浮体12の中央柱状体12aの直径は6m程度で高さは35m程度であり、水没浮力体12bの最大直径は15m程度で、3つの固定用沈底部材14の中心を通る円の直径は60m程度である。
【0058】
この緊張係留浮体システム1では、設置後における浮体1の静的復原力を緊張係留索13で確保して安定性を確保でき、設置時及び設置後において、緊張係留索13の取り付け作業及び長さ調整作業を水面3より上方の水面上係留部で行うことができる。
【0059】
また、この緊張係留浮体システム1によれば、上部構造物11を水面3上の所定の高さで支持するための浮体12の中央柱状体12aの下部部分の水没浮力体12bを、復原力を考慮しない単に浮力発生のための浮力体とすることができるので、波の影響を受け難い形状にすることができる。
【0060】
これにより、没水部分及び没水面積が小さくなるので、没水面積における耐水性の塗装面を小さくすることができ、塗装作業量や塗料を少なくできる。従って、緊張係留後の経年変化に対するメンテナンス面積が狭くなり、保守管理のための作業量が少なくなる。また、没水面積が小さいので、鋼材重量も減少できる。
【0061】
また、この緊張係留浮体システム1では、水面上連結体12cを、静水時において、表面積の全部、又は、半分以上、好ましくは2/3以上が水面3より上にあるように構成することにより、没水面積をゼロ、又は、小さくして、没水面積における耐水性や耐蝕性の特殊な塗料による塗装面を少なくして、塗装作業量や特殊な塗料の量を少なくすることができる。それと共に、緊張係留後の経年変化に対する保守点検時において、水中作業を必要とする面積を少なくしているので、保守管理が容易となる。
【0062】
また、水面上係留部12dを全体が、静水時において、水面3より上にあって水没しないように構成することにより、緊張係留索13の上側係留部15cを水面上に維持できるため、緊張係留索13の取り付け作業、張力調整作業及び保守点検作業等を、水中作業では無く、空中での作業とすることができる。
【0063】
そのため、作業性が良くなり作業時間も短くなるので、これらの作業におけるコストを低減できる。また、設置後に下側係留部14cが地震等より不等沈下した場合に、この不等沈下に対して緊張係留索13の長さを調整する必要が生じるが、この場合にも上側係留部15cが水面3上にあるので、水中作業が不要になり、効率よく調整作業を行うことができる。
【0064】
特に、水面上連結体12cと水面上係留部12dを静水時において、完全に水面3上にあるようにすることにより、水中作業領域を中央柱状体12aと水没浮力体12bに集中させることができるので、水中作業の効率を向上することができる。
【0065】
しかしながら、この
図1に示す緊張係留浮体システム1の浮体12は、重心が比較的高い位置にあり、浮力の殆どを発生する水没浮力体12bが中央柱状体12aの直下にあり、復原力を考慮していないため、緊張係留していない状況においては不安定な状態となる。
【0066】
そこで、ここでは、浮体12の曳航作業や設置作業や保守点検作業や撤去作業等を支援するために、浮体12の曳航及び設置等の作業でこの浮体12の水面上係留部12dに一時的に固定される支援用浮体20を有する支援用システムを用いる。
【0067】
次に、本発明で用いる支援用システムについて
図2〜
図8を参照しながら説明する。この支援用システムは、支援用浮体20を有して構成される。
【0068】
この支援用浮体20は、
図2及び
図4に示すように、浮体12の曳航、設置、保守点検、撤去等の作業用に一時的に固定される水面上係留部12dが入り込む凹部21を有して形成されて、各水面上係留部12dのそれぞれに沿って取り外し可能に接合される。なお、
図4は主に凹部21を示すための図面であるので、後述する巻取りドラム23a(
図5に図示)や緊張係留索13の向きを変更するプーリー23b(
図5に図示)等は省いて示している。
【0069】
この接合は、例えば、接合部材22を油圧シリンダ等により水面上係留部12dに押圧して行う。このように接合部材22を移動可能に構成すると支援用浮体20を水面上係留部12dに固定する固定作業が容易となるが、簡単な構成で接合する場合には、接合部材22を、取り外し可能なパイプ構造(断面は円に限らない)などで形成し、ボルトや仮溶接等で接合してもよい。
【0070】
この支援用浮体20は、この傾斜を妨げる方向の復原力を有するように、水面3に浮かせるように構成し、水面上係留部12dに沿って設ける。これにより、支援用浮体20は水面3の上に水面上の部分を有することになるので、水面上係留部12dへの配置作業や接合部材22との接合作業が容易となる。
【0071】
この凹部21は、例えば、各水面上係留部12dの水平断面が四角形に近い場合はそれを取り囲むコの字型の切り欠きで形成される。
【0072】
また、
図4に示すように、凹部21を水面上係留部12dの外側から囲むように構成すると、凹部21を水面上係留部12dの内側から囲むように構成する場合よりも一体化作業の作業性がよくなる。一方、凹部21を水面上係留部12dの内側から囲むように構成する場合は、凹部21を外側から囲むように構成する場合よりも、支援用浮体20の水平面における占有面積を小さくすることができるので、狭い場所で一体化作業することができるようになる。また、狭い航路を曳航することができるようにもなる。
【0073】
この構成により、水面上係留部12dが入り込む凹部21を支援用浮体20が有しているので、支援用浮体20が水面上係留部12dに沿う部分が多くなり(
図4では3面)、支援用浮体20が水面上係留部12dから外れ難くなる。
【0074】
また、支援用浮体20は浮力と浮体12の傾斜に対する復原力を持たせて構成する。この浮体12の傾斜に対する復原力を持たせることは、支援用浮体20の水面貫通部分の面積を持たせて水位変動による浮力変化を生じるように構成することで容易に実現でき、浮体の中央柱状体12aとの間に大きなモーメントレバーを持つので、配置作業や傾斜の抑制制御が容易となる。なお、この支援用浮体20は、曳航、設置、保守点検、撤去等の作業時における浮力調整の役割を持たせるために、バラストタンクを備えて浮力調整できるように構成することが好ましい。
【0075】
この支援用浮体20は、浮体12の水面上係留部12dに曳航及び設置等の作業用に一時的に固定されるので、浮体12と共に傾斜する。そのため、支援用浮体20により、浮体12の傾斜に対する復原力を確保できて浮体12の姿勢を安定化できる。言い換えれば、この支援用浮体20により、浮体12のヒール(横傾斜)、トリム(縦傾斜)を抑制することができ、これにより、浮体12の復原力が増強される。
【0076】
この支援用浮体20により、浮体12の水面に対する傾斜に関する復原力を著しく増強することができるので、浮体12の姿勢を安定化させることができ、転倒を防止できる。その結果、浮体12の曳航及び設置等の作業において十分に支援できて、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。
【0077】
また、支援用浮体20を水面上係留部12dに固定させることにより、支援用浮体20の分解及び取り外し作業が必要な部分を常に水面3近傍に維持することができる。そのため、例えば、浮体12の設置後、即ち、緊張係留後における支援用浮体20の取り外しに際して、作業が困難となるような深い水深における取り外し用の水中作業を無くすことができる。
【0078】
その上、この支援用浮体20は緊張係留後には浮体12から取り外すので、この緊張係留浮体システム1の浮体12を多数設置する場合には、この支援用浮体20を繰り返し使用できる。その結果、浮体12の1基あたりの曳航及び設置等の費用を低減することができる。
【0079】
更に、緊張係留浮体システム1のために、支援用浮体20に作業支援システムを備えて構成する。この作業支援システムは、浮体12を緊張係留するための緊張係留索13の巻取りシステム、浮体12に沿った状態で支援用浮体20を仮係留するための仮係留システム、支援用浮体20のバラスト調整用システム、緊張係留浮体システム1用の電源システム、支援用浮体20用の電源システム、浮体12用の電源システムの少なくとも一つ、又は、いくかの組み合わせで構成される。
図5に、巻取りシステムと各種の電源システムを支援用浮体20に設けた例を示す。
【0080】
巻取りシステムは、
図5に示すような、緊張係留索13を巻き取る巻取りドラム23aと緊張係留索13の向きを変更するプーリー23bを有して構成され、緊張係留索13を巻取りドラム23aに巻き取った状態で曳航し、設置水域では、この巻取りドラム23aからプーリー23b経由で緊張係留索13を繰り出して、上側係留部15cに緊張係留索13の上端を固定した後、バラスト水を排水して緊張係留する。この緊張係留後のプーリー23bの取り外し支援のために、支援用浮体20に小型クレーン(図示していない)等の吊り揚げ装置を搭載しておくと便利である。
【0081】
また、仮係留システムは、
図5に示すような、仮係留用のウィンチ24aと仮係留索24bとを備えて構成され、設置水域で、浮体12を緊張係留する前に、仮係留する。この仮係留システムは、水底2に設置する固定用沈底部材14の重量を支えつつ、水底2へと吊りながら降ろして行くことができるように構成する。
【0082】
また、バラスト調整用システムは、
図5に示すような、バラストポンプ25aとバラストタンク25b、25cと、海水の取り入れ口であるシーチェスト25dとこれらを連結する配管及び制御弁等から構成される。支援用浮体20の喫水を深める必要があるときには、バラストポンプ25aにより、シーチェスト25dからバラスト水となる海水を導入してバラストタンク25b、25cに注入する。また、支援用浮体20の喫水を浅くする必要があるときには、バラストポンプ25aを用いてバラストタンク25b、25cからバラスト水を排出する。これらのバラストタンク25b、25cのバラスト量の調整により、支援用浮体20自身の沈下量と姿勢の制御を行う。
【0083】
電源システムとしては、緊張係留浮体用と支援用浮体用があるが、特に別に設ける必要もなく共通としてよい。この電源システムは、例えば、
図5に示すように、燃料タンク26a、発電用エンジン26b、発電装置26c、配電盤26d、制御装置、充電装置等を有して構成され、浮体12への給電のための電源、又は、支援用浮体20自身の各装置への給電のための電源として使用する。
【0084】
浮体12のバラスト調整は、水没浮力体12bの浮力を調整して行う。また、水没浮力体12bの浮力調整システムは、例えば、図示しないが、水没浮力体12bの下部に配置したバラストポンプとバラストタンクとシーチェストと配管と制御弁等を有して構成される。
【0085】
浮体12の喫水を深める必要があるときには、水没浮力体12bにおいて、それぞれのシーチェストからバラスト水となる海水を導入してバラストポンプによりバラストタンクに注入する。また、浮体12の喫水を浅くする必要があったり、緊張係留索13の張力を高めるためにより浮体全体重量を小さくする必要があったりするときには、それぞれのバラストポンプを用いてバラストタンクからバラスト水を排出する。この水没浮力体12bのバラスト量を調整することにより浮体12の喫水と姿勢の調整を行う。
【0086】
この作業支援システムを支援用浮体20に備えることにより、曳航及び設置等の作業において十分に支援できるようになる。また、支援用浮体20のスペースを曳航及び設置時等の作業台として機能させることができる。これにより、従来技術では、電源供給等の支援を行っていた作業船を、移動のための曳航のみに限定して使用することができるようになるので、作業船側に作業支援システムが不要となり、使用できる作業船の選択範囲が広がることになる。
【0087】
また、付帯設備の一部又は全部を支援用浮体20に設けるので、浮体12側の付帯設備の一部又は全部を省略して、浮体12の装置全体としてのコストを低減することができる。更に、浮体12を多数設置する場合には、この支援用浮体20を繰り返し使用して、浮体12の1基あたりの曳航及び設置等の作業用の費用を低減することができる。
【0088】
次に、上記の構成の支援用浮体20を用いた浮体12の曳航方法について説明する。この曳航では、
図6に示すように、緊張係留浮体12の曳航に際して、支援用浮体20を浮体12に固定した状態で曳航する。
【0089】
それより以前のドック内の建造においては、固定用沈底部材14の上部に浮体12を組み上げ、仮係留索24bと緊張係留索13の下端を取り付ける。支援用浮体20の配置は、ドック内で固定用沈底部材14の上部に必要に応じて架台等を介して浮体12に対して、個々に分離した支援用浮体20をその凹部21に水面上係留部12dが入り込むように配置した後、支援用浮体20を水面上係留部12dに接合する。その後、ドックに注水し、ドック出しを行う。
【0090】
図6は、浮体12を建造ドック等から引き出し、曳航するときの状態であり、浮体12のバラストタンクにバラスト水を積まない浮上させた状態で、支援用浮体20を浮体12に固定している。それと共に、支援用浮体20の下部に、緊張係留索13と仮係留索24bとで固定用沈底部材14を吊り下げている。この固定用沈底部材14にはバラスト水を半分程注入して浮体12の水没浮力体12bが水面3にある状態としている。
【0091】
この状態では、水没浮力体12bが水面3を貫通し、ある程度は傾斜に対する復原力への寄与はあるが、水面3からの浮体12の重心の高さが大きく不安定で転倒し易いので、支援用浮体20により大きな復原力を発生し、転倒を防止する。この状態で設置水域まで曳船等の作業船により曳航する。
【0092】
この方法によれば、浮体12の曳航時に、支援用浮体20に沿わせて配置した状態で曳航するので、この支援用浮体20により浮体12の傾斜を抑制でき、復原力を確保できて浮体12の姿勢を安定化できる。従って、曳航作業を十分に支援でき、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。
【0093】
次に、上記の構成の支援用浮体20を用いた本発明の浮体12の設置方法について説明する。この設置作業では、
図6の曳航状態から
図7の半没水状態に沈めた後に、緊張係留を行って、
図8の設置状態にする。
【0094】
図7は、
図6の状態から、固定用沈底部材14への更なるバラスト水の注入と、水没浮力体12bのバラストタンクへのバラスト水の注入とにより、緊張係留時の喫水まで沈下させたものであり、水面上係留部12dの全体が水面3上に出ている状態である。
【0095】
この状態では、
図6の状態よりも、水面3からの浮体12の重心の高さは低くなってはいるが、水面3を貫通する部分は中央柱状体12aと少なくなっており、更に傾斜に対する復原力への寄与も小さくなっている。この状態ではより不安定で転倒し易いので、
図6の浮上状態から
図7の半没水状態まで支援用浮体20により大きな復原力を発生し、転倒を防止する。
【0096】
この
図7の状態まで、浮体12を沈めた後に、吊り下げていた固定用沈底部材14を仮係留索24bで支持しながら、仮係留索24bと緊張係留索13を延ばして水底2に降ろす。その後、固定用沈底部材14に追加バラスト水コンクリート等を注入し、固定用沈底部材14を水底2に固定する。この固定後、仮係留索24bを緩めて、緊張係留索13を張り、緊張係留索13の長さと緊張係留浮体1の沈下量を調整し、緊張係留索13の上端側を水面上係留部12dの上側係留部15cに固定する。
【0097】
その後、水没浮力体12bのバラストタンクのバラスト水を排水し、浮力より浮体全体重量を軽くして、緊張係留索13に所定の張力を発生させる。所定の張力を発生させて、浮体12が緊張係留されたら、支援用浮体20を浮体12から分離する。
【0098】
この支援用浮体20の分離はできるだけ水面上の分離作業が行い易い位置で行うことが好ましい。支援用浮体20を分離し、その後、支援用浮体20を作業船などにより移動させて、水面上係留部12dから支援用浮体20を分離する。この緊張係留索13による緊張係留と、支援用浮体20の分離により、
図8に示すような設置状態となる。
【0099】
この設置方法によれば、浮体12の設置時に、支援用浮体20を水面上係留部12dに固定配置した状態で設置作業を行うので、この支援用浮体20により浮体12の傾斜を抑制しつつ、復原力を確保して浮体12の姿勢を安定化した状態で設置作業を行うことができる。従って、浮体12の姿勢を安定化し、転倒を防止するための大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。
【0100】
更に、この設置方法によれば、支援用浮体20側に設けた仮係留システムにより、固定用沈底部材14をその重量を支えながら降ろしていくため、浮体12側や作業船側に固定用沈底部材14を水底に降下させるためのウィンチ等の設備が不要となる。
【0101】
従って、上記の緊張係留浮体システム1のための支援用システム及びこの支援用システムを用いた浮体12の曳航方法と設置方法によれば、浮体12を設置水域に曳航する曳航作業においては、復原力を増大させて浮体12の姿勢をより安定化できるとともに、浮体12の洋上設置においては、緊張係留を行う前の浮上状態から半没水状態に移行するときにも、支援用浮体20により十分な復原力を付加して、浮体12の転倒を防止できる。また、浮体12の緊張係留索13を固定するための固定用沈底部材14の水底2への沈降作業や緊張係留索13の緊張力調整等の設置作業において、電源システムを稼動させて、仮係留用ウィンチ24a、姿勢調整用のバラストポンプ25a等を作動させる等、作業台として機能させることができる。これらにより、浮体12の曳航時や設置時において、曳航時又は設置作業時の少なくとも一方で一時的に配置される支援用浮体20により、浮体12の曳航及び設置作業を支援することができる。
【0102】
その上、この支援用浮体20は緊張係留後には緊張係留浮体1から取り外すので、浮体12を多数設置する場合には、この支援用浮体20を繰り返し使用できる。その結果、浮体12の1基あたりの曳航及び設置の費用を低減することができる。
【0103】
更に、この支援用浮体20は、保守点検作業や浮体20の撤去作業の際にも用いることができ、これらの保守点検作業や撤去作業を支援することができるので、その結果、浮体12の1基あたりの保守点検作業や撤去の費用も低減することができる。