特開 2023-73731 浮体式水中塔型構造物の設置方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023073731

(43)【公開日】2023-05-26

(54)【発明の名称】浮体式水中塔型構造物の設置方法

(51)【国際特許分類】

   B63B 77/10 20200101AFI20230519BHJP

   B63B 35/00 20200101ALI20230519BHJP

   F03D 13/40 20160101ALI20230519BHJP

   F03D 13/25 20160101ALI20230519BHJP

【ＦＩ】

B63B77/10

B63B35/00 T

F03D13/40

F03D13/25

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021186374

(22)【出願日】2021-11-16

(71)【出願人】

【識別番号】000166627

【氏名又は名称】五洋建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100172096

【弁理士】

【氏名又は名称】石井 理太

(74)【代理人】

【識別番号】100088719

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 博史

(72)【発明者】

【氏名】廣井 康伸

(72)【発明者】

【氏名】岡田 英明

(72)【発明者】

【氏名】桑原 直樹

(72)【発明者】

【氏名】保木本 智史

(72)【発明者】

【氏名】横畠 隆広

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA03

3H178AA26

3H178AA43

3H178BB77

3H178CC22

3H178DD61Z

3H178DD67X

(57)【要約】

【課題】洋上風力発電装置等の浮体式水中塔型構造物を、安全、且つ、効率的に設置することができる浮体式水中塔型構造物の設置方法の提供。
【解決手段】この浮体式水中塔型構造物の設置方法は、浮体部に安定重量材１３を収容した浮体式水中塔型構造物Ａを横たえた状態で設置用台船１上に積載し、設置用台船１を設置位置まで移動させた後、設置用台船１を水中に沈降させ、安定重量材１３による荷重によって浮体式水中塔型構造物Ａを起立動作させるとともに、起立動作に合わせて設置用台船１を移動させ、設置用台船１を起立した浮体式水中塔型構造物Ａより離脱させる。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

浮力を有する浮体部と、該浮体部内に収容される安定重量材とを備え、水中に起立した状態で設置される浮体式水中塔型構造物の設置方法において、
前記浮体部に前記安定重量材を収容した浮体式水中塔型構造物を横たえた状態で沈降可能な設置用台船上に積載し、該設置用台船を設置位置まで移動させた後、前記設置用台船を水中に沈降させて前記浮体部に浮力を作用させ、前記安定重量材の荷重によって前記浮体式水中塔型構造物を起立動作させるとともに、該起立動作に合わせて前記設置用台船を移動させ、前記設置用台船を起立した前記浮体式水中塔型構造物より離脱させることを特徴とする浮体式水中塔型構造物の設置方法。

【請求項2】

前記設置用台船上に前記浮体式水中塔型構造物を前記設置用台船の甲板に対し上部を斜め上向きに傾けた状態で支持する傾斜支持架台を備えている請求項１に記載の浮体式水中塔型構造物の設置方法。

【請求項3】

前記傾斜支持架台の傾斜角は１０度から２０度である請求項２に記載の浮体式水中塔型構造物の設置方法。

【請求項4】

前記浮体式水中塔型構造物の下端部を支持する回転式支持台を回動可能に保持する可動架台を前記設置用台船の後端部に設置しておき、前記支持台が前記浮体式水中塔型構造物の起立動作と連動して回動し、回動する前記浮体式水中塔型構造物が前記可動架台を介して前記設置用台船を押し出す請求項１～３の何れか一に記載の浮体式水中塔型構造物の設置方法。

【請求項5】

横たえた状態で水上に浮かべた前記浮体式水中塔型構造物の下側に水中に沈下させた前記設置用台船を移動させた後、該設置用台船を浮上させて前記設置用台船上に前記浮体式水中塔型構造物を積載し、
しかる後、前記浮体部に前記重量安定材を収容する請求項１～４の何れか一に記載の浮体式水中塔型構造物の設置方法。

【請求項6】

前記浮体式水中塔型構造物は、前記浮体部を有するベース部と、前記ベース部上に連結される上部構造体を備え、
前記設置用台船上に前記ベース部を積載した後、前記上部構造体を前記ベース部の上端部に連結する請求項１～５の何れか一に記載の浮体式水中塔型構造物の設置方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、浮体式洋上風力発電設備等の浮体式水中塔型構造物の設置方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、エネルギー政策の一環として再生可能エネルギーが注目され、風力発電は、重要な電源確保手段として位置付けられている。

【0003】

特に、洋上風力発電は、陸上に比べて風況が良好であること、居住区域から離れているため騒音等の環境負担が少ないこと等から導入が促進されている。

【0004】

洋上風力発電設備では、一般に、設置水域が外洋等の水深６０ｍ以深の場合、浮体部を具備するベース部と、ベース部の上端に連結される風車設備（ナセル・ロータ）を具備する上部構造体とを備え、水中に浮かべたベース部に上部構造体を支持させる浮体式のもの（以下、浮体式水中塔型構造物という）が用いられている。

【0005】

この浮体式水中塔型構造物の設置は、ベース部と上部構造体とを分離した状態で台船等によって設置水域まで運搬し、ベース部を水中に浮かべ、起立させた状態で係留し、しかる後、ベース部の上端に大型起重機船等を用いて吊り上げた上部構造体を接合するようにしていた（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４－２２７９６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上述の如き従来の技術では、浮体部を具備するベース部と、上部構造体を吊り上げる起重機船とがそれぞれ異なった波浪中動揺特性を持っているため、ベース部と上部構造体とを接合する際、接合面には相対的に大きな動揺量が発生するおそれがあった。

【0008】

そのため、従来の技術では、ベース部と上部構造体とを洋上で接合する際、静穏な気象海象条件が必要であり、複数の風力発電設備を連続設置する場合、静穏な気象海象条件が長く継続することが困難なことから、稼働率が低くなりコスト低減の大きな障壁となっていた。

【0009】

また、ベース部と上部構造体とを予め一体化させておき、それを台船等に横たえた状態で積載して設置海域まで運搬した後、ベース部を進水させて浮体部の浮力を用いて起立させることも考えられる。

【0010】

しかしながら、従来の技術では、浮体式水中塔型構造物を進水させ且つ起立させる作業は、上部構造体に不安定な構造の風車装置が取り付けられているので、安全、且つ、効率的に行うことが困難であるという問題があった。

【0011】

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み洋上風力発電装置等の浮体式水中塔型構造物を、安全、且つ、効率的に設置することができる浮体式水中塔型構造物の設置方法の提供を目的としてなされたものである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、浮力を有する浮体部と、該浮体部内に収容される安定重量材とを備え、水中に起立した状態で設置される浮体式水中塔型構造物の設置方法において、前記浮体部に前記安定重量材を収容した浮体式水中塔型構造物を横たえた状態で沈降可能な設置用台船上に積載し、該設置用台船を設置位置まで移動させた後、前記設置用台船を水中に沈降させて前記浮体部に浮力を作用させ、前記安定重量材の荷重によって前記浮体式水中塔型構造物を起立動作させるとともに、該起立動作に合わせて前記設置用台船を移動させ、前記設置用台船を起立した前記浮体式水中塔型構造物より離脱させることにある。

【0013】

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記設置用台船上に前記浮体式水中塔型構造物を前記設置用台船の甲板に対し上部を斜め上向きに傾けた状態で支持する傾斜支持架台を備えていることにある。

【0014】

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項２の構成に加え、前記傾斜支持架台の傾斜角は１０度から２０度であることにある。

【0015】

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項１～３の何れか一の構成に加え、前記浮体式水中塔型構造物の下端部を支持する回転式支持台を回動可能に保持する可動架台を前記設置用台船の後端部に設置しておき、前記支持台が前記浮体式水中塔型構造物の起立動作と連動して回動し、回動する前記浮体式水中塔型構造物が前記可動架台を介して前記設置用台船を押し出すことにある。

【0016】

請求項５に記載の発明の特徴は、請求項１～４の何れか一の構成に加え、横たえた状態で水上に浮かべた前記浮体式水中塔型構造物の下側に水中に沈下させた前記設置用台船を移動させた後、該設置用台船を浮上させて前記設置用台船上に前記浮体式水中塔型構造物を積載し、しかる後、前記浮体部に前記重量安定材を収容することにある。

【0017】

請求項６に記載の発明の特徴は、請求項１～５の何れか一の構成に加え、前記浮体式水中塔型構造物は、前記浮体部を有するベース部と、前記ベース部上に連結される上部構造体を備え、前記設置用台船上に前記ベース部を積載した後、前記上部構造体を前記ベース部の上端部に連結することにある。

【発明の効果】

【0018】

本発明に係る浮体式水中塔型構造物の設置方法は、請求項１に記載の構成を具備することによって、浮体部の復原力を利用して浮体式水中塔型構造物の進水及び起立動作を行い、浮体式水中塔型構造物を安全且つ効率的に設置することができる。

【0019】

また、本発明において、請求項２乃至３に記載の構成を具備することによって、浮体式水中塔型構造物の起立動作を円滑に行うことができる。

【0020】

さらに、本発明において、請求項４に記載の構成を具備することによって、浮体式水中塔型構造物の起立動作を利用して好適に設置用台船を離脱させることができる。

【0021】

さらに、本発明において、請求項５に記載の構成を具備することによって、浮体式水中塔型構造物及び設置用台船の機能を利用して効率よく浮体式水中塔型構造物を設置用台船に積み込むことができる。

【0022】

さらに、本発明において、請求項６に記載の構成を具備することによって、浮体式洋上風力発電装置のように、上部構造体に不安定な構造の風車装置が取り付けられた上部構造体を静穏な水域で安全、且つ、効率的に接合させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明に係る浮体式水中塔型構造物の設置方法に使用する設置用台船を示す側面図である。

【図2】同上の平面図である。

【図3】同上の可動架台を示す縦断面図であって、（ａ）は浮体式水中塔型構造物が積載された状態、（ｂ）は本体部及び支持アームが立ち上がった状態、（ｃ）は支持アームがさらに立ち上がった状態を示す図である。

【図4】本発明に係る浮体式水中塔型構造物の設置方法におけるベース部積載作業開始時の状態を示す側面図である。

【図5】同上の浮体式水中塔型構造物を積載した状態を示す側面図である。

【図6】同上の上部構造体接合作業の状態を示す側面図である。

【図7】同上の浮体式水中塔型構造物を輸送する際の状態を示す側面図である。

【図8】同上の設置用台船沈降作業により浮体式水中塔型構造物の起立動作が始まった際の状態を示す側面図である。

【図9】同上の設置用台船沈降作業が進んだ際の状態を示す側面図である。

【図10】同上の浮体式水中塔型構造物の起立作業の状態を示す側面図である。

【図11】同上の浮体式水中塔型構造物が設置された状態を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

次に、本発明に係る浮体式水中塔型構造物の設置方法の実施態様を図１～図１１に示した実施例に基づいて説明する。尚、図中符号１は浮体式水中塔型構造物Ａの設置に使用する設置用台船である。

【0025】

設置用台船１は、図１、図２に示すように、上面部に甲板２ａを有する台船本体２と、台船本体２の甲板２ａ上に設置された複数のコラム３，３…と、一のコラム３の上部に設置されたクレーン４とを備え、甲板２ａ上に浮体式水中塔型構造物Ａが搭載されるようになっている。

【0026】

台船本体２及び各コラム３，３…は、バラスト水の注排水ができるようになっており、バラスト水によって浮力を調節し、台船本体２が所定の水深まで沈降できるようになっている。

【0027】

台船本体２は、平面視矩形状に形成され、船底部にスラスタ５，５…を備え、スラスタ５，５…の推進力によって水上及び水中で移動できるようになっている。

【0028】

この台船本体２は、甲板２ａ中央部に傾斜支持架台６を備え、浮体式水中塔型構造物Ａを斜めに傾けた状態で載置できるようになっている。

【0029】

傾斜支持架台６は、高さの異なる複数の支持部材７，７…によって構成され、複数の支持部材７，７…が間隔をおいて高さ順に配置され、各支持部材７，７…に跨って浮体式水中塔型構造物Ａが上端部を上方に傾けた状態で支持されるようになっている。

【0030】

各支持部材７，７…は、同じ角度で傾いた凹部７ａが上面部に設けられ、各凹部７ａが所定の傾斜角で連続するように配置され、各支持部材７，７…の凹部７ａに浮体式水中塔型構造物Ａが嵌まり込んだ状態で支持されるようになっている。尚、傾斜支持架台６の傾斜角は、１０度から２０度であることが好ましい。

【0031】

傾斜支持架台６は、傾斜角が大きすぎると曳航中に傾斜架台６上を滑動する虞があり、傾斜角が小さすぎると浮体式水中塔型構造物Ａの上部構造体１２が運搬中に水に接触する虞があるので、傾斜支持架台６に支持される浮体式水中塔型構造物Ａの重量及びサイズに基づき上部構造体１２の水面からの位置を勘案して傾斜支持架台６の傾斜角を決定することが望ましい。

【0032】

また、台船本体２の後端部には、図２、図３に示すように、進水用凹部８が形成され、進水用凹部８の内側に支持された基台９と、基台９に回動可能に保持された回転式支持台１０，１０とを備えてなる可動架台が設置され、回転式支持台１０，１０に浮体式水中塔型構造物Ａの下端部が支持されるようになっている。

【0033】

基台９は、船尾側に向けて下向きに傾いた傾斜部を備え、傾斜部の上面に船幅方向に向けた円弧溝状の軸受け溝９ａが形成され、軸受け溝９ａに回転式支持台１０，１０の下面に突設された円弧状の軸用凸部１０ａが嵌合され、回転式支持台１０，１０が基台９上でシーソー状に回動するようになっている。

【0034】

回転式支持台１０，１０は、基台９に回動可能に支持された本体部１０ｂと、本体部１０ｂの船尾側先端部に回動軸１０ｃを介して回動可能に支持された支持アーム１０ｄとを備え、回転式支持台１０に支持された浮体式水中塔型構造物Ａの起立動作に連動して本体部１０ｂと支持アーム１０ｄとが段階的に立ち上がる構造となっている。

【0035】

次に、上述した設置用台船１を使用した浮体式水中塔型構造物Ａの設置方法の具体的態様を図４～図１１に示す実施例に基づいて説明する。尚、本実施例では、浮体式水中塔型構造物Ａとして浮体式洋上風力発電装置を例に説明し、図中符号Ａは浮体式水中塔型構造物である。

【0036】

浮体式水中塔型構造物Ａは、浮体部を有するベース部１１と、ベース部１１上に連結される風車設備（ナセル・ロータ）を具備する上部構造体１２とを備え、設置後は、水中に浮かべたベース部１１に上部構造体１２が支持されるようになっている。

【0037】

ベース部１１は、有底中空状の浮体部と一体化した構造を具備し、浮体部内に隔壁で隔てられた隔室（バラスト室ともいう）（図示せず）が設けられ、隔室内にバラスト材等の重量安定材１３を収容でき、隔室内に重量安定材１３を収容しない状態では横たえた状態で水上に浮かべられ、隔室内に重量安定材１３を収容することにより、所定の深さ分だけ水中に没した状態で起立するようになっている。

【0038】

この浮体式水中塔型構造物Ａを設置するには、先ず、ドライドッグ等によってベース部１１を製作した後、このベース部１１をドック内への注水により水面に浮いた状態にして進水させ、しかる後、浮体式水中塔型構造物Ａの積込み・組立て水域１４まで曳航する。

【0039】

その際、ベース部１１の隔室内には重量安定材１３は収納されておらず、ベース部１１は横たえた状態で水上に浮かんでいる。

【0040】

一方、設置用台船１は、浮体式水中塔型構造物Ａの積込み・組立て水域１４において所定の深さまで沈降させた状態で待機し、図４に示すように、曳航されたベース部１１を沈降したコラム３，３…間に引き込み、台船本体２上まで移動させる。

【0041】

そして、水上に浮かぶベース部１１と水中に沈降した設置用台船１との相対位置を調整した後、図５に示すように、台船本体２及びコラム３，３…のバラスト水を排水して設置用台船１を上昇させ、傾斜支持架台６にベース部１１を甲板２ａに対し上部を斜め上向きに傾けた状態で支持させるとともに、ベース部１１の下端部を回転式支持台１０，１０に支持させ、設置用台船１にベース部１１を積載する。尚、傾斜支持架台６に支持されたベース部１１若しくは浮体式水中塔型構造物Ａは、自重で安定して傾斜支持架台６上に載荷されるが、念のため捕縛するようにしてもよい。

【0042】

次に、ベース部１１が積載された設置用台船１を上部構造体１２が配備された港湾内等の静穏な水域にある所定の岸壁１５に接岸させた後に係留し、ベース部１１が積載された設置用台船１を安定させ、ベース部１１が斜め上向きに傾けられた状態でベース部１１の隔室内に設計数量のバラスト材等の重量安定材１３を投入して収容させる。

【0043】

そして、図６に示すように、岸壁１５より設置用台船１のクレーン４で上部構造体１２を吊り上げ、上部構造体１２の下端を設置用台船１に積載されたベース部１１の上端に連結し、浮体式水中塔型構造物Ａである洋上風力発電装置を組み立てる。

【0044】

その際、設置用台船１に積載されたベース部１１に設置用台船１のクレーン４で吊り上げた上部構造体１２を連結するので、安定した状態で連結作業を行うことができる。

【0045】

次に、図７に示すように、浮体式水中塔型構造物Ａを積載した設置用台船１を浮上した状態で曳航し、設置水域１６まで移動させる。

【0046】

その際、浮体式水中塔型構造物Ａが斜めに傾けた状態で設置用台船１に積載され、ベース部１１内の下方隔室内に重量安定材１３が位置しているので、安定した状態で移動させることができるとともに、上部構造体１２である風車設備（ナセル・ロータ）が水面より距離をとった状態で保持することができる。

【0047】

設置用台船１が設置水域１６に到着したら、スラスタ５，５…で所定の位置に位置決めし、図８に示すように、台船本体２及びコラム３，３…にバラスト水の注水を開始し、毎時１～２ｍ前後の速度で設置用台船１を沈降させる。

【0048】

その際、浮体式水中塔型構造物Ａが傾斜支持架台６を介して斜めに傾けた状態で設置用台船１に積載されているので、浮体式水中塔型構造物Ａは、浮体部を有するベース部１１内の重量安定材１３が位置する下端部から進水する。

【0049】

水面が甲板２ａより上になる位置まで設置用台船１が沈降すると、浮体部を有するベース部１１に徐々に浮力が発生し、浮力が浮体式水中塔型構造物Ａの自重を上回ると浮体式水中塔型構造物Ａが浮遊状態となる。

【0050】

一方、ベース部１１内の下方に重量安定材１３が収容されているので、重量安定材１３の荷重によって浮体式水中塔型構造物Ａの下端側が水中に沈み込もうとし、下端側を中心に浮体式水中塔型構造物Ａ全体が自身の復原力によって起立動作を開始する。

【0051】

尚、浮体式水中塔型構造物Ａが１０～２０度の傾斜角で斜めに傾けた状態で設置用台船１に積載されているので、浮力に対し重量安定材１３による下向き荷重を好適に作用させることができ、円滑に起立動作を開始することができる。

【0052】

起立動作を開始すると、図９～図１０に示すように、重量安定材１３による下向き荷重によって浮体式水中塔型構造物Ａの下端部が回動しつつ回転式支持台１０，１０側に押し付けられ、回転式支持台１０，１０を介して設置用台船１を前方に押し出し、起立動作に合わせて設置用台船１を移動させる。

【0053】

その際、起立動作に伴い浮体式水中塔型構造物Ａが徐々に立ち上がると、それに併せて回転式支持台１０，１０の本体部１０ｂ及び支持アーム１０ｄが段階的に回動して立ち上がり、浮体式水中塔型構造物Ａの起立動作に伴う回転モーメントが設置用台船１を前方に押し出す力に変換され、設置用台船１を前方、即ち、浮体式水中塔型構造物Ａから離脱する方向に押し出す。尚、浮体式水中塔型構造物Ａから本体部１０ｂ及び支持アーム１０ｄへの力の伝達がされやすいように本体部１０ｂ及び支持アーム１０ｄの上面（浮体式水中塔型構造物Ａとの接触面）に低摩擦材を貼り付けておいてもよい。

【0054】

尚、設置用台船１は、浮体式水中塔型構造物Ａの起立動作に伴う押し出しに加え、スラスタ５，５…による推進力を用いて前進させるようにしてもよい。その際、対象とする浮体式塔型構造体物Ａのサイズや設置海域の海象条件等によって、前進させる距離が異なるので、スラスタ５，５…の制御は、水槽実験等の再現実験により、浮体式水中塔型構造物の起立動作における挙動と設置用台船１の挙動を把握し、その結果に基づいて行うことが望ましい。

【0055】

尚、浮体式水中塔型構造物Ａの起立動作が速く波浪中の船の動揺の影響が大きくない時には、スラスタ５，５…の制御は行わなくてもよい。

【0056】

そして、図１１に示すように、浮体式水中塔型構造物Ａが完全に起立すると、浮体式水中塔型構造物Ａによって設置用台船１が前方に押し出され、浮体式水中塔型構造物Ａから設置用台船１が離脱し、更に、設置用台船１をスラスタ５，５…の推進力又は曳航によって安全な位置まで移動させる。

【0057】

そして、起立した状態の浮体式水中塔型構造物Ａを必要に応じて位置を補正したうえで係留等によって安定させ、設置作業が完了する。

【0058】

一方、設置用台船１は、浮体式水中塔型構造物Ａより十分に離れた安全な位置で台船本体２及びコラム３，３…からバラスト水を排水させて浮上させ、浮上した状態で帰港させる。

【0059】

このように構成された浮体式水中塔型構造物Ａの設置方法では、重量安定材１３と浮体部との復原力を利用して浮体式水中塔型構造物Ａの進水及び起立動作を行い、上部構造体１２に不安定な構造の風車装置が取り付けられている場合であっても、安全、且つ、効率的に設置することができる。

【0060】

よって、本発明では、浮体式洋上風力発電装置のように、不安定な構造の風車装置が取り付けられた上部構造体１２を静穏な水域で安全、且つ、効率的にベース部１１に接合させることも可能となる。

【0061】

尚、上述の実施例では、浮体式洋上風力発電装置を例に説明したが、浮体式水中塔型構造物Ａの態様はこれに限定されず、その他の構造物にも対応することができる。

【0062】

また、上述の実施例では、浮体式水中塔型構造物Ａを浮体部を有するベース部１１とベース部１１に連結される上部構造体１２とから構成された場合について説明したが、上下で分離されない一体構造のものであってもよい。

【0063】

また、浮体式水中塔型構造物Ａの上部構造体１２をベース部１１に連結させずにベース部１１だけを本設置方法で所定の海域で起立させてから上部構造体１２をベース部１１上に連結させるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0064】

Ａ 浮体式水中塔型構造物
１ 設置用台船
２ 台船本体
３ コラム
４ クレーン
５ スラスタ
６ 傾斜支持架台
７ 支持部材
８ 進水用凹部
９ 基台
１０ 回転式支持台
１１ ベース部
１２ 上部構造体
１３ 重量安定材
１４ 積込み・組立て水域
１５ 岸壁
１６ 設置水域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】