(57)【要約】【課題】スパー型の浮体式洋上風力発電設備において、タワーの傾動による発電効率の低下を押さえるとともに、鉛直軸回りの回転運動（ヨー運動）を抑制し、かつ船舶が係留索に接触するのを防止すると同時に、タワーの傾動姿勢状態を適性に保持し得るようにする。【解決手段】浮体２と、係留索３と、タワー４と、タワー４の頂部に設備されるナセル６及び複数のブレード７からなる風車５とから構成された浮体式洋上風力発電設備１において、前記風車５は、前記ブレード７とタワー４との接触を避けるために風車５の回転軸は所定角度の上向き角を付けており、かつ前記ブレード７をナセル６の風下側に取り付け、ブレード７の背面を風上に向けて設置するダウンウィンド型式とし、前記係留索３の浮体２への係留点は、海面下であってかつ浮体２の重心よりも高い位置に設定する。【選択図】図１
2014173586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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ブレードからなる風車とから構成された浮体式洋上風力発電設備において、
前記風車は、回転軸に所定角度の上向き角を付けており、かつ前記ブレードをナセルの風下側に取り付け、ブレードの背面を風上に向けて設置するダウンウィンド型式とし、
前記係留索の浮体への係留点は、海面下であってかつ浮体の重心よりも高い位置に設定したことを特徴とする浮体式洋上風力発電設備。
【請求項２】
前記浮体は、下部側が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たコンクリート製浮体構造とし、上部側が鋼部材からなる鋼製浮体構造とした請求項１記載の浮体式洋上風力発電設備。
【請求項３】
前記浮体の下部側に周面より突出するヨー抑制フィンを周方向に間隔を空けて複数設けてある請求項１，２いずれかに記載の浮体式洋上風力発電設備。
【請求項４】
平均風速作用時に前記ブレードの回転面がほぼ鉛直面となるようにバラスト重量を調整してある請求項１〜３いずれかに記載の浮体式洋上風力発電設備。
【請求項５】
前記コンクリート製浮体構造は、前記プレキャスト筒状体が周方向に複数に分割された分割プレキャスト筒状体を接合して構成され、前記プレキャスト筒状体の外周に、緊張力が導入されたアウターケーブルを周方向に沿って巻回してある請求項２記載の浮体式洋上風力発電設備。
【請求項６】
前記アウターケーブルは、前記プレキャスト筒状体の軸方向に間隔をあけて複数設けてある請求項５記載の浮体式洋上風力発電設備。
【請求項７】
前記アウターケーブルの定着具は前記プレキャスト筒状体の直径方向に対向する２箇所に設けてあり、前記定着具に前記プレキャスト筒状体を吊り上げる際の吊り上げ金具を備えてある請求項５、６いずれかに記載の浮体式洋上風力発電設備。
【請求項８】
前記アウターケーブルは仮設とされ、前記浮体式洋上風力発電設備の設置時には取り外し可能としてある請求項５〜７いずれかに記載の浮体式洋上風力発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的水深の深い海上に設置されるスパー型の浮体式洋上風力発電設備に関する。
【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専ら採用されてきたが、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、陸上設置式と水上（主として海上）設置式とがあるが、沿岸域から後背に山岳地帯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、設置上の制約が少ないなどの利点を有する。そこで、近年は浮体式洋上風力発電設備が多く提案されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１では、中空四角柱状の構造物を組み合わせて平面三角形状の水に浮く浮体を構成し、この上に発電用風車を設けた風力発電装置が提案されている。この浮体は水面に浮かぶため「ポンツーン型」と呼ばれている。
【０００４】
また、下記特許文献２では、上部に物品が載置される複数の浮体部と、所定中心に内端を連結して水平放射方向に延在した外端に前記各浮体部を連結する長手状の剛体からなる連結部と、前記浮体部の間に引張力を生じる引張部とを備えた浮体構造が提案されている。
【０００５】
下記特許文献３では、水に浮遊する複数の浮体部と、前記浮体部を環状に連結する剛体からなる連結部と、環状のほぼ中央部を水底に係留する係留手段と、前記浮体部の位置を検出する位置検出手段と、潮流を検出する潮流検出手段と、潮流に対して角度を可変する態様で複数の浮体部に取り付けた舵と、各舵の角度を潮流に対して調整することによって環状のほぼ中央部を中心とした各浮体部の位置を可変する位置制御部とを備えた浮体構造が提案されている。前記特許文献２，３に係る浮体構造は、浮体を水面下に沈めた状態で浮くため「セミサブ型」と呼ばれている。
【０００６】
更に、下記特許文献４では、上下の蓋体と、これらの間に連続的に設置された筒状のプレキャストコンクリートブロックとがＰＣ鋼材で一体接合されてなる下部浮体と、該下部浮体にＰＣ鋼材で一体接合された、上記プレキャストコンクリートブロックよりも小径なプレキャストコンクリートブロックと上蓋とからなる上部浮体とから構成され、下部浮体の下部内側に隔壁によって複数のバラストタンクが形成され、上部浮体の内側には隔壁によって複数の水密区画部が形成された洋上風力発電の浮体構造が提案されている。この特許文献４は、釣浮きのように起立状態で浮くため「スパー型」と呼ばれている。
【０００７】
前記スパー型浮体は、一つの浮体に一基しか取り付けできないが、他のポンツーン型やセミサブ型に比べて、経済性に優れているとともに、浮体の安定性に優れるという利点を有するものである。
【０００８】
そこで本出願人も、下記特許文献５において、図２５に示されるように、浮体５１と、この浮体５１の上部に設置されるデッキ５２と、このデッキ５２に繋がれた係留索５３と、前記デッキ５２の上に立設されるタワー５４と、このタワー５４の頂部に設備されるナセル５５及び複数の風車ブレード５６，５６…からなる洋上風力発電設備５０であって、前記浮体５１は、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鋼材により緊結し一体化を図った下側コンクリート製浮体構造部５１Ａと、この下側コンクリート浮体構造部５１Ａの上側に連設された上側鋼製浮体構造部５１Ｂ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５２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５１内部に収容可能とされたスパー型の洋上風力発電設備を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１６５０３２号公報
【特許文献２】特開２００７−１６０９６５号公報
【特許文献３】特開２００７−３３１４１４号公報
【特許文献４】特開２００９−１８６７１号公報
【特許文献５】特開２０１０−２２３１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、風車型式には、ナセルの風上側にブレードを取り付け、ブレードを風上に向かって正対させ、正面から風を受けるように設置するアップウィンド型式と、ナセルの風下側にブレードを取り付け、ブレードの背面を風上に向け後側から風を受けるように設置するダウンウィンド型式とが存在するが、一般的にはブレードの風上側に障害物があると効率が落ちるとされ、アップウィンド型式が専ら採用されている。この場合、ブレードの撓みによって該ブレードがタワーに接触するのを防止するため、図２６(A)に示されるように、風車の回転軸は水平線に対して所定角度（θ＝５〜１０°程度）の上向き角θを付けている。
【００１１】
しかしながら、風力発電設備が浮体式である場合は、タワーの下端が地面に固定されておらず、風圧によって傾動し風下側に傾くことになるため、図２６(B)に示されるように、ブレードの回転面Ｓがさらに上を向くように傾き（θ＋β）、受風面積が低下することにより発電効率が低下するという問題点があった。
【００１２】
また、浮体式の洋上発電設備の場合、風車に風が当たると、風による抵抗を減らすように浮体に鉛直軸回りの回転力（ヨー）が発生するため発電効率が低下するとともに、暴風時には浮体の傾動が大きくなり係留索に作用する荷重が増大するという問題点もある。
【００１３】
更に、前記特許文献５では、海面上に係留点を設置することで係留の作用点を上げ、浮体運動の抑制力を増加させるようにしているが、係留点を海面上にすると接近する船舶が係留に接触する可能性が高くなり危険であるなどの問題があった。
【００１４】
一方、前記特許文献５のように、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て一体化を図るコンクリート浮体構造部５１Ａを備えた洋上風力発電設備５０の場合、前記コンクリート浮体構造部５１Ａの組立てや運搬の際及び洋上風力発電設備５０の建て起こしの際などに、コンクリート浮体構造部５１Ａに大きな曲げ応力が作用する。ここで、コンクリート浮体構造部５１Ａは、設置後は両端がほぼ自由端とされた支持構造であるため、主に軸力が作用し、大きな曲げ応力は作用しない構造となっている。特に、プレキャスト筒状体として周方向に複数に分割された分割プレキャスト筒状体を接合する構造の場合、曲げに対する強度が弱く組立てや運搬中及び建て起こし時に変形や破損が生じる危険性があった。このため、組立て等の際に発生する曲げに対し、一時的に補強用のフレーム枠を別途用意しなければならず、作業が大掛かりなものになるとともに、コストが増大する欠点があった。
【００１５】
そこで本発明の主たる課題は、スパー型の浮体式洋上風力発電設備において、タワーの傾動による発電効率の低下を抑えるとともに、鉛直軸回りの回転運動（ヨー運動）を抑制し、かつ船舶が係留索に接触するのを防止すると同時に、タワーの傾動姿勢状態を適性に保持し得るようにした浮体式洋上風力発電設備を提供することにある。
【００１６】
第２の課題は、特に暴風時において、鉛直軸回りの回転運動（ヨー運動）の更なる抑制を図ることにある。
【００１７】
第３の課題は、組立て等の作業を容易にするとともに、コストを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前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ブレードからなる風車とから構成された浮体式洋上風力発電設備において、
前記風車は、回転軸に所定角度の上向き角を付けており、かつ前記ブレードをナセルの風下側に取り付け、ブレードの背面を風上に向けて設置するダウンウィンド型式とし、
前記係留索の浮体への係留点は、海面下であってかつ浮体の重心よりも高い位置に設定したことを特徴とする浮体式洋上風力発電設備が提供される。
【００１９】
上記請求項１記載の発明においては、風車は、ブレードとタワーとの接触を避けるために風車の回転軸に所定角度の上向き角を付け、かつ前記ブレードをナセルの風下側に取り付け、ブレードの背面を風上に向けて設置するダウンウィンド型式としている。従って、無風状態時には、図７(A)に示されるように、ブレードの回転面は風上に向かって下向きの状態（−θ）となるが、風を受けると図７(B)に示されるように、風下側に傾くことにより逆に受風面積を増大させることになり、発電効率の低下を防止することが可能となる。なお、従来のアップウィンド型式の場合は、初期状態のブレード回転面の傾斜角（θ）に対して風による傾動角（β）が加算させるのに対して、本発明のダウンウィンド型式の場合は、初期状態のブレード回転面の傾斜角（−θ）に風による傾動角（β）が加算されるため、前記アップウインド型式に比較して常に前記傾斜角θ分に相当する発電効率の向上が見込めることになる。
【００２０】
また、アップウィンド型式の場合は、ブレードを後側から支えている構造のためヨーモーメントが発生し易いのに対して、本発明のようにダウンウィンド型式とした場合は、ナセルの風下側にブレードを取り付けるものであり、ブレードを前側で引っ張るように支えている構造のためヨーモーメントが作用し難くなる。
【００２１】
さらに、前記係留索の浮体への係留点は、海面下であってかつ浮体の重心よりも高い位置に設定したことによって、船舶が係留索に接触するのを防止できるようになる。また、係留点が浮体の重心よりも上側に位置するため浮体の倒れ過ぎを抑えるように係留点に浮体の重心を中心とする抵抗モーメントを発生させるため、タワーの傾動姿勢状態を適性に保持し得るようになる。
【００２２】
請求項２に係る本発明として、前記浮体は、下部側が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たコンクリート製浮体構造とし、上部側が鋼部材からなる鋼製浮体構造とした請求項１記載の浮体式洋上風力発電設備が提供される。
【００２３】
上記請求項２記載の発明は、浮体構造として、下部側が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たコンクリート製浮体構造とし、上部側が鋼部材からなる鋼製浮体構造とした浮体構造を採用するものである。この複合構造を採用することにより、重心を低くすることができ、アーム長の増大により前記抵抗モーメントを増大させることができる。
【００２４】
請求項３に係る本発明として、前記浮体の下部側に周面より突出するヨー抑制フィンを周方向に間隔を空けて複数設けてある請求項１，２いずれかに記載の浮体式洋上風力発電設備が提供される。
【００２５】
上記請求項３記載の発明は、前記浮体の下部側に周面より突出するヨー抑制フィンを周方向に間隔を空けて複数設けるようにしたものである。ダウンウィンド型式の採用によりアップウィンド型式に比べてヨーモーメントの発生は低減できるが、浮体式の場合は係留索の引張力しか期待できないため、一旦ヨーモーメントが発生してしまうとヨーが制御し難いという欠点がある。そこで、浮体の下部側に、好ましくは水深３０ｍ以下の範囲にヨー抑制フィンを設けることで、浮体の回転抵抗を与え、ヨー運動を抑制するようにした。
【００２６】
請求項４に係る本発明として、平均風速作用時に前記ブレードの回転面がほぼ鉛直面となるようにバラスト重量を調整してある請求項１〜３いずれかに記載の浮体式洋上風力発電設備が提供される。
【００２７】
上記請求項４記載の発明は、請求項１の前記係留索の浮体への係留点を、海面下であってかつ浮体の重心よりも高い位置に設定した構成に関連して、この構成によって発生する前記抵抗モーメントの大きさを調整、すなわち平均風速作用時に前記ブレードの回転面がほぼ鉛直面となるようにバラスト重量を調整することにより、ブレードの回転面の傾きを受風面積が大きくなる状態に保持することが可能となる。
【００２８】
請求項５に係る本発明として、前記コンクリート製浮体構造は、前記プレキャスト筒状体が周方向に複数に分割された分割プレキャスト筒状体を接合して構成され、前記プレキャスト筒状体の外周に、緊張力が導入されたアウターケーブルを周方向に沿って巻回してある請求項２記載の浮体式洋上風力発電設備が提供される。
【００２９】
上記請求項５記載の発明は、コンクリート製浮体構造として、前記プレキャスト筒状体が周方向に複数に分割された分割プレキャスト筒状体を接合して構成し、前記プレキャスト筒状体の外周に、緊張力が導入されたアウターケーブルを周方向に沿って巻回するようにしたものである。複数に分割されたプレキャスト筒状体であっても、プレストレスが導入されたアウターケーブルを周方向沿って巻回してプレキャスト筒状体を締め付けているため、プレキャスト筒状体の曲げに対する強度が増し、組立作業や運搬作業、浮体式洋上風力発電設備の建て起こしの際など、コンクリート製浮体構造に曲げ応力が作用する場合でも、コンクリート製浮体構造の変形及び破損が防止できるとともに、仮設のフレーム枠等を設ける必要がなくなるためコストも低減できる。
【００３０】
請求項６に係る本発明として、前記アウターケーブルは、前記プレキャスト筒状体の軸方向に間隔をあけて複数設けてある請求項５記載の浮体式洋上風力発電設備が提供される。
【００３１】
上記請求項６記載の発明は、前記アウターケーブルを前記プレキャスト筒状体の軸方向に間隔をあけて複数設けるようにしたもので、これによって、コンクリート製浮体構造の軸方向に均一に補強できるようになる。
【００３２】
請求項７に係る発明として、前記アウターケーブルの定着具は前記プレキャスト筒状体の直径方向に対向する２箇所に設けてあり、前記定着具に前記プレキャスト筒状体を吊り上げる際の吊り上げ金具を備えてある請求項５、６いずれかに記載の浮体式洋上風力発電設備が提供される。
【００３３】
上記請求項７記載の発明は、前記アウターケーブルの定着具を前記プレキャスト筒状体の直径方向に対向する２箇所に設け、この定着具に前記プレキャスト筒状体を吊り上げる際の吊り上げ金具を備えるようにしてあるため、プレキャスト筒状体の曲げ応力負荷がより一層抑制できる。
【００３４】
請求項８に係る発明として、前記アウターケーブルは仮設とされ、前記浮体式洋上風力発電設備の設置時には取り外し可能としてある請求項５〜７いずれかに記載の浮体式洋上風力発電設備が提供される。
【００３５】
上記請求項８記載の発明は、浮体式洋上風力発電設備の設置後は、大きな曲げ応力が作用しない構造であるため、前記定着具及びアンボンド線材を仮設とし、前記浮体式洋上風力発電設備の設置後に取り外しできるようにしている。
【発明の効果】
【００３６】
以上詳説のとおり本発明によれば、スパー型の浮体式洋上風力発電設備において、タワーの傾動による発電効率の低下を押さえるとともに、鉛直軸回りの回転運動（ヨー運動）を抑制し、かつ船舶が係留索に接触するのを防止すると同時に、タワーの傾動姿勢状態を適性に保持し得るようになる。
【００３７】
また、特に暴風時において、鉛直軸回りの回転運動（ヨー運動）の更なる抑制を図ることが可能となる。
【００３８】
さらに、組立て等の作業が容易にできるとともに、コスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る浮体式洋上風力発電設備１の側面図である。
【図２】浮体２の縦断面図である。
【図３】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。
【図４】プレキャスト筒状体１２（１３）同士の緊結要領図(A)(B)である。
【図５】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との境界部を示す縦断面図である。
【図６】ヨー抑制フィン８を示す下側コンクリート製浮体構造部２Ａの横断面図である。
【図７】風によるタワー４の傾動状態を示す、(A)は無風時（直立時）、(B)は受風時（傾動時）を示す側面図である。
【図８】抵抗モーメント発生による傾動制御状態を示す全体側面図である。
【図９】タワー４の傾斜角に対する発電出力の変化図である。
【図１０】下側コンクリート製浮体構造部２Ａを示す、(A)は横断面図、(B)は左右で別視点からの側面図である。
【図１１】要部を拡大した、(A)は正面図、(B)は平面図である。
【図１２】定着具３０を示す、(A)は平面図、(B)は正面図、(C)は側面図である。
【図１３】アウターケーブル３１の正面図である。
【図１４】浮体式洋上風力発電設備１の施工要領を示す流れ図である。
【図１５】施工要領（その１）を示す、(A)は平面図、(B)は正面図である。
【図１６】施工要領（その２）を示す、(A)は平面図、(B)は正面図である。
【図１７】施工要領（その３）を示す、(A)は平面図、(B)は正面図である。
【図１８】施工要領（その４）を示す、(A)は平面図、(B)は正面図である。
【図１９】施工要領（その５）を示す、(A)は正面図、(B)はプレキャスト筒状体１２部分の平面図である。
【図２０】施工要領（その６）を示す平面図である。
【図２１】施工要領（その７）を示す正面図である。
【図２２】施工要領（その８）を示す正面図である。
【図２３】施工要領（その９）を示す正面図である。
【図２４】施工要領（その１０）を示す正面図である。
【図２５】従来の浮体式洋上風力発電設備（特許文献５）を示す全体図である。
【図２６】アップウインド型式の場合の風によるタワーの傾動状態を示す、(A)は無風時（直立時）、(B)は受風時（傾動時）を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
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。
【００４１】
図１に示されるように、本発明の洋上風力発電設備１は、浮体２と、係留索３と、タワー４と、タワー４の頂部に設備されるナセル６及び複数のブレード７，７…からなる風車５とから構成されるものである。
【００４２】
前記浮体２は、図２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１９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。前記浮体２の吃水Ｌは、２ＭＷ級発電設備の場合、概ね６０ｍ以上に設定される。
【００４３】
以下、更に具体的に詳述する。
【００４４】
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、１２…と、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３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。
【００４５】
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を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。
【００４６】
プレキャスト筒状体１２同士の緊結は、図４(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。
【００４７】
次に、図４(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。
【００４８】
次いで、前記合成プレキャスト部材１３は、図５にも示されるように、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。
【００４９】
前記上側鋼製浮体構造部２Ｂは、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、下側部分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。鋼製筒状体１４の上部は漸次直径を窄めた截頭円錐台形状を成している。
【００５０】
上段側の鋼製筒状体１５は、前記下段側の鋼製筒状体１４の上部外径に連続する外径寸法とされる筒状体とされ、下段側の鋼製筒状体１４に対してボルト又は溶接等（図示例はボルト締結）によって連結される。
【００５１】
一方、前記タワー４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。タワー４の外径と前記上段側鋼製筒状体１５の外径とはほぼ一致しており、外形状は段差等が無く上下方向に連続している。図示例では、上段側鋼製筒状体１５の上部に梯子９が設けられ、タワー４と上段側鋼製筒状体１５とのほぼ境界部に周方向に歩廊足場１０が設けられている。
【００５２】
前記係留索３の浮体２への係留点Ｐは、図１に示されるように、海面下であってかつ浮体２の重心Ｇよりも高い位置に設定してある。従って、船舶が係留索３に接触するのを防止できるようになる。また、浮体２の倒れ過ぎを抑えるように係留点Ｐに浮体２の重心Ｇを中心とする抵抗モーメントＭを発生させるため、タワー４の傾動姿勢状態を適性に保持し得るようになる。
【００５３】
一方、前記ナセル６は、風車５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。
【００５４】
前記ブレード７，７…は、図７(A)に示されるように、タワー４との接触を避けるため、回転軸は所定角度の上向き角θを付けている。従って、ブレード回転面Ｓは上向き角θだけ傾いて設定される。同図に示されるように、本発明では風車型式は、前記ブレード７，７…をナセル６の風下側に取り付け、ブレード７，７…の背面を風上に向けて設置するダウンウィンド型式としてある。前記上向き角θは概ね５〜１０°の範囲である。従って、無風状態時には、図７(A)に示されるように、ブレード７の回転面Ｓは風上に向かって下向きの状態（−θ）となるが、風を受けると図７(B)に示されるように、風下側に傾くことにより逆に受風面積を増大させることになり、発電効率の低下を防止することが可能となる。
【００５５】
なお、既往の文献によれば（第４回  講演会講演集「(5)浮体式洋上風力発電の開発」独立行政法人  海上技術安全研究所）、図９に示されるように、上向き角１０°で発電効率は５％ほど低下することが実証されている。従って、風車５の回転状態でタワー４が風下側に傾き風に正対する状態（ブレード回転面Ｓが鉛直）になった場合には、５％の発電効率の向上が見込めることになる。
【００５６】
一方で、本発明では、前記係留索３の浮体２への係留点Ｐは、図１に示されるように、海面下であってかつ浮体２の重心Ｇよりも高い位置に設定してある。従って、図８に示されるように、風圧によってタワー４が風下側に倒れすぎると、浮体２の倒れ過ぎを抑えるように係留点Ｐに浮体２の重心Ｇを中心とする抵抗モーメントＭを発生させるため、タワー４の傾動姿勢状態を適性に保持し得るようになる。本浮体構造は、下部側が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たコンクリート製浮体構造とし、上部側が鋼部材からなる鋼製浮体構造としてあるため、重心Ｇは係留点よりもかなり下側に設定することが可能となり、抵抗モーメントＭのアーム長?の増大により大きな抵抗モーメントＭを発生することが可能となっている。
【００５７】
ところで、前記浮体２の中空部内には、水、砂利、細骨材又は粗骨材、金属粒などのバラスト材が投入されるが、このバラスト材投入量は、平均風速作用時に前記ブレード７の回転面Ｓがほぼ鉛直面となるようにバラスト重量を調整するのが望ましい。
【００５８】
一方で、本発明では、図１に示されるように、前記浮体２の下部側に周面より突出するヨー抑制フィン８，８…を周方向に間隔を空けて複数設けてある。具体的には、図６に示されるように、プレキャスト筒状体１２、１３の周面に周方向に等間隔で、図示例では８等分間隔で半径方向に突出するヨー抑制フィン８，８…を設けている。一般的にスパー型の洋上風力発電設備の場合は、フィンが水の抵抗を増大させるため設けないのが一般的であるが、浮体２の下部側にのみフィンを設けることで、暴風時における浮体２のヨー運動を効果的に防止するようにした。前記ヨー抑制フィン８、８…の設置範囲は、水深２５ｍ以上の範囲、好ましくは水深３０ｍの範囲とするのが望ましい。また、前記ヨー抑制フィン８の突出長は、浮体２の下部側の外径の０．１０〜０．１５倍、好ましくは０．１１〜０．１３倍程度とするのが望ましい。
【００５９】
ところで、前記下側コンクリート浮体構造部２Ａは、前記プレキャスト筒状体１２〜１３が周方向に一体のものでもよいが、大型の洋上風力発電設備の場合は、図１０及び図１１に示されるように、前記プレキャスト筒状体１２〜１３が周方向に複数に分割された分割プレキャスト筒状体１２ａ〜１２ｄを、周方向に接合して構成される。このように分割プレキャスト筒状体１２ａ〜１２ｄを周方向に接合した前記プレキャスト筒状体１２〜１３の外周には、緊張力が導入されたアウターケーブル３１が周方向に沿って巻回されている。前記プレキャスト筒状体１２は、周方向に２以上に分割したものが用いられ、図１０に示される例では４つに分割してある。
【００６０】
前記プレキャスト筒状体１２〜１３の接合構造としては、公知のものを使用することが可能であるが、特開２００９−２３５８５０号公報に開示されるプレキャストコンクリート部材の接合構造が好適である。かかるプレキャストコンクリート部材の接合構造は、一方のプレキャストコンクリート部材の接合端面には、上下方向に複数段で配置された各鉄筋に接合された定着用埋込部材が埋設され、前記定着用埋込部材には開口を外部に臨ませたポケット状の切欠き溝が形成されるとともに、前記切欠き溝の形状と同形状で上下方向に沿ってコンクリートに切欠き溝が形成されることによって上下方向に連続する縦溝が形成され、他方のプレキャストコンクリート部材の接合端面には、上下方向に複数段で配置された各鉄筋が外部まで突出して設けられるとともに、この突出した鉄筋の先端部に前記ポケット状切欠き溝に嵌合される定着部材が固定され、前記他方のプレキャストコンクリート部材の接合端面に突出して設けられた鉄筋の定着部材を、前記一方のプレキャストコンクリート部材の縦溝に沿って挿入してプレキャストコンクリート部材同士を連結するとともに、前記他方のプレキャストコンクリート部材の定着部材を、前記一方のプレキャストコンクリート部材の定着用埋込部材のポケット状切欠き溝部分に位置決めした状態で、隙間部分にグラウト材を充填することによって構成されるものである。この接合構造によれば、現場での溶接作業を不要とするとともに、使用するグラウト材の量を低減することにより、作業時間の短縮及び施工コストの削減ができ、かつ接合部の幅を小さくすることにより良好な外観とすることができる。
【００６１】
前記アウターケーブル３１は、緊張力を導入する際の緊張端とされた定着具３０によって両端が定着されている。前記定着具３０は、図１１(A)に示されるように、プレキャスト筒状体１２の外周に設けられた台座コンクリート３２に設置され、図１０(A)に示されるようにプレキャスト筒状体１２の直径方向に対向する２箇所に設けられている。前記定着具３０は、詳細には、図１２に示されるように、前記台座コンクリート３２に設置される座板３３と、前記座板３３の両側からそれぞれ所定の内向き角度で立設される側板３４、３４と、前記側板３４、３４間に長手方向に所定の間隔で立設される複数の支圧板３５、３５…とから主に構成されている。また、一方の側板３４には、外方に突出して、前記プレキャスト筒状体１２を吊り上げる際の吊り上げ金具３６が備えられている。
【００６２】
図１２及び図１３に示されるように、一方の側板３４には、長手方向に所定の間隔で前記アウターケーブル３１の端部に固着されたマンション４３を内側から挿入するための開孔３４ａ、３４ａ…が設けられている。前記開孔３４ａから突出させたマンション４３には、アンカープレート３７及びナット３８が取り付けられ、前記ナット３８を締め込むことにより、この側板３４を緊張端とした緊張力が導入可能とされている。また、これに対向する他方の側板３４には、その起立基端部に前記アウターケーブル３１を挿通させるための開口３４ｂが設けられている。
【００６３】
前記支圧板３５は、前記アウターケーブル３１を各側板３４、３４に設けられた開孔３４ａ及び開口３４ｂにそれぞれ挿通させた状態で、前記アウターケーブル３１の両側に平行する一対で設けられている。隣接するアウターケーブル３１、３１に対応する隣接する支圧板３５、３５間には、これら支圧板３５、３５に垂直な２枚の支持壁３９、３９が立設されている。
【００６４】
前記定着具３０は、プレキャスト筒状体１２の直径方向に対向する２箇所に設けることが好ましく、これによって両側の定着具３０、３０間に張設される１本のアウターケーブル３１は、プレキャスト筒状体１２の約半周分を締結するように配設される。
【００６５】
両側の前記定着具３０、３０にはそれぞれ、プレキャスト筒状体１２を吊り上げる際の吊り上げ金具３６が備えられている。このため、別途吊り上げのための架台などを組むことなく、プレキャスト筒状体１２をクレーンで吊り上げることが可能となる。
【００６６】
前記アウターケーブル３１は、前記定着具３０に対して、プレキャスト筒状体１２の一方側を半周するものと、他方側を半周するものとが、ほぼ互い違いになるように配置されている。図示例では、図１０(B)に示されるように、軸方向両端のアウターケーブル３１を除いて、中間のアウターケーブル３１が、２本一組として、一方側（左半分）を半周するものと、他方側（右半分）を半周するものとが交互に設けられている。なお、一方側を半周するアウターケーブル３１の本数と、他方側を半周するアウターケーブル３１の本数とは同一とする。
【００６７】
前記アウターケーブル３１としては、ＰＣ鋼棒又はＰＣ鋼より線を用いてもよいが、図１３に示されるように、ＰＣ鋼より線４０の外周に防錆・潤滑剤としてグリース４１を塗布し、更にポリエチレン等の合成樹脂４２を被覆加工したアンボンド線材を用いることが好ましい。アウターケーブル３１としてアンボンド線材３１を用いることにより、潤滑性に優れるためプレキャスト筒状体１２を均一に締め付けることができるとともに、防錆性、施工性及び作業性に優れるようになる。前記ＰＣ鋼より線の両端にはそれぞれ、定着用のマンション４３が固着されるとともに、そのマンション４３の基部の外周にストッパーシース４４が固着されている。前記ストッパーシース４４の外径は前記側板３４に設けられた開孔３４ａの内径より大きく形成され、アウターケーブル３１による締め込みすぎを防止している。
【００６８】
次に、前記下側コンクリート浮体構造部２Ａの組立手順について説明する。図１４に示されるように、先ずはじめに第１工程として、施工資材搬入とその組立てを行うとともに、鉄板やＨ鋼、角材を設置して敷設準備を行う。
【００６９】
次に、第２工程として、図１５に示されるように、分割プレキャスト筒状体１２ａ〜１２ｄを周方向に接合してリング状のプレキャスト筒状体１２を構築するためのリング構築架台４５を設置するとともに、このリング構築架台４５に前記プレキャスト筒状体１２の内面に当接して所定のリング状に仕上げるための案内となる内面定規４６を設置する。
【００７０】
第３工程として、図１６に示されるように、１／４に分割された分割プレキャスト筒状体１２ａ〜１２ｄのうち、２つの分割プレキャスト筒状体１２ａ、１２ｂを前記内面定規４６に合わせてリング構築架台４５上に設置し、１／２リング状の分割プレキャスト筒状体を構築する。具体的には、これら分割プレキャスト筒状体１２ａ、１２ｂの接合端面に接着剤を塗布し、一方の分割プレキャスト筒状体１２ａを前記内面定規４６に合わせてセットしたら、両者の接合端面間に懸架したジャッキ等の引き寄せ治具によってもう一方の分割プレキャスト筒状体１２ｂを引き寄せるようにしてセットする。その翌日、接着剤が乾燥した頃、スリーブモルタルを注入した後、中２日間養生する。
【００７１】
その後、図１７に示されるように、別途同様にして製作した１／２リング状の分割プレキャスト筒状体を、先に製作した１／２リング状の分割プレキャスト筒状体がセットされた前記内面定規４６に合わせてリング構築架台４５上に設置し、両者を接合することによってリング状のプレキャスト筒状体１２を構築する。これら端面同士の接合要領は前述と同様である。
【００７２】
第４工程として、リング状のプレキャスト筒状体１２の外面及び内面を防水塗装する。
【００７３】
第５工程として、図１８に示されるように、定着具３０及びアウターケーブル３１を設置し、ナット３８を締めてアウターケーブル３１にプレストレスを導入しプレキャスト筒状体１２を締め付ける。前記アウターケーブル３１を設置する際、定着具３０、３０の間に所定間隔でガイド部材を設けておき、これに沿わせるように取り付けるのが好ましい。
【００７４】
第６工程として、図１９に示されるように、リング構築架台４５上に横向きに構築されたプレキャスト筒状体１２をクレーンで吊り下げ、図２０に示されるように、横向きのまま回転架台４７に移動する。回転架台４７では、図２１に示されるように、架台の一端をクレーンで吊り上げてプレキャスト筒状体１２とともに建て起こす。
【００７５】
第７工程として、図２２に示されるように、回転架台４７の固定を外し、前記定着具３０の吊り上げ金具３６に治具を装着してプレキャスト筒状体１２をクレーンで吊り上げた後、図２３に示されるように、据え置き架台４８に設置する。このとき、既に設置・連結済みのプレキャスト筒状体１２とは５００ｍｍ程度の間隔をあけて設置する。
【００７６】
そして、第８工程として、既に設置連結済みのプレキャスト筒状体１２と、今回新たに連結するプレキャスト筒状体１２との接合端面に接着剤を塗布し、上述の通り軸方向に連結する。具体的には、図２４に示されるように、クレーンでプレキャスト筒状体１２を僅かに吊り上げた状態で、ジャッキ等によって引き寄せるようにして、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を連結する。その後、上述の通り、図４に示されるように、ＰＣ鋼棒１９に張力を導入し、シース２１内にグラウト材を注入し、緊結する。
【００７７】
上記第２工程から第８工程を繰り返すことによって、コンクリート製浮体構造２Ａが完成する。
【００７８】
本発明に係る浮体式洋上風力発電設備１では、下側コンクリート浮体構造２Ａとして、プレキャスト筒状体１２を周方向に複数に分割した分割プレキャスト筒状体を接合することによって構成した場合でも、プレキャスト筒状体１２の外周に、緊張力が導入されたアウターケーブル３１を周方向に沿って巻回してあるため、プレキャスト筒状体１２が円周方向に締め付けられ、曲げ強度が増し、プレキャスト筒状体１２の連結作業や、浮体式洋上風力発電設備１の建て起こし作業など、下側コンクリート浮体構造２Ａに曲げ応力が作用する場合でも、コンクリート浮体構造２Ａの変形及び破損が防止できるようになる。
【００７９】
前記アウターケーブル３１は、浮体式洋上風力発電設備１の設置後も継続して設置しておくようにしてもよいが、浮体式洋上風力発電設備１の設置後は大きな曲げ応力が作用しないため、前記浮体式洋上風力発電設備１の組立時のみの仮設とし、浮体式洋上風力発電設備１の設置後は取り外し可能としてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１…浮体式洋上風力発電設備、２…浮体、２Ａ…下側コンクリート浮体構造部、２Ｂ…上側鋼製浮体構造部、３…係留索、４…タワー、５…風車、６…ナセル、７…ブレード、８…ヨー抑制フィン、１２…プレキャスト筒状体、３０…定着具、３１…アウターケーブル、３６…吊り上げ金具
【図１】
2014173586.tif 000003
【図２】
2014173586.tif 000004
【図３】
2014173586.tif 000005
【図４】
2014173586.tif 000006
【図５】
2014173586.tif 000007
【図６】
2014173586.tif 000008
【図７】
2014173586.tif 000009
【図８】
2014173586.tif 000010
【図９】
2014173586.tif 000011
【図１０】
2014173586.tif 000012
【図１１】
2014173586.tif 000013
【図１２】
2014173586.tif 000014
【図１３】
2014173586.tif 000015
【図１４】
2014173586.tif 000016
【図１５】
2014173586.tif 000017
【図１６】
2014173586.tif 000018
【図１７】
2014173586.tif 000019
【図１８】
2014173586.tif 000020
【図１９】
2014173586.tif 000021
【図２０】
2014173586.tif 000022
【図２１】
2014173586.tif 000023
【図２２】
2014173586.tif 000024
【図２３】
2014173586.tif 000025
【図２４】
2014173586.tif 000026
【図２５】
2014173586.tif 000027
【図２６】
2014173586.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月21日(2014.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
一方で、本発明では、前記係留索３の浮体２への係留点Ｐは、図１に示されるように、海面下であってかつ浮体２の重心Ｇよりも高い位置に設定してある。従って、図８に示されるように、風圧によってタワー４が風下側に倒れすぎると、浮体２の倒れ過ぎを抑えるように係留点Ｐに浮体２の重心Ｇを中心とする抵抗モーメントＭを発生させるため、タワー４の傾動姿勢状態を適性に保持し得るようになる。本浮体構造は、下部側が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たコンクリート製浮体構造とし、上部側が鋼部材からなる鋼製浮体構造としてあるため、重心Ｇは係留点よりもかなり下側に設定することが可能となり、抵抗モーメントＭのアーム長ｌの増大により大きな抵抗モーメントＭを発生することが可能となっている。