(57)【要約】 【課題】十分な浮力を発生させるだけの体積（排水量）と軽量性と強度特性とを併せ持たせることが可能でかつ経済性に優れた浮体構造物及びそれを用いた洋上風力発電施設を提供する。【解決手段】本発明に係る浮体構造物３は、水平面で見たときに１２０゜ごとに放射状に延設された３本の脚部２１と該各脚部の基端側が周面に接続された立ち上がり部２２とで構成してあり、脚部２１は、内部に中空空間が形成されるよう、断面ほぼ角筒状のコンクリート函体で、立ち上がり部２２は、同じく内部に中空空間が形成されるよう、断面円筒状のコンクリート函体でそれぞれ構成してあるが、これらのコンクリート函体は、耐食性の高張力繊維が添加された無筋コンクリートで構成してある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
緊張手段を介して水底に緊張係留され内部に中空空間が形成されてなるコンクリート函体で構成された浮体構造物において、
前記コンクリート函体を耐食性の高張力繊維が添加された無筋コンクリートで構成したことを特徴とする浮体構造物。
【請求項２】
請求項１記載の浮体構造物と、水底に設置されたアンカーと、該アンカーに前記浮体構造物を緊張係留するための緊張手段と、前記浮体構造物に立設された風力発電設備とを備えたことを特徴とする洋上風力発電施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として洋上風力発電に適用される浮体構造物及びそれを用いた洋上風力発電施設に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料や原子力に代わる代替エネルギーとして、太陽熱発電、太陽光発電、地熱発電などが検討されているが、我が国においては、風力発電、特に地形や建物による影響を受けずに強く安定した風力を利用可能で、大きな排他的経済水域を生かすこともできる洋上風力発電が有望視されている。
【０００３】
風力発電施設を洋上に設置するにあたっては、欧州各国ではほとんどが着床（着底）式であるが、我が国では、周辺海域の水深が比較的大きいことから、浮体式が予定されており、具体的には、円筒形の浮体をその材軸が鉛直になる姿勢で潜水させて海底に緩係留するスパー型、潜水させた浮体をテンドンと呼ばれる緊張索を介して海底に緊張係留するＴＬＰ型(Tension Leg Platform)、半潜水させた浮体を緩係留するセミサブ型などが提案されている。
【０００４】
これらのうち、欧州で実績のあるスパー型が我が国でも検討対象に挙げられているが（特許文献１〜５）、洋上風力発電においては、波浪による揺動がロータの回転軸の変動、ひいては発電の効率低下につながるため、これをいかに抑えるかが重要な検討事項の一つとなるところ、ＴＬＰ型は、浮体に発生している浮力から自重と搭載物の重量を差し引いた残りの浮力、いわば余剰浮力を緊張索を介して海底からの引張力で支持する構造になっていることから、緩係留方式のスパー型やセミサブ型よりも波浪の影響を受けにくく、今後の研究開発が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２０１１９１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２３１１４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２２３１１３号公報
【特許文献４】特開２００９−２４８７９２号公報
【特許文献５】特開２００９−０１８６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、ＴＬＰ型の場合、上述したように浮体構造物の余剰浮力と海底からの引張力とが十分大きな値で釣り合うことが波浪に対する安定性の向上につながるものであって、浮体には、それに応じた体積（排水量）と軽量性と強度特性とが要求される。
【０００７】
加えて、洋上風力発電で現在の電力需要の一部をまかなうためには、相当数の設置が見込まれており、浮体構造物に係る製作コストの低減が必要不可欠であるとともに、数十年にわたる供用を想定した場合、防錆その他保守に要するコストも必要最小限でなければならない。
【０００８】
そのため、浮体構造物を鋼製とせず、コンクリート製とすることが検討対象となるが、浮体構造物を鉄筋コンクリートやプレストレストコンクリートで構成した場合、鉄筋やＰＣ鋼材の腐食を防止するために十分なかぶりが必要となるため、断面厚さが大きくならざるを得ず、結果として自重を抑えるには限度があるという問題を生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、十分な浮力を発生させるだけの体積（排水量）と軽量性と強度特性とを併せ持たせることが可能でかつ経済性にも優れた浮体構造物及びそれを用いた洋上風力発電施設を提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る浮体構造物は請求項１に記載したように、緊張手段を介して水底に緊張係留され内部に中空空間が形成されてなるコンクリート函体で構成された浮体構造物において、
前記コンクリート函体を耐食性の高張力繊維が添加された無筋コンクリートで構成したものである。
【００１１】
また、本発明に係る洋上風力発電施設は、請求項１記載の浮体構造物と、水底に設置されたアンカーと、該アンカーに前記浮体構造物を緊張係留するための緊張手段と、前記浮体構造物に立設された風力発電設備とを備えたものである。
【００１２】
本発明に係る浮体構造物は、これをコンクリート函体で構成するにあたり、該コンクリート函体を耐食性の高張力繊維が添加された無筋コンクリートで構成してある。
【００１３】
このようにすると、外力に対して浮体構造物に生じる部材力のうち、圧縮応力はコンクリートで、引張応力は高張力繊維でそれぞれ支持される一方、鉄筋を用いない無筋コンクリートで構成してあるため、鉄筋やＰＣ鋼材を用いた場合には必要不可欠となるコンクリートの被り、特に鉄筋の重ね継手箇所におけるコンクリートの被りを確保する必要がなくなる。
【００１４】
したがって、鉄筋やＰＣ鋼材を用いた場合に比べ、コンクリート函体の断面厚さを２０％程度低減することが可能となり、同一体積（排水量）に対しては、自重についても２０％程度低減することが可能となる。
【００１５】
本明細書において無筋コンクリートとは、ＰＣ鋼材についてもこれを断面内に含まない意味で用いるものとする。
【００１６】
耐食性の高張力繊維は、帝人株式会社から「トワロン」（登録商標）や「テクノーラ」（登録商標）の名称で市販されているパラ系アラミド繊維、東洋紡績株式会社から「ダイニーマ」（登録商標）の名称で市販されている超高分子量ポリエチレン繊維、株式会社クラレから「ベクトラン」（登録商標）の名称で市販されているポリアリレート繊維、東洋紡績株式会社から「ザイロン」（登録商標）の名称で市販されているＰＢＯ繊維、東レ株式会社から「トレカ」（登録商標）の名称で市販されている炭素繊維などから適宜選択することができる。例えば耐薬品性に優れたパラ系アラミド繊維や超高分子量ポリエチレン繊維が望ましい。
【００１７】
一方、上述した化学繊維以外であっても、ステンレス、アモルファス金属等の耐食性の金属繊維を選択するようにしてもかまわない。
【００１８】
上述した浮体構造物は、石油掘削プラットフォームをはじめ、さまざまな用途に用いることができるが、これをＴＬＰ型の洋上風力発電施設に適用するようにすれば、浮体の製作及び保守コストの低減、ひいては電力コストの低減を図ることが可能となる。
【００１９】
このような洋上風力発電施設は、典型的には、上述の浮体構造物と、水底に設置されたアンカーと、該アンカーに浮体構造物を緊張係留するための緊張手段と、浮体構造物に立設された風力発電設備とで構成される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係る洋上風力発電施設１の全体斜視図。
【図２】洋上風力発電施設１に用いる浮体構造物３の図であり、(a)は平面図、(b)は側面図。
【図３】同じく浮体構造物３の図であり、(a)は水平断面図、(b)はＡ−Ａ線に沿う鉛直断面図、(c)はＢ−Ｂ線に沿う鉛直断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る浮体構造物及びそれを用いた洋上風力発電施設の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る洋上風力発電施設を示した全体斜視図である。同図に示すように、本実施形態に係る洋上風力発電施設１は、風力発電設備２をＴＬＰ型の浮体方式で洋上設置してなるものであって、風力発電設備２が立設された浮体構造物３と、海底６に設置されたアンカー５と、該アンカーに浮体構造物３を緊張係留するための緊張手段であるワイヤロープ４とを備える。
【００２３】
風力発電設備２は、増速機及び発電機（いずれも図示せず）が内蔵されたナセルと呼ばれる発電機構１０を、塔状の柱７の頂部近傍に旋回自在に取り付けるとともに、該増速機の回転シャフトにロータ９を連結してなり、該ロータのブレード８に風力が作用したとき、その風力がロータ９のハブを介して回転力として増速機及び発電機に順次伝達されるとともに、該発電機で発電された電力を必要に応じて昇圧した後、図示しない送電設備を介して送電できるように、あるいは図示しない蓄電設備に蓄電できるようになっている。
【００２４】
浮体構造物３は図２に示す通り、水平面で見たときに１２０゜ごとに放射状に延設された３本の脚部２１と該各脚部の基端側が周面に接続された立ち上がり部２２とで構成してあり、該立ち上がり部の頂部には風力発電設備２の柱７が接続してある。
【００２５】
脚部２１は図３でよくわかるように、内部に中空空間が形成されるよう、断面ほぼ角筒状のコンクリート函体で構成してあり、立ち上がり部２２は、同じく内部に中空空間が形成されるよう、断面円筒状のコンクリート函体で構成してある。
【００２６】
ここで、脚部２１及び立ち上がり部２２をそれぞれ構成するコンクリート函体は、耐食性の高張力繊維が添加された無筋コンクリートで構成してある。
【００２７】
耐食性の高張力繊維は、例えば帝人株式会社から「トワロン」（登録商標）や「テクノーラ」（登録商標）の名称で市販されているパラ系アラミド繊維や、東洋紡績株式会社から「ダイニーマ」（登録商標）の名称で市販されている超高分子量ポリエチレン繊維で構成することができる。
【００２８】
アンカー５は、円筒状をなす筒状周壁部の一端を天板部で塞いでなるサクションアンカーとして構成してあり、天板部に形成された排水孔を介して内側空間の水を排水することにより、筒状周壁部を海底地盤に貫入できるようになっている。
【００２９】
アンカー５は、鉄筋コンクリート、プレストレストコンクリート、鋼材その他の材料で適宜構成することが可能であり、水平力及び引抜き力に対して要求される強度や耐力に応じて、例えば直径を数ｍ〜１０ｍ程度、高さをその３〜４倍程度に設定すればよい。
【００３０】
ワイヤロープ４は、浮体構造物３を所定の緊張力をもってアンカー５に係留するためのものであって、該浮体構造物を構成する３本の脚部２１の各先端両側面に上端をそれぞれ連結するとともに、各脚部２１の直下となるように海底６に２つずつ貫入設置されたアンカー５，５に下端をそれぞれ連結してあり、２本を一組として三組、計６本で構成してある。
【００３１】
本実施形態に係る洋上風力発電施設１を設置するには、風力発電設備２を工場製作するとともに、浮体構造物３をプレキャストコンクリートとしてやはり工場製作し、製作後、それらを設置海域まで曳航するが、浮体構造物３を製作するにあたっては、その自重と風力発電設備２の重量を差し引いた残りの浮力、いわば余剰浮力が、波浪安定性に必要な緊張力をワイヤロープ４に発生させることができるよう、その体積（排水量）を適宜定める。
【００３２】
具体的には、例えば数ＭＷクラスの風力発電設備２であれば、脚部２１の長さを２０〜３０ｍ、幅を５〜７ｍ、高さを５〜１０ｍとすることで、上述した排水量を確保することが可能であるとともに、このときの脚部２１の断面厚さを３００ｍｍ程度に抑えることが可能である。
【００３３】
一方、風力発電設備２や浮体構造物３の製作と並行して、アンカー５を海底６に設置する。アンカー５を設置するには、該アンカーの筒状周壁部の開口側が下方となるように海底６に沈設した後、天板部に形成された排水孔を介して、アンカー５の内側空間に拡がる水を排水することにより、アンカー５の筒状周壁部を海底６に貫入すればよい。
【００３４】
アンカー５の設置が完了したならば、浮体を緊張係留方式で海中に設置する場合の従来公知の設置手順に従い、浮体構造物３をアンカー５に緊張係留するとともに、該浮体構造物の立ち上がり部２２の頂部に風力発電設備２の柱７が接続されるようにして該風力発電設備を浮体構造物３に立設する。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態に係る浮体構造物３によれば、該浮体構造物をコンクリート函体として構成するにあたり、これを耐食性の高張力繊維が添加された無筋コンクリートで構成するようにしたので、鉄筋やＰＣ鋼材を用いた場合には必要不可欠となるコンクリートの被り、特に鉄筋の重ね継手箇所におけるコンクリートの被りを確保する必要がなくなる。
【００３６】
したがって、鉄筋コンクリートで構成する場合に比べ、コンクリート函体の断面厚を２０％程度低減することが可能となり、同一体積（排水量）に対しては、自重についても２０％程度低減することができるとともに、その分、風力発電設備２の重量増加が２０％程度許容されるため、発電規模を大きくすることが可能となる。
【００３７】
具体的には、エポキシ樹脂塗装鉄筋を用いた鉄筋コンクリート部材としてコンクリート函体を構成する場合において、塩害環境を踏まえて７０ｍｍの被りを考慮したときに断面厚さが３８０ｍｍとなる荷重条件で検討すると、ステンレス鉄筋等の耐食性鉄筋を用いた鉄筋コンクリート部材としてコンクリート函体を構成する場合、鉄筋継手部における付着性能を確保すべく、４０ｍｍ程度の被りがやはり必要になるため、同一の荷重条件では、断面厚さが３５０ｍｍ程度にしか低減されない。
【００３８】
これに対し、本実施形態のように耐食性の高張力繊維が添加された無筋コンクリートでコンクリート函体を構成した場合、同一の荷重条件では、断面厚さを３１０ｍｍ程度にまで低減することが可能となる。
【００３９】
すなわち、従来であれば、長期間供用を前提として浮体構造物をコンクリート函体で製作する場合、鉄筋やＰＣ鋼材の腐食を防止すべく、５０〜１００ｍｍ程度の被り厚さが必要となり、コンクリート函体の部材厚さ２００〜５００ｍｍに占める被り厚さの割合がきわめて大きいものであったところ、本実施形態に係る浮体構造物３によれば、被り厚さを考慮する必要がなくなるため、上述の例であればコンクリート函体の部材厚さを１５０〜４００ｍｍ程度に低減することが可能となり、かくして鋼製函体はもちろんのこと、鉄筋コンクリート函体やプレストレストコンクリート函体で浮体構造物を構成する場合と比較しても、長期供用における腐食の問題を懸念する必要がなくなるとともに、鉄筋コンクリート函体やプレストレストコンクリート函体で浮体構造物を構成する場合に比べて断面厚さの低減を図ることができるため、自重を抑えつつも、十分な大きさの浮力をしかも経済性に優れた形で発生させることが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態に係る洋上風力発電施設１によれば、浮体構造物３を用いることにより、浮体の製作及び保守コストの低減、ひいては電力コストの低減を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１            洋上風力発電施設
２            風力発電設備
３            浮体構造物
４            ワイヤロープ（緊張手段）
５            アンカー
６            海底（水底）
２１            脚部（コンクリート函体）
２２            立ち上がり部（コンクリート函体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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