(57)【要約】【課題】  洋上風力発電装置の基礎を安価に製作する。【解決手段】  平面視で正多角形の各頂点に配置されて海底に打ち込まれた鋼管杭１と、各鋼管杭１の杭頭に被せて固定し、風力発電部３の支柱４の基端部４ａを上記正多角形の中心に位置させて支持する鋼製構台２とからなる洋上風力発電装置の基礎であって、上記鋼製構台２は下端を上記各鋼管杭の杭頭に被せて固定する鋼管柱２ａと、隣り合った鋼管柱２ａの上下端同士を水平に連結するとともに上端と下端とを斜めに連結する柱連結部材２Ａと、各鋼管柱２ａまたは上記柱連結部材２Ａと上記風力発電部の支柱４の基端部４ａとを連結して支持する支持部材２Ｂとからなるものである。【選択図】    図１
2005180239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視で多角形の各頂点に配置されて海底に打ち込まれた鋼管杭と、各鋼管杭の杭頭に被せて固定し、風力発電部の支柱の基端部を上記多角形の中心に位置させて支持する鋼製構台とからなる洋上風力発電装置の基礎であって、上記鋼製構台は下端を上記各鋼管杭の杭頭に被せて固定する鋼管柱と、隣り合った鋼管柱の上下端同士を水平に連結するとともに上端と下端とを斜めに連結する柱連結部材と、各鋼管柱または上記柱連結部材と上記風力発電部の支柱の基端部とを連結して支持する支持部材とからなることを特徴とする洋上風力発電装置の基礎。
【請求項２】
上記多角形は正多角形である請求項1記載の洋上風力発電装置の基礎。
【請求項３】
上記正多角形は正6角形であり、上記支持部材は上記鋼管柱の上端および下端と上記風力発電部の支柱の基端部とを連結する水平部材と、上記鋼管柱の上端と上記風力発電部の支柱の下端とを斜めに連結する斜材とからなる請求項２記載の洋上風力発電装置の基礎。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は海上や湖上など洋上に設置される風力発電装置の基礎に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電は化石燃料を使用しないのでクリーンなエネルギーとして注目されているが、従来わが国ではほとんど陸上に設置されている。しかし国土の狭いわが国では、常時安定した風力が得られること、人口密集地から十分離れていること、設置が困難な急峻な山地ではないことなどの立地条件が厳しいため、適地を探すのが困難になっている。
【０００３】
一方洋上には設置に困難な深い海を除いても、多くの適地があり、洋上風力発電装置が注目されている。洋上に風力発電装置を設置する場合には、海底に現場施工でコンクリート製一体型のタワーを立設し、そのタワー上に風力発電装置を配置することが行われている。
【０００４】
さらに、特許文献1にはタワーを短期間で安価に建設できる洋上風力発電装置が開示されている。図５は特許文献１に開示された洋上風力発電装置の縦断面図である。
【特許文献１】特開２０００−２１３４５１号公報
【０００５】
図５において、Ｇａは砂状の海底、Ｗ．Ｌは海面である。ａはタワーで上部は海面Ｗ．Ｌから突出している。タワー上にはプラットホームｊを介して風力発電部ｇが配置されている。風力発電部ｇは支柱ｈと3枚の羽根を有する風車ｉとを有している。タワーａは、内部に錘として砂を詰めた中空円筒状の基礎ブロックｂと、その上に順次小径となる複数の中空円筒状の分割ブロックｋを積み上げたタワー本体ｃとからなる。ｆは連結具であり、複数の分割ブロックｋを貫通して基礎ブロックｂとプラットホームｊとを連結しており、横荷重を受けても分割ブロックｋがバラバラにならないようになっている。基礎ブロックｂおよび分割ブロックｋはともに鉄筋コンクリート製で、基礎ブロックｂは、天壁および底壁を有しており、分割ブロックｋは、天壁を有している。
【０００６】
ｍは転倒防止枠であり、鉄筋コンクリート製であって、砂状の海底Ｇａに垂直に埋め込まれて上部を砂状の海底Ｇａより上方に突出させた円筒状の枠本体ｄと、該枠本体ｄの外周面から砂状の海底Ｇａ内を水平に延びる鍔部ｅとを有し、タワーａの自重により砂が散逸するのを枠本体ｄで防止し，タワーａが傾くのを鍔部ｅで防止している。図に示すようにタワーａの基礎ブロックｂが転倒防止枠ｍの上部に挿入されている。
【０００７】
図6は同じく特許文献1に開示された、洋上風力発電機装置の他の実施例の図面である。海底が岩盤状の海底Ｇｂである場合には図５に示すような転倒防止枠ｍは不要で、岩盤状の海底Ｇｂの表面を平らに掘削し、その上に基礎ブロックｂを載置すればよい。
【０００８】
以上説明した洋上風力発電装置において、図5の枠本体ｄはオープンケーソンと呼ばれる基礎であり、図6の基礎ブロックｂは設置ケーソンと呼ばれる基礎である。設置ケーソンは底部が閉じている箱状のもので、ケーソンヤードで建造した後、水上を船で曳航し、所定の位置に達したら躯体の内部に水などを満たして沈下させて海底に設置する。設置ケーソンは海底の基礎地盤が掘削できる程度の岩盤かあるいは非洗掘性の締め固まった砂地盤の場合に適用できる。海底の表面を平らに仕上げてからケーソンをそのまま設置する。
【０００９】
図5のオープンケーソンは井筒とも呼んでいるもので、ケーソンヤードで建造し、仮の底盤をつけて所定の位置まで曳航し、そこで沈めてから仮の底盤を取り外し、その後躯体の内部から掘削し、沈下させて設置する。オープンケーソンは海底が柔らかい粘土、シルト、砂、礫のいずれの地盤にも適用できる。ケーソンが所定の深さに達したら掘削した内部に土砂を捨て込む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上述べたように、設置ケーソン（図6参照）の場合には海底を平らに地ならしするための掘削が必要であるし、オープンケーソン（図５参照）の場合にはケーソンを沈下させるための掘削が必要で、いずれも海底の掘削のために大規模な工事になる。さらに風力発電装置は自身の重量はそれほど大きくないものの、横風によって発電するものだから、大きな転倒モーメントが働く。したがってその転倒モーメントに対抗するため、ケーソンの重量を大きくするとともに、底面積も大きくしなければならない。さらに海底における大きなコンクリート構造物の建設は海底生物や魚類に対する影響も少なくない。
【００１１】
本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたもので、海底の掘削工事が不要であり、大きな転倒モーメントに対応可能であり、かつ、漁礁として利用可能で環境に優しい洋上風力発電装置の基礎を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため本発明の洋上風力発電装置の基礎は、平面視で正多角形の各頂点に配置されて海底に打ち込まれた鋼管杭と、各鋼管杭の杭頭に被せて固定し、風力発電部の支柱の基端部を上記正多角形の中心に位置させて支持する鋼製構台とからなる洋上風力発電装置の基礎であって、上記鋼製構台は下端を上記各鋼管杭の杭頭に被せて固定する鋼管柱と、隣り合った鋼管柱の上下端同士を水平に連結するとともに上端と下端とを斜めに連結する柱連結部材と、各鋼管柱または上記柱連結部材と上記風力発電部の支柱の基端部とを連結して支持する支持部材とからなるものである。
【００１３】
上記多角形は正多角形であるのが好ましい。
【００１４】
上記正多角形は正6角形であり、上記支持部材は上記鋼管柱の上端および下端と上記風力発電部の支柱の基端部とを連結する水平部材と、上記鋼管柱の上端と上記風力発電部の支柱の下端とを斜めに連結する斜材とからなるであるのが好ましい。
【００１５】
以下本発明の作用を説明する。本発明の洋上風力発電装置の基礎は鋼製構台を鋼管杭によって支持しており、海底に直接設置しないので、従来のケーソンのように海底の地ならしやケーソンを沈下させるための掘削作業が不要になりその分工数の削減が可能で、費用も安くて済む。風力発電部にかかる横荷重による転倒モーメントは鋼管杭の引き抜き力と押し込み力の差によって受け持たれるので、ケーソンのように大きな自重や大きな底面積が不要になり、建造コストの削減が可能になる。杭を平面視で正多角形の各頂点に配置したので、風が各頂点と中心を結ぶ直線のどの方向から吹いても各杭にかかる引き抜き力や押し込み力は均等になり、転倒に対する安全性が高い。
【００１６】
さらに鋼製構台は鋼製柱と鋼製梁を組み合わせた構造なのでそれらの間に大きなすき間があり、優良な漁礁となって漁業との共存が可能な環境に優しい基礎である。
【発明の効果】
【００１７】
以上述べたように本発明の洋上風力発電装置の基礎は海底に打設した鋼管杭により、鋼製構台を支持したので、海底の掘削作業が不要でコストが削減可能であるとともに、転倒モーメントを杭の引き抜き力によって受け持つので安全性が高い。また、鋼製構台は鋼製柱と鋼製梁を組み合わせた構造なので優良な漁礁となるなどの優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の1実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の基礎を有する洋上風力発電装置の側面図であり、図２は図１のＡ―Ａ矢視図である。図においてＧは海底である。１は鋼管杭であって、平面視で正多角形（本実施例では正6角形）の各頂点に配置されて海底Ｇに打ち込まれている。なお、本図において洋上風力発電装置は２０００〜２５００ＫＷの大型のものを想定しており、計算によれば太さが１〜１．４ｍΦの杭が５本程度あれば十分であると考えられる。杭の打ち込みは杭打ち専用船や起重機船にリーダーを装着した杭打ち船を使用する。杭打ち船は船上に櫓を立て、ハンマーを落下させる形式のものやディーゼルハンマー、油圧ハンマーなどを使用する。ハンマーの杭頭への衝撃を緩和するため杭頭にキャップやクッションを取り付ける。
【００１９】
２は鋼製構台、３は風力発電部である。風力発電部３は３枚の羽根を有する風車５と、風車５を支持する鋼管製の支柱４とを有している。鋼製構台２は下端を各杭の杭頭被せて固定し、支柱４の基端部４ａを上記正６角形の中心に位置させて支持している。
【００２０】
鋼製構台２は鋼管杭１の杭頭が下端の内部に挿入されるように被せて固定する６本の鋼管柱２ａを有している。隣り合った鋼管柱２ａの上端同士は鋼管製の上部連結材２ｃによって水平に連結され、下端同士は鋼管製の下部連結材２ｂによって水平に連結され、上端と下端とは斜め連結材２ｄによって連結されている。上部連結材２ｃ、下部連結材２ｂおよび斜め連結材２ｄによって柱連結部材２Ａを構成している。
【００２１】
2Ｂは各鋼管柱２ａと支柱4の基端部４ａとを連結して支持する支持部材である。支持部材２Ｂは鋼管柱２ａの上端と支柱4の基端部４ａとを水平に連結する上部支持材２ｅと、鋼管柱２ａの下端と支柱4の基端部４ａとを水平に連結する下部支持材２ｆと、鋼管柱２ａの上端と支柱4の基端部４ａの下端とを斜めに連結する斜め支持材２ｇとからなる。斜め連結材２ｄや斜め支持材２ｇを設けることにより、部材の結合によって形成される面が3角形になり、節点の曲げモーメントは大幅に減少して、転倒モーメントに対する抵抗力が大きくなる。6はフランジである。フランジ６は鋼管杭1の杭頭に張り出して取り付けられた下部フランジ6ａと，鋼管柱２ａの下端に張り出して取り付けられた上部フランジ６ｂとからなり，上下のフランジ６ａ、６ｂをボルトナットにより締結して鋼管柱２ａを鋼管杭１の杭頭に固定する。
【００２２】
次に本実施形態の作用を説明する。まず海底を調査し、平面視で正6角形の各頂点に太さ１〜１．４ｍΦの鋼管杭を打ち込む。正6角形の対角線の長さは8〜10ｍ程度とする。一方陸上で鋼製構台２と支柱４の基端側とを一体に製作するとともに、支柱４の先端側に風車５を取り付けたもの製作する。支柱４の基端側の長さは据え付けたときに上端が水面上に突出する長さとする。鋼製構台２と支柱４の基端側とを一体にしたものは現場まで船に乗せて運び、クレーン船で持ち上げて、海底に打ち込んだ鋼管杭１の杭頭にかぶせて杭頭に固定し据え付ける。支柱４の基端側の上端と先端側の下端を海上で溶接又はフランジで接合して据え付けを完了する。
【００２３】
このように本発明の洋上風力発電装置の基礎は鋼製構台２を鋼管杭１によって支持しており、海底Ｇに直接設置しないので、従来のケーソンのように海底Ｇの地ならしやケーソンを沈下させるための掘削作業が不要になりその分工数の削減が可能で、費用も安くて済む。風力発電部３にかかる横荷重による転倒モーメントは鋼管杭１の引き抜き力と押し込み力の差によって受け持たれるので、ケーソンのように大きな自重や大きな底面積が不要になり、建造コストの削減が可能になる。鋼管杭１を平面視で正多角形の各頂点に配置したので、風が各頂点と中心を結ぶ直線のどの方向から吹いても各杭１にかかる引き抜き力や押し込み力は均等になり、転倒に対する安全性が高い。
【００２４】
さらに鋼製構台２は鋼製の柱と梁を組み合わせた構造なのでそれらの間に大きなすき間があり、優良な漁礁となって漁業との共存が可能な環境に優しい基礎である。
【００２５】
図３および図4に本発明の洋上風力発電装置の基礎の他の実施形態の図面であり、図3は側面図、図4は平面図である。図3および図4に示す基礎が図1および図２に示す基礎と異なる点は、図1および図２では鋼管杭１を６本使用し、正６角形の各頂点に配置しているのに対し、図3および図4では鋼管杭１を４本使用し、正方形の各頂点に配置していることであり、その他は同じなので異なる点のみ説明し共通の部分については説明を省略する。
【００２６】
鋼製構台２Ｃは枡状の枠体であり、隣り合った鋼管柱２ａ、２ａ同士は上下端で上部連結材２ｃ、下部連結材２ａおよび斜め連結材２ｄによって連結されている。隣り合った上部連結材２ｃ、２ｃおよび下部連結部材２ｂ、２ｂ同士は互いに中央部分で連結材２ｈによって連結されており、4本の連結材２ｈにより上部連結材２ｃまたは下部連結材２ｂが形成する正方形に内接する小さな正方形を形成している。さらに隣り合った連結材２ｈ、２ｈ同士は互いに中央部分で連結材２ｉにより連結されており、4本の連結材２ｉにより、連結材２ｈが形成する正方形に内接する小さな正方形を形成している。上下の連結材２ｈ、２ｉの中央部分から水平および斜めに支持部材２ｊ、２ｋが伸びて支柱４の基端部４ａの側面に固着されて支柱４を支持している。
【００２７】
本発明は以上述べた実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。たとえば、鋼管杭の配置は正方形や正6角形に限らず、正３角形、正５角形、正8角形などでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の基礎を有する洋上風力発電装置の側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明の他の実施形態の洋上風力発電装置の基礎の側面図である。
【図４】同じく平面図である。
【図５】従来の洋上風力発電装置の縦断面図である。
【図６】従来の洋上風力発電装置の部分縦断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１          鋼管杭
２、２Ｃ    鋼製構台
２ａ        鋼管柱
２Ａ        柱連結部材
２Ｂ        支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005180239.tif 000006
【図５】
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【図６】
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