(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車発電機のタワーを水平に組立て、支持点まわりの回転モーメントが前記タワーの据付状態方向へ生じるように前記タワーを垂直面内で回動可能に支持し、前記回転モーメントを打ち消す方向に前記タワーの基礎部側を引っ張り調整しつつ前記支持点を上昇させることにより前記タワーの回動による地上面との干渉を防止して前記タワーを起立させ、前記タワーの起立後に前記支持点を下降させることにより前記タワーを前記基礎部に接地させて前記タワーを基礎部に据え付けて風車発電機を設置することを特徴とする風車発電機の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は風車発電機の設置方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
世界的な環境意識の高まりとともに、クリーンな風力発電が注目されている。風力発電は、高さ１００ｍ程度の大型の風車発電機を設置して、風力エネルギーを風車により回転エネルギーに変換し、さらにこれを発電機により電気エネルギーに変換するものである。図５に風車発電機の説明図を示す。風車発電機１は、風を受ける複数のブレード５と、ブレードとともに風車を構成するハブ４と、発電機を収容したナセル３と、風車の高さを確保するタワー２の各部品を、地中に埋め込まれた基礎部７の上に設置したものである。なおタワー２は、タワー下部２ａ、中部２ｂおよび上部２ｃの各部品により構成される。
【０００３】
従来の風車発電機の設置方法は、上記各部品を下方から順番に積み上げて設置するものであった。その具体的な設置方法は各部品に共通であるため、代表してブレード５およびハブ４につき具体的な設置方法を説明する。図６に従来技術に係るブレードおよびハブの設置方法の説明図を示す。まず、工場で製作したブレード５およびハブ４をトレーラーに積んで設置現場に搬送し、小型クレーンで荷卸しする。次に地上でブレード５をハブ４に接続し、風車部分６を形成する。次に図６（１）のように、ハブ４を大型クレーンのクレーンフック１８４にワイヤで接続し、一方でブレード５を小型クレーンのクレーンフック１４５にワイヤで接続して、２台のクレーンにより合吊りして風車部分６を持ち上げる。次に図６（２）のように、クレーンフック１４５を下降させるかまたはクレーンフック１８４を上昇させて、風車部分６を起立させる。なおブレード５に接続されたワイヤは、地上付近で取り外す。次に図６（３）のように、クレーンフック１８４をさらに上昇させて、風車部分６をナセル３に接続する。その接続作業は、作業員がタワー２の内部に設置された梯子を登り、ナセル３の先端に到達して行っていた。もっともその位置から、ハブ４に接続されたワイヤを取り外すことはできない。そこで、上記大型クレーンとは別の大型クレーンを搬入し、そのクレーンフック１８８にゴンドラ１０８を取り付けて作業員１０９を乗せ、ハブ４の高さ（地上６０ｍ程度）まで上昇させて、ハブに接続されたワイヤを取り外していた。以上の作業を各部品について順番に行い、風車発電機を設置していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
風力発電による電力の需要増加とともに、風車発電機が大型化する傾向にある。大型の風車発電機を設置するためには、作業員がより高い位置で作業を行う必要がある。しかし、タワー内部に設置された梯子を登って高所の作業位置に移動するには、多大な肉体的負担を必要とするという問題がある。また、高所作業には常に落下による死傷の危険がともない、特に風車発電機は風の強い場所に設置されるため、その危険性が大きいという問題がある。とりわけ、ゴンドラに作業員を乗せてハブに接続したワイヤの取り外し作業を行う際には、その危険性は極めて大きいという問題がある。
本発明は上記問題点に着目し、低所作業により設置を可能とした風車発電機の設置方法の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る風車発電機の設置方法は、風車発電機のタワーを水平に組立て、支持点まわりの回転モーメントが前記タワーの据付状態方向へ生じるように前記タワーを垂直面内で回動可能に支持し、前記回転モーメントを打ち消す方向に前記タワーの基礎部側を引っ張り調整しつつ前記タワーを起立させる。
【０００６】
そして、前記支持点を上昇させることにより前記タワーの回動による地上面との干渉を防止して前記タワーを起立可能とし、前記タワーの起立後に前記支持点を下降させることにより前記タワーを前記基礎部に接地させて据え付けるように構成した。さらに前記タワーの水平組み立て時に、ナセル、ハブおよびブレードを水平に組み立てるのが好ましい。
【０００７】
【作用】
風車発電機のタワーを水平に組立て、支持点まわりの回転モーメントが前記タワーの据付状態方向へ生じるように前記タワーを垂直面内で回動可能に支持し、前記回転モーメントを打ち消す方向に前記タワーの基礎部側を引っ張り調整しつつ前記タワーを起立させ、前記タワーを基礎部に据え付けて風車発電機を設置する構成としたので、低所においてタワーの組み立て作業を行った上で、風車発電機を設置することができる。さらに前記回転モーメントを打ち消す方向に前記タワーの基礎部側を引っ張り調整しつつ前記タワーを起立させることにより、タワーを破損させることなく安全に設置することができる。
【０００８】
また、前記支持点を上昇させることにより前記タワーの回動による地上面との干渉を防止して前記タワーを起立可能とするので、組み立て後に支持点を上昇させることを前提とすれば、地上付近での低所作業によりタワーを組み立てることができる。一方、タワーの回動起立による基礎部上面との干渉回避のため、回動起立後のタワー底面と基礎部上面との間には隙間ができるが、前記タワーの起立後に前記支点を下降させることにより前記タワーを前記基礎部に接地させて据え付けるので、新たな装置を用いることなくタワーを基礎部上面に設置することができる。
【０００９】
また前記タワーの水平組み立て時に、ナセル、ハブおよびブレードを水平に組み立てるので、全体の組み立て作業を低所で行った上で、風車発電機を設置することができる。特にゴンドラに作業員を乗せて、高所でハブに接続したワイヤの取り外し作業を行わせる必要がなくなり、落下の危険性が少なくなる。また風車部分を垂直面内で組み立てる場合と比べて、より低所で風車発電機全体を組み立てることができる。
【００１０】
また、タワーと基礎部との据付接合面を前記タワーの中心軸に斜交する面に形成し、前記タワーを水平状態から回動起立させる際における前記タワーと前記基礎部との干渉を防止するようにすれば、回動起立後に風車発電機を下降させる作業およびそのための装置を必要とすることなく、タワー底面を基礎部上面に設置することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき、図面を参照して詳細に説明する。なお以下に記載するのは本発明の実施形態の一態様にすぎず、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１２】
第１実施形態に係る風車発電機の設置方法は、風車発電機の全体を水平に組み立て、タワーの基礎部側におもりを取り付けて重心を基礎部側に移動させ、重心よりナセル側を支点としてタワーを回動可能に支持し、支点を上昇させることによりタワーの回動による地上面との干渉を防止してタワーを起立可能とし、タワーの基礎部側端部を吊り下げ支持しつつ下降させることによりタワーを起立させ、さらに支点を下降させることによりタワーを基礎部に接地させ、タワーを基礎部に据え付けて風車発電機を設置するものである。
【００１３】
タワー２に取り付けるおもり１２（図２（２）参照）は、タワー２の回動起立時に後述する回動架台２０等と干渉しない形状とし、なおかつ風車発電機の設置後に取り外し可能に形成する。一方、おもり１２を含めた風車発電機の重心１０よりナセル側におけるタワーの両側部に、タワー２の回動支点かつ支持点となる回動軸１４を取り付ける。回動軸１４の取り付け方法は、溶接や仮設のバンド方式等による。
【００１４】
風車発電機の設置場所には、風車発電機の重量を支えるとともに転倒を防止する基礎部７を設置する（図５参照）。その地下部分は、鉄筋コンクリート等により形成する。また地上部分には、タワーの底面と接合するためのフランジ８を設ける。一方、図２（２）に示す回動架台２０は、上記基礎部７を挟んで相対するように２カ所に設置する。各回動架台２０には、タワーに取り付けた回動軸１４を回転可能に支持する回動軸受け２４を形成する。さらに各回動架台２０には油圧ジャッキ２２等を設置し、前記回動軸受け２４の上下移動を可能とする。これにより風車発電機全体の上下移動が可能となるように、油圧ジャッキ２２等は風車発電機の全重量を支持可能に形成する。一方、風車発電機の組み立て作業のため、タワーの軸方向に沿って複数個の作業台３２，３４を仮設する。
【００１５】
第１実施形態に係る風車発電機の設置方法では、上記構成に基づいて以下の手順により風車発電機を設置する。図３に第１実施形態に係る風車発電機の設置方法のブロック図を示す。
【００１６】
図２に第１実施形態における風車発電機の組み立て方法の説明図を示す。風車発電機におけるタワー２、ナセル３、ハブ４、およびブレード５の各部品ならびにおもり１２は、個別に工場で製作して設置現場に搬入する。最初に、風車発電機を水平に組み立てる（ステップ８０）。その組み立て手順は、各部品を作業台３２、３４の上に載置する作業と、載置した各部品を接合する作業との繰り返しである。その載置方法および接合方法は各部品に共通であるため、代表してブレード５およびハブ４につき具体的な方法を説明する。まず、工場で製作したブレード５およびハブ４をトレーラーに積んで設置現場に搬送し、小型クレーンで荷卸しする。次に地上でブレード５をハブ４に接続し、風車部分６を形成する。次に図２（１）に示すように、風車部分６のブレード５およびハブ４を同時に、小型クレーンのクレーンフック４６にワイヤ等で接続する。そしてこの小型クレーンにより風車部分６を持ち上げ、図２（２）に示すようにナセル３の上に載置する。
【００１７】
次に、作業員がタワー２の内部を水平に移動してナセル３の先端に到達し、風車部分６の接合作業を行う。一方、作業台３４の上から上記ワイヤ等の接合部分に向かって梯子を仮設し、作業員がこれを登ってワイヤ等の取り外し作業を行う。なお低所作業であるため、小型クレーンにゴンドラを接続して作業員を乗せワイヤ等の取り外し作業を行わせても、落下による死傷の危険は少ない。以上の作業を、上記と同様に各部品について行い、風車発電機全体を水平に組み立てる。
【００１８】
なお、水平に組み立てたタワー２に対して、風車部分６を垂直に起立させて取り付けることも可能である。もっともその場合には、従来技術と同様に２機のクレーンによる風車部分６の合い吊りが必要である。またブレード５と地面との干渉を避けるため作業台３４の位置が高くなり、高所作業による組み立てが必要となる。この点、図２（２）のように風車部分６を水平に取り付ければ、上記のような問題はない。
【００１９】
次に、タワー２の基礎部側におもり１２を取り付ける（ステップ８２）。なおおもり１２の取り付けは、風車発電機の組み立てと同時に行ってもよい。おもり１２の重さは、ナセル３、ハブ４およびブレード５の合計重量より重くするのが好ましく、またおもりの取付位置は、タワーの基礎部側の端部とするのが好ましい。これによりおもり１２を含めた風車発電機の重心１０の位置が基礎部側に移動し、これに伴ってタワー２の回動支点となる回動軸１４を基礎部寄りに取り付けることができ、後述する方法で上記支点を大幅に上昇させなくてもタワー２の回動起立を可能とすることができる。また上記支点を上下移動可能に形成しない場合でも、高さの低い回動架台によりタワー２の回動起立を可能とすることができ、低所作業により風車発電機の組み立てが可能となる。さらにタワーの基礎部側端部におもりを取り付けることにより、タワーの回動起立後に地上付近の低所でおもりの取り外し作業を行うことができる。なお上記にかかわらず、タワーにはおもりを取り付けなくてもよい。
【００２０】
次に、おもりを含めた風車発電機の重心よりナセル側を支点として、タワーを回動可能に支持する（ステップ８４）。これにより、支点周りの回転モーメントがタワーの据付状態方向に生じることになる。具体的には、タワー２の両側部に取り付けた回動軸１４を支点１４ａとして、それぞれ回動架台２０の回動軸受け２４で支持する。なお回動架台の高さが高い場合には、地上付近で水平に組み立てた風車発電機を、クレーン等により吊り上げるかまたは油圧ジャッキ等により持ち上げて、回動架台に支持させてもよい。次に、タワーの基礎部側端部を吊り下げ支持する（ステップ８６）。すなわち、前記回転モーメントを打ち消す方向にタワーの基礎部側を引っ張り調整する。具体的には図１（１）のように、タワー２の基礎部側端部を小型クレーンのクレーンフック４６にワイヤ等で接続する。なお、ステップ８４の作業とステップ８６の作業とは、同時に行ってもよいし、逆の順序で行ってもよい。
【００２１】
上記作業により、上記重心１０には風車発電機の自重が下方向に作用する一方で、上記ワイヤ等の接続点４０には上方向の力が作用し、いずれの点も支点１４ａから見て基礎部側にあるため、風車発電機は回動架台２０およびクレーンによって釣合支持されることになる。この段階でタワー２の回動起立の障害となる作業台３２を撤去することができる（ステップ８８）。なお、支点１４ａと重心１０との距離はできるだけ短くするのが好ましく、吊り下げ支持するワイヤ等の接続点はタワーの基礎部側のできるだけ端部寄りとするのが好ましい。これにより、支点１４ａから重心１０までの腕の長さに対して、上記支点１４ａから上記ワイヤ等の接続点４０までの腕の長さの割合が大きくなる。従ってクレーンによる吊り下げ荷重を少なくすることができ、より小型のクレーンを使用することができる。
【００２２】
次に、支点を上昇させることにより、タワーの回動による地上面との干渉を防止してタワーを起立可能とする（ステップ９０）。図１に第１実施形態における風車発電機の回動起立方法の説明図を示す。すなわち図１（１）のように、回動架台２０の油圧ジャッキ２２により支点１４ａを上昇させる。なお、回動起立時におけるタワー２底面と基礎部のフランジ８上面との干渉を防止するため、最終的に支点１４ａが位置すべき高さよりわずかに高い位置まで支点を上昇させる。次に、タワーの基礎部側端部を下降させる（ステップ９２）。具体的には、クレーンによりクレーンフック４６をゆっくりと下降させればよい。なお、ステップ９０の作業とステップ９２の作業とは同時に行ってもよい。図１（２）のようにタワー２が起立したら（ステップ９４）、タワーの基礎部側端部に接続したワイヤ等を地上付近で取り外す。
【００２３】
次に、支点を下降させることによりタワーを基礎部に接地させる（ステップ９６）。ステップ９０において、回動起立時におけるタワー２底面と基礎部のフランジ８上面との干渉を防止するため、最終的に支点１４ａが位置すべき高さよりわずかに高い位置まで支点を上昇させていたので、回動起立後には図４に示すように、タワー２底面と基礎部のフランジ８上面との間に隙間が存在し、このままではタワー２をフランジ８に固定できない。そこで回動架台２０の油圧ジャッキ２２により支点１４ａを下降させ、タワー２底面と基礎部のフランジ８上面とを接触させるのである。タワーが接地したら、タワー２を基礎部のフランジ８にボルト等で固定して据え付ける（ステップ９８）。以上の作業により、風車発電機の全体が基礎部の上に設置される。なお設置後には回転架台２０を取り外して、別の風車発電機の設置に再利用する。
【００２４】
第１実施形態に係る風車発電機の設置方法を使用すれば、低所作業により風車発電機を設置することができる。この点従来は、風車発電機の各部品を下方から順番に設置していた。従って各部品の接続作業を行うためには、タワーの内部に設置した梯子を高所まで登る必要があり、作業員の肉体的負担となっていた。また高所作業には常に落下による死傷の危険がともない、特に風車発電機は風の強い場所に設置されるため、その危険性が大きかった。とりわけ、ゴンドラに作業員を乗せてハブに接続したワイヤ等の取り外し作業を行う際には、その危険性は極めて大きいものであった。
【００２５】
しかし第１実施形態では、風車発電機の全体を水平に組み立て、タワーの基礎部側におもりを取り付けて重心を基礎部側に移動させ、重心よりナセル側を支点としてタワーを回動可能に支持し、タワーの基礎部側端部を吊り下げ支持しつつ下降させることにより風車発電機を起立させ、タワーを基礎部に据え付けて風車発電機を設置する。これにより、少なくともおもりを含めた風車発電機の重心位置と同程度の低所において、風車発電機を組み立てることができる。従って高所まで梯子を登る必要がなくなり、作業員の肉体的負担を軽減することができる。また低所作業のため、落下しても死傷する可能性が少なくなる。一方、タワーの基礎部側端部を支持しつつ下降させて徐々に回動起立させることにより、風車発電機を破損させることなく安全に設置することができる。
【００２６】
またタワーの水平組み立て時に、ナセル、ハブおよびブレードを水平に組み立てるので、風車発電機全体を低所作業により組み立てることができる。特にゴンドラに作業員を乗せて高所でハブに接続したワイヤ等の取り外し作業を行わせる必要がなくなり、落下の危険性が少なくなる。
【００２７】
上記のように低所において風車発電機を組み立てることができるので、大型クレーンを使用することなく、小型クレーンのみによって風車発電機を組み立てることができ、クレーンの運転費用を削減することができる。さらに、大型クレーン搬入のための道路造成費用を削減することができる。加えて、大型クレーンを次の風車発電機の設置場所に移動させる際には、ジブ、ブーム、カウンターウエイト等を分解して移動させ再度組み立てる必要があったが、小型クレーンには上記問題がなく、工事期間および人件費を削減することができる。
【００２８】
また、上記のように風車発電機を水平に組み立てるので、２台のクレーンにより合い吊りして各部品を持ち上げる必要がなく、１台のクレーンのみで持ち上げることができる。従って、クレーンの運転費用を削減することができる。
【００２９】
また、第１実施形態に係る風車発電機の設置方法では、支点を上昇させることによりタワーの回動による地上面との干渉を防止してタワーを起立可能とするので、組み立て後に支点を上昇させることを前提とすれば、地上付近の低所において風車発電機を組み立てることができる。従って上記効果をより顕著に発揮することができる。一方、タワーの回動起立による基礎部上面との干渉防止のため、回動起立後のタワー底面と基礎部上面との間に隙間が存在するが、第１実施形態に係る風車発電機の設置方法ではタワーの起立後に前記支点を下降させることによりタワーを基礎部に接地させて据え付けるので、新たな装置を用いることなくタワーを基礎部上面に設置することができる。
【００３０】
【発明の効果】
風車発電機のタワーを水平に組立て、支持点まわりの回転モーメントが前記タワーの据付状態方向へ生じるように前記タワーを垂直面内で回動可能に支持し、前記回転モーメントを打ち消す方向に前記タワーの基礎部側を引っ張り調整しつつ前記支持点を上昇させることにより前記タワーの回動による地上面との干渉を防止して前記タワーを起立させ、前記タワーの起立後に前記支持点を下降させることにより前記タワーを前記基礎部に接地させて前記タワーを基礎部に据え付けて風車発電機を設置する構成としたので、支点を上昇させることによりタワーの回動による地上面との干渉を防止してタワーを起立させることができ、より効果的に低所においてタワーを組み立てることができ、タワーの起立後に前記支点を下降させることによりタワーを基礎部に接地させて据え付けるので、新たな装置を用いることなくタワーを基礎部上面に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態における風車発電機の回動起立方法の説明図である。
【図２】  第１実施形態における風車発電機の組み立て方法の説明図である。
【図３】  第１実施形態に係る風車発電機の設置方法のブロック図である。
【図４】  第１実施形態における風車発電機の側面図である。
【図５】  風車発電機の説明図である。
【図６】  従来技術に係るブレードおよびハブの設置方法の説明図である。
【符号の説明】
１………風車発電機、２………タワー、３………ナセル、４………ハブ、５………ブレード、６………風車部分、７………基礎部、８………フランジ、１０………重心、１２………おもり、１４………回動軸、１４ａ，１４ｂ………支点、２０………回動架台、２２………油圧ジャッキ、２４………回動軸受け、３２………作業台、３４………作業台、４０………接続点、４６………クレーンフック、１０８………ゴンドラ、１０９………作業員、１４５………クレーンフック、１８４，１８８………クレーンフック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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