鋼構造のこれから － 技術革新を展望する 次世代鋼構造への動き
特集 ｜ あらたな領域への挑戦

浮体式洋上発電構造物と適用鋼材― 福島浮体式洋上ウインドファームにおける実証研究石原 孟 東京大学 萱森 陽一 新日鐵住金株式会社
会社およびみずほ情報総研株式会社

上風力発電構造物の建造効率の向上の各社で構成された福島洋上風力コおよび長寿命化に資する技術として、

ンソーシアムにより推進されている。

取り組んだ洋上風力発電用鋼板と疲

東日本大震災からの復興のために、厳しい気 象・海象条件の中、2013

労ソリューションの実証研究の成果に福島県は再生可能エネルギーを中心

年 10 月に世界初の浮体 式 洋上変電とした新たな産業の集積・雇用の創所および 2 MW 風車を1年半という世出を実施している。日本の風力発電界に類のない速さで完成した。そのは、陸上平野部に適地が減少し、山後 7MW 風車、5MW 風車を順次設置

間部では土木工事のコスト負担が増し、2016 年 2 月に風車 3 基と変電所 1加していることから、長い海岸線を生基の合計 4 基で構成された本格的な洋上風力発電の浮体に大型風車をかした洋上風力発電の導入が期待さ浮体式洋上風力発電所が、予定通り搭載する場合、重要構造部位では厚れている。欧州とは異なり、日本の急完成した。写真 1は 5MW 風車から実手材が適用される。従って、今後、大峻な海域の特性上、浅海域に適する証事業全景を展望した写真である。

型風車を大量に効率よく建造・設置

着床式のみならず、浮体式の研究開本実証研究事業では、世界初の取してゆくために、厚手材の溶接施工コり組みとして、浮体式洋上ウインドフスト低減、すなわち溶接の高能率化

このような状況の中、本実証事業はアームの実証、世界最大級の風車のは重要な課題である。高能率、施工

福島沖で世界に先駆けた浮体式洋上浮体への搭載および浮体式洋上変電管理が容易な溶接法として、日本の船風力発電所の実現を目指し、2012 年所の設置を行った。また、複数タイプ

舶や建築等の分野において大入熱溶

2月に国家プロジェクトとして開始されの浮体式洋上風力発電設備の性能評

接法が多くの実績を有する 1）。ただし、た。

価手法の開発をはじめとして、浮体式入熱量が大きくなると、溶接熱影響部

本実証事業は、丸紅株式会社（プ

洋上 風 力観測手法の開発、66 kVの（HAZ）では結晶粒が粗大化し、低温靱性が低下する。

１

福島浮体式洋上ウィンド

ファーム実証研究事業の概要

発が求められている。

ついて紹介する。

２

洋上風力発電用鋼板と疲労ソリューションの実証研究

２．
１

大入熱溶接用ＴＭＣＰ鋼ロジェクトインテグレータ）、東京大学大容量ライザーケーブルの開発、腐食（テクニカルアドバイザー）、三菱重工

および疲労に強い高性能鋼材の開発

そこ で 本 実 証 研 究 で は、高 温業株式会社、三菱造船株式会社、ジャおよび厳しい環境条件下の建設に向で 熱 的 に 安 定 な 超 微 細 ナノ 粒 子

パンマリンユナイテッド株式会社、三けた施工技術開発等様々な技術開発に よりHAZ 組 織 の 粗 大 化 を 抑 制

井 E &S 造 船株 式会社、新日鐡住金を行った。

する 技 術 H T U F F ®（ High HAZ

株式会社、株式会社日立製作所、古現在、本実証研究事業では維持管

Toughness Technology with Fine

河電気工業株式会社、清水建設株式

理を行うとともに、浮体式洋上風力発

Microstructure Imparted by Fine

電システム全体の安全Particles）2 ～ 4）を適 用した大 入 熱 溶性・信頼性・経済 性

接 用 TMCP（Thermo -mechanicalについて検証を行っ

Control Process、熱加工制御）厚鋼ている。将来福島沖板を供試し、洋上風力発電の浮体構のみならず、日本およ造で想定される様々な大入熱溶接にび海外において浮体対して継手特性を調査した。

写真 1 実証事業全景式洋上風力発電事業

図 1に最も靭性が劣化しやすい溶の導入拡大に貢献す

接融合部（FL：Fusion Line）の破面ることが 期待されて遷移温 度（vTrs）を鋼種ごとに示す。

いる。

ここで、K D3 6 -TM は TiN を利 用し

本 稿では、大型洋た従 来 の高 HAZ 靭 性 鋼 で、KE362019.WINTER No.3617図 1 FL のシャルピー破面遷移温度（vTrs）と溶接入熱の関係

図 2 大入熱溶接法のアークタイムとパス数削減効果

TM は HTUFF 技 術 を 適 用し た 高

風力用ハイテン鋼を用いて浮体 模擬

HAZ 靭性 鋼である。いずれの 鋼 種構造体を製作し、その疲労試験を行でもvTrs が評価温度以下であり、十うことで、UITによる疲労特性向上効分な特性を有していることに加え、従果を検証することとした。

来鋼よりもHTUFF 鋼の方が良好なvTrsとなることが確認できた。

得られた公称応力範囲（Δσ）と疲労き裂発生寿命（Ni）の関係を図 3 にまた、図 2 は洋上風力基礎で通常示す。溶接ままの試験体よりもUIT 後用いられるサブマージアーク溶接法の試 験体の方が 高疲労強度かつ長（SAW）のX 開先を想定して、全厚を疲労寿命であり、UIT により疲労特溶接するのに要するアークタイム（ 1m性の大幅な向上が期待できる結果とあたり）とパス数を試算した例である。

なった。

モノパイル基礎製造で一般的なツインワイヤの1電極 SAWと比較して、高速３ おわりにSAW でもある程度の効果が得られる

本稿では福島浮体式洋上ウィンドが、大入熱化するとさらに大幅な高効ファーム実証研究事業の概要に触れ、率化が期待できる。

その成果の中から洋上風力発電用鋼

２．
２板と疲労ソリューションの実証研究に疲労ソリューション

洋上風力発電の浮体構造物には変ついて紹介した。これらの技術を適動外力が 作用する。そのため、形 状用することにより、洋上ウィンドファー不連続部や溶接接合部などに対してムの普及・拡大に大きく貢献できると疲労設計が求められる。一方、浮体考える。

式洋上風力発電を大型化するために高強度鋼（ハイテン鋼）を使用したくても、一般的に、溶接部の疲労強度はハイテン化で向上しない。そのため、疲労対策技術（疲労ソリューションと称す）が有用となり、その1つが超音 波 衝 撃 処 理（UIT：UltrasonicImpact Treatment）である。近年、謝辞本研究は、経済産業省の委託業務「福島・浮体式洋上ウィンドファーム実証研究事業」で得られた研究成果である。ここに記して関係者の皆さまに感謝の意を表す。

図 3 浮体模擬構造体の疲労特性〈参考文献〉
1）笹木聖人等：高能率 2 電極エレクトロガスアー
ク溶接法の開発、新日鉄技報 No.380、2004
2）児島明彦等：微細粒子による溶接熱影響部の 組 織 微 細化技術『HTUFF』を適用した厚鋼板の開発、まてりあ、42（1）、日本金属学会、
2003
3）児島明彦等：微細粒子による HAZ 細粒高靭化技術 "HTUFF" の開発、新日鉄技報 No.380、20044）皆川昌紀等：大型コンテナ船用大入熱溶接
対 応 降 伏 強 度 390MPa 級 鋼 板、新 日 鉄 技 報No.380、2004
5）島貫広志等：構造モデル試験体の疲労特性に及ぼす超音波衝撃処理の効果、溶接学会全国大会講演概要 No.81、2007
6）Mori T. et al. : Effect of UIT on fatigue
strength of web-gusset welded joints
considering service condition of steel
structures、Welding in the world 56、2012

東京大学大学院工学系研究科社会基盤学専攻教授
日本風力エネルギー学会会長
福島洋上風力コンソーシアム
テクニカルアドバイザー

石原 孟（いしはら たけし）

〈略歴〉
1992 年 東京工業大学理工学研究科 博士（工学）1992 年 清水建設㈱技術研究所入社
2000 年 東京大学大学院工学系研究科 助教授
2008 年 同上教授
2018 年 現職
新日鐵住金株式会社
鉄鋼研究所
厚板・形鋼研究部
破壊力学グループ総括
主幹研究員

萱森 陽一（かやもり よういち）

UITの適用性が船舶や橋梁分野で検討されている 5、6）が、風力発電分野では未検討であった。そこで本 研究事
業では、降伏応力 460MPa 級の洋上
182019.WINTER No.36〈略歴〉
1994 年 筑波大学大学院修了
1994 年 新日本製鐵（株）入社
2007 年 英国インペリアルカレッジ PhD
2018 年 現職