論文番号 2018A-OS1-3

日本船舶海洋工学会講演会論文集 第 27 号

福島浮体式洋上風車向け
ライザーケーブルの疲労寿命推定（その２）
正 会 員 籠 浦徹*
榊 原 広 幸**正 会 員 村 田 雅 彦***藤 井佐々木田 口隆
悠茂**
博*
嘉***

Fatigue Analysis of Riser Cable with FUKUSHIMA FOWT(Floating Offshore Wind Turbine) (No.2)
byToru Kagoura, Member
Hiroyuki Sakakibara
Masahiko Murata, Member

Shigeru Fujii
Takahiro Sasaki
Yuka Taguchi

Key Words: Fatigue, Analysis, Cable, Significant Wave, Rainflow

1. 緒言

浮体式洋上風力発電向けライザーケーブル（ダイナミックケーブル）の布設システム設計において, ライザーケーブルの動的挙動及び疲労寿命予測が重要となる. 福島プロジェクト（以下, 福島 PJ）において 2MW 浮体に敷設された 22kV ライザーケーブルの疲労解析を行った. 前回
論文では短期間データ(1 ヶ月間)による検証結果を示したのに対し, 今回は 1 年間の長期間データで検証した結果を示す.

比較的浅いことから, 引張疲労より曲げ疲労が支配的となり, 遮水層が構造上の弱点となる.

2. ライザーケーブルシステム設計
2. 1 Fukushima PJ の概要
福島 PJ における送変電システムの概要を Fig. 1 に示す
1) 2). ここでは, 浮体同士を結ぶライザーケーブルに関して取り組む.

Fig. 2 Structure of 22 kV Riser Cable.
Table 1 Structure of 22 kV Riser Cable.

Fig. 1 Transmission and Substation System.
2. 2 ライザーケーブルの構造
22kV ライザーケーブルの断面構造図を Fig. 2 に, 諸元を Table 1 に示す. ケーブルは金属と樹脂の複合体を撚り合わせた構造をしており, 疲労を考慮すべき主要層は遮水層（ケーブル内部への浸水防止層）と鉄線鎧装（ケーブル軸力を分担する抗張力層）となる. 福島では, 水深が*1 古河電気工業㈱研究開発本部*2 古河電気工業㈱エネルギーインフラ統括部門*3 ＦＩＴＥＣ㈱ソリューション事業部
原稿受付 平成 30 年 9 月 14 日
公開日 平成 30 年 11 月 19 日
秋季講演会において講演 平成 30 年 11 月 26, 27 日
©日本船舶海洋工学会

3. 解析内容
3. 1 実測データ
福島 PJ において, 2MW 浮体の 6 自由度運動が計測されているが, 実測データのノイズを除去するため, ローパスフィルタを適用した. 最終的に得られた運動データの一例を Fig. 3 に示す. これを解析ソフト Orcina 社製
OrcaFlex のインプットデータとする.

─87─

波形データ（1ヶ月分データより抜粋）
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

実測データ
被害係数0(c) 2014年12月分疲労解析結果 (1日毎)

FFTデータ

1.00E+00
1.00E-01
1.00E-02
1.00E-03
1.00E-04
1.00E-05
1.00E-06
1.00E-07
1.00E-08

全データ
1/3有義値

1時間(sec)

57911 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
日付

Fig. 6 Result of Fatigue Analysis (c).

Fig. 3 Motion Data.

2014年度 年間疲労解析結果まとめ

4. 解析結果
実測データ（全データ）による疲労解析および有義値（1/3 有義値）による疲労解析の結果例として月間の結果(a), (b), (c)を Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6 に, 年間での疲労解析結果を Fig.7 にまとめて示す. 期間によって疲労被害が激しい場合と穏やかな場合があるが, 実測データによる疲労解析（全データ）および有義値（1/3 有義値）による疲
労解析の結果は, 月間及び年間で見ても概ね良好に一致する傾向を示すことが確認できた.

(a) 2014年4月分疲労解析結果 (1日毎)
1.00E+00
1.00E-01
1.00E-02
1.00E-03
1.00E-04
1.00E-05
1.00E-06
1.00E-07
1.00E-08

全データ
1/3有義値

1.00E+00

全データ

1.00E-01

1/3有義値

1.00E-02
被害係数3. 2 実測データによる挙動解析・疲労解析
ローパスフィルタを適用したデータは, ライザーケーブルの解析モデルに対し, 浮体側端部に強制動揺変位として与える. データを 1 時間単位で適用し, 1 日単位, 最終的に 1 年間での評価を行った. 疲労解析では, レインフロー法を適用し, ライザーケーブルの被害係数を算出する.
3. 3 有義値による挙動解析・疲労解析
有義値による挙動解析では, 実測データによる挙動解析に対し, 実測データの有義値を 6 自由度それぞれ正弦波で浮体側端部に運動として与える. また同様に, 挙動解析を基に疲労解析を行った. この解析は, 全実測データを用いた解析に対し, 解析が簡易的になり, 膨大な解析コストが削減されることが期待される.

被害係数

31.00E-03
1.00E-04
1.00E-05
1.00E-06
1.00E-07
1.00E-08
4 20 3 12301827 5 14 9 1827 5 1423 2 24 3 122130 8 23 9 18 1 101928

3456812123Fig. 7 Result of Fatigue Analysis (all).

5. まとめ
実測データ（全データ）による疲労解析と有義値による疲労解析を行った結果, 両者は概ね一致することを確認した. 一部, 局所的に差が生じている期間については,いずれも有義値による解析が長寿命側に解析される傾向となっており, 有義値での評価に関してはさらなる検討が必要と考えられる.
また, 今後, さらに海象統計データと浮体 RAO を適用した疲労解析の評価と合わせ, 比較検討を行う予定である. 今回は実測データからの疲労推定を実施したが, 今後, 海象予測等, 様々な評価の効率化が期待される.
１年間の実証データを解析の結果, ライザーケーブルの設計寿命 20 年を満たしていることが示されている. 浮体式発電システムの発電システムとして必要なライザーケーブルは世界でもまだ十分な実績があるとは言えないが, 本研究にて得られる知見を活かして最適システム設計を目指す予定である.

謝

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 25 26 27 28 29 30
日付

9 1011
日付

辞本研究は, 経済産業省の福島復興・浮体式洋上ウインドファーム実証研究事業として実施されており, 東京大学の石原 孟教授を始め, 関係者には感謝の意を表します.

Fig. 4 Result of Fatigue Analysis (a).

参 考 文 献1)2)

被害係数(b) 2014年9月分疲労解析結果 (1日毎)
1.00E+00
1.00E-01
1.00E-02
1.00E-03
1.00E-04
1.00E-05
1.00E-06
1.00E-07
1.00E-08

全データ
1/3有義値

1357

9111315 17
日付

192123252729Fig. 5 Result of Fatigue Analysis (b).

─88─

福島洋上風力コンソーシアム
榊原広幸 他：Fukushima FORWARD Project における送電システムの開発（その 2）, 古河電工時報, 第135 号, 2016.