日本船舶海洋工学会講演会論文集

論文番号 2016A-OS1-10

第 23 号

福島浮体式洋上風車向けライザーケーブルの挙動解析
籠 浦徹*1
榊 原 広 幸*2
村 田 雅 彦*3

藤 井佐々木田 口隆
悠茂*2
博*1
嘉*3

Dynamic Analysis of Riser Cable with FUKUSHIMA FOWT(Floating Offshore Wind Turbine)byToru Kagoura
Hiroyuki Sakakibara
Masahiko Murata

Shigeru Fujii
Takahiro Sasaki
Yuka Taguchi

Key Words: Dynamic Analysis, Riser Cable, Lazy Wave

1. 緒言

浮体式洋上風力発電向けライザーケーブルの設計において, ライザーケーブルの動的挙動と動的挙動及び疲労寿命予測が重要となる. 福島プロジェクトにおいて 2MW 浮体に敷設された 22kV ライザーケーブル挙動として 3 軸加速度を計測し, 計測した 3 軸加速度と2MW 浮体の 6 自由度運動データ（実測データ）を与えたライザーケーブルの挙動解析結果を評価した. 本論
文では計測値及び挙動解析値の評価内容について述べる.

満足させるライザー形状等を検討する. ライザーケー
ブルシステム設計フローを Fig 2 に示す. ライザー形状
は中間ブイを設置した Lazy Wave 方式を選択し, 浮体最大移動量に対する静的挙動解析, 浮体最大動揺に対する動的挙動解析を行ってその成立性を確認した. 2)

2. ライザーケーブルシステム設計
2. 1 Fukushima PJ の概要
福島プロジェクトにおける送変電システムの概要をFig 1 に示す. Fukushima PJ では 3 タイプの風車浮体が設置され, 送電システムとして動的挙動に耐えられるライザーケーブルを適用している. 1)

Fig. 2 Design Flow of Riser Cable System.

3. ライザーケーブル挙動
Fig. 1 Transmission and Substation System.
2. 2 ライザーケーブルシステム設計の概要
ライザーケーブルシステム設計では, 海象条件, 浮体最大移動量や浮体動揺特性, 浮体係留設計条件などを基にライザーケーブルの海中挙動をシミュレーションによって予測し, 機械強度や曲率半径, 耐久性等を*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 古河インフォメーション・テクノロジー㈱原稿受付 平成 28 年 9 月 23 日
秋季講演会において講演 平成 28 年 11 月 21, 22 日
©日本船舶海洋工学会

3. 1 挙動計測
2MW ライザーケーブルの上端（浮体底部）近傍に 3軸加速度センサを 3 箇所設置し, ライザーケーブル加速度を計測した. Fig 3 に計測イメージを示す. 加速度
センサの X 軸は E 方位, Y 軸は北方位, Z 軸はケーブ
ル軸方向に概ね合わせて設置している.

Fig. 3 Measured cable acceleration.

─59─BS上端5m位置の加速度 2014.3.14 0:00~
2.0

1.5Y(N)-Acc [m/s2]

3. 2 挙動解析
ライザーケーブルの挙動解析は，2MW 浮体の 6 自由度運動データ（実測データ）をライザー上端の強制運動データとして入力し, 加速度センサ位置と同位置における 3 軸方向加速度の時刻歴データを出力した.

1.00.50.0

-0.5
-1.0

4. 計測データと挙動解析の比較-1.510203040506070Time [s]解析データ

100110120100110120実測データ

BS上端5m位置の加速度 2014.3.14 0:00~

-8.0

-8.5
-9.0
-9.5
-10.0-10.5

BS上端5m位置の加速度 2014.3.21 00:12:50~-11.010203040505.0

X(E)-Acc [m/s2]

90-7.55.54.5

解析データ

4.06070Time [s]

8090

実測データ

Fig. 9 Z-Acc.

3.53.04. 2 曲率データ比較
計測された加速度データからセンサの角度を算出してケーブル曲率変化を推定した結果と, 浮体の 6 自由度運動データから解析した曲率変化を Fig.10 に示す. 3箇所に設置したセンサのうち上部と中間部の 2 箇所のセンサから推定したケーブル曲率と中間部と下部の 2箇所のセンサから推定したケーブル曲率は, いずれも2 点で推定であることから挙動解析結果よりややマイルドな変動となっているが, 概略の曲率変動は表現できていることが確認された.

2.52.01020304050

解析データ

6070
Time [s]8090100110120

100110120

実測データ

Fig. 4 X(E)-Acc.
BS上端5m位置の加速度 2014.3.21 00:12:50~
2.01.5Y(N)-Acc [m/s2]

80

Fig. 8 Y(N)-Acc.

Z(上下)-Acc [m/s2]

4. 1 加速度データ比較
計測された実測データと挙動解析にて出力された解析データを比較して Fig.4～Fig.9 に示す. Fig.4～Fig.6
は有義波高約 5m 条件, Fig.7～Fig.9 は有義波高約 3m条件でのデータである. センサ設置角度に若干の軸ずれが生じており, 実測データと解析データにシフト分が認められるものの, 加速度変動に関しては極めて良く一致していることが確認された.

1.00.5
0.0
-0.5
-1.0

曲げ挙動 2014.3.21 00:12:50~-1.520304050

解析データ

6070
Time [s]80900.012Curvature [1/m]

10

実測データ

Fig. 5 Y(N)-Acc.
BS上端5m位置の加速度 2014.3.21 00:12:50~0.010
0.008
0.006
0.004
0.002
10-7.520304050Z(上下)-Acc [m/s2]

-8.0
-8.5
-9.0

6070
Time [s]8090100110

解析@7.75m

解析@9.75m

解析@14.75m

実測加速度(@5m&10m)による曲率120

実測加速度(@10m&15m)による曲率-9.5

Fig. 10 Curvature Change at Riser Top

-10.0
-10.5

5. まとめ-11.0

1020304050

解析データ

6070
Time [s]8090

1001101202MW ライザーケーブルの実測データと浮体運動データを入力した挙動解析を比較評価し, 以下の知見を得た.
実測加速度データと解析データは良く一致しており,浮体運動データにてケーブル挙動を検証することができることを確認した.
実測加速度データから推定したライザー曲率についても概ね挙動解析と一致しており, 加速度データで挙動推定可能であることがわかった.
ただし挙動推定精度を上げ, より厳しい曲げ挙動を推定するためにはセンサの設置間隔の短ピッチ化と多点化が必要と思われる. この点については今後の福島 PJ において改善を図る予定である.

実測データ

Fig. 6 Z-Acc.
BS上端5m位置の加速度 2014.3.14 0:00~
5.5X(E)-Acc [m/s2]

5.0

4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1020304050

解析データ

6070
Time [s]8090100110120

実測データ

Fig. 7 X(E)-Acc.

─60─

浮体式発電システムの送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ず, 設計手法としても十分に確立されているもの
ではないが, 本研究において それぞれ波浪応答特性の異なる 3 タイプの浮体に接続されたライザーケーブ
ルの挙動検証を通して最適ケーブルシステムの設計手法の確立を目指す予定である.

謝辞

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.

参 考 文 献1)2)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.

─61─