沿岸技術研究センター論文集

No.22(2022)

洋上風力研究室の活動について
福永 勇介*・田所 篤博**・迫 大介***・野村 大介****（一財）沿岸技術研究センター**（一財）沿岸技術研究センター***（一財）沿岸技術研究センター

研究主幹
業務執行理事企画部 主任研究員

本稿では，2021 年度，2022 年度前半の洋上風力研究室の活動内容について報告する．
キーワード :防食，洗掘，海底地盤調査

1. はじめに
地球温暖化が全世界で喫緊の課題となるなか，日本も2050 年のカーボンニュートラルを目指すことを 2020 年10 月に宣言した．カーボンニュートラルを達成するためには，二酸化炭素の排出を削減することが重要であり，再生可能エネルギーの一つである洋上風力発電への期待が高まっている．2020 年 12 月に策定された洋上風力産業ビジョン（第 1 次）では，年間 100 万 kW 程度の区域指定を 10 年継続し，2030 年までに 1,000 万 kW，2040 年までに浮体式も含む 3,000 万 kW～4,500 万 kW の案件を形成する，という導入目標が設定されている．日本の風力発電の導入量は，陸上と洋上を合わせても 2020 年時点で 440万 kW 程度であり，意欲的な導入目標と考えられる．
洋上風力発電の導入促進のため，2016 年 5 月に港湾法が改正され，港湾区域で占用公募制度が導入された．また，2018 年 12 月には，
「海洋再生可能エネルギー発電設備の整備に係る海域の利用の促進に関する法律」（以下「再エネ海域利用法」という．
）が成立した．再エネ海域利用法は，一般海域において洋上風力発電を実施可能な促進区域を国が指定し，発電事業者を公募によって選定して，選定された発電事業者が海域を長期に（30 年間）占用することを可能とする制度である．再エネ海域利用法の施行により，一般海域にも洋上風力発電設備を設置する環境が整備され，全国各地の適地で具体的な洋上風力発電事業が計画・検討されているところである．2020
年 6 月には長崎県五島市沖で，2020 年 11 月には秋田県能代市・三種町及び男鹿市沖，秋田県由利本荘市（北側・南側），千葉県銚子市沖で公募が開始され，前者は 2021 年 6月に，後者は 2021 年 12 月に発電事業者が選定された．
一方，2021 年 12 月には秋田県八峰町及び能代市沖で公募が開始されたが，今般のウクライナ情勢を受けて，他国からの化石燃料の輸入量の如何を問わない再生可能エネルギーの重要性が再認識され，洋上風力発電の早期稼働を保証するような公募占用指針への改訂の必要性が生じたため，公募が一旦中止となり，2022 年夏以降に新たに指定される促進区域と併せて，改めて同海域で公募が開始されることになった．

沿岸技術研究センターでは，2017 年に洋上風力研究室を設置し，洋上風力発電に関する各種調査研究活動を進めているが，本稿では 2021 年度，2022 年度前半における洋上風力研究室の主要な活動状況について報告する．

2. 共同研究について
2.1 洋上風力発電設備支持構造物の防食工法に関する共同研究
我が国では洋上風力発電設備の導入が進められているが，港外に大規模な洋上風力発電設備を建設した事例は我が国では殆どない．このため，先行する海外の設置事例や技術的知見，また我が国の港内における設置事例等をふまえ，洋上風力発電設備支持構造物の防食の設計と維持管理について，通常の港湾鋼構造物と異なる留意事項や参考となる技術情報を整理する必要がある．そこで，それらの情報をまとめた「洋上風力発電設備支持構造物の防食工法の手引き（素案）」を作成することを目的として，電気防食工業会（会員会社：株式会社ナカボーテック，日鉄防食株
式会社，日本防蝕工業株式会社）と共同研究を 2020 年より実施している．
共同研究で取り扱う，洋上風力発電設備支持構造物の防食上の主な課題は以下の事項である．
(1) 洋上風力発電設備支持構造物の特徴
・ 外洋の厳しい環境（波浪・潮流）・ 洋上風力発電設備は外洋に設置されることが多く，沿岸部の港湾施設とは異なり厳しい海気象条件にさらされる．
・ 内面の複雑な腐食メカニズム
洋上風力発電設備支持構造物の内部は，半密閉の状態が多く，港湾施設にはあまり見られない複雑な腐食環境となる．
・ 海洋生物の影響
海水や海底土の中の微生物による鋼材腐食への影響が懸念されている．

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・ 漂砂・洗掘による摩耗や埋設部の変化
海底の漂砂や洗掘の砂による鋼材表面の摩耗や海底面の変化により腐食環境（埋設土中部）も変化する．
・ 限定された供用期間（腐食しろの導入）
腐食しろによりある程度の腐食を許容した方が，LCC の低減につながる場合がある．
(2) 先行する海外の知見の導入
・ 海外規格・基準との整合
DNV や ISO などの国際基準と港湾鋼構造物防食・補修マニュアルなどの国内基準との比較検証
・ 効率的なメンテナンス手法
遠隔監視などを活用した効率的なメンテナンス手法の導入など
本研究の成果として，2022 年 9 月に「洋上風力発電設備支持構造物の防食工法テクニカルレポート」を発刊した．
共同研究の開始当初は「洋上風力発電設備支持構造物の防食工法の手引き」という名称にする予定であったが，洋上風力発電設備の支持構造物の腐食に関する実事例のデータが現時点では乏しく，それを本書で紹介するには至らなかったため，「手引き」として発刊するには時期尚早であると判断し，「テクニカルレポート」という名称を取っている．弊社 HP より無償でダウンロード可能なので，参照されたい．

図-1 洋上風力発電設備への洗掘の影響

図-2 モノパイル周りの洗掘の発生状況

2.2 洋上風力発電設備に係る洗掘防止工法の確立に関する共同研究(1) 共同研究概要
洋上風力発電設備は，厳しい気象海象条件の外洋（一般海域）にも設置されるが，我が国では外洋に洋上風力発電設備を設置した事例はほとんどなく，洋上風力発電設備支持構造物（モノパイルなど）周りの洗掘機構及び洗掘を防止する対策工法については，必ずしも技術的知見が十分には蓄積されていない．洋上風力発電設備への洗掘の影響を図-1 に示す．
網状の袋材に石材を充填した袋型根固材は，防波堤や河川堤防の侵食対策として技術開発が進められ実用化されており，安定性，施工性，維持管理性，経済性の観点から洋上風力発電設備支持構造物周りの洗掘防止工法としても優位性が期待されている．
このため，洋上風力発電設備支持構造物周りの洗掘機構を明らかにし，袋型根固材を用いた洗掘防止工法の合理的で経済的な設計手法の確立を目的として共同研究を行うものである．
本共同研究では，以下の事項を目的として実施している．
・ 洋上風力発電設備支持構造物周りの洗掘機構の解明
・ 袋型根固材の安定性及び洗掘防止効果の評価
・ 袋型根固材を用いた洗掘防止工法の設計手法の確立■ 共同研究の実施体制

・ 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 港湾空港技術研究所
・ 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 港湾空港技術研究所
・ 一般財団法人 沿岸技術研究センター
・ 洋上風力発電設備洗掘防止工法研究会
構成員：ナカダ産業株式会社，株式会社不動テトラ，
前田工繊株式会社■ 共同研究期間2020 年 9 月 30 日～2023 年 3 月 31 日（当初の終了年
月日は2022 年5 月31 日であったが，10 か月期間延長）■ 水理模型実験のスケジュール
・ 小規模実験（6 [m] 径のモノパイルに対する模型実験の寸法比: 1/60）: 2020 年 9～10 月
・ 大規模実験（6 [m] 径のモノパイルに対する模型実験の寸法比寸法比: 1/9）: 2020 年 11 月～2021 年 9 月
・ 詳細実験: 2021 年 10～12 月(2) 洗掘のメカニズムと洗掘防止工
洗掘は，波浪の影響や水の流れにより海底などの土砂が洗い流される現象である（図-2 参照）．海底に立設するモノパイル式の洋上風力発電設備では，波高・周期，流速，底質，水深などの要因により，パイル基部周辺に洗掘が発生する．洗掘深はパイル径以上に及ぶこともあり，施設の- 62 -

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図-6 小規模実験の縦断面図
表-1 小規模実験の実験ケース
図-3 洗掘の要因

洗掘防止工

CASE

被覆層
12―不規則波―規則波なし（無対策）円形 1 層 5 列配置

―

模型 A

不規則波

4

円形 1 層 5 列配置

―

模型 B

不規則波

5六角形 1 層 5 列配置

模型 C不規則波

あり

模型 A

不規則波

―

模型 A

不規則波

―

模型 A

不規則波

7

図-4 袋型根固め材による洗掘防止工法
8

安全性に深刻な影響を与える恐れがある（図-3 参照）．
海底に構造物を固定して設置する際は，洗掘により基部周辺の海底地盤が弛んだり流されたりしないように，洗掘防止工が必要となる．図-4 は袋型根固め材を使用した洗掘防止工法の設置状況を示している．
(3) 袋型根固め材（図-5 参照）
袋型根固め材は，国内の港湾，海岸，河川などで使用される洗掘防止対策工法の一つである．この工法は，網地や構造を強化した網状の袋材に石材を充填して根固め

波浪

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図-5 小規模実験の様子

模型
フィルター層円形 1 層 4 列配置
円形 1 層 4 列 2 層 1 列配
置
円形 1 層 4 列 2 層 2 列配置材として使用するもので，被覆効果により海底面の砂の洗掘を抑制するとともに，施工端部の洗掘には追随することで安定するという効果を有している．また，製作・設置が容易で工期短縮が図れるだけでなく，維持管理の容易性も特性として有することから，施工時及び供用時に亘って経済的な洗掘対策工法である．
(4) 小規模実験の実験条件とその結果
詳細は小規模実験で得られた成果をまとめた文献 1)に記載されているので，本稿ではその内容を要約して記す．
図-6 に示した模型を対象に，袋型根固め材の種類や敷設方法を変え，表-1 に示す計 8 ケースの実験を行った．
袋型根固め材の敷設方法を図-7 に示す．実験ケース間の違いとしては，CASE 1，2 では袋型根固め材を設置せず，袋型根固め材を設置した CASE 3～8 において，CASE 3～6 では袋型根固め材を 1 層のみ，CASE 7，8 では敷設は 2層に亘り敷設し，CASE 6 のみフィルター層を設けている．

図-7 小規模実験の洗掘防止工の敷設方法- 63 -

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図-8 小規模実験での現地換算量としての最大洗掘量

図-9 大規模実験の平面図・縦断面図

図-10 大規模実験の洗掘防止工の敷設方法
表-2 大規模実験の実験ケース

注）括弧内は現地換算量

洗掘の模型実験において，現地の洗掘における底質の挙動を模擬する上で重要となる底質材料の粒径の寸法は，Froude の相似則に準じて決定している．波浪の条件としては，波のみによる洗掘の実験を実施するため，流れはなしとし，Sumer et al.によれば，KC 数が 6 未満では円柱周りの洗掘は生じないため，KC 数が 6 以上となるように波高を設定した．また，袋型根固め材の被覆範囲は，
DNVGL-ST01263)に準じ，0.236 [m]（= 2.36 D （D: モノパイル径））を採用した．
結果，最大洗掘量は図-8 に示すように，CASE 6 で最小となったが，フィルター層が飛散し，それに追随して袋型根固め材が移動しており，本実験の条件では洗掘防止工法の安定性として改善の余地ありと判断したため，文献
1)では，CASE 6 を除き最も洗掘防止の効果が高いものとして，CASE 8 の袋型根固め材を 2 層とも円形に敷設し，第 1 層は 4 列，第 2 層は 2 列にする敷設方法を提案している．
(5) 大規模実験の実験条件とその結果
詳細は大規模実験で得られた成果をまとめた文献 4)に記載されているので，本稿ではその内容について，(4)と同様，要約して記す．
図-9 に示した模型を対象に，袋型根固め材の種類や敷設方法を変え，表-2 に示す計 8 ケースの実験を行った．
袋型根固め材の敷設方法を図-10 に示す．実験ケース間の違いとしては，CASE 1，2 では袋型根固め材を設置せず，袋型根固め材を設置した CASE 3～8 の全ケースにおいて，袋型根固めを 2 層に亘り敷設し，CASE 6～8 にのみフィルター層を設けている．底質材料の粒径の寸法は，小規模実験同様，Froude の相似則に準じて決定している．小規模実験とは異なる条件として，波浪の条件については，
CASE 1，3 を除き流れはありとし，袋型根固め材の被覆範囲については、1.32 [m]（= 1.86 D）を採用した．
結果，最大洗掘量は図-11 に示すように，CASE 7 で最小となり，文献 4)では，最も洗掘防止の効果が高いものとして，CASE 7 の袋型根固め材を 2 層とも円形に敷設し，フィルター層を袋型根固め材ではなく直接設ける敷設方法を提案している．前述した小規模実験では，唯一フィルター層を設けた CASE 6 でフィルター層が飛散してしまったが，大規模実験の CASE 7 ではフィルター層が飛散せず，袋型根固め材の安定性に影響しなかった．これ- 64 -

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図-11 大規模実験での現地換算量としての最大洗掘量

は，袋型根固め材の敷設方法が前者では 1 層であったのに対し，後者では 2 層であったためであるとしている．
また，大規模実験と小規模実験の何れがより現地での洗掘を模擬しているかについて，2 つの指標（rU =（袋材底部の流速）（/ 砂の移動限界流速），rD =（中詰め材の粒径）（砂の粒径）/）を用いて考察を加えている．
これによれば，これらの指標の何れもが大規模実験のものの方が小規模実験のものよりも現地のものに近いため，底質の砂の挙動，及び袋型根固め材の中詰め材が砂の移動を阻害する効果において，大規模実験の方が現地に近い条件となっていたと結論している．

2.3 洋上風力発電設備の実施に向けた研究開発
洋上風力発電の実施に向けた研究開発として，以下の 3テーマについて，海上・港湾・航空技術研究所，港湾空港総合技術研究センター及び当センターで 2019 年 4 月より共同研究を行っている．研究期間は 2021 年 3 月までであり，2022 年 5 月に共同研究の結果が報告された．
・ 洋上風力発電施設の建設に用いる船舶の動揺特性及び作業稼働率の評価
・ 洋上風力発電施設の基礎杭の施工履歴及び変動荷重履歴を考慮した支持力評価
・ レグ貫入時の粘性土地盤の挙動や周辺構造物への影
響と支持力特性・安定性に関する検討
これら 3 つのテーマについては今年度にて一旦終了
し，以下の新たな 2 つの研究テーマについて改めて共同研究協定を締結した．研究期間は，2022 年 4 月から 2025
年 3 月までである．
・ 杭の打撃施工管理手法の合理化に関する研究
・ 洋上風力発電施設への海底液状化土砂流動の影響評
価手法に関する研究3. 「洋上風力発電設備に係る海底地盤の調査及び評価の手引き」の作成
洋上風力発電設備はこれまで建設実績の多い港湾構造物と異なり，気象・海象条件が厳しい大水深に設置される．
また，洋上風力発電設備の設置間隔は最低でも数百メート

No.22(2022)ルになり，設置範囲も広範囲になるものと想定される．このため，通常の港湾構造物で採用される海底地盤調査の考え方を，洋上風力発電設備へそのまま適用することは難しい場合がある．
このような背景を踏まえ，洋上風力発電設備に係る海底地盤の調査及び評価をより効率的に実施し，安全で経済的な設計を可能とすることを目標として，「洋上風力発電設備に係る海底地盤の調査及び評価の手引き」を作成することにした．
本手引きは，必ずしも地盤調査を専門としない洋上風力関係者に，洋上風力発電設備の設計のための海底地盤調査の全体像を説明することに主眼を置き，以下の目次からなる全４章から構成される．
また，本手引きの作成にあたり，その内容をより充実させるため，学識経験者から構成される「洋上風力発電設備に係る海底地盤調査技術検討委員会（委員長：菊池喜昭東京理科大教授）」（以下「検討委員会」という．
）を設置し，ご意見・ご指導を頂いた．
■ 目次
１章 はじめに２章 海底地盤調査計画
３章 海底地盤調査手法
４章 地盤調査結果の取りまとめ方法
参考 設計用地盤定数の設定上の留意点■ 実施体制・ 洋上風力発電設備に係る海底地盤調査技術検討委員会
・ 一般財団法人 沿岸技術研究センター
・ 一般社団法人 海洋調査協会■ スケジュール
・ 2020 年 9 月作成作業開始
・ 2020 年 10 月検討委員会（第 1 回）
・ 2021 年 1 月検討委員会（第 2 回）・ 2021 年 6 月検討委員会（第 3 回）
・ 2022 年秋頃「洋上風力発電設備に係る海底地盤の調査及び評価の手引き」発刊予定

4. その他活動
洋上風力発電設備に関連する情報収集のため，参加している委員会等を以下に記載する．
・ 2050 年カーボンニュートラル実現のための基地港湾のあり方に関する検討会（主催：国土交通省）
・ 洋上風力部会・洋上風力発電施工技術研究会（主催：日本埋立浚渫協会）
・ 浮体式洋上風力発電に関する勉強会（主催：横浜国立大学）- 65 -

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謝辞
2.2 洋上風力発電設備に係る洗掘防止工法の確立に関する共同研究の執筆に当たり，情報提供を頂いた，ナカダ産業（株）の関谷 勇太氏，前田工繊（株）の小林 航氏に深謝致します．

参考文献1)

2)

3)
4)

関谷勇太, 鈴木英樹, 青田徹, 久保田真一, 土橋和敬,
小林航, 鈴木高二朗, 下迫健一郎: 袋型根固め材による洋上風力発電設備の洗掘防止効果と敷設構造に関する水理模型実験, 土木学会論文集 B3（海洋開発）,
Vol. 78, No. 2, 2022.
B. Mutlu Sumer, Jorgen Fredsoe, Niels Christiansen: Scour
Around Vertical Pile in Waves，Journal of Waterway, Port,Coastal, and Ocean Engineering，, Vol. 117, No.1, pp.1531, 1992.
DNVGL: ST-0126 Support Structures for Wind Turbines,
Appendix D, Edition July 2018.
小林航, 関谷勇太, 鈴木英樹, 青田徹, 松田節男, 高橋武志, 下迫健一郎, 鈴木高二朗: 袋型根固め材による洋上風力発電設備の洗掘防止効果と模型の縮尺効
果に関する大規模水理模型実験, 土木学会論文集 B2（海岸工学）, Vol. 78, No. 2, 2022.

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