JP2003206852A - 洋上風力発電用支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は洋上で風力発電を行う発電部を海面
上で支持する洋上風力発電用支持装置に関する。従来の
支持装置は、施工時の水中工事が大がかりとなり建設コ
ストが嵩むと共に、波浪の影響を考慮して強固にする必
要があり材料費が嵩む不具合があった。本発明はこのよ
うな不具合を解消できる支持装置の提供を課題とする。 【解決手段】 本発明の洋上風力発電用支持装置は、複
数本の鋼管を相互に連結し集合体にして頂部に発電部を
設置する支柱部、杭を海底に打ち込み所定位置に固定さ
れる基礎構造体としてのジャケット式構造体、ジャケッ
ト式構造体の上端部内周面に後端部が固着され先端部に
降下してくる支柱部の下端部を嵌合させ、支柱部とジャ
ケット式構造体とを連結する添接板とからなるものとし
た。これにより、建設コスト、材料コストを低減した支
持装置にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は海上に設置する構造
物を支持する構造物、特に海上に設置され風力発電を行
う洋上風力発電装置を支持する支柱部と、海底の所定位
置に固定され支柱部を支持するための基礎構造体からな
る洋上風力発電用支持装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】一般に、水上に構造物を建設する場合、
まず水底地盤に、直接基礎、杭基礎、ケーソン基礎、鋼
管基礎又はジャケット基礎等からなる基礎構造体を構築
した後、これらの構造体の上方に下端部が構造体と１体
化され、又は構造体と下端部がボルト、ナット等で固着
された支柱部を立設して、その上方に構造物を配置する
ようにしている。図７は、風力発電を行うための風力発
電部等と、風力発電部等を水上の一定高さに設置するた
め、従来から建設されている洋上風力発電用支持装置と
を示す図である。 【０００３】図に示すように、整地された海底１０１
に、基礎構造体としての大型のコンクリートブロック１
０２を打設して、直接基礎を構築した後、このコンクリ
ートブロック１０２の頂部に、上端が海面１０５に突出
し、しかも建設海域において発生する波浪高さよりも充
分高くされた、支柱部としての１本の鋼管等からなる縦
支柱１０３を立設することにより、洋上風力発電用支持
装置（以下単に支持装置という）を建設するようにして
いる。 【０００４】また、この縦支柱１０３の立設は、コンク
リートブロック１０２の打設時に、縦支柱１０３の下端
部をコンクリートブロック１０２の内部に埋設して、コ
ンクリートブロック１０２と一体にして行うこともで
き、又はコンクリートブロック１０２の打設時に頂部に
接続金物を部分的に埋設しておき、コンクリートブロッ
ク１０２養生後に、この接続金物の水中突出部と縦支柱
１０３の下端部に設けた接続部をボルト、ナット等で固
着することにより行うこともできる。 【０００５】このようにして立設され、海上に突出させ
た縦支柱１０３の頂部に、風車、発電機等からなる発電
部１０４を設置した後、発電部１０４と陸上又は海上に
設置されている、図示省略した受電基地との間に送電線
を架設することにより、洋上風力発電プラントを建設す
ることができる。なお、このような洋上風力発電プラン
トでは、建設コスト、保守点検の観点から所定の水域に
複数の洋上風力発電用支持装置を建設し、発電部１０４
を設置して大容量の発電ができるようにし、発電コスト
を低減するようにしている。 【０００６】また、このような洋上風力発電プラント
は、排ガス等の有害物質を発生させることなくクリーン
なエネルギで発電ができ、このために建設地の選択が比
較的自由で、しかも陸上に設置する場合に比較して、周
辺に障害物がないために海上に発生する風力を有効に活
用して、効率の良い発電ができる利点がある。 【０００７】しかしながら、発電部１０４を海底から支
持する支持装置を海中に構築する必要があるために、建
設コストが嵩むという不具合がある。特に、コンクリー
トブロック１０２を海底１０１に構築して、基礎構造体
にするようにしている場合は、海中基礎工事が大掛かり
なものになると共に、縦支柱１０３を立設する場合にお
いても、例えば、コンクリートブロック１０２と一体化
して立設するようにしても、コンクリートブロック１０
２頂部の接続金物に固定して立設するようにしても、大
掛りな水中での工事が必要となり、建設コストが大幅に
嵩むという問題がある。 【０００８】さらに、波浪の激しいときには、海上に突
出して立設されている縦支柱１０３の海面近傍には、波
浪による大きな横荷重を受けるために、この部分から最
も離隔した縦支柱１０３との連結である、コンクリート
ブロック１０２直上部分には大きな曲げモーメントが発
生し、このために、支柱部１０３は陸上に設置する風力
発電用支持装置よりも強固な構造体にしなければなら
ず、材料コスト、さらには建設コストが嵩むという問題
もある。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の洋上風力発電用支持装置の不具合を解消するため、
支持装置を構成する縦支柱等からなる支柱部を単一の鋼
管等から複数の鋼管にすると共に、支柱部を海底から支
持するための基礎構造体を、従来のコンクリートブロッ
クに代えて、複数の鋼管からなり鋼管内部を通して杭を
海底に打ち込み、固定できるようにしたジャケット式構
造体にして、発電部等の荷重を分散支持させることがで
き、また、口径が小さい鋼管にできることにより、波浪
荷重を小さくしてモーメント荷重を小さくでき、モーメ
ント荷重が大きくなる部分には充分な補強が適宜できる
ために、全体的には小重量の鋼材で建設することができ
て、材料コストを低減でき、また口径を小さくし軽量化
したことに伴いハンドリングが容易になり建設コストを
低減でき、さらには、支持装置のほとんどが鋼管からな
り、支持装置の組立の大半が工場で可能になり、水中で
の組立作業が殆んど不要になり、大がかりな海中工事を
低減することができ、建設コストを大幅に低減できる洋
上風力発電用支持装置を提供することを課題とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】このため、本発明の洋上
風力発電用支持装置は、次の手段とした。風車を回転さ
せて発電を行うようにした発電部を、海面上で支持でき
るようにした洋上風力発電用支持装置において、複数本
の鋼管を軸方向に適宜間隔を設けて配置されている横部
材で相互に連結し集合体にして立設し、頂部に発電部を
設置するようにした支柱部と、支柱部の鋼管と同数設け
た鋼管の軸方向に内部を貫通させた杭を、水面上に突出
させた上端部から海底に打ち込み、所定海域の所定位置
海底に固定された基礎構造体としてのジャケット式構造
体と、支柱部とジャケット式構造体とを連結し海底から
ジャケット式構造体を介して支柱部を支持する添接板と
からなり、添接板が予めジャケット式構造体の上端部内
周面に後端部が固着され、杭の打ち込み後海上クレーン
等により空中を吊り下ろされてる支柱部の下端部内周面
を、ジャケット式構造体の上端部から空中に突出させて
いる先端部分の外周面に嵌合させて収容することによ
り、支柱部下端部とジャケット式構造体上端部とを連結
できるものとした。 【００１１】これにより、本発明の洋上風力発電用支持
装置は、支柱部の頂部に載置される発電部等の荷重が支
持装置を構成する複数本の鋼管に分散して海底から支持
され、さらには海面近傍に位置する支持装置に負荷され
る波浪荷重が小さくなり、此れに伴なってモーメント荷
重が小さくなるとともに、モーメント荷重の影響を大き
く受ける部分、特に支柱部とジャケット式構造体とを連
結する添接板が配置される部分には、荷重の大きさに対
応させて添接板に強度の大きいものを採用し、また海底
に近いジャケット式構造体の下端部では、鋼管を相互に
連結する横部材により補強が適宜できるために、支持装
置の主要強度部材である鋼管は口径の小さい小重量のも
のでよく材料コストが低減でき、また鋼管の軽量化によ
るハンドリングが容易になり建設コストを低減でき、さ
らには、支持装置の組立の大半が工場で可能になり、ま
た添接板を設け支柱部とジャケット式構造体との連結が
容易になることにより、大がかりな海中工事を低減する
ことができ建設コストを大幅に低減できる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明の洋上風力発電用支
持装置の実施の一形態を図面にもとづき説明する。図１
は本発明の洋上風力発電用支持装置の実施の第１形態を
示す斜視図、図２は図１に示す洋上風力発電用支持装置
の正面図、図３は図１に示す洋上風力発電用支持装置を
使用して建設された洋上風力発電装置システムの全体
図、図４は図２に示す矢視Ａ−Ａにおける平面図であ
る。 【００１３】図３に示すように、本実施の形態の洋上風
力発電用支持装置（以下単に支持装置という）を使用し
て建設される洋上風力発電装置システムは、最上部に配
置される風力発電部１と、風力発電部１を支持するため
の３本の鋼管製の縦支柱を鉛直に立設して集合体にした
支柱部２と、支柱部２を海底５より支持する基礎構造体
としてのジャケット式構造体３から構成される支持装置
５０と、洋上に複数設置された風力発電部の各発電機で
発電した電気を陸上又は海上に設置された、図示省略し
た受電設備に送信するケーブル４等とからなる。 【００１４】また、図１に示すように、風力発電部１を
頂部に設置するようにした支柱部２は、図４に示す平面
図から明らかなように正三角形状に配した３本の鋼管６
と、鋼管６の軸方向に適宜間隔を設けて配置され、両端
が鋼管６にそれぞれ固着されて、３本の鋼管６を一体に
された集合体にする小径鋼管からなる横部材７で構成さ
れている。 【００１５】また、ジャケット式構造体は鋼管６と同径
にされ、三角形状に配され鉛直方向と傾斜させた３本の
鋼管８と、鋼管８の軸方向に間隔を設けて配置され、両
端を鋼管８に固着して３本の鋼管８を一体にして集合体
にする小径鋼管からなる長尺横部材９と、各鋼管８の内
部を軸方向に貫通させて、先端部を海底５に突きさすよ
うにした杭１０とからなる。このように、支柱部２及び
ジャケット式構造体３の殆んどの部材は、鋼管又は鋼管
状の鋼材で構成され、工場でそれぞれ一体に製作されて
設置する海域に搬送される。 【００１６】設置海域に搬送された支持装置５０のう
ち、まず、ジャケット式構造体３は、海底５まで吊り降
ろされて、図２に示すように、その上端部を海面１５上
に突出した状態で設置位置の海底５面上に載置される。
次いで、海面１５上に突出している鋼管８の上端から杭
１０を内部に挿入し、海面１５上の作業船に装備されて
いる杭打ち装置等で、杭１０の先端部を海底５に打ち込
み、ジャケット式構造体３を海底５の設置位置に固定す
る。 【００１７】この杭１０の海底５への打ち込み時には、
鋼管８を相互に連結している長尺横部材９が抵抗体とな
って、鋼管８の海底５への侵入を低減できて、杭１０を
効率的に海底に打ち込むことができ、さらにはジャケッ
ト式構造体３の上端が海面１５下になるのを防止でき
る。また、海底５に打ち込まれる杭１０の長さは、予め
調査されている海底５の岩盤又は土質等の固さに応じ
て、風力発電部１を含む支持部２を支持できるものにさ
れている。このようにして、ジャケット式構造体３が海
底５に固定されたら、鋼管８の上端にエルボーを溶着す
る等により、鋼管８の上端に上方が鉛直にされ、下方が
鋼管８と同一傾斜にされた管状の接続部１１を形成す
る。 【００１８】次いで、このジャケット式構造体３の最上
端部にあたる、接続部１１の鉛直部には、図５、図６に
示すように、接続部１１の内面と溶着される添接板１２
が挿入される。即ち、鋼管８の内面曲率と略同一曲率の
円弧が外周面に形成された短冊状のものが、接続部１１
の鉛直部に挿入され円筒状に配置されて、添接板１２外
周面と接続部１１の内周面とを溶接することにより固着
される。また、この添接板１２には、図５に示すように
ボルト穴１３が適宜数穿設されると共に、図６に示すよ
うに、縦断面形状が上下端より軸方向中央付近をやや膨
らませた形状にされている。 【００１９】このようにして、ジャケット式構造体３の
最上端部に添接板１２が固着された後、設置海域に搬送
されている支柱部２を添接板１２を介して、ジャケット
式構造体３と連結して一体の支持装置５０を組み立て
る。この組み立てに当っては、図５に示すように、海上
クレーン等により吊り上げられた支柱部２を、鋼管６下
端が添接板１２の先端部外周を被覆するようにして吊り
降ろすことにより行われる。 【００２０】このとき、前述の通り添接板１２は軸方向
中央付近がやや膨らませた形状にされているために、こ
の支柱部２の吊り降ろし、取付作業時における、鋼管６
下端の添接板１２の外周への嵌め込み操作は、スムーズ
且つ確実に行うことができると共に、嵌め込み後の添接
板１２と支柱部２とは密着したものとなり、両者の固着
は、安定且つ確実なものにできる。 【００２１】次いで、鋼管６下端部及び添接板１２にそ
れぞれ穿設されているボルト穴１４，１３に、図示省略
したボルトを挿入してナットを締込むことにより、添接
板１２の先端部外周面と支柱部２の下端部内周面とが密
着していること相俟って、添接板１２後端部を最上端部
内周面に固着したジャケット式構造体３と支柱部２とか
らなる、支持装置５０は強固な一体構造に組み立てられ
る。この後、支柱部２の上端にプラットフォームを形成
し、風力発電部を設置することにより、図３に示した洋
上風力発電装置システムを構成する一基の洋上風力発電
装置が完成する。 【００２２】このように、本実施の形態の洋上風力発電
用支持装置は構成され、支柱部２の頂部に載置される発
電部１等の荷重が支持装置５０を構成する３本の鋼管
６，８に分散して海底５から支持され、さらには海面１
５近傍に位置する支持装置５０に負荷される波浪荷重が
小さくなり、此れに伴ないモーメント荷重が小さくなる
とともに、モーメント荷重の影響が大きく受ける部分、
特に支柱部２とジャケット式構造体３とを連結する添接
板１２が配置される部分には、添接板１２の選択によ
り、また海底５に近いジャケット式構造体３の下端部に
長尺部材により補強が適宜できるために、支柱部２及び
ジャケット式構造体３の主要強度部材となる鋼管は、口
径の小さい小重量の鋼管６，８でよく材料コストを低減
できる。 【００２３】また、鋼管６，８重量の低減により支柱部
２及びジャケット式構造体３が軽量化され、ハンドリン
グが容易化になり建設コストを低減でき、さらには、構
造部材の殆んどが鋼管若しくは鋼材からなることによ
り、支持装置５０の組立の大半が工場で可能になり、ま
た添接板１２を設け支柱部２とジャケット式構造体３と
の連結が容易になることにより、さらには、基礎構造体
としてのジャケット構造体３の海底５への固定が海面上
からできることにより、大がかりな海中工事を大幅に低
減でき建設コストを大幅に低減できる。 【００２４】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されるものではなく、例えば支柱部２及びジャケット式
構造体３を形成する鋼管６，８を３本以上にしたり、添
接板１２を複数の短冊状のものでなく、肉厚が適宜選択
された大きさにされている円筒状のものにする等、特許
請求の範囲を逸脱しない限度において改変ができるもの
である。 【００２５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の洋上風力
発電用支持装置は複数本の鋼管を軸方向に適宜間隔を設
け配置した横部材で相互に連結して立設され、頂部に発
電部を設置する支柱部と、内部を貫通する杭を海底に打
ち込み所定位置に固定され、支柱部と同数本の鋼管から
なるジャケット式構造体と、ジャケット式構造体の上端
部に後端部が固着され水中に突出させた先端部に降下し
てくる支柱部の下端部を収容し、支柱部とジャケット式
構造体とを連結する添接板とからなるものとしたことに
より、モーメント荷重が小さくなり、口径の小さい鋼管
の小重量のものでよく材料コストを低減でき、さらに
は、大がかりな海中工事を低減できることと相俟って建
設コストを大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の洋上風力発電用支持装置の実施の第１
形態を示す斜視図、 【図２】図１に示す洋上風力発電用支持装置の正面図、 【図３】図１に示す洋上風力発電用支持装置を使用して
建設された洋上風力発電装置システムの全体図、 【図４】図２に示す矢視Ａ−Ａにおける平面図、 【図５】図１に示す支柱部とジャケット式構造体との連
結状況を示す斜視図、 【図６】図５に示す矢視Ｂ−Ｂにおける縦断面図、 【図７】従来の洋上風力発電用支持装置の一例を示す正
面図である。 【符号の説明】 １ 風力発電部 ２ 支柱部 ３ ジャケット式構造体 ４ ケーブル ５ 海底 ６ 鋼管 ７ 横部材 ８ 鋼管 ９ 長尺横部材 １０ 杭 １１ 接続部 １２ 添接板 １３，１４ ボルト穴 １５ 海面 ５０ 支持装置 １０１ 海底 １０２ コンクリートブロック １０３ 縦支柱 １０４ 風力発電部 １０５ 海面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 風車の回転力で発電を行う発電部を海面
   上で支持する洋上風力発電用支持装置において、複数本
   の鋼管を軸方向に適宜間隔を設け配置した横部材で相互
   に連結して立設され、頂部に前記発電部を設置する支柱
   部と、前記支柱部の鋼管と同数設けた鋼管の内部を貫通
   する杭を、水面上に突出させた上端部から海底に打ち込
   み所定位置に固定されるジャケット式構造体と、前記支
   柱部と前記ジャケット式構造体とを連結する添接板とか
   らなり、前記添接板が、前記ジャケット式構造体の上端
   部に後端部が固着され、先端部で降下してくる前記支柱
   部の下端部を収容して、前記支柱部下端部と前記ジャケ
   ット式構造体上端部とを連結するものであることを特徴
   とする洋上風力発電用支持装置。