JP2010234965A - 緊張係留浮体システム、支援用システム及びこの支援用システムを用いた浮体の曳航方法と設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】上部構造物支持用の浮体の没水部分及び没水面積を小さくすることができて、更に、緊張係留索の上側係留部を水面上に維持して、緊張係留索の取り付け作業、張力調整作業及び保守点検作業等での水中作業を回避できる緊張係留浮体システムを提供する。
【解決手段】緊張係留浮体システム１で、上部構造物１１の重量を浮力で水面上に支持するための浮体１２を、中央柱状体１２ａと、この下部の水没浮力体１２ｂと、中央柱状体１２ａから周囲方向に延びる水面上連結体１２ｃと、この水面上連結体１２ｃの端部に配置され、緊張係留索１３の上側端部が固定される水面上係留部１２ｄを有して構成すると共に、水面上連結体１２ｃの表面積の全部又は半分以上が静水時に水面より上にあり、水上係留部１２ｄが静水時に水面より上にあるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電装置等の台座として使用される緊張係留浮体を緊張係留した緊張係留浮体システムと、この浮体の曳航作業、設置作業、保守点検作業、撤去作業の少なくとも一つの作業を支援できる支援用システム、及び、この支援用システムを用いた浮体の曳航方法と設置方法に関する。

風力発電に関して、海岸の大陸棚の比較的水深の大きい水域に、緊張係留浮体（ＴＬＰ：テンション・レグ・プラットホーム）を設けて、この緊張係留浮体に風力発電装置等の機器を搭載する提案がなされ始めている。例えば、図９に示すように、この風力発電装置の台座１１を搭載する浮体１２は、この浮体１２に取り付けられた１本又は複数本（図９では４本）のテンドンと呼ばれる緊張係留索１３で海底や湖底や川底等の水底２に設けられたアンカー等の固定用沈底部材１４に係留されている。

風力発電装置に限らず、一般的に、図９に示すような緊張係留浮体１Ｘの設置は、浮体１２のバラストタンクにバラスト水を注入したり、バラストを積んだりして、浮体１２の喫水を設置状態の時よりも深くして沈めた状態で、予め設定水域に設置された固定用沈底部材１４の上に移動する。移動後、緊張係留索１３の上端を浮体１２の上側係留部１５ｃ
に接合し、緊張係留索１３の下端を固定用鎮定部材１４の下側係留部１４ｃに接合する。

接合後、上部構造物１１を搭載している浮体１２の傾斜に注意しながら、バラスト水を排出したり、バラストを取り除いたりして、浮体１２の浮力を予め設定された浮力とする。更に、緊張係留索１３の長さを変更して上部構造物１１の傾斜と各々の緊張係留索１３の張力Ｔ１〜Ｔ４の大きさを調整する。この設置では、緊張係留浮体１Ｘが波浪中においても上下動揺や横傾斜や縦傾斜をしないように、また、水平方向に移動可能な範囲も許容範囲に入るように、緊張係留索１３に予め設定した初期張力Ｔ１〜Ｔ４を付与して係留する（例えば、特許文献１、２参照）。

また、上部構造物の搭載に広い面積を必要としない、風力発電装置を搭載するような場合には、図１０に示すような、水面を貫通する柱状体（センターコラム）１２ａと、この柱状体１２ａの下部に接続する水没浮力体（ポンツーン）１２ｂとを有する浮体１２に、複数本の緊張係留索１３の上端側を固定し、この緊張係留索１３の下端側を水底２に設置された固定用沈底部材１４の下側係留部１４ｃに連結して、緊張係留索１３に張力を作用させて緊張係留浮体１Ｙを位置保持することが提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。

水面を貫通する柱状体１２ａと、この柱状体１２ａに接続する水没浮力体１２ｂとを有する浮体１２で構成される「ミニ・テンション・レグ・プラットホーム（ミニＴＬＰ）」と呼ばれる緊張係留浮体１Ｙでは、緊張係留索１３は水深Ｄの水没浮力体１２ｂの上側係留部１５ｃに係留されている。この緊張係留浮体１Ｙは、設置後は、水面を貫通する部分は柱状体１２ａのみとなるので、潮位変動や波による水面の上下による緊張係留索１３の張力への影響が少なくなる。

しかしながら、この図９に示すような緊張係留浮体１Ｘでは、緊張係留索１３の上端を固定するための浮体１２の下部部分１２ｂや台座１１を支持する柱状体（コラム）１２ａ等の没水部分が非常に大きい。また、図１０に示すような緊張係留浮体１Ｙでは、緊張係留索１３の上端を固定するための浮体１２の下部の水没浮力体１２ｂや柱状体１２ａ等の没水部分が非常に大きい。そのため、没水面積が大きい上に、広い範囲に広がっているので、この没水面積における耐水性の塗装面が広くなり、塗装作業量や塗料が多くなるという問題や、緊張係留後の経年変化に対するメンテナンス面積が広くなり、保守管理のための作業量が多くなるという問題がある。また、没水面積が大きいので、鋼材重量も増える可能性が高い。

また、従来技術の「ミニＴＬＰ」では、緊張係留索１３の上側係留部１５ｃが水中にあるため、緊張係留索１３の取り付け作業や張力調整作業及び保守点検作業等が水中での作業となる。そのため、作業性が悪く作業時間が長くなるので、これらの作業におけるコストが嵩む。また、設置後に下側係留部が地震等より不等沈下した場合に、この不等沈下に対して緊張係留索１３の長さを調整する必要が生じるが、この場合にも上側係留部１５ｃが没水しているので、水中での作業が必要になるという問題がある。

また、更に、緊張係留浮体１Ｙの曳航時や設置時等の緊張係留索１３が取り付けられていない状態では、水面を貫通する部分が柱状体１２ａしかないため静的復原力が著しく小さく、緊張係留浮体の安定性能が非常に悪いという問題がある。そのため、曳航時及び設置時には緊張係留浮体１Ｙの姿勢を保持するために、クレーンの使用が不可欠となる。

この場合に、風力発電装置を搭載するような「ミニＴＬＰ」でも、発電容量が大きなものでは重量で千トンを越えるものもあるので、使用するクレーンは、大型洋上クレーンとならざるを得ない。この大型洋上クレーンは、市場での保有隻数が少ない上に、曳航時から設置完了時まで必要になるため、大型洋上クレーンの使用期間が長くなる。そのため、曳航及び設置工事の日程調整が難しい上に、コストが嵩むという問題がある。

特開平１−１４５２９２号公報 特開平４−１９７８８７号公報 実開昭６４−２６９２号公報 特開２００５−６９０２５号公報

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、上部構造物を支持するための浮体の水没浮力体を、浮体の傾斜に対する復原力を考慮しない単に浮力発生のための形状にして、波の影響を受け難い形状にすることができると共に、没水面積を小さくすることができ、更に、緊張係留索の上側係留部を水面上に維持して、緊張係留索の取り付け作業、張力調整作業及び保守点検作業等における水中作業を回避できる緊張係留浮体システムを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、本発明の緊張係留浮体システムの浮体の曳航作業、設置作業、保守点検作業、撤去作業の少なくとも一つの作業を行う場合に、一時的に配置される支援用浮体により、緊張係留浮体の曳航及び設置等の作業を十分に支援できる支援用システム、及び、この支援用システムを用いた浮体の曳航方法と設置方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための緊張係留浮体システムは、上部構造物を支持するための浮体と、この浮体を係留するための複数本の緊張係留索と、この緊張係留索を水底に固定するための固定用沈底部材とを備えて構成される緊張係留浮体システムにおいて、前記浮体を、前記上部構造物の重量を浮力で支持して、前記上部構造物を水面より上に支持するための中央柱状体と、この中央柱状体の下部に設けられた水没浮力体と、前記中央柱状体から周囲方向に放射状に延びて配置される水面上連結体と、この水面上連結体の端部に配置され、前記緊張係留索の上側端部が固定される水面上係留部を有して構成すると共に、前記水面上連結体の表面積の全部又は半分以上が静水時に水面より上にあり、前記水面上係留部が静水時に水面より上にあるように構成する。

この緊張係留浮体システムによれば、風力発電装置等の各種の装置や機器を搭載するための上部構造物、あるいは、各種の装置や機器で構成される上部構造物を、水面上の所定の高さで支持するための浮体の下側に設けられる水没浮力体を、復原力を考慮しない単に浮力発生のための浮力体とすることができ、水没面積を小さくすることができる。また、波による影響を受け難い形状にすることができる。例えば、水没浮力体の上部を円錐台形状に、中間部を円柱形状に、下部を逆円錐台形状に形成して波の影響を少なくすることができる。

また、係留時に復原力を発生する緊張係留索の上側端部を係留する水面上係留部と、この水面上係留部と中央柱状体とを連結する水面上連結体の全部又は一部を、水面上に配置するように構成したので、没水部分が非常に小さくなる。

これにより、没水面積が小さくなり、しかも、殆どが水没浮力体の表面となり、非常に狭い範囲になるので、この没水面積における耐水性、耐蝕性を有する特殊な塗料を塗装する面を小さくすることができ、特殊な塗料の量や塗装作業量を少なくできる。また、緊張係留後の経年変化に対する保守管理において、水中作業が必要となる面積が狭くなるので保守管理のための作業量が少なくなる。また、没水面積が小さいので、鋼材重量も減少できる。

また、水面上係留部が、静水時において、水面より上にあって水没しないように構成しているので、緊張係留索の上側端部を固定する上側係留部を水面上に維持できるため、緊張係留索の取り付け作業や張力調整作業及び保守点検作業等を水中作業ではなく、空中での作業とすることができる。そのため、作業性が良くなり作業時間も短くなるので、これらの作業におけるコストを低減できるようになる。

また、浮体の設置後に下側係留部が地震等より不等沈下した場合に、この不等沈下に対して緊張係留索の長さを調整する必要が生じるが、この場合にも上側係留部が水面上にあるので、水中での作業が不要になり、効率よく調整作業を行うことができる。

しかしながら、一方で、前記の緊張係留浮体システムは、水没浮力体の復原力を考慮していないため、緊張係留していない状況においては、転倒し易い不安定な状態となる。

そこで、上記の目的を達成するための支援用システムは、上記の緊張係留浮体システムの前記浮体の曳航作業、設置作業、保守点検作業、撤去作業の少なくとも一つの作業を支援するために、前記浮体の前記水面上係留部に一時的に固定される支援用浮体を有するように構成する。

この支援用浮体は、浮体の水面上係留部に曳航及び設置等の作業用に一時的に固定される。この支援用浮体により水面上係留部の傾斜を抑制でき、浮体の傾斜に対する復原力を確保できるので、浮体の姿勢を安定化できる。言い換えれば、支援用浮体により、浮体のヒール（横傾斜）、トリム（縦傾斜）を抑制することができる。

この支援用浮体により、浮体の水面に対する傾斜に関する復原力を著しく高めることができるので、浮体の曳航及び設置等の作業において、浮体の姿勢を安定化でき、転倒を防止できる。その結果、浮体の曳航及び設置等の作業を十分に支援できて、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。

その上、この支援用浮体は緊張係留後には浮体から取り外すので、この緊張係留浮体システムの浮体を多数設置する場合には、この支援用浮体を繰り返し使用できる。その結果、浮体の１基あたりの曳航、設置、保守点検、撤去等の作業の費用を低減することができる。

上記の支援用システムにおいて、前記支援用浮体に、自重以上の浮力と浮体の傾斜に対する復原力とを持たせるように構成する。支援用浮体が自重以上の浮力を持つことにより、曳航時に浮体を浮かせる浮力の一部とすることができ、また、支援用浮体を水面上係留部から取り外す時の作業が行い易くなる。

また、この浮体の傾斜に対する復原力を持たせることは、支援用浮体の水面貫通部分の面積をある程度広くして水位変動による浮力変化を生じるように構成することで容易に実現できる。この支援用浮体と浮体の中央柱状体との間には距離があり、比較的大きなモーメントレバーを持つので、浮体の傾斜を抑制する制御が容易にできる。なお、この支援用浮体は、曳航と設置等の作業時における浮力調整の役割を持たせるために、バラストタンクを備えて浮力調整できるように構成することが好ましい。

上記の支援用システムにおいて、前記浮体を緊張係留するための緊張係留索の巻取りシステム、前記支援用浮体を仮係留するための仮係留システム、前記浮体のバラスト調整用システム、前記支援用浮体のバラスト調整用システム、前記水面上係留部用の電源システム、前記支援用浮体用の電源システム、前記浮体用の電源システムの少なくとも一つ、又は、いくかの組み合わせで構成される作業支援システムを、前記支援用浮体に備えて構成する。

この構成によれば、曳航、設置、保守点検、撤去等の作業時のみに浮体側で使用する付帯設備の一部又は全部を、支援用浮体に備えるので、これらの作業を十分に支援できる。これにより、浮体の付帯設備の一部又は全部を省略することができ、緊張係留浮体システムの全体としてのコストを低減することができる。

上記の支援用システムにおいて、前記支援用浮体は、前記水面上係留部が入り込む凹部を有して、前記作業の支援時には、前記水面上係留部に接合されると共に、前記作業の支援の終了後には、前記支援用浮体が前記水面上係留部から分離されるように構成する。

この構成によれば、支援用浮体が水面上係留部が入り込む凹部を有しているので、支援用浮体が水面上係留部に沿う部分が多くなり、支援用浮体が水面上係留部から外れ難くなると共に、水面上係留部の傾斜を抑制し易くなり、浮体の復原力をより効率よく補強できる。

また、支援用浮体の浮体への接合時に、凹部を水面上係留部の外側から囲むように構成すると、凹部を水面上係留部の内側から囲むように構成する場合よりも一体化作業の作業性がよくなる。一方、凹部を内側から囲むように構成する場合は、凹部を外側から囲むように構成する場合よりも、支援用浮体の水平面における占有面積を小さくすることができるので、狭い場所で接合作業をすることができ、また、狭い航路を曳航することができるようになる。これにより、少ない作業量で支援用浮体を配置でき、浮体の曳航及び設置等の作業を十分に支援できる。

また、上記の目的を達成するための浮体の曳航方法は、上記の緊張係留浮体システムの前記浮体の曳航に際して、上記の支援用システムを使用した状態で曳航することを特徴とする方法である。

この曳航方法によれば、浮体の曳航時に、支援用浮体を一時的に浮体に固定した状態で曳航するので、この支援用浮体により水面上係留部の傾斜を抑制でき、浮体の傾斜に対する復原力を確保できて浮体の姿勢を安定化できる。その結果、浮体の曳航時において、浮体の姿勢を安定化でき、転倒を防止できるので、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。これにより、浮体の曳航作業を十分に支援することができる。

また、上記の目的を達成するための浮体の設置方法は、上記の緊張係留浮体システムの前記浮体の設置において、上記の支援用システムを用いることを特徴とする方法である。

この設置方法によれば、浮体の設置時に一時的に固定した状態で設置作業を行うので、この支援用浮体により水面上係留部の傾斜を抑制しつつ、浮体の傾斜に対する復原力を確保して浮体の姿勢を安定化した状態で設置作業を行うことができる。

その結果、浮体の設置作業時において、浮体の姿勢を安定化し、転倒を防止するための大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。これにより、浮体の設置作業を十分に支援することができる。また、支援用浮体を作業台としても使用できるので、水面上係留部における作業用面積を小さくすることができる。

上記の浮体の設置方法において、前記支援用浮体を、前記浮体を仮係留するための仮係留システムを備えて形成し、該仮係留システムで前記浮体の設置に際して、前記浮体の設置水域において、前記仮係留システムにより前記緊張係留索の下端が係留される前記固定用沈底部材を水底まで沈下させて、前記支援用浮体を仮係留した後に、前記緊張係留索による係留を行い、この前記緊張係留索による係留をした後に、前記仮係留を解除する。

この方法によれば、支援用浮体の仮係留は支援用浮体による転倒防止効果の元で行うので、転倒の恐れがなく容易に仮係留することができ、更に、支援用浮体側に設けた仮係留システムにより、アンカー等の固定用沈底部材をその重量を支えながら降ろしていくため、浮体側や作業船側に固定用沈底部材を水底に降下させるためのウィンチ等の設備が不要となる。

本発明の緊張係留浮体システムによれば、上部構造物を水面上の所定の高さで支持するための浮体の下部部分の水没浮力体を、復原力を考慮しない単に浮力発生のための浮力体とすることができるので、波の影響を受け難い形状にすることができる。

また、没水部分及び没水面積が小さくなるので、没水面積における耐水性や耐蝕性の特殊な塗料による塗装面を小さくすることができ、特殊な塗料の量や塗装作業量を少なくできる。従って、緊張係留後の経年変化に対する保守点検時において、水中作業が必要となる面積が狭くなるので保守管理のための作業量が少なくなる。また、没水面積が小さいので、鋼材重量も減少できる。

また、緊張係留索の上側係留部を水面上に維持できるため、緊張係留索の取り付け作業や張力調整作業及び保守点検作業等を空中での作業とすることができ、作業性が良くなる。従って、作業時間も短くなるので、これらの作業におけるコストを低減できる。また、浮体の設置後に下側係留部が地震等による不等沈下した場合に対しての緊張係留索の長さの調整の際に、作業を行う水面上係留部が水面より上にあるため、水中作業が不要になり、効率よく調整作業を行うことができる。

また、本発明の緊張係留浮体システムの支援用システム、及び、これを用いた浮体の曳航方法と設置方法によれば、浮体の曳航、設置、保守点検、撤去等の作業時において、一時的に配置される支援用システムにより、浮体の曳航及び設置等の作業を十分に支援できる。

特に、支援用浮体を、浮体の水面上係留部に曳航、設置、保守点検、撤去等の作業用に一時的に固定することにより、浮体の傾斜に対する復原力を発生することができる。これにより、浮体の傾斜を抑制して姿勢を安定化でき、転覆の危険性を著しく減少できる。その結果、浮体の曳航及び設置等の作業において、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができ、コスト削減を図ることができる。

本発明に係る実施の形態における緊張係留浮体システムの構成を示した図である。 本発明に係る実施の形態における水面上係留部を示した図である。 水面上係留部の他の構成を示した図である。 支援用浮体の形状を示した平面図である。 支援用浮体の設備を示した部分側断面図である。 支援用浮体を配置した浮体の曳航状態を示した側面図である。 支援用浮体を配置した浮体の半没水状態を示した側面図である。 緊張係留浮体の緊張係留状態と、支援用浮体の分離状態を示した側面図である。 従来技術の緊張係留浮体システムの構成を示した図である。 従来技術のミニＴＬＰと呼ばれる緊張係留浮体システムの状態を示した図である。

以下、図面を参照して本発明に係る緊張係留浮体システム、支援用システム、及び、この支援用システムを用いた浮体の曳航方法と設置方法について説明する。ここでは、特に浮体が支持する上部構造物に風力発電装置を搭載した緊張係留浮体システムを例にして説明するが、本発明は風力発電装置に限定されず、上部構造物に、油井掘削装置、その他のプラントや計測装置等を搭載する緊張係留浮体システムにも適用することができる。

最初に、本発明に係る実施の形態の緊張係留浮体システム１について説明する。この緊張係留浮体システム１は、緊張係留浮体（ミニ・テンション・レグ・プラットホーム）のためのシステムであり、図１に示すように、風力発電装置１０を搭載した上部構造物１１と、この上部構造物１１を支持するための浮体１２と、この浮体１２を係留するための複数本（図１では１本ずつ３ヶ所で計３本）のテンドンと呼ばれる緊張係留索１３と、この緊張係留索１３を海底や湖底や河底などの水底２に固定するための固定用沈底部材１４とを備えて構成される。

この浮体１２は、上部構造物１１の重量を浮力で支持して、上部構造物１１を水面上の予め設定した高さに維持するものである。この浮体１２は、上部構造物１１を支持するための円柱や多角柱で形成される中央柱状体１２ａと、この中央柱状体１２ａの下部に設けられた水没浮力体１２ｂと、中央柱状体１２ａから周囲に放射状に延びて配置される水面上連結体１２ｃと、この水面上連結体１２ｃの端部に配置される水面上係留部１２ｄを有して構成される。

この中央柱状体１２ａはセンターコラムと呼ばれ、この中央柱状体１２ａの下部に水没浮力体１２ｂを設ける。この水没浮力体１２ｂは緊張係留浮体１の浮力の殆どを発生する構造物となる。この中央柱状体１２ａと水没浮力体１２ｂは、例えば、中空構造とし、鋼やプレストレストコンクリート（ＰＣ）等で浮力を生じるように構成される。

また、水没浮力体１２ｂは、上部構造物を水面上の所定の高さで支持するための主要な浮力を発生する部分であり、波による影響を受け難い形状、例えば、上部を円錐台形状に、中間部を円柱形状に、下部を逆円錐台形状に形成する。この下部を逆円錐形とすることにより、単に円柱下部を平面で形成する場合よりも波による影響を少なくすることができる。また、この水没浮力体１２ｂは曳航と係留時における浮力変化を発生させるために、必要に応じてバラストタンク、バラストポンプ、バラスト調整装置等が設けられる。

そして、水面上連結体１２ｃの一端が中央柱状体１２ａの上側の部分に接続され、他端が水面上係留部１２ｄに接続される。この水面上連結体１２ｃは、静水時、即ち、静止水面状態において、表面積の全部又は半分以上が水面３より上にあるように構成される。また、水面上係留部１２ｄも、全部が、静水時において、水面３より上にあって水没しないように構成される。この水面上係留部１２ｄの水面より上方に設けた上側係留部１５ｃに浮体１２を緊張係留するための緊張係留索１３の上側端部を固定する。

この水面上連結体１２ｃは、全体が、静水時において、水面３より上にあって水没しないように構成し、例えば、鋼材を使用したブレース構造、トラス構造、ラーメン構造などの鉄骨構造とし、十分な強度は有するが、比較的鋼材重量や表面積が小さい構造とする。この水面上連結体１２ｃの表面積の全部又は半分以上を、静水時において水面３より上にあるように構成する。

また、水面上係留部１２ｄを、中央に緊張係留索１３が挿通する中空部１２ｈを持つ中空柱状体で構成し、この水面上係留部１２ｄの上部に上側係留部１５ｃを配設し、側面において水面上連結体１２ｃと接続する。なお、この水面上係留部１２ｄの水平断面形状としては、図２に示す円形の他、四角形等の多角形、及び角をアールで丸めた多角形等が考えられる。また、図３に示すように、緊張係留索１３のための保護カバー１２ｅを設ける場合もある。

この構成によれば、水面上係留部１２ｄを水面３上に設け、緊張係留索１３のための保護カバー１２ｅ等の一部を除いて水面３を殆ど貫通させていないので、静的復原力は殆ど発生しない。そのため、設置後の緊張係留浮体１における復原力に関しては、緊張係留索１３に拠ることになる。上側係留部１５ｃが、平面視で中央柱状体１２ａから離間することにより、上部構造物１１の傾斜に関するモーメントレバーが大きくなるので、浮体１２と上部構造物１１に作用する転倒モーメントによって生じる緊張係留索１３の張力の変化量が少なくなる。

この離間距離が大きい程、モーメントレバーが大きくなるので、同じ緊張係留索１３の小さな張力変化で大きな復原力が得られる。そのため、水面上係留部１２ｄを水面上連結体１２ｃの端部に接続して、中央柱状体１２ａから大きく離れた位置に水面上係留部１２ｄを設ける。

緊張係留浮体１を固定用沈底部材１４に緊張係留するための緊張係留索（テンドン）１３は、鋼製の鎖（チェーン）やケーブルおよびロープ等で形成され、その上端部を水面上係留部１２ｄの上側係留部１５ｃに、その下端部は固定用沈底部材１４の下側係留部１４ｃに取り付けられる。係留時には、緊張係留索１３の長さを調整して、この緊張係留索１３に常時張力（テンション）が加わっている状態にして、浮体１２の浮力に抗して、浮体１２を水中に引き込むように構成する。

固定用沈底部材１４は、テンプレートとも呼ばれる、スチールやコンクリート等で形成される錘であり、水底２に沈められ自重により固定される重力式のアンカーとして使用される。なお、水底２の地盤に固定されるパイリング（杭）を固定用沈底部材として使用してもよい。この固定用沈底部材１４は、下側係留部１４ｃと緊張係留索１３と上側係留部１５ｃを介して浮体１２を予め設定された位置に係留するためのものであり、緊張係留索１３の下端部が下側係留部１４ｃに固定される。

この緊張係留浮体１の大きさは、例えば、発電量が２ＭＷを想定した場合で、かつ、大陸棚の水深１００ｍから２００ｍ程度の所に設置される場合には、風車１０ａの回転直径が８０ｍ程度で、風車１０ａの回転軸１０ｂは水面３の上が７５ｍ程度となり、浮体１２の中央柱状体１２ａの直径は６ｍ程度で高さは３５ｍ程度であり、水没浮力体１２ｂの最大直径は１５ｍ程度で、３つの固定用沈底部材１４の中心を通る円の直径は６０ｍ程度である。

この緊張係留浮体システム１では、設置後における浮体１の静的復原力を緊張係留索１３で確保して安定性を確保でき、設置時及び設置後において、緊張係留索１３の取り付け作業及び長さ調整作業を水面３より上方の水面上係留部で行うことができる。

また、この緊張係留浮体システム１によれば、上部構造物１１を水面３上の所定の高さ
で支持するための浮体１２の中央柱状体１２ａの下部部分の水没浮力体１２ｂを、復原力を考慮しない単に浮力発生のための浮力体とすることができるので、波の影響を受け難い形状にすることができる。

これにより、没水部分及び没水面積が小さくなるので、没水面積における耐水性の塗装面を小さくすることができ、塗装作業量や塗料を少なくできる。従って、緊張係留後の経年変化に対するメンテナンス面積が狭くなり、保守管理のための作業量が少なくなる。また、没水面積が小さいので、鋼材重量も減少できる。

また、この緊張係留浮体システム１では、水面上連結体１２ｃを、静水時において、表面積の全部、又は、半分以上、好ましくは２／３以上が水面３より上にあるように構成することにより、没水面積をゼロ、又は、小さくして、没水面積における耐水性や耐蝕性の特殊な塗料による塗装面を少なくして、塗装作業量や特殊な塗料の量を少なくすることができる。それと共に、緊張係留後の経年変化に対する保守点検時において、水中作業を必要とする面積を少なくしているので、保守管理が容易となる。

また、水面上係留部１２ｄを全体が、静水時において、水面３より上にあって水没しないように構成することにより、緊張係留索１３の上側係留部１５ｃを水面上に維持できるため、緊張係留索１３の取り付け作業、張力調整作業及び保守点検作業等を、水中作業では無く、空中での作業とすることができる。

そのため、作業性が良くなり作業時間も短くなるので、これらの作業におけるコストを低減できる。また、設置後に下側係留部１４ｃが地震等より不等沈下した場合に、この不等沈下に対して緊張係留索１３の長さを調整する必要が生じるが、この場合にも上側係留部１５ｃが水面３上にあるので、水中作業が不要になり、効率よく調整作業を行うことができる。

特に、水面上連結体１２ｃと水面上係留部１２ｄを静水時において、完全に水面３上にあるようにすることにより、水中作業領域を中央柱状体１２ａと水没浮力体１２ｂに集中させることができるので、水中作業の効率を向上することができる。

しかしながら、この図１に示す緊張係留浮体システム１の浮体１２は、重心が比較的高い位置にあり、浮力の殆どを発生する水没浮力体１２ｂが中央柱状体１２ａの直下にあり、復原力を考慮していないため、緊張係留していない状況においては不安定な状態となる。

そこで、本発明では、浮体１２の曳航作業や設置作業や保守点検作業や撤去作業等を支援するために、浮体１２の曳航及び設置等の作業でこの浮体１２の水面上係留部１２ｄに一時的に固定される支援用浮体２０を有する支援用システムを用いる。

次に、本発明に掛かる実施の形態の支援用システムについて図２〜図８を参照しながら説明する。この支援用システムは、支援用浮体２０を有して構成される。

この支援用浮体２０は、図２及び図４に示すように、浮体１２の曳航、設置、保守点検、撤去等の作業用に一時的に固定される水面上係留部１２ｄが入り込む凹部２１を有して形成されて、各水面上係留部１２ｄのそれぞれに沿って取り外し可能に接合される。なお、図４は主に凹部２１を示すための図面であるので、後述する巻取りドラム２３ａ（図５に図示）や緊張係留索１３の向きを変更するプーリー２３ｂ（図５に図示）等は省いて示している。

この接合は、例えば、接合部材２２を油圧シリンダ等により水面上係留部１２ｄに押圧して行う。このように接合部材２２を移動可能に構成すると支援用浮体２０を水面上係留部１２ｄに固定する固定作業が容易となるが、簡単な構成で接合する場合には、接合部材２２を、取り外し可能なパイプ構造（断面は円に限らない）などで形成し、ボルトや仮溶接等で接合してもよい。

この支援用浮体２０は、この傾斜を妨げる方向の復原力を有するように、水面３に浮かせるように構成し、水面上係留部１２ｄに沿って設ける。これにより、支援用浮体２０は水面３の上に水面上の部分を有することになるので、水面上係留部１２ｄへの配置作業や接合部材２２との接合作業が容易となる。

この凹部２１は、例えば、各水面上係留部１２ｄの水平断面が四角形に近い場合はそれを取り囲むコの字型の切り欠きで形成される。

また、図４に示すように、凹部２１を水面上係留部１２ｄの外側から囲むように構成すると、凹部２１を水面上係留部１２ｄの内側から囲むように構成する場合よりも一体化作業の作業性がよくなる。一方、凹部２１を水面上係留部１２ｄの内側から囲むように構成する場合は、凹部２１を外側から囲むように構成する場合よりも、支援用浮体２０の水平面における占有面積を小さくすることができるので、狭い場所で一体化作業することができるようになる。また、狭い航路を曳航することができるようにもなる。

この構成により、水面上係留部１２ｄが入り込む凹部２１を支援用浮体２０が有しているので、支援用浮体２０が水面上係留部１２ｄに沿う部分が多くなり（図４では３面）、支援用浮体２０が水面上係留部１２ｄから外れ難くなる。

また、支援用浮体２０は浮力と浮体１２の傾斜に対する復原力を持たせて構成する。この浮体１２の傾斜に対する復原力を持たせることは、支援用浮体２０の水面貫通部分の面積を持たせて水位変動による浮力変化を生じるように構成することで容易に実現でき、浮体の中央柱状体１２ａとの間に大きなモーメントレバーを持つので、配置作業や傾斜の抑制制御が容易となる。なお、この支援用浮体２０は、曳航、設置、保守点検、撤去等の作業時における浮力調整の役割を持たせるために、バラストタンクを備えて浮力調整できるように構成することが好ましい。

この支援用浮体２０は、浮体１２の水面上係留部１２ｄに曳航及び設置等の作業用に一時的に固定されるので、浮体１２と共に傾斜する。そのため、支援用浮体２０により、浮体１２の傾斜に対する復原力を確保できて浮体１２の姿勢を安定化できる。言い換えれば、この支援用浮体２０により、浮体１２のヒール（横傾斜）、トリム（縦傾斜）を抑制することができ、これにより、浮体１２の復原力が増強される。

この支援用浮体２０により、浮体１２の水面に対する傾斜に関する復原力を著しく増強することができるので、浮体１２の姿勢を安定化させることができ、転倒を防止できる。その結果、浮体１２の曳航及び設置等の作業において十分に支援できて、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。

また、支援用浮体２０を水面上係留部１２ｄに固定させることにより、支援用浮体２０の分解及び取り外し作業が必要な部分を常に水面３近傍に維持することができる。そのため、例えば、浮体１２の設置後、即ち、緊張係留後における支援用浮体２０の取り外しに際して、作業が困難となるような深い水深における取り外し用の水中作業を無くすことができる。

その上、この支援用浮体２０は緊張係留後には浮体１２から取り外すので、この緊張係留浮体システム１の浮体１２を多数設置する場合には、この支援用浮体２０を繰り返し使用できる。その結果、浮体１２の１基あたりの曳航及び設置等の費用を低減することができる。

更に、緊張係留浮体システム１のために、支援用浮体２０に作業支援システムを備えて構成する。この作業支援システムは、浮体１２を緊張係留するための緊張係留索１３の巻取りシステム、浮体１２に沿った状態で支援用浮体２０を仮係留するための仮係留システム、支援用浮体２０のバラスト調整用システム、緊張係留浮体システム１用の電源システム、支援用浮体２０用の電源システム、浮体１２用の電源システムの少なくとも一つ、又は、いくかの組み合わせで構成される。図５に、巻取りシステムと各種の電源システムを支援用浮体２０に設けた例を示す。

巻取りシステムは、図５に示すような、緊張係留索１３を巻き取る巻取りドラム２３ａと緊張係留索１３の向きを変更するプーリー２３ｂを有して構成され、緊張係留索１３を巻取りドラム２３ａに巻き取った状態で曳航し、設置水域では、この巻取りドラム２３ａからプーリー２３ｂ経由で緊張係留索１３を繰り出して、上側係留部１５ｃに緊張係留索１３の上端を固定した後、バラスト水を排水して緊張係留する。この緊張係留後のプーリー２３ｂの取り外し支援のために、支援用浮体２０に小型クレーン（図示していない）等の吊り揚げ装置を搭載しておくと便利である。

また、仮係留システムは、図５に示すような、仮係留用のウィンチ２４ａと仮係留索２４ｂとを備えて構成され、設置水域で、浮体１２を緊張係留する前に、仮係留する。この仮係留システムは、水底２に設置する固定用沈底部材１４の重量を支えつつ、水底２へと吊りながら降ろして行くことができるように構成する。

また、バラスト調整用システムは、図５に示すような、バラストポンプ２５ａとバラストタンク２５ｂ、２５ｃと、海水の取り入れ口であるシーチェスト２５ｄとこれらを連結する配管及び制御弁等から構成される。支援用浮体２０の喫水を深める必要があるときには、バラストポンプ２５ａにより、シーチェスト２５ｄからバラスト水となる海水を導入してバラストタンク２５ｂ、２５ｃに注入する。また、支援用浮体２０の喫水を浅くする必要があるときには、バラストポンプ２５ａを用いてバラストタンク２５ｂ、２５ｃからバラスト水を排出する。これらのバラストタンク２５ｂ、２５ｃのバラスト量の調整により、支援用浮体２０自身の沈下量と姿勢の制御を行う。

電源システムとしては、緊張係留浮体用と支援用浮体用があるが、特に別に設ける必要もなく共通としてよい。この電源システムは、例えば、図５に示すように、燃料タンク２６ａ、発電用エンジン２６ｂ、発電装置２６ｃ、配電盤２６ｄ、制御装置、充電装置等を有して構成され、浮体１２への給電のための電源、又は、支援用浮体２０自身の各装置への給電のための電源として使用する。

浮体１２のバラスト調整は、水没浮力体１２ｂの浮力を調整して行う。また、水没浮力体１２ｂの浮力調整システムは、例えば、図示しないが、水没浮力体１２ｂの下部に配置したバラストポンプとバラストタンクとシーチェストと配管と制御弁等を有して構成される。

浮体１２の喫水を深める必要があるときには、水没浮力体１２ｂにおいて、それぞれのシーチェストからバラスト水となる海水を導入してバラストポンプによりバラストタンクに注入する。また、浮体１２の喫水を浅くする必要があったり、緊張係留索１３の張力を高めるためにより浮体全体重量を小さくする必要があったりするときには、それぞれのバラストポンプを用いてバラストタンクからバラスト水を排出する。この水没浮力体１２ｂのバラスト量を調整することにより浮体１２の喫水と姿勢の調整を行う。

この作業支援システムを支援用浮体２０に備えることにより、曳航及び設置等の作業において十分に支援できるようになる。また、支援用浮体２０のスペースを曳航及び設置時等の作業台として機能させることができる。これにより、従来技術では、電源供給等の支援を行っていた作業船を、移動のための曳航のみに限定して使用することができるようになるので、作業船側に作業支援システムが不要となり、使用できる作業船の選択範囲が広がることになる。

また、付帯設備の一部又は全部を支援用浮体２０に設けるので、浮体１２側の付帯設備の一部又は全部を省略して、浮体１２の装置全体としてのコストを低減することができる。更に、浮体１２を多数設置する場合には、この支援用浮体２０を繰り返し使用して、浮体１２の１基あたりの曳航及び設置等の作業用の費用を低減することができる。

次に、上記の構成の支援用浮体２０を用いた浮体１２の曳航方法について説明する。この曳航では、図６に示すように、緊張係留浮体１２の曳航に際して、支援用浮体２０を浮体１２に固定した状態で曳航する。

それより以前のドック内の建造においては、固定用沈底部材１４の上部に浮体１２を組み上げ、仮係留索２４ｂと緊張係留索１３の下端を取り付ける。支援用浮体２０の配置は、ドック内で固定用沈底部材１４の上部に必要に応じて架台等を介して浮体１２に対して、個々に分離した支援用浮体２０をその凹部２１に水面上係留部１２ｄが入り込むように配置した後、支援用浮体２０を水面上係留部１２ｄに接合する。その後、ドックに注水し、ドック出しを行う。

図６は、浮体１２を建造ドック等から引き出し、曳航するときの状態であり、浮体１２のバラストタンクにバラスト水を積まない浮上させた状態で、支援用浮体２０を浮体１２に固定している。それと共に、支援用浮体２０の下部に、緊張係留索１３と仮係留索２４ｂとで固定用沈底部材１４を吊り下げている。この固定用沈底部材１４にはバラスト水を半分程注入して浮体１２の水没浮力体１２ｂが水面３にある状態としている。

この状態では、水没浮力体１２ｂが水面３を貫通し、ある程度は傾斜に対する復原力への寄与はあるが、水面３からの浮体１２の重心の高さが大きく不安定で転倒し易いので、支援用浮体２０により大きな復原力を発生し、転倒を防止する。この状態で設置水域まで曳船等の作業船により曳航する。

この方法によれば、浮体１２の曳航時に、支援用浮体２０に沿わせて配置した状態で曳航するので、この支援用浮体２０により浮体１２の傾斜を抑制でき、復原力を確保できて浮体１２の姿勢を安定化できる。従って、曳航作業を十分に支援でき、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。

次に、上記の構成の支援用浮体２０を用いた浮体１２の設置方法について説明する。この設置作業では、図６の曳航状態から図７の半没水状態に沈めた後に、緊張係留を行って、図８の設置状態にする。

図７は、図６の状態から、固定用沈底部材１４への更なるバラスト水の注入と、水没浮力体１２ｂのバラストタンクへのバラスト水の注入とにより、緊張係留時の喫水まで沈下させたものであり、水面上係留部１２ｄの全体が水面３上に出ている状態である。

この状態では、図６の状態よりも、水面３からの浮体１２の重心の高さは低くなってはいるが、水面３を貫通する部分は中央柱状体１２ａと少なくなっており、更に傾斜に対する復原力への寄与も小さくなっている。この状態ではより不安定で転倒し易いので、図６の浮上状態から図７の半没水状態まで支援用浮体２０により大きな復原力を発生し、転倒を防止する。

この図７の状態まで、浮体１２を沈めた後に、吊り下げていた固定用沈底部材１４を仮係留索２４ｂで支持しながら、仮係留索２４ｂと緊張係留索１３を延ばして水底２に降ろす。その後、固定用沈底部材１４に追加バラスト水コンクリート等を注入し、固定用沈底部材１４を水底２に固定する。この固定後、仮係留索２４ｂを緩めて、緊張係留索１３を張り、緊張係留索１３の長さと緊張係留浮体１の沈下量を調整し、緊張係留索１３の上端側を水面上係留部１２ｄの上側係留部１５ｃに固定する。

その後、水没浮力体１２ｂのバラストタンクのバラスト水を排水し、浮力より浮体全体重量を軽くして、緊張係留索１３に所定の張力を発生させる。所定の張力を発生させて、浮体１２が緊張係留されたら、支援用浮体２０を浮体１２から分離する。

この支援用浮体２０の分離はできるだけ水面上の分離作業が行い易い位置で行うことが好ましい。支援用浮体２０を分離し、その後、支援用浮体２０を作業船などにより移動させて、水面上係留部１２ｄから支援用浮体２０を分離する。この緊張係留索１３による緊張係留と、支援用浮体２０の分離により、図８に示すような設置状態となる。

この設置方法によれば、浮体１２の設置時に、支援用浮体２０を水面上係留部１２ｄに固定配置した状態で設置作業を行うので、この支援用浮体２０により浮体１２の傾斜を抑制しつつ、復原力を確保して浮体１２の姿勢を安定化した状態で設置作業を行うことができる。従って、浮体１２の姿勢を安定化し、転倒を防止するための大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。

更に、この設置方法によれば、支援用浮体２０側に設けた仮係留システムにより、固定用沈底部材１４をその重量を支えながら降ろしていくため、浮体１２側や作業船側に固定用沈底部材１４を水底に降下させるためのウィンチ等の設備が不要となる。

従って、上記の緊張係留浮体システム１のための支援用システム及びこの支援用システムを用いた浮体１２の曳航方法と設置方法によれば、浮体１２を設置水域に曳航する曳航作業においては、復原力を増大させて浮体１２の姿勢をより安定化できるとともに、浮体１２の洋上設置においては、緊張係留を行う前の浮上状態から半没水状態に移行するときにも、支援用浮体２０により十分な復原力を付加して、浮体１２の転倒を防止できる。また、浮体１２の緊張係留索１３を固定するための固定用沈底部材１４の水底２への沈降作業や緊張係留索１３の緊張力調整等の設置作業において、電源システムを稼動させて、仮係留用ウィンチ２４ａ、姿勢調整用のバラストポンプ２５ａ等を作動させる等、作業台として機能させることができる。これらにより、浮体１２の曳航時や設置時において、曳航時又は設置作業時の少なくとも一方で一時的に配置される支援用浮体２０により、浮体１２の曳航及び設置作業を支援することができる。

その上、この支援用浮体２０は緊張係留後には緊張係留浮体１から取り外すので、浮体１２を多数設置する場合には、この支援用浮体２０を繰り返し使用できる。その結果、浮体１２の１基あたりの曳航及び設置の費用を低減することができる。

更に、この支援用浮体２０は、保守点検作業や浮体２０の撤去作業の際にも用いることができ、これらの保守点検作業や撤去作業を支援することができるので、その結果、浮体１２の１基あたりの保守点検作業や撤去の費用も低減することができる。

本発明の緊張係留浮体システムは、上部構造物を支持するための浮体の水没浮力体を、浮体の傾斜に対する復原力を考慮しない単に浮力発生のための形状にして、波の影響を受け難い形状にすることができると共に、没水面積を小さくすることができ、更に、緊張係留索の上側係留部を水面上に維持して、緊張係留索の取り付け作業、張力調整作業及び保守点検作業等における水中作業を回避できるので、上部構造物として、風力発電装置、油井掘削装置、その他のプラントや計測装置等を搭載する緊張係留浮体のための緊張係留浮体システムとして利用できる。

また、本発明の支援用システム及びこの支援用システムを用いた浮体の曳航方法と設置方法は、緊張係留浮体システムの浮体の曳航作業、設置作業、保守点検作業、撤去作業の少なくとも一つの作業を行う場合に、一時的に配置される支援用浮体により、緊張係留浮体の曳航及び設置作業を十分に支援できるので、各種の緊張係留浮体の支援用システム、及び、この支援用システムを用いた浮体の曳航方法と設置方法等として利用できる。

１、１Ｘ、１Ｙ 緊張係留浮体システム
２ 水底
３ 水面
１０ 風力発電装置
１１ 上部構造物
１２ 浮体
１２ａ 中央柱状体（センターコラム）
１２ｂ 水没浮力体
１２ｃ 水面上連結体
１２ｄ 水面上係留部
１３ 緊張係留索（テンドン）
１４ 固定用沈底部材
１４ｃ 下側係留部
１５ｃ 上側係留部
２０ 支援用浮体
２１ 凹部
２２ 接合部材
２３ａ 巻取りドラム
２３ｂ プーリー
２４ａ 仮係留用のウィンチ
２４ｂ 仮係留索

Claims (8)

1. 上部構造物を支持するための浮体と、この浮体を係留するための複数本の緊張係留索と、この緊張係留索を水底に固定するための固定用沈底部材とを備えて構成される緊張係留浮体システムにおいて、前記浮体を、前記上部構造物の重量を浮力で支持して、前記上部構造物を水面より上に支持するための中央柱状体と、この中央柱状体の下部に設けられた水没浮力体と、前記中央柱状体から周囲方向に放射状に延びて配置される水面上連結体と、この水面上連結体の端部に配置され、前記緊張係留索の上側端部が固定される水面上係留部を有して構成すると共に、前記水面上連結体の表面積の全部又は半分以上が静水時に水面より上にあり、前記水面上係留部が静水時に水面より上にあるように構成することを特徴とする緊張係留浮体システム。
2. 請求項１記載の緊張係留浮体システムの前記浮体の曳航作業、設置作業、保守点検作業、撤去作業の少なくとも一つの作業を支援するために、前記浮体の前記水面上係留部に一時的に固定される支援用浮体を有することを特徴とする支援用システム。
3. 前記支援用浮体に、自重以上の浮力と浮体の傾斜に対する復原力とを持たせることを特徴とする請求項２に記載の支援用システム。
4. 前記浮体を緊張係留するための緊張係留索の巻取りシステム、前記支援用浮体を仮係留するための仮係留システム、前記浮体のバラスト調整用システム、前記支援用浮体のバラスト調整用システム、前記水面上係留部用の電源システム、前記支援用浮体用の電源システム、前記浮体用の電源システムの少なくとも一つ、又は、いくかの組み合わせで構成される作業支援システムを、前記支援用浮体に備えることを特徴とする請求項３に記載の支援用システム。
5. 前記支援用浮体は、前記水面上係留部が入り込む凹部を有して、前記作業の支援時には、前記水面上係留部に接合されると共に、前記作業の支援の終了後には、前記支援用浮体が前記水面上係留部から分離されることを特徴とする請求項２、３又は４に記載の支援用システム。
6. 請求項１記載の緊張係留浮体システムの前記浮体の曳航に際して、請求項２、３、４又は５に記載の支援用システムを使用した状態で曳航することを特徴とする浮体の曳航方法。
7. 請求項１記載の緊張係留浮体システムの前記浮体の設置において、請求項２、３、４又は５に記載の支援用システムを用いることを特徴とする浮体の設置方法。
8. 前記支援用浮体を、前記浮体を仮係留するための仮係留システムを備えて形成し、該仮係留システムで前記浮体の設置に際して、前記浮体の設置水域において、前記仮係留システムにより前記緊張係留索の下端が係留される前記固定用沈底部材を水底まで沈下させて、前記支援用浮体を仮係留した後に、前記緊張係留索による係留を行い、この前記緊張係留索による係留をした後に、前記仮係留を解除することを特徴とする請求項７記載の浮体の設置方法。

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