JP2013241911A - 洋上風力発電設備、その支持装置およびその設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強度設計が容易で必要十分な強度が得られる洋上風力発電設備の支持装置、その設計方法、および同支持装置を備えた洋上風力発電設備を提供する。
【解決手段】支持装置３は、下端が海底に固定される３本以上のレグ３１と、発電装置を支持しかつレグ３１の上端がそれぞれ接続される頂上部材３２と、隣接するレグ３１の中間部分を連結して水平に延びるストラット３３とを有する。ストラット３３の両端は端部材３３１を介してレグ３１に連結され、端部材３３１とレグ３１とは二重管グラウト構造とされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、基部を海底に固定されて洋上に風力発電装置を支持する洋上風力発電設備、その支持装置およびその設計方法に関する。

従来、自然エネルギーを利用する発電方式のひとつとして、風力発電が注目されている。とくに、洋上風力発電は、広大な海洋に生じる強大な風力を比較的安定的に利用できることから、今後の開発が期待されている。なお、洋上風力発電としては、洋上と同様な風力が得られる大河川の下流部や湖沼等に設置される風力発電設備を含む。

前述した洋上風力発電に利用される洋上風力発電設備は、風力を受けて回転するプロペラ等を含む発電装置と、これを洋上の所定高さに保持するための支持装置とを備えた構成とされる。
発電装置は、発電機を収容したケースと、風力を受けて発電機を回転させるプロペラ等とを有する。多くの発電装置では、ケースの下面側にポールが設置され、このポールを介して支持装置に接続されるが、他の構造により支持装置に接続されることもある。

支持装置は、基部を海底に固定されるとともに、洋上に露出された部分で発電装置を支持する。このために、支持装置の海中部分は、設置箇所の水深（海底の深度）に応じた長さ（高さ）となるように構築される。
従来、洋上風力発電設備の支持装置としては、主にモノパイル式、重力式およびジャケット式の３種類が利用されている。

モノパイル式の支持装置では、連続した一本のパイル（モノパイル）を基本構造とする。そして、パイルの基部を海底に固定するとともに、パイルの上端を洋上に露出させ、この上端に前述した発電装置のポールを接続し、これにより発電装置を洋上に支持する（特許文献１参照）。
このようなモノパイル方式の支持装置は、構造が単純であり、水深が浅い場合、設備コストが小さくて済むという利点がある。ただし、単純な構造であるために調整できる条件またはパラメータが少ない。

重力式の支持装置は、硬く平坦な地盤に適している。ただし、設置にあたって地盤面を平坦にする作業が必要であるほか、支持装置が重量物となるため、運搬のコストが高くなる。

ジャケット式の支持装置は、複数のパイルまたはレグを配置し、隣接するレグどうしを斜材や水平材で相互に固定した立体トラス構造とされ、各レグの基部が海底に固定される。そして、各レグの上側を束ねた状態で洋上に露出させ、その上端を発電装置のケース下面に接続し、これにより発電装置を洋上に支持する（特許文献２参照）。
このようなジャケット式の支持装置は、構造の複雑化、設備コストの上昇が避けられない。しかし、レグやトラス構造の各部等の設計により、支持装置として十分な強度が確保でき、かつ調整に利用できる条件等の選択肢が幅広いという利点がある。

このような支持装置においては、何れの方式にあっても、洋上風力発電設備としての強度条件を満たす必要がある。
例えば、発電装置の装置重量を負担することはもちろん、発電装置で風力を受けることにより支持装置に曲げや剪断等の負荷に耐える必要がある。さらに、支持装置自体にも洋上部分で風力の影響が生じ、さらに支持装置の海中部分では波力および流体力の影響も生じる。
これらの風力および波力および流体力は、単なる外力として支持装置にかかるだけでなく、繰り返される外力として、さらには共振による疲労破壊を招く可能性がある。
このため、支持装置の設計にあたっては、構造的な強度の確保に加えて、発電装置までを含めた共振の回避までを考慮し、固有振動数の調整などが適宜行われている（特許文献３，４，５参照）。

特開２００３−２９３９３８号公報 特開２００３−２０６８５２号公報 特許第４７７６８５７号公報 特許第４８３１８４７号公報 特表２０１０−５１４９７８号公報

ところで、前述した支持装置の形式は、洋上風力発電設備が設置される箇所の水深によって使い分けられている。
水深３０ｍ未満の低水深域では、支持装置の強度も比較的小さくてよいため、モノパイル方式や重力式の支持装置が多用されている。
水深３０ｍ以上の中高水深域では、支持装置に十分な強度が必要となるため、ジャケット式の支持装置が用いられている。

このうち、水深３０ｍ〜５０ｍ程度の中水深域については、前述の通り、ジャケット式の支持装置が用いられている。
ただし、中水深域に用いる支持装置としては、水深５０ｍ以上の高水深域ほどの高強度は要求されない。このため、ジャケット式の支持装置を中水深域用とする場合、高水深域用と比較して剛性を緩和するように調整（設計変更）が図られる。
しかし、ジャケット式の支持装置は、前述の通りトラス構造を備えており、構造が複雑であるため強度の調整に関係するパラメータが多岐にわたり、再設計およびこれに伴う構造強度の再計算等が著しく煩雑になるという問題がある。
さらに、ジャケット式の支持装置は、前述の通りトラス構造を有するため、基本的な強度が高く、中水深域に要求される程度にまで強度を下げるような調整が十分に行えない可能性もある。

これに対し、モノパイル式の支持装置あるいは重力式の支持装置を用い、これを水深３０ｍ以上の中水深域に適するように調整することも考えられる。
しかし、モノパイル式の支持装置は、構造が簡略である分、調整に利用できる選択肢が少なく、例えばパイル材の板厚を増す等の限定的な調整しか採用できない。このような板厚の増加だけでモノパイル式の支持装置を中水深域用に調整しようとすると、非現実的な厚みおよび重量のパイルとなるなど、現実的な中水深域用の支持装置とすることが困難であった。
一方、重力式の支持装置は、重量の大きな塊であって調整の余地がなく、調整は専ら発電装置側で行うことになる。

本発明の目的は、必要十分な強度設計が容易に行える洋上風力発電設備、その支持装置およびその設計方法を提供することにある。

本発明の洋上風力発電設備の支持装置は、下端が海底に固定される３本以上のレグと、発電装置を支持しかつ前記レグの上端がそれぞれ接続される頂上部材と、隣接する前記レグの中間部分を連結して水平に延びるストラットと、を有することを特徴とする。
本発明において、ストラットは、単純な水平方向の軸材であって、従来のジャケット式の支持装置のようなレグを連結する複雑なトラス構造とは異なる。

このような本発明では、レグの下端を海底に固定し、頂上部材に発電装置を接続することで、洋上に発電装置を支持することができる。
この際、支持装置は、レグ、頂上部材およびストラットで構成され、これらのレグおよびストラットの部材としての個々の設計、レグの本数やストラットの段数、傾斜配置されたレグの勾配あるいはレグに対するストラットの高さなどの配置、レグと頂上部材およびレグとストラットとの連結部分の設計により、支持装置としての強度を任意に設計することができる。
このように、支持装置では、レグ、頂上部材およびストラットで構成され、従来のモノパイル式に比べて各部における強度調整の選択肢が多数となり、必要十分な支持装置を適切に設計することができる。また、従来のジャケット式のような複雑なトラス構造がないため、過剰な強度の緩和対策が必要ないとともに、レグ、頂上部材およびストラットという限られた部材に関する設計だけでよいため、必要十分な強度の支持装置を容易に設計することができる。
さらに、本発明では、海中に配置される部材が少ないため、波の受圧面積を軽減することができる。

本発明の洋上風力発電設備の支持装置において、前記頂上部材は中心軸線が垂直に配置された円筒状の本体を有し、前記レグは下端が前記本体の中心軸線から離れるように傾斜した直線的な軸材で構成されていることが望ましい。
このような本発明では、直線的な軸材を用いたレグが所定の勾配で傾斜して配置され、支持装置全体として角錐状の構造体が形成される。このような直線的なレグと、水平に延びるストラットによる簡素な構成とすることで、前述した設計の容易さを更に促進することができる。
なお、本発明の支持装置としては、レグが傾斜せずに、例えば複数のレグがそれぞれ垂直で互いに平行であってもよく、レグの一部が屈曲したものあるいは曲線的に形成されているものであってもよい。

本発明の洋上風力発電設備の支持装置において、前記レグは管状の軸材であり、前記ストラットは直線的な軸材の両端に前記レグが挿通される管状の端部材を有し、前記端部材の内面と前記レグの外面との間にはグラウト材が充填されていることが望ましい。
このような本発明では、レグとストラットとの連結を、グラウト材を介在させたいわゆる二重管グラウト結合構造とすることができ、連結部分の構造を簡素化することができる。さらに、レグにおける連結位置の変更にあたって、レグ自体に加工する必要が解消でき、これらにより設計の容易化を更に促進することができる。

本発明の洋上風力発電設備の支持装置において、前記ストラットの途中には外管および内管を備えて長手方向に伸縮可能な二重管構造が形成されている構成とすることもできる。
なお、二重管構造においては、ストラットをそれに適した長さとしたうえで、内管および外管の間にグラウト材を充填し、これにより内管および外管を互いに固定することもできる。
このような本発明では、同じ部材を用いて、ストラットの長さつまり両端の端部材等の距離を任意に設定することができる。このため、レグが傾斜している際に、ストラットの連結位置を上下に調整する場合でも、レグの勾配に応じたストラットの長さ調整を容易に行うことができる。

本発明の洋上風力発電設備の支持装置において、前記ストラットは前記レグに対して回動自在に連結された構成とすることができる。
このような本発明では、レグの勾配が変化しても、頂上部材あるいはストラットとの連結部分が回動することで、任意の勾配に対応することができ、レグを傾斜配置する際の勾配調整を容易に行うことができる。

本発明の洋上風力発電設備の支持装置の設計方法は、下端が海底に固定される３本以上のレグと、発電装置を支持しかつ前記レグの上端がそれぞれ接続される頂上部材と、隣接する前記レグの中間部分を連結して水平に延びるストラットと、を有する洋上風力発電設備の支持装置の設計方法であって、前記支持装置の初期形状を設定し、前記支持装置の固有値解析を行い、前記固有値解析で共振域外となるまで前記レグおよび前記ストラットの調整を行う第１段階と、前記支持装置の断面算定を行い、前記支持装置の固有値解析を行い、前記固有値解析で共振域外となるまで前記レグおよび前記ストラットの調整を行う第２段階と、を有し、前記第１段階および前記第２段階における前記レグおよび前記ストラットの調整では、先ず前記レグの配置変更を行い、前記レグの勾配制限内であれば、変更された前記レグの配置に基づいて前記支持装置の固有値解析を行い、前記配置変更の結果、前記レグの勾配制限を超えたら、前記ストラットの調整を行い、調整された前記ストラットに基づいて前記支持装置の固有値解析を行う、ことを特徴とする。

このような本発明では、初期設定に基づく第１段階のレグ設定からストラット調整、初期設定に対して調整を加えた設計内容に対して、更に断面算定を考慮した第２段階のレグ設定からストラット調整を順次行うことで、適切な支持装置を設計することができる。
とくに、第１段階および第２段階の調整では、先ずレグの調整を行い、次にストラットの調整を行うことで、効率的に設計を行うことができる。また、第１段階および第２段階の調整で、レグの調整からストラットの調整に至る手順を共通化することができる。
従来のジャケット式の支持装置では、トラス構造を含むため、一部の変更であっても全体の再計算等が必要であり、初期設定で調整が必要な場合には煩雑な再計算を繰り返す必要があったのに対し、本発明によれば、一連の手順で所望の支持装置を容易に設計することができる。

本発明の洋上風力発電設備は、発電装置と、下端が海底に固定される３本以上のレグと、前記発電装置を支持しかつ前記レグの上端がそれぞれ接続される頂上部材と、隣接する前記レグの中間部分を連結して水平に延びるストラットと、を有することを特徴とする。
このような本発明では、前述した支持装置と共通の構成であるレグ、頂上部材およびストラットにより、前述した本発明の支持装置の述べた各作用効果を得ることができる。
さらに、本発明では、発電装置を支持するために海中に配置される部材が少ないため、波の受圧面積を軽減できる。

本発明の第１実施形態の洋上風力発電設備を示す斜視図。 前記第１実施形態の支持装置を示す斜視図。 前記第１実施形態の支持装置の組み立て状態を示す分解斜視図。 前記第１実施形態の二重管グラウト結合構造を示す分解斜視図。 前記第１実施形態の設計手順を示すフロー図。 前記第１実施形態の適用水深を示すグラフ。 本発明の第２実施形態の支持装置を示す斜視図。 前記第２実施形態の支持装置を示す分解斜視図。 本発明の第３実施形態の支持装置を示す斜視図。 前記第３実施形態の支持装置を示す分解斜視図。 二重管グラウト結合構造の変形例を示す斜視図。

〔第１実施形態〕
図１から図６には、本発明の第１実施形態が示されている。
図１において、本実施形態の洋上風力発電設備１は、洋上風力発電用の発電装置２と、この発電装置２を洋上の所定高さに保持するための支持装置３とを有する。

発電装置２は、風力を受けて回転するプロペラ２１と、内部に発電機構を収容するケース２２とを有し、ケース２２の下面側には支持用のポール２３が接続されている。
支持装置３は、下端が海底に固定される４本のレグ３１と、発電装置２のポール２３を支持しかつレグ３１の上端がそれぞれ接続される頂上部材３２と、隣接するレグ３１の中間部分を連結して水平に延びる４本のストラット３３とを有する。

図２および図３に示すように、４本のレグ３１は、それぞれ直線的に延びる断面円形の鋼管である。また、４本のストラット３３は、それぞれ直線的に延びる断面円形の鋼管である。４本のレグ３１は、頂上部材３２に纏められた上端に対し、ストラット３３で相互に連結された下端側が互いに離れて配置され、支持装置３の全体としては四角錐状をなし、各レグ３１は前述した四角錐の稜線位置にあって垂直方向に対して所定の勾配で傾斜した状態とされている。

頂上部材３２は、鋼製の円筒状部材であり、中心軸は垂直に配置され、その内側には発電装置２のポール２３を挿入して結合することができる。
頂上部材３２の周囲には、下端位置に第１接続部材３２１が固定され、中間高さ位置に第２接続部材３２２が固定され、両者を結ぶように補強部材３２３が固定されている。

第１接続部材３２１は、頂上部材３２の四方へ張り出した部分を有し、この張り出した部分に挿通孔が形成されている。この挿通孔には、図３に示すように下方からレグ３１が挿通され、図２の状態で挿通孔の全周をレグ３１の外周面に対して溶接される。
第２接続部材３２２は、頂上部材３２の四方へ張り出した部分を有し、この張り出した部分には、第１接続部材３２１の挿通孔に下方から挿通されたレグ３１の端部が当接可能である。この張り出した部分は、図３に示すように下方からレグ３１が挿通され、図２の状態でレグ３１の端面に対して溶接される。

補強部材３２３は、上下の端縁がそれぞれ第１接続部材３２１および第２接続部材３２２に溶接されているとともに、頂上部材３２の外周に沿った辺縁は頂上部材３２の外周に溶接されている。さらに、頂上部材３２と反対側の辺縁は、図３に示すように第１接続部材３２１の挿通孔に下方からレグ３１が挿通された際に、レグ３１の外周面に沿うように形成されている。図２の状態においてレグ３１の外周に対して溶接される。

ストラット３３は、４本が正方形となるように配置され、この正方形の４つの頂点にそれぞれ配置された端部材３３１に各ストラット３３の両端を接続することで、平面形状が正方形の枠体を構成している。
図４に示すように、端部材３３１は、鋼製の筒体であり、外周面には２方向からストラット３３が溶接されている。この際、端部材３３１は、２方向のストラット３３がそれぞれ水平かつ互いに９０度をなす状態で、端部材３３１の中心軸線がレグ３１の勾配に見合った傾斜角度となるように設置されている。

端部材３３１は、内側にレグ３１が挿通可能な内径を有し、レグ３１を挿通した際にはレグ３１の外周面との間に所定の隙間が形成される。そして、４つの端部材３３１の内側にそれぞれレグ３１を挿通した状態（図２あるいは図３参照）で、前述した隙間にグラウト材を充填して固化させることで、レグ３１と端部材３３１とが連結され、ストラット３３による各レグ３１の連結がなされる。

なお、図４に示すように、端部材３３１の内周面にはずれ止めの突条３３２による凹凸が形成され、レグ３１の端部材３３１との連結部分の外周面にも同様な突条３１２による凹凸が形成され、これらの凹凸がグラウト材に食い込むことで、相互の連結が定位置で維持されるようになっている。
このように、レグ３１とストラット３３とは、端部材３３１を用いた二重管グラウト結合構造によって連結されている。

図５には、本実施形態における支持装置３の設計手順が示されている。
支持装置３の設計では、先ず、支持装置３の初期形状を設定する（手順Ｓ１１）。初期設定においては、支持装置３としての基本形状（四角錐状か三角錐状か等の概略形状、レグ３１の本数、ストラット３３の設置高さおよび段数）、各構成部材（レグ３１、頂上部材３２，ストラット３３等）の材質、長さ、厚さ等を、暫定的に設定する。

次に、初期設定に基づき、支持装置３の固有値解析を行う（手順Ｓ１２）。固有値解析では、既存の手法により、支持装置３の固有振動数を解析する。そして、洋上風力発電設備１の設置位置の地形、気候条件等に基づき、共振の発生可能性について判定する（手順Ｓ１３）。
判定の結果、共振域外であれば、そのまま断面算定（手順Ｓ１７）に移行するが、共振の可能性があれば、さらに調整を行う（第１段階の調整、手順Ｓ１４〜Ｓ１６）。

第１段階の調整では、先ず、レグ３１の配置変更を検討する（手順Ｓ１４）。具体的には、レグ３１の勾配を変更するほか、その下端位置および上端位置の変更、さらには互いの間隔などを適宜調整する。次に、調整されたレグ３１の勾配について、支持装置３の勾配制限を満たすかを判定し（手順Ｓ１５）、満たすようであれば固有値解析（手順Ｓ１２）に戻ってこれをやり直す。
勾配制限を満たすことができない場合、レグ３１による調整はそこで止め、ストラット３３の調整を行う（手順Ｓ１６）。具体的には、ストラット３３の設置高さを調整し、あるいは１段のストラット３３で調整が十分でない場合にはストラット３３を２段に増設する等を検討する。このような調整を行った後、固有値解析（手順Ｓ１２）に戻ってこれをやり直す。
このような第１段階の調整は、固有値解析（手順Ｓ１２）の結果の判定（手順Ｓ１３）で、共振域外となるまで繰り返す。
共振域外となったら、断面算定（手順Ｓ１７）に移行する

断面算定（手順Ｓ１７）では、初期設定または第１段階の調整で得られた設定に基づいて、レグ３１およびストラット３３の断面形状を含めた支持装置３としての強度計算を行う。
ここで、レグ３１およびストラット３３の断面算定の結果が許容範囲内であれば（手順Ｓ１８）、支持装置３の設計を完了する。

一方、断面が許容範囲外である場合、断面調整（手順Ｓ２１）を行う。具体的には、レグ３１およびストラット３３の断面形状、例えば外径および内径、厚み、材質などを調整する。
次に、断面調整（手順Ｓ２１）で調整した設計内容に基づき、支持装置３の固有値解析（手順Ｓ２２）を行い、洋上風力発電設備１の共振の発生可能性について判定する（手順Ｓ２３）。これらの固有値解析および判定は、前述した固有値解析（手順Ｓ１２）およびその判定（手順Ｓ１３）と同様である。
判定の結果、共振域外であれば、支持装置３の設計を完了する。
共振の可能性があれば、共振域外となるまでさらに調整を行う（第２段階の調整、手順Ｓ２４〜Ｓ２６）。
第２段階の調整における各手順Ｓ２４〜Ｓ２６は、それぞれ第１段階の調整の各手順Ｓ１４〜Ｓ１６と同様である。このため、手順Ｓ２４〜Ｓ２６についての重複する説明は省略する。

図６には、本実施形態で設計される支持装置３の各水深域に対する適用状況が示されている。
水深３０ｍ前後の領域では、支持装置３の海底からの高さも低く、波力および流体力による影響も比較的小さいため、ストラット３３は専ら１段だけでよく、前述した図５の手順において、レグ３１の勾配調整のみで必要十分な強度が得られる。
水深４０ｍ前後の領域では、支持装置３の海底からの高さがやや高くなり、波力および流体力による影響もあわせて、ストラット３３は１段ないし２段とする。前述した図５の手順で設計を行うことで、レグ３１の勾配調整およびストラット３３の調整を行い、必要に応じてストラット３３を増設し、必要十分な強度が得られるようにする。
水深５０ｍ前後の領域では、支持装置３の海底からの高さが十分高く、波力および流体力による影響も大きくなる。このため、ストラット３３は１段ないし２段、必要により強度を大きくした２段も検討するものとする。この場合でも、前述した図５の手順で設計を行うことで、レグ３１の勾配調整およびストラット３３の調整を行い、必要に応じてストラット３３を増設し、必要十分な強度が得られるようにする。

以上に説明した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
レグ３１の下端を海底に固定し、頂上部材３２に発電装置２を接続することで、洋上に発電装置２を支持することができ、洋上風力発電設備１を構築することができる。
この際、支持装置３は、レグ３１、頂上部材３２およびストラット３３で構成され、これらのレグ３１およびストラット３３の部材としての個々の設計、レグ３１の本数やストラット３３の段数、傾斜配置されたレグ３１の勾配あるいはレグ３１に対するストラット３３の高さなどの配置、レグ３１と頂上部材３２およびレグ３１とストラット３３との連結部分の設計により、支持装置３としての強度を任意に設計することができる。

本実施形態では、支持装置３がレグ３１、頂上部材３２およびストラット３３で構成され、従来のモノパイル式に比べて各部における強度調整の選択肢が多数となり、必要十分な支持装置３を適切に設計することができる。また、従来のジャケット式のようなトラス構造がないため、過剰な強度の緩和対策が必要ないとともに、レグ３１、頂上部材３２およびストラット３３という限られた部材に関する設計だけでよいため、必要十分な強度の支持装置３を容易に設計することができる。

本実施形態では、直線的な軸材である鋼管を用いたレグ３１が傾斜して配置され、支持装置３全体として四角錐状の構造体が形成されるようにしたため、直線的なレグ３１と、水平に延びるストラット３３による簡素な構成とすることができ、前述した設計の容易さを更に促進することができる。

本実施形態では、レグ３１とストラット３３との連結に筒状の端部材３３１を用い、グラウト材を介在させたいわゆる二重管グラウト結合構造とすることができ、連結部分の構造を簡素化することができる。さらに、レグ３１における連結位置の変更がある場合でも、端部材３３１の固定位置をずらす（レグ３１の突条３１２の形成位置をずらす）だけでよく、レグ３１自体に加工する必要が解消でき、これらにより設計の容易化を更に促進することができる。

〔第２実施形態〕
図７および図８には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態の洋上風力発電設備１（図１参照）において、発電装置２を支持装置３Ａ（図７および図８参照）で支持したものである。
このうち、洋上風力発電設備１および発電装置２は前述した第１実施形態と同様であるため、各々同様の符号を付して重複する説明を省略する。以下、本実施形態の支持装置３Ａについて説明する。

図７および図８に示すように、支持装置３Ａは、下端が海底に固定される４本のレグ３１と、発電装置２のポール２３（図１参照）を支持しかつレグ３１の上端がそれぞれ接続される頂上部材３２と、隣接するレグ３１の中間部分を連結して水平に延びる４本のストラット３３Ａとを有する。
本実施形態のレグ３１および頂上部材３２は、それぞれ前述した第１実施形態と同様に構成されたものであり、重複する説明は省略する。

本実施形態のストラット３３Ａは、それぞれ直線的に延びる断面円形の鋼管である外管３３３および内管３３４を有する。
外管３３３は、ストラット３３Ａの長さとして十分な長尺とされている。
内管３３４は、外管３３３の数分の一程度の短尺とされ、その外径は外管３３３の内径より僅かに小さくされている。
内管３３４は一端を外管３３３の一端から内部へと挿入され、当該部分が二重管とされることで、ストラット３３Ａはテレスコピックに伸縮可能である。

ストラット３３Ａの端部には、端部材３３５および端部材３３６が接続される。
端部材３３５はストラット３３Ａの外管３３３に接続され、端部材３３６はストラット３３Ａの内管３３４に接続される。
これらの端部材３３５，３３６は、それぞれ前述した第１実施形態の端部材３３１（図４参照）と同様に構成され、レグ３１に対して二重管グラウト結合構造を形成して連結される。

端部材３３５には９０度間隔で２本の外管３３３が接続され、これらの端部材３３５および外管３３３により大きなＶ型のアセンブリが形成される。
端部材３３６には９０度間隔で２本の内管３３４が接続され、これらの端部材３３６および内管３３４により小さなＶ型のアセンブリが形成される。

本実施形態では、前述した大きなＶ型のアセンブリ（端部材３３５および２本の外管３３３）を一対、互いに対向して配置し、各々の両側から前述した小さなＶ型のアセンブリ（端部材３３６および２本の内管３３４）を一対、互いに対向で近接させることで、各々の内管３３４を一対の外管３３３内へ挿入し、これにより各Ｖ型のアセンブリを全て連結して４本のストラット３３Ａを有する平面正方形の枠体を構成することができる。
この枠体は、外管３３３および内管３３４の各二重部分をずらすことでストラット３３Ａとしての長さを調整することができる。

前述した４本のストラット３３Ａを有する平面正方形の枠体は、各頂点部分に配置された端部材３３５，３３６に前述した４本のレグ３１を挿通することで、支持装置３Ａを構成する。
ここで、４本のレグ３１は所定の勾配で傾斜配置されており、ストラット３３Ａで連結する高さ位置を調整した際には、ストラット３３Ａとしての長さが変化してしまう。
これに対し、本実施形態のストラット３３Ａは、前述した外管３３３および内管３３４の二重構造により伸縮が可能であり、任意の長さとした状態で固定することができる。
なお、ストラット３３Ａとしての長さが決まったら、外管３３３および内管３３４の二重構造の隙間にグラウト材を充填することで互いに固着させるものとする。

このような本実施形態では、ストラット３３Ａとして外管３３３，内管３３４、端部材３３５，３３６を用いることで、これら同じ部材をそのまま用いて、ストラット３３Ａの長さを任意に設定することができる。
このため、レグ３１が傾斜配置されている支持装置３Ａにおいて、ストラット３３Ａの連結位置を上下に調整する場合でも、レグ３１の勾配に応じたストラット３３Ａの長さ調整を容易に行うことができる。
従って、本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様な効果が得られるとともに、さらに、ストラット３３Ａの高さ調整も容易に行うことができる。

〔第３実施形態〕
図９および図１０には、本発明の第３実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態の洋上風力発電設備１（図１参照）において、発電装置２を支持装置３Ｂ（図９および図１０参照）で支持したものである。
このうち、洋上風力発電設備１および発電装置２は前述した第１実施形態と同様であるため、各々同様の符号を付して重複する説明を省略する。以下、本実施形態の支持装置３Ｂについて説明する。

図９および図１０に示すように、支持装置３Ｂは、下端が海底に固定される４本のレグ３１Ｂと、発電装置２のポール２３（図１参照）を支持しかつレグ３１Ｂの上端がそれぞれ接続される頂上部材３２と、隣接するレグ３１Ｂの中間部分を連結して水平に延びる４本のストラット３３Ｂとを有する。
本実施形態の頂上部材３２は、それぞれ前述した第１実施形態と同様に構成されたものであり、重複する説明は省略する。

本実施形態のレグ３１Ｂは、それぞれ直線的に延びる断面円形の鋼管である主管３１７および副管３１８を有し、これらの主管３１７および副管３１８はピン接合式のジョイント３１９で回動可能に接続されている。
主管３１７は、前述した第１実施形態のレグ３１と同様な鋼管であり、海底まで延びる十分な長さを有する。
副管３１８は、主管３１７と同様な鋼管であるが、頂上部材３２の第１接続部材３２１から第２接続部材３２２までの距離に相当する長さとされている。

このような本実施形態のレグ３１Ｂにおいては、副管３１８を頂上部材３２の第１接続部材３２１および第２接続部材３２２に溶接固定することで、レグ３１Ｂの上端を頂上部材３２に連結する。
この際、ジョイント３１９の回動軸を水平に配置し、レグ３１Ｂの主管３１７がジョイント３１９を中心に揺動してレグ３１Ｂの下端側が頂上部材３２の中心軸に対して近接離隔するように設置する。
これにより、支持装置３においてレグ３１Ｂを傾斜配置するにあたり、主管３１７を揺動させることでレグ３１Ｂとしての勾配を調整することができる。

本実施形態のストラット３３Ｂは、前述した第２実施形態のストラット３３Ａ（図７および図８参照）と同様に、二重管式の外管３３３および内管３３４と、これらが接続される端部材３３５，３３６とを有する。但し、前述した第２実施形態のストラット３３Ａとは、下記の点が異なる。

端部材３３５，３３６には、それぞれピン接合式のジョイント３３９を介して接続部材３３８が回動可能に接続されている。
外管３３３および内管３３４は、それぞれ端部材３３５，３３６に直接接続されるのではなく、接続部材３３８に対して２本が９０度配置で接続されている。
これらの外管３３３、内管３３４および接続部材３３８により平面正方形の枠体が形成され、この枠体はその各頂点位置にジョイント３３９を介して端部材３３５，３３６が接続されたものとなる。

ジョイント３３９の回動軸は、前述したジョイント３１９の回動軸と平行に配置され、レグ３１Ｂの勾配が変化した場合には、外管３３３、内管３３４および接続部材３３８で構成される枠体に対して端部材３３５，３３６が回動することで追従することができる。
従って、支持装置３においてレグ３１Ｂを傾斜配置するにあたり、主管３１７を揺動させてレグ３１Ｂの勾配を調整した場合でも、ストラット３３Ｂは端部材３３５，３３６の回動によりレグ３１Ｂの勾配の変化に対応することができる。
このように、本実施形態では、レグ３１Ｂの勾配が変化しても、頂上部材３２あるいはストラット３３Ｂとの間のジョイント３１９，３３９が回動することで、任意の勾配に対応することができ、レグ３１Ｂを傾斜配置する際の勾配調整を容易に行うことができる。

〔変形例〕
なお、本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での変形等は本発明に含まれる。
例えば、図１１に示すように、端部材３３１の上下端部の外周に外フランジ３３１Ｆを形成し、端部材３３１の剛性を強化する等してもよい。
端部材３３１，３３５，３３６とレグ３１，３１Ｂとの連結は、二重管グラウト構造に限らず、ボルト締結あるいは溶接等を採用してもよい。
ストラット３３，３３Ａ，３３Ｂをレグ３１，３１Ｂに溶接する場合、端部材３３１，３３５，３３６は省略し、ストラット３３，３３Ａ，３３Ｂをレグ３１，３１Ｂに直接溶接してもよい。

頂上部材３２の第１接続部材３２１および第２接続部材３２２とレグ３１，３１Ｂとの連結は、溶接に限らずボルト締結あるいは二重管グラウト構造としてもよい。
頂上部材３２とレグ３１，３１Ｂとの連結にあたっては、第１接続部材３２１および第２接続部材３２２の２枚に限らず、３枚以上の接続部材を配置してもよい。
頂上部材３２の補強部材３２３は、他の形状や配置であってもよい。また、頂上部材３２の補強部材３２３は必須ではなく、適宜省略してもよい。

前記各実施形態では、レグ３１，３１Ｂを４本有する四角錐状としたが、３本のレグを有する三角錐状であってもよく、５本以上のレグを有する他の形状、例えば六角錐状であってもよい。
前記実施形態では、レグ３１，３１Ｂおよびストラット３３，３３Ａ，３３Ｂを直線的な軸材で形成したが、これらは一部が屈曲した軸材あるいは全体として曲線的な軸材であってもよい。

１…洋上風力発電設備
２…発電装置
２１…プロペラ
２２…ケース
２３…ポール
３，３Ａ，３Ｂ…支持装置
３１，３１Ｂ…レグ
３１２…突条
３１７…主管
３１８…副管
３１９…ジョイント
３２…頂上部材
３２１…第１接続部材
３２２…第２接続部材
３２３…補強部材
３３，３３Ａ，３３Ｂ…ストラット
３３１，３３５，３３６…端部材
３３１Ｆ…外フランジ
３３２…突条
３３３…外管
３３４…内管
３３８…接続部材
３３９…ジョイント

Claims (7)

1. 下端が海底に固定される３本以上のレグと、発電装置を支持しかつ前記レグの上端がそれぞれ接続される頂上部材と、隣接する前記レグの中間部分を連結して水平に延びるストラットと、を有することを特徴とする洋上風力発電設備の支持装置。
2. 請求項１に記載した洋上風力発電設備の支持装置において、
   前記頂上部材は中心軸線が垂直に配置された円筒状の本体を有し、前記レグは下端が前記本体の中心軸線から離れるように傾斜した直線的な軸材で構成されていることを特徴とする洋上風力発電設備の支持装置。
3. 請求項１または請求項２に記載した洋上風力発電設備の支持装置において、
   前記レグは管状の軸材であり、前記ストラットは直線的な軸材の両端に前記レグが挿通される管状の端部材を有し、前記端部材の内面と前記レグの外面との間にはグラウト材が充填されていることを特徴とする洋上風力発電設備の支持装置。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載した洋上風力発電設備の支持装置において、
   前記ストラットの途中には外管および内管を備えて長手方向に伸縮可能な二重管構造が形成されていることを特徴とする洋上風力発電設備の支持装置。
5. 請求項１から請求項４の何れかに記載した洋上風力発電設備の支持装置において、
   前記ストラットは前記レグに対して回動自在に連結されていることを特徴とする洋上風力発電設備の支持装置。
6. 下端が海底に固定される３本以上のレグと、発電装置を支持しかつ前記レグの上端がそれぞれ接続される頂上部材と、隣接する前記レグの中間部分を連結して水平に延びるストラットと、を有する洋上風力発電設備の支持装置の設計方法であって、
   前記支持装置の初期形状を設定し、前記支持装置の固有値解析を行い、前記固有値解析で共振域外となるまで前記レグおよび前記ストラットの調整を行う第１段階と、
   前記支持装置の断面算定を行い、前記支持装置の固有値解析を行い、前記固有値解析で共振域外となるまで前記レグおよび前記ストラットの調整を行う第２段階と、を有し、
   前記第１段階および前記第２段階における前記レグおよび前記ストラットの調整では、
   先ず前記レグの配置変更を行い、前記レグの勾配制限内であれば、変更された前記レグの配置に基づいて前記支持装置の固有値解析を行い、
   前記配置変更の結果、前記レグの勾配制限を超えたら、前記ストラットの調整を行い、調整された前記ストラットに基づいて前記支持装置の固有値解析を行う、ことを特徴とする洋上風力発電設備の支持装置の設計方法。
7. 発電装置と、下端が海底に固定される３本以上のレグと、前記発電装置を支持しかつ前記レグの上端がそれぞれ接続される頂上部材と、隣接する前記レグの中間部分を連結して水平に延びるストラットと、を有することを特徴とする洋上風力発電設備。

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