JP7072963B2 - 着床式洋上架台、洋上風力発電装置及び洋上風況観測装置 - Google Patents
着床式洋上架台、洋上風力発電装置及び洋上風況観測装置 Download PDFInfo
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Description
図1は、着床式洋上架台9の上に風力発電機30を設置した洋上風力発電装置100の一例を示し、図2は、着床式洋上架台9の上に風況観測機35を設置した洋上風況観測装置200の一例を示している。これらの図に示す着床式洋上架台9は、下端を海底90に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に風力発電機30又は風況観測機35が設置される支柱部1と、海底90に設置されて、支柱部1の下端部が連結されるベース部2とを備えている。
図1及び図2に示す支柱部1は、上下方向に延長された柱状であって、下端部を海底90に配置して上端を海面上に突出させる鉛直姿勢で海中に配置している。海底90から海面上に向かって上下方向に伸びる支柱部1を鉛直姿勢で配置するために、支柱部1は、下端部に支柱部1を沈降させる重り部3を設けて重心Gを低くすると共に、上部の内部を中空状として浮体部4を設けて、この浮体部4の浮心Fを重心Gよりも高い位置に配置している。これにより、上下方向に配置される支柱部1を鉛直姿勢に保持できるようにしている。
支柱部1は、安定した姿勢で配置するために、少なくとも一部を中空とする浮体部4を備えている。円筒状の鋼管10で構成される支柱部1は、海中に配置される本体部分において、内部を中空とする領域を設けて浮体部4を形成している。浮体部4は、内部を中空状とすることで、浮力に対する重量を少なくして、実質的に浮力を大きくしている。
さらに、支柱部1は、図4に示すように、支柱部1に脱着自在に連結されるサブ浮体部40を備えることもできる。図に示すサブ浮体部40は、全体を筒状としており、内部を中空状として海中において浮力が生じるようにしている。図に示すサブ浮体部40は、支柱部1を内側に挿通できるように中心孔41を開口しており、この中心孔41に支柱部1を挿通する状態で、支柱部1に沿って上下に移動できるようにしている。このサブ浮体部40は、図1の太筒部1Cと同様に、海面下に配置されるように支柱部1に固定することで、支柱部に働く浮力を大きくできる。図に示すサブ浮体部40は、固定部材42を介して支柱部1の本体部1Aに固定できるようにしている。
さらに、図1及び図2に示す支柱部1は、下端部に、支柱部1を沈降させる重り部を備えている。重り部3は、支柱部1の下端部を中実として形成することにより、支柱部1における重心Gを下方に配置することができる。図3に示す支柱部1は、下端部において、鋼管10の内部にコンクリート15を充填すると共に、下端部には支柱部1の本体部1Aよりも外径の大きなコンクリートケーソン16を設けることで、重量の大きな重り部3を形成して低重心を実現している。図5のコンクリートケーソン16は、鋼管10の下端部をインサート成形しており、鋼管10の下端部に充填されるコンクリート15とコンクリートケーソン16とを一体的に連結している。
ベース部2は、海底90に設置されて、支柱部1の下端部が連結される。図5に示すベース部2は、コンクリートケーソン21としている。コンクリートケーソン21は、全体を所定の形状に形成した鉄筋コンクリート製で、図に示すように、海底90に水平姿勢で設置している。鉄筋コンクリートは、比重が約2.4t/m3であって、簡単かつ安価に製造できると共に、耐久性にも優れているので、ベース部2として海底に設置されるケーソンの材料として最適である。
図5と図6に示す連結構造5は、支柱部1の下端面に形成された下方開口で内面を湾曲面状とするソケット凹部51と、ベース部2の上面から突出するように形成されて、先端部を球面状とする丸頭凸部52とを備えている。ソケット凹部51は、支柱部1の下端面に形成された下方開口の凹部で、図に示す支柱部1は、下端部にコンクリートケーソン16からなる重り部3を備えており、この重り部3の下端面を中央凹となる形状に形成してソケット凹部51を設けている。ソケット凹部51は、ベース部2に形成される丸頭凸部52の先端に形成された球状面と面接触するように、内面を湾曲面状としている。このソケット凹部51は、その中央部分を、好ましくは丸頭凸部52の先端面の曲率半径R2よりも、やや大きな曲率半径R1の湾曲面状としており、この湾曲面よりも下方をテーパー面あるいは回転放物面形状としている。これにより、ソケット凹部51の内面を丸頭凸部52の先端面に沿って面接触状態で移動させて、支柱部1を揺動できるようにしている。
さらに、連結構造5は、図9と図10に示す構造とすることもできる。これらの図に示す連結構造5は、支柱部1の下端から下方に突出する柱状の連結凸部56と、ベース部2の上面に形成されて、連結凸部56が挿入される上方開口の挿入部57と、挿入部57と連結凸部56の間に介在されるゴム状弾性体58とを備えている。図9に示す支柱部1は、下端部にコンクリートケーソン16を設けて重り部3を形成すると共に、下端から下方に突出する連結凸部56を設けている。図に示す連結凸部56は、円筒状の鋼管56Aであって、支柱部1を構成する円筒状の鋼管10よりも外径を小さくしている。重り部3は、支柱部1を形成する鋼管10の内部に充填するコンクリート15を鋼管56Aにも充填して連結凸部56を成形している。連結凸部56は、図9と図10に示すように、ベース部2の上面に形成された挿入部57に挿入されて、支柱部1の下端がベース部2に連結される。図に示すベース部2は、台座部22の中央部に貫通孔を設けて挿入部57としている。ただ、挿入部は、上方開口の凹部とすることもできる。
さらに、図11~図13に示す連結構造5は、支柱部1の下端面に形成された下方開口の凹部61と、ベース部2の上面から突出する形状に形成されて凹部61に案内される凸部62と、凹部61と凸部62の間に配置される揺動機構60とを備えている。図に示す支柱部1は、下端部にコンクリートケーソン16からなる重り部3を備えており、この重り部3の下端面の中央部を柱状に窪ませて凹部61を設けている。ベース部2は、台座部22の中央部を柱状に突出させて凸部62を設けている。図に示す支柱部1とベース部2は、凹部61と凸部62の形状を円柱状としている。ただ、凹部61と凸部62は、多角柱状とすることもできる。
さらに、図14に示す連結構造5は、支柱部1の下端部を第一の方向(図において矢印Aで表示)に揺動させる揺動軸70となる第一揺動軸71と、第一揺動軸71と交差して配置されて、支柱部1の下端部を第一の方向と交差する第二の方向(図において矢印Aで表示)に揺動させる揺動軸70となる第二揺動軸72とを備えている。この連結構造5は、互いに交差する二つの揺動軸70を介して支柱部1をベース部2に連結することで、支柱部1をベース部2に対して、平面視360度方向への揺動を許容できるようにしている。
さらに、図1及び図2に示す着床式洋上架台9は、支柱部1を海底90に固定するための複数の索体17を備えている。索体17は、ワイヤー等の線材、あるいは鎖やチェーン等であって、支柱部1が台風等の影響で強風や荒波を受けた際に、支柱部1を安定して保持できる強度を有している。複数の索体17は、支柱部1の中間部から放射状に張設されて海底90に固定されている。索体17は、その一端が、支柱部1の中間部であって、海中に配置される本体部1Aに設けた連結部18に固定されると共に、他端がアンカー19を介して海底90に固定されている。索体17は、支柱部1とアンカー19との間において、所定の引張り力を受けるように、その長さとアンカーによる固定位置が決定されて所定のテンションとなるように張設される。支柱部1から放射状に配置される複数の索体5は、好ましくは3~6本として、架台を安定して保持できる。
風力発電機30は、図1に示すように、風力を受けて回転する風車31と、回転する風車31の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機32と、発電機32を収納しているナセル33と、ナセル33を所定の高さに配置するためのタワー34とを備えている。風車31は、複数のブレード31Aを備えており、中心に設けたハブ31Bに複数のブレード31Aを等間隔で固定している。風力発電機30は、タワー34の基部が支柱部1の上端に固定されて、着床式洋上架台9の上に設置される。図に示す洋上風力発電装置100は、タワー34の基部であって、支柱部1の上端の外周に沿って作業用のプラットホーム部36を設けている。
図2に示す着床式洋上架台9は、上端部が洋上に突出するように配置された支柱部1の上端にプラットホーム部36を水平姿勢で設けており、このプラットホーム部36に風況観測機35を設置している。風力発電用の風況を観測する各種風況観測機35は、図2に示すように、風向計、風量計、風力計等である。これらの風況観測機35は、観測地点における風向き、風量、風速を検出して風況を観測する。とくに、現状では浮体式の風況観測装置で測定された風況データは、正式な風況データとして扱われないようになっている。したがって、このような着床式洋上架台9を使用することで信頼性のある風況測定が実現できる。
200…洋上風況観測装置
1…支柱部
1A…本体部
1B…突出部
1C…太筒部
2…ベース部
3…重り部
4…浮体部
5…連結構造
9…着床式洋上架台
10…鋼管
11…フランジ部
12…連結具
13…隔壁
13A…挟着プレート
13B…分割プレート
14…中空部
14A…区画室
15…コンクリート
16…コンクリートケーソン
17…索体
18…連結部
19…アンカー
21…コンクリートケーソン
22…台座部
23…外周部
24…パイル部材
25…土台部
26…揺動体
30…風力発電機
31…風車
31A…ブレード
31B…ハブ
32…発電機
33…ナセル
34…タワー
35…風況観測機
36…プラットホーム部
40…サブ浮体部
41…中心孔
42…固定部材
43…ポンプ
44…バラスト水
51…ソケット凹部
52…丸頭凸部
52a…上端面
52b…外周部
53…潤滑剤
54…隣接隙間
55…流入溝
55a…放射状溝
55b…リング状溝
55c…サブ放射状溝
56…連結凸部
56A…鋼管
57…挿入部
58…ゴム状弾性体
58A…筒部
58B…フランジ部
59…弾性体
60…揺動機構
61…凹部
62…凸部
63…カップ部
64…キャップ部
65…弾性体
66…隙間
67…潤滑剤
68…空気層
70…揺動軸
71…第一揺動軸
72…第二揺動軸
73…第一軸受け
74…第二軸受け
80…連結索体
81…連結部
82…固定部
90…海底
Claims (5)
- 風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台であって、
下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に前記風力発電機又は前記風況観測機が設置される支柱部と、
海底に設置されて、前記支柱部の下端部が連結されるベース部と、
を備え、
前記支柱部は、
中空状の浮体部を備えると共に、下端部には該支柱部を沈降させる重り部を備えており、
前記浮体部に働く浮力の浮心を、前記重り部の重心よりも上方に配置して、該支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしてなり、さらに、
前記支柱部の下端部は、該支柱部の揺動を許容する連結構造を介して前記ベース部と連結されてなり、
前記連結構造が、
前記支柱部の下端面に形成された下方開口で内面を湾曲面状とするソケット凹部と、
前記ベース部の上面から突出して、先端部を球面状とする丸頭凸部とを備え、
前記ソケット凹部の内側に、海水よりも比重が小さい潤滑剤を充填してなり、
さらに、前記ソケット凹部と前記丸頭凸部との接触領域に、前記潤滑剤を流入させるための流入溝を備えており、
前記支柱部は、前記ソケット凹部の内面に、互いに交差する複数の前記流入溝を備えており、
前記流入溝は、底面視において前記ソケット凹部の中心を起点として放射状に延びる複数の放射状溝と、複数の同心円状のリング状溝を備えて、前記放射状溝と前記リング状溝とを互いに交差させると共に、隣接する前記放射状溝の間には、複数の前記リング状溝を連結するサブ放射状溝を備えており、
前記ソケット凹部に案内される前記丸頭凸部を該ソケット凹部の内側面に面接触させて、前記支柱部を前記ベース部に対して、平面視360度方向への揺動を許容することを特徴とする着床式洋上架台。 - 風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台であって、
下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に前記風力発電機又は前記風況観測機が設置される支柱部と、
海底に設置されて、前記支柱部の下端部が連結されるベース部と、
を備え、
前記支柱部は、
中空状の浮体部を備えると共に、下端部には該支柱部を沈降させる重り部を備えており、
前記浮体部に働く浮力の浮心を、前記重り部の重心よりも上方に配置して、該支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしてなり、さらに、
前記支柱部の下端部は、該支柱部の揺動を許容する連結構造を介して前記ベース部と連結されてなり、
前記連結構造が、
前記支柱部の下端面に形成された下方開口で内面を湾曲面状とするソケット凹部と、
前記ベース部の上面から突出して、先端部を球面状とする丸頭凸部とを備え、
前記丸頭凸部は、上端面の曲率半径(R2)を前記ソケット凹部の内面の曲率半径(R1)と等しくし、あるいは小さくして、前記ソケット凹部と対向する前記上端面を前記ソケット凹部の内面に接触させると共に、外周部の曲率半径(R3)を前記上端面の曲率半径(R2)よりも小さくしており、
さらに、前記丸頭凸部は、前記ソケット凹部との接触面である前記上端面の面積を前記支柱部の横断面の面積と等しくし、あるいは大きくしてなり、
前記ソケット凹部に案内される前記丸頭凸部を該ソケット凹部の内側面に面接触させて、前記支柱部を前記ベース部に対して、平面視360度方向への揺動を許容することを特徴とする着床式洋上架台。 - 請求項1または2に記載の着床式洋上架台であって、さらに、
前記連結構造が、
前記支柱部の下端部と前記ベース部とを連結する複数の連結索体を備えることを特徴とする着床式洋上架台。 - 風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台であって、
下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に前記風力発電機又は前記風況観測機が設置される支柱部と、
海底に設置されて、前記支柱部の下端部が連結されるベース部と、
を備え、
前記支柱部は、
中空状の浮体部を備えると共に、下端部には該支柱部を沈降させる重り部を備えており、
前記浮体部に働く浮力の浮心を、前記重り部の重心よりも上方に配置して、該支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしてなり、さらに、
前記支柱部の下端部は、該支柱部の揺動を許容する連結構造を介して前記ベース部と連結されてなり、
前記連結構造が
前記支柱部の下端から下方に突出する柱状ないし錐状の連結凸部と、
前記ベース部の上面に形成されて、前記連結凸部が挿入される上方開口の挿入部と、
前記挿入部と前記連結凸部の間に介在されるゴム状弾性体とを備え、
前記ゴム状弾性体は、前記連結凸部を挿通可能な筒状であって、一端にフランジ部を一体的に設けており、
前記フランジ部が、前記支柱部の下面と、前記ベース部の上面との間に介在されてなる着床式洋上架台。 - 風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を
洋上に設置するための架台であって、
下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に前記風力発電機又は前記風況観測機が設置される支柱部と、
海底に設置されて、前記支柱部の下端部が連結されるベース部と、
を備え、
前記支柱部は、
中空状の浮体部を備えると共に、下端部には該支柱部を沈降させる重り部を備えており、
前記浮体部に働く浮力の浮心を、前記重り部の重心よりも上方に配置して、該支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしてなり、さらに、
前記支柱部の下端部は、該支柱部の揺動を許容する連結構造を介して前記ベース部と連結されてなり、
前記連結構造が、
前記支柱部の下端面に形成された下方開口の凹部と、
前記ベース部の上面から突出して前記凹部に案内される凸部と、
前記凹部と前記凸部の間に配置される揺動機構とを備えており、
前記揺動機構は、
前記支柱部の下端面に形成された前記凹部に嵌合されるカップ部と、
前記ベース部の上面から突出する前記凸部を被覆するキャップ部と、
前記カップ部の内面と前記キャップ部の外面との間に配置された複数の弾性体とを備えており、
前記複数の弾性体を介して前記カップ部と前記キャップ部とを相対的に移動させて、前記支柱部を前記ベース部に対して、平面視360度方向への揺動を許容することを特徴とする着床式洋上架台。
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