JP2025004634A - セミサブ型クレーン - Google Patents

Abstract

【課題】浮体式洋上風力発電設備を洋上で組立てするためのセミサブ型クレーンに係り、特に重量物を吊り下げた際の動揺を抑えて安定的に作業を行い得るようにしたセミサブ型クレーンを提供する。
【解決手段】浮力体となる複数本のカラム１０と、これらカラム１０を相互に連結する連結材１１とを含んで構成されたセミサブ型浮体６のデッキ面にクレーン３を備えたセミサブ型クレーンにおいて、前記セミサブ型クレーン１のデッキ面に移動式カウンターウエイト装置４を設備する。前記移動式カウンターウエイト装置４は、ウエイト１８の下面に走行部を設けることにより任意方向に移動可能とし、四隅にウインチ１９Ａ～１９Ｄを配置し、ウインチ１９Ａ～１９Ｄから繰り出したワイヤー２０ａ～２０ｄをウエイト１８に連結し、前記ウインチ１９Ａ～１９Ｄの操作によって前記ウエイト１８を所定の位置に移動制御するようにした装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、浮体式洋上風力発電設備を洋上で組立てするためのセミサブ型クレーンに係り、特に重量物を吊り下げた際の動揺を抑えて安定化を図ったセミサブ型クレーンに関する。

従来より、主として水力、火力及び原子力発電等の発電方式が採用されてきたが、近年は環境や自然エネルギーの有効活用の点から自然風を利用して発電を行う風力発電が注目されている。この風力発電設備には、陸上設置式と、水上（主として海上）設置式とがあるが、沿岸域から後背に山岳地形をかかえる我が国の場合は、沿岸域に安定した風が見込める平野が少ない状況にある。一方、日本は四方を海で囲まれており、海上には発電に適した風が容易に得られるとともに、設置の制約が少ないなどの利点を有する。そのため近年は、各種形式の洋上風力発電設備及び浮体構造が多く提案されている。

前記浮体構造としては、浮体を水面に浮かばせるバージ型浮体、浮体の下部を水面下に沈めて半潜水状態で浮かばせるセミサブ型、釣り浮きのように起立状態で浮かばせるスパー型などに大別される。

本出願人は、前記スパー型浮体に関して、下記特許文献１において、浮体と、係留索と、タワーと、タワーの頂部に設備されるナセル及び複数の風車ブレードとからなる洋上風力発電設備であって、前記浮体は、コンクリート製のプレキャスト筒状体を高さ方向に複数段積み上げ、各プレキャスト筒状体をＰＣ鋼材により緊結し一体化を図った下側コンクリート製浮体構造部（以下、コンクリート製浮体部という。）と、この下側コンクリート浮体構造部の上側に連設された上側鋼製浮体構造部（以下、鋼製浮体部という。）とからなるスパー型浮体構造とした洋上風力発電設備（以下、スパー型洋上風力発電設備という。）を提案した。

前記スパー型洋上風力発電設備の浮体建造方法としては、図８に示されるように、造船所において、前記鋼製浮体部を所定重量毎に分割した各鋼製リングの製作を行った後、これら各鋼製リングを溶接によって連結し鋼製浮体部を完成させる。そして、この鋼製浮体部を台船に積み込み、現地製作ヤードまで台船輸送したならば、１３００ｔクラスの大型起重機船を使って岸壁に水切り（陸揚げ）を行うようにし、一方コンクリート製浮体部は、コンクリートメーカーの工場において、１リングをトラック輸送の便宜から周方向に複数に分割した状態で製作し、これら分割リングを現地製作ヤードにトラックで現地製作ヤードまで運び、ここで周方向に結合したならば、さらに各リングをＰＣ鋼材を用いて長手方向に連結してコンクリート製浮体部を完成させるようにし、最後に、前記鋼製浮体部とコンクリート浮体部とを１３００ｔクラスの大型起重機船を使って結合し、浮体を完成させるようにしていた。

特許第５２７４３２９号公報 特開２０１２－２０１２１９号公報

浮体式洋上風力発電設備の洋上での建造に際して、前記スパー型浮体を洋上に浮かべた状態でタワー、ナセル及びブレード等の風車設備を設置する際には、波の穏やかな湾内で行うことが望ましいが、スパー型浮体の吃水（水面下の部分）が概ね７０ｍ以上と深いのに対して、湾内の水深は一般的にこれよりも浅いため、湾内での施工は困難であり、風車設備の設置に当たっては、図９に示されるように、水深の深い湾外で大型起重機船７０を用いて行うようにしていた（特許文献２参照）。

しかしながら、洋上風力発電設備の建造を行い得る大型の起重機船は、現時点では日本には数隻しかなく、１日の使用料（傭船料）が高額であり傭船コストが膨大となるという問題があった。そこで、近年は洋上風力発電設備の建造のために、セミサブ型浮体にクレーンを搭載したセミサブ型クレーンが製作されているが、セミサブ型浮体は大型起重機船に比べると自重が軽いため波の影響を受け易く安定性に欠ける問題があるとともに、タワーやナセルなどの重量物を吊持すると浮体全体が動揺し不安定になる問題があり、風力発電設備の組立て作業時に支障が生じる可能性があった。

そこで本発明の主たる課題は、浮体式洋上風力発電設備を洋上で組立てするためのセミサブ型クレーンに係り、特に重量物を吊り下げた際の動揺を抑えて安定的に作業を行い得るようにしたセミサブ型クレーンを提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、浮力体となる複数本のカラムと、これらカラムを相互に連結する連結材とを含んで構成されたセミサブ型浮体のデッキ面にクレーンを備えたセミサブ型クレーンにおいて、
前記セミサブ型クレーンのデッキ面に移動式カウンターウエイト装置を設備したことを特徴とするセミサブ型クレーンが提供される。

上記請求項１記載の発明では、セミサブ型クレーンにおいて、デッキ面に移動式カウンターウエイト装置を設備した構造としてある。従って、タワーやナセルなどの重量物をクレーンによって吊り上げる際には、吊り上げ荷重による動揺を抑え得る位置に前記移動式カウンターウエイト装置のウエイトを移動することにより船体の動揺を抑えて安定化が図れるようになる。

請求項２に係る本発明として、前記移動式カウンターウエイト装置は、ウエイトの下面に走行部を設けることにより任意方向に移動可能とし、四隅又は三隅、或いは前記ウエイトを跨いだ前後部にウインチを配置し、ウインチから繰り出したワイヤーをウエイトに連結し、前記ウインチの操作によって前記ウエイトを所定の位置に移動制御するようにした装置とされる請求項１記載のセミサブ型クレーンが提供される。

上記請求項２記載の発明は、移動式カウンターウエイト装置の構造を具体的に規定したものである。具体的には、ウエイトの下面に走行部を設けることにより任意方向に移動可能とし、適宜の位置にウインチを配置し、前記ウインチ操作によって前記ウエイトを所定の位置に移動制御するようにした装置を好適に挙げることができる。

請求項３に係る本発明として、前記デッキ面の一側部に、洋上風力発電設備のタワーを一体的に把持するタワー固定装置を設備してある請求項１記載のセミサブ型クレーンが提供される。

上記請求項３記載の発明は、ナセルやブレードなどの風車部材をタワー頭部に取り付ける際に、セミサブ型クレーンと洋上風力発電設備のタワーとが別挙動で変位すると、取付けが難しくなるため、同じ変位挙動になるようにセミサブ型クレーンにタワー固定装置を設けるようにしたものである。

請求項４に係る本発明として、前記移動式カウンターウエイト装置を設けたデッキは、セミサブ型浮体のクレーンを配置した一側部の反対側にカンチレバー状に設けたフレーム構造体の上面にデッキを配置した構造とされる請求項１記載のセミサブ型クレーンが提供される。

上記請求項４記載の発明は、移動式カウンターウエイト装置を設けるテーブルとなるデッキ構造について規定したものである。具体的には、クレーンを設けた側に対して反対側となる部位にカンチレバー状に設けたフレーム構造体の上面にデッキを配置した構造とするのが望ましい。

請求項５に係る本発明として、前記セミサブ型浮体の潜水部にフィンスタビライザーを複数備える請求項１記載のセミサブ型クレーンが提供される。

上記請求項５記載の発明は、波浪に対する船体の安定を図るためにセミサブ型浮体の潜水部にフィンスタビライザーを設けるようにしたものである。

以上詳説のとおり本発明によれば、浮体式洋上風力発電設備を洋上で組立てするためのセミサブ型クレーンに係り、特に重量物を吊り下げた際の動揺を抑えて安定的に作業を行い得るようになる。

本発明に係るセミサブ型クレーン１を示す、(A)は側面図、(B)はその平面図である。 移動式カウンターウエイト装置４の他例を示す平面図である。 移動式カウンターウエイト装置４の更に他例を示す平面図である。 本セミサブ型クレーン１を用いた洋上風力発電設備の建造手順図（その１）である。 セミサブ型クレーン１を用いた洋上風力発電設備の建造手順図（その２）である。 セミサブ型クレーン１を用いた洋上風力発電設備の建造手順図（その３）である。 セミサブ型クレーン１を用いた洋上風力発電設備の建造手順図（その４）である。 スパー型洋上風力発電設備の浮体建造方法を示すフロー図である。 大型起重機船７０によるタワー、ナセル及びブレードの一括施工要領図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

〔セミサブ型クレーン１〕
本発明に係るセミサブ型クレーン１について、図１～図４に基づいて詳述する。

セミサブ型クレーン１は、図１に示されるように、浮力体となる複数本のカラム１０、１０…と、これらを連結する連結材１１、１１…とを含んで構成されたセミサブ型浮体２のデッキ面にクレーン３を備えたものである。

前記セミサブ型浮体２は、浮力体となる前記複数本の、図示例では３本のカラム１０、１０…を備える。これらカラム１０は円柱状の中空構造体であり、これらのカラム１０、１０…を例えば平面視で多角形の頂点部に配置した上で、これら各カラム１０、１０…を連結材１１、１１…によって連結することによりセミサブ型浮体２の浮体基部６が構成されている。

前記浮体基部６の上面にはデッキ本体７が設けられているとともに、このデッキ本体７から連続して一端側にカンチレバー状に張出デッキ部８が設けられている。また、前記デッキ本体７を跨いで張出デッキ部８の反対側に移動式カウンターウエイト用デッキ部９が設けられている。前記張出デッキ部８の下面側にはカンチレバー状にフレーム構造体１２が配置され構造的補強が成されている。また、前記移動式カウンターウエイト用デッキ部９も同様にデッキ下面側にはカンチレバー状にフレーム構造体１３、１４が配置され構造的補強が成されている。前記デッキ本体７は図面左方側に行くに従って漸次幅が縮小された形状となっており、前記張出デッキ部８は前記デッキ本体７の最も幅狭側端部から連続して設けられており、先端側に行くに従って漸次幅が縮小された形状となっており船首側とされる。前記張出デッキ部８は、洋上風力発電設備の洋上建造を行うための設備として設けられたスペースであり、前記移動式カウンターウエイト用デッキ部９はウエイトの移動範囲を確保するために設けられたスペースであり船尾側とされる。なお、デッキ本体７と移動式カウンターウエイト用デッキ部９とはデッキの重ね代を有するため段差を有する構造となっているが同面としてもよい。

前記クレーン３は、前記セミサブ型浮体６のデッキ本体７の上面であって、前記張出デッキ部８寄りの位置に設けられている。前記クレーン３の設置位置はカラム１１の直上とされ、クレーン３からの荷重はカラム１１に直接的に伝達されるようになっている。前記クレーン３としては、固定式のものが望ましいが、場合によって移動式クレーンをデッキ本体７に搭載することも可能である。いずれにしても、洋上風力発電設備のタワー、ナセル及びブレードを架設できる吊り能力及び揚程を有する必要がある。また、タワー式クレーンを採用すると自己昇降式構造によって所望の揚程を確保することが容易に可能となる。

前記張出デッキ部８の一側部には、洋上風力発電設備のタワーをセミサブ型クレーン１と一体的に固定するためのタワー固定装置５が設けられている。前記タワー固定装置５は、図示例では平面視でコ字状を成し、各側面はトラス組みされた面材１５によって構成され、サポート材１７によって立設支持されている。前記面材１５によって構成されたコ字状の内部にはタワーを把持し得る把持装置１６が設けられている。この把持装置１６は先端アーム部分が開閉自在とされ、内部に挿入されたタワーをしっかりと把持できるようになっている。なお、図示例では大掛かりなタワー固定装置５としてあるが、簡易的に張出デッキ部８の側部に設けた単独のグリッパー装置をタワー固定装置５として用いることも可能である。

前記移動式カウンターウエイト用デッキ９の上面には、移動式カウンターウエイト装置４が設けられている。この移動式カウンターウエイト装置４は、例えば図１(B)に示されるように、ウエイト１８の下面に走行部を設けることにより任意方向に移動可能とし、四隅にウインチ１９Ａ～１９Ｄをそれぞれ配置し、ウインチ１９Ａ～１９Ｄから繰り出したワイヤー２０ａ～２０ｄをウエイト１８の隅部にそれぞれ連結し、前記ウインチ１９Ａ～１９Ｄの操作によって前記ウエイト１８を所定の位置に移動制御するようにした装置である。この移動式カウンターウエイト装置４では前記ウエイト１８を平面視でＸ及びＹ方向の平面内で任意の位置に移動できるようにしている。各ウインチ１９Ａ～１９Ｄの制御はコンピュータ制御による連携制御によって行うようにするのが望ましい（図示せず）。

前記ウエイト１８は、図示のように、箱形構造とし内部にスラグ骨材などのバラスト材を投入したり、重量が不足する場合は鋼材などを組み合わせて投入するようにして重量を調整することが可能である。

前記ウインチ１９については、図２に示されるように、略正三角形頂点の三方向の三隅にウインチ１９Ａ～１９Ｃをそれぞれ配置し、ウインチ１９Ａ～１９Ｃから繰り出したワイヤー２０ａ～２０ｃをウエイト１８にそれぞれ連結し、前記ウインチ１９Ａ～１９Ｃの操作によって前記ウエイト１８を所定の位置に移動制御するようにしてもよい。また、簡略的には図３に示されるように、前記ウエイト１８を跨いだ前後部にウインチ１９Ａ，１９Ｂを配置し、ウインチ１９Ａ，１９Ｂから繰り出したワイヤー２０ａ、２０ｂをウエイト１８に連結し、前記ウインチ１９Ａ，１９Ｂの操作によって前記ウエイト１８をＹ方向上の所定位置に移動制御するようにしてもよい。この場合は、ウエイト１８の両側部に移動ガイド２１、２１を設けてウエイト１８がＹ方向上にしか移動出来ないようしておくのが望ましい。

前記セミサブ型浮体６の潜水部には、図１に示されるように、フィンスタビライザー２２、２２を設けて波浪に対する安定性を高めるようにするのが望ましい。

〔スパー型洋上風力発電設備１の建造方法〕
次に、前記セミサブ型クレーン１を用いたスパー型洋上風力発電設備の建造方法について、図４～図７に基づいて詳述する。

図４に示されるように、スパー型洋上風力発電設備の浮体２５については海上で縦向きで浮かんだ状態とし、浮体２５には仮係留索２６、２６が連結され安定させた状態としている。

岸壁ヤードなどで組立てたタワー２７は、セミサブ型クレーン１のタワー固定装置５によって把持された状態でスパー型洋上風力発電設備の建造場所まで運搬される。この際、タワー２７の吊り荷重によって前側に動揺した船体を水平に安定させるために、移動式カウンターウエイト装置４のウエイト１８を後方側に移動させるようにする。

次に、図５に示されるように、セミサブ型クレーン１に仮係留索２８、２８…を設けて安定した状態とした上で、タワー２７を浮体２５の上部に連結するようにする。

次に、図６に示されるように、重量物となるナセル２９をクレーン３により吊持してタワー２７の上部に搭載する。この際、ナセル２９の重量に応じて移動式カウンターウエイト装置４のウエイト１８を更に後方側に移動させるようにして安定を確保するようにする。

続いて、図７に示されるように、ブレード３０の取付けを行うが、この場合はナセル２９に比べて吊り重量が軽くなるため移動式カウンターウエイト装置４のウエイト１８を前側方向に移動させるようにして船体の安定性（水平）を確保するようにする。

以上の要領にて、タワー２７、ナセル２９、ブレード３０、３０…の取付けを順番に行ってスパー型洋上風力発電設備を完成させるようにする。

１…セミサブ型クレーン、２…セミサブ型浮体、３…クレーン、４…移動式カウンターウエイト装置、５…タワー固定装置、６…浮体基部、７…デッキ本体、８…張出デッキ部、９…移動式カウンターウエイト用デッキ部、１０…カラム、１１…連結材、１２～１４…フレーム構造体、１６…把持装置、１８…ウエイト、１９Ａ～１９Ｄ…ウインチ、２０ａ～２０ｄ…ワイヤー、２５…スパー型浮体、２７…タワー、２９…ナセル、３０…ブレード

Claims (5)

1. 浮力体となる複数本のカラムと、これらカラムを相互に連結する連結材とを含んで構成されたセミサブ型浮体のデッキ面にクレーンを備えたセミサブ型クレーンにおいて、
   前記セミサブ型クレーンのデッキ面に移動式カウンターウエイト装置を設備したことを特徴とするセミサブ型クレーン。
2. 前記移動式カウンターウエイト装置は、ウエイトの下面に走行部を設けることにより任意方向に移動可能とし、四隅又は三隅、或いは前記ウエイトを跨いだ前後部にウインチを配置し、ウインチから繰り出したワイヤーをウエイトに連結し、前記ウインチの操作によって前記ウエイトを所定の位置に移動制御するようにした装置とされる請求項１記載のセミサブ型クレーン。
3. 前記デッキ面の一側部に、洋上風力発電設備のタワーを一体的に把持するタワー固定装置を設備してある請求項１記載のセミサブ型クレーン。
4. 前記移動式カウンターウエイト装置を設けたデッキは、セミサブ型浮体のクレーンを配置した一側部の反対側にカンチレバー状に設けたフレーム構造体の上面にデッキを配置した構造とされる請求項１記載のセミサブ型クレーン。
5. 前記セミサブ型浮体の潜水部にフィンスタビライザーを複数備える請求項１記載のセミサブ型クレーン。

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