JP7642216B2 - Construction method for spar-type offshore wind power generation equipment - Google Patents
Construction method for spar-type offshore wind power generation equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP7642216B2 JP7642216B2 JP2023511170A JP2023511170A JP7642216B2 JP 7642216 B2 JP7642216 B2 JP 7642216B2 JP 2023511170 A JP2023511170 A JP 2023511170A JP 2023511170 A JP2023511170 A JP 2023511170A JP 7642216 B2 JP7642216 B2 JP 7642216B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spar
- power generation
- wind power
- offshore wind
- type offshore
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims description 137
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims description 50
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 94
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 65
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 53
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 38
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 16
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 16
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 9
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 30
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 description 22
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 239000011440 grout Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052601 baryte Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010428 baryte Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B22/00—Buoys
- B63B22/18—Buoys having means to control attitude or position, e.g. reaction surfaces or tether
- B63B22/20—Ballast means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B75/00—Building or assembling floating offshore structures, e.g. semi-submersible platforms, SPAR platforms or wind turbine platforms
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
- F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
- F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Description
本発明は、比較的水深の深い海上に設置されるスパー型洋上風力発電設備の施工方法、具体的には少なくともタワーとナセルとを含めた一括施工状態でスパー型洋上風力発電設備を施工するための方法に関する。 The present invention relates to a method for constructing a spar-type offshore wind power generation facility that is installed on the sea in relatively deep waters, specifically, a method for constructing a spar-type offshore wind power generation facility in a state where at least the tower and nacelle are constructed as a single unit.
例えば、下記特許文献1では、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とからなるスパー型の浮体構造とした洋上風力発電設備が提案されている。なお、スパー型とは、棒状の釣り浮きのように細長い円筒形状の浮体構造を言う。
For example, the following
前記スパー型洋上風力発電設備を海上に設置する場合、波の穏やかな湾内で施工を行うのが望ましいが、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った。このため、スパー型洋上風力発電設備の設置に当たっては、下記特許文献2に示されるように、製作ヤードに隣接した海上で、浮体を横向きに浮かべて曳航船により設置場所まで運搬するか、浮体を台船に搭載して曳航して設置場所まで運搬するかした後、浮体の立て起こしに当たっては、バラスト水を注水するとともに、浮体の底部に結んだウインチからのワイヤーを徐々に繰り出すことによりゆっくりと浮体を直立状態に立て起こし、次に固形バラストを投入して吃水を確保した後、タワーと、ナセルと、複数のブレードと組んだ状態で大型起重機船に設備されたクレーンによって一気に浮体に連結するようにするか、タワー、ナセル、ブレードの順で大型起重機船に設備されたクレーンによって取り付けるようにしている。
When installing the above-mentioned spar-type offshore wind power generation equipment at sea, it is desirable to carry out construction in a bay with calm waves. However, while the draft (part below the water surface) of the float is generally deep, at over 70 m, the water depth in a bay is generally shallower than this, making construction in a bay difficult. For this reason, when installing a spar-type offshore wind power generation facility, as shown in
従来の洋上風力発電設備の施工では、浮体のみの状態で海上の設置場所まで運搬したならば、設置場所の海上にて、浮体の立て起こしのためにバラスト水の大量投入が必要である。そして、浮体の立て起こし完了後に固形バラストを投入すると同時にバラスト水の排出を行い、更に変電設備の据え付けを行った後、タワー、ナセル、ブレードを取り付ける際には、この重量に見合うようにバラスト水の調整を行うようにしていた。しかし、従来のこのような施工方法の場合は設置場所の海上にて種々の作業を行う必要があり、作業に多くの時間と手間とを要し、設置する洋上風力発電設備の基数が多くなると工程が長期化する原因になっていた。そこで、現状よりも更なる施工の効率化が強く望まれていた。 In the construction of conventional offshore wind power generation facilities, if only the float is transported to the installation site at sea, a large amount of ballast water must be poured in to erect the float at the installation site at sea. After erecting the float, solid ballast is poured in and the ballast water is discharged at the same time. After the substation equipment is installed, the ballast water is adjusted to match the weight when the tower, nacelle, and blades are attached. However, with this conventional construction method, various tasks must be performed at the sea at the installation site, which takes a lot of time and effort, and when a large number of offshore wind power generation facilities are installed, this causes the process to become longer. Therefore, there is a strong demand for further efficiency in construction than is currently the case.
一方で、ウインチからの繰出したワイヤーで補助しながら浮体の立て起こしを行うのは、バラスト水を注水していくとある時点で急激に浮体が直立に起立し、その浮体の慣性力によって直立状態になった際に揺動(振動)を発生させ、それによって浮体或いはその付帯設備に損傷が発生するおそれがあるからである。従って、洋上における浮体の立て起こし作業は細心の注意と慎重さを要する危険作業となっていた。 On the other hand, the reason why the float is raised with the assistance of a wire drawn from a winch is that when ballast water is poured in, the float suddenly rises upright at a certain point, and when the float reaches an upright position due to its inertial force, it generates rocking (vibration), which may cause damage to the float or its associated equipment. Therefore, raising a float at sea is a dangerous task that requires the utmost care and caution.
そこで本発明の第1の課題は、スパー型洋上風力発電設備の施工に当たって、現状より更なる施工の効率化を図り、施工期間の短縮を図ることにある。 The first objective of the present invention is to further improve the efficiency of construction and shorten the construction period when constructing spar-type offshore wind power generation facilities.
第2に、バラスト水の注水によるスパー型洋上風力発電設備の立て起こしを安全かつ効率的に行う方法を提供することにある。 Secondly, the objective is to provide a method for safely and efficiently erecting a spar-type offshore wind power generation facility by injecting ballast water.
上記第1課題を解決するために請求項1に係る本発明として、スパー型の浮体と、該浮体の上に立設されるタワーと、該タワーの頂部に取り付けられるナセルと、該ナセルに取り付けられる複数枚のブレードとを備えるスパー型洋上風力発電設備の施工方法であって、
前記浮体の底部に所定量の固形バラストを投入した状態とし、前記固形バラストの投入領域内に、排水ポンプを配置するとともに、その周囲を所定高さの有孔管によって囲んだバラスト水の排水設備を設け、前記浮体上部にタワーとナセルと必要に応じて所定枚数のブレードとを取り付けて一括施工状態とし、岸壁にて半潜水型台船に積み込み、スパー型洋上風力発電設備の設置海上まで運搬する第1手順と、
スパー型洋上風力発電設備の設置海上において、前記半潜水型台船に注水を行って半潜水状態とし、前記スパー型洋上風力発電設備を海水に浮かばせるとともに、前記半潜水型台船を待避させる第2手順と、
前記浮体内にバラスト水を注水することにより、スパー型洋上風力発電設備の立て起こしを行う第3手順と、
未取付け分のブレードがある場合は大型起重機船を用いて取り付け、最後にバラスト水の調整によって所定の吃水状態とする第4手順とからなることを特徴とするスパー型洋上風力発電設備の施工方法が提供される。
In order to solve the first problem, the present invention according to
a first step of loading a predetermined amount of solid ballast into the bottom of the float, arranging a drainage pump in the area where the solid ballast was loaded and providing a ballast water drainage facility surrounded by a perforated pipe of a predetermined height, attaching a tower, a nacelle, and a predetermined number of blades as necessary to the upper part of the float to complete the construction all at once, loading the whole into a semi-submersible barge at the quay, and transporting it to the sea for installation of the spar-type offshore wind power generation facility;
A second step of injecting water into the semi-submersible barge at sea where the spar-type offshore wind power generation facility is installed, making the semi-submersible barge float on seawater, and moving the semi-submersible barge aside;
A third step of erecting the spar-type offshore wind power generation facility by injecting ballast water into the float;
The present invention provides a construction method for a spar-type offshore wind power generation facility, which is characterized by comprising a fourth step of using a large crane ship to install any remaining blades that have not yet been installed, and finally adjusting the ballast water to achieve the specified draft state.
上記請求項1記載の発明では、浮体にタワーとナセルと必要に応じて所定枚数のブレードとを取り付けて一括施工状態とし、岸壁にて半潜水型台船に積み込み、スパー型洋上風力発電設備の設置海上まで運搬する。この際に、ナセルは数十トン~数百トンの重量物であるとともに、ブレードも重量物であるため、現地海上でのフロートオフ時にナセルやブレードが水没しないようにスパー型洋上風力発電設備の重心をかなり下げておく必要がある。また、タワーを取り付けた後は固形バラストの投入は難しいため、予め浮体の内部には、前記浮体の底部に所定量の固形バラストを投入した状態とする。前記固形バラストの事前投入は、スパー型洋上風力発電設備の重心を下げるのに寄与し、フロートオフ時にナセルやブレードが水没しないように斜めの半水没状態とすることができる。
In the invention described in
スパー型洋上風力発電設備を設置する海上まで運搬した後は、半潜水型台船に注水を行って半潜水状態とし、前記スパー型洋上風力発電設備を海水に浮かばせるとともに、前記半潜水型台船を待避させる(第2手順)。 After transporting the spar-type offshore wind power generation equipment to the sea where it will be installed, the semi-submersible barge is filled with water to put it in a semi-submerged state, and the spar-type offshore wind power generation equipment is floated on the seawater while the semi-submersible barge is moved aside (second step).
そして、前記浮体内にバラスト水を注水することにより、スパー型洋上風力発電設備の立て起こしを行う(第3手順)。その後に、未取付け分のブレードがある場合、大型起重機船を用いて取り付けるとともに、最後にバラスト水の調整によって所定の吃水状態とする(第4手順)。 Then, ballast water is injected into the float to erect the spar-type offshore wind power generation equipment (step 3). After that, if there are any blades that have not yet been installed, they are installed using a large crane ship, and finally, the ballast water is adjusted to achieve the specified draft state (step 4).
本発明では、浮体のみではなく、これにタワーと、ナセルと、必要に応じて所定枚数のブレードとを取り付けて一括施工状態として、運搬から立て起こし、未取付け分のブレードの取付け作業を行うようにしたため、現状よりも更なる施工の効率化を図ることができ、施工期間の短縮を図ることが可能になる。 In this invention, not only the floating body is constructed, but also the tower, nacelle, and, if necessary, a certain number of blades are attached to it, and the floating body is transported, erected, and the remaining blades are installed. This makes it possible to further improve the efficiency of construction compared to the current situation and shorten the construction period.
また、予め浮体内に固形バラストを投入するため、設置海上ではバラスト水の注入及び排出だけで済むようになるため、この点でも施工の効率化が図れることになり、施工期間の短縮化に資するようになる。 In addition, because solid ballast is placed inside the float beforehand, all that is required at sea during installation is the injection and discharge of ballast water, which also makes construction more efficient and helps to shorten the construction period.
本発明では、予め、前記固形バラストの投入領域内に、排水ポンプを配置するとともに、その周囲を所定高さの有孔管によって囲んだバラスト水の排水設備を設けるようにするものである。本発明は、少なくともタワーと、ナセルと、必要に応じて所定枚数のブレードとを取り付けて一括施工状態とするものであり、海上に浮かべた状態で浮体の下端側が沈み、ナセルやブレードは水没しないように対策する必要がある。そのため、固形バラストを事前に投入しておくようにしているが、ナセル、ブレードやブレードはかなりの重量物となるため、固形バラストの増量が必要になる場合が想定される。そのような場合でも、固形バラスト領域内の水をも排除可能とすることで、最小バラスト水量の低減を図ることが可能になる。 In the present invention, a drainage pump is disposed in advance in the solid ballast injection area, and a ballast water discharge facility is provided with the drainage pump surrounded by a perforated pipe of a predetermined height. In the present invention, at least a tower, a nacelle, and a predetermined number of blades as necessary are attached to form a one-piece construction state, and measures must be taken to prevent the lower end of the float from sinking and the nacelle and blades from being submerged when floating on the sea. For this reason, solid ballast is injected in advance, but since the nacelle, blades, and blades are quite heavy, it is expected that the amount of solid ballast will need to be increased. Even in such cases, it is possible to reduce the minimum amount of ballast water by making it possible to remove the water from the solid ballast area as well.
第2の課題を解決するために請求項2に係る本発明として、前記第3手順のスパー型洋上風力発電設備の立て起こしに際して、
事前にスパー型洋上風力発電設備の浮体又はタワーに対して、重心偏心化手段によって重心位置を偏心させた状態とし、バラスト水の注水を継続的に行い、スパー型洋上風力発電設備を直立に起立させる請求項1記載のスパー型洋上風力発電設備の施工方法が提供される。
In order to solve the second problem, the present invention relates to a second aspect, in which, in erecting the spar-type offshore wind power generation facility in the third step,
There is provided a construction method for a spar-type offshore wind power generation facility as described in
上記請求項2記載の発明では、スパー型洋上風力発電設備の立て起こしに当たって、事前にスパー型洋上風力発電設備の浮体又はタワーに対して、重心偏心化手段によって重心位置を偏心させた状態とするものである。重心位置を偏心させておくと、後述の〔実施例〕に示されるように、バラスト水の注水によって横向きで浮かんだ状態から立上り動作に移行した際に、この立上り動作が緩慢になるとともに、直立状態に近くなってからの動揺を小さく押さえられるようになる。
In the invention described in
ここで、「重心位置の偏心」とは、浮体の長手方向中心軸に沿った方向のみの偏心を意味するものではなく、浮体の長手方向中心軸に直交する面方向への偏心を含む重心位置の移動を意味するものである。 Here, "eccentricity of the center of gravity position" does not mean eccentricity only in the direction along the longitudinal central axis of the float, but refers to movement of the center of gravity position including eccentricity in a plane perpendicular to the longitudinal central axis of the float.
従って、バラスト水の注水によるスパー型洋上風力発電設備の立て起こしを安全かつ効率的に行うことが可能になる。 This makes it possible to safely and efficiently erect spar-type offshore wind power generation equipment by injecting ballast water.
第2の課題を解決するために請求項3に係る本発明として、前記第3手順のスパー型洋上風力発電設備の立て起こしに際して、
事前にスパー型洋上風力発電設備の浮体又はタワーに対して、重心偏心化手段によって重心位置を偏心させた状態とし、バラスト水の注水を行い、スパー型洋上風力発電設備が立て起こし動作を開始した後、所定量でバラスト水の注水を停止することによってスパー型洋上風力発電設備を直立に起立する以前の斜め状態で一旦停止させた後、更にバラスト水を徐々に注水することによりスパー型洋上風力発電設備を直立に起立させる請求項1記載のスパー型洋上風力発電設備の施工方法が提供される。
In order to solve the second problem, the present invention relates to a third aspect, in which, in erecting the spar-type offshore wind power generation facility in the third step,
There is provided a construction method for a spar-type offshore wind power generation facility as described in
上記請求項3記載の発明は、スパー型洋上風力発電設備の立て起こしの第2発明方法である。具体的には、スパー型洋上風力発電設備の立て起こしに当たって、事前にスパー型洋上風力発電設備の浮体又はタワーに対して、重心偏心化手段によって重心位置を偏心させた状態とする。重心位置を偏心させておくと、バラスト水の注水によって横向きで浮かんだ状態から起立する動作に移行した際に、この立上り動作を緩慢化できるようになる。 The invention described in claim 3 is a second invention method for erecting a spar-type offshore wind power generation facility. Specifically, when erecting a spar-type offshore wind power generation facility, the center of gravity of the float or tower of the spar-type offshore wind power generation facility is made eccentric in advance by a center of gravity eccentricity means. By making the center of gravity eccentric, when the facility transitions from a floating state sideways due to the injection of ballast water to an erection operation, this erection operation can be slowed down.
次いで、バラスト水の注水を行い、前記スパー型洋上風力発電設備用浮体が立て起こし動作を開始した後、所定量でバラスト水の注水を停止することによって前記スパー型洋上風力発電設備を直立に起立する以前の斜め状態で停止させるようにする。浮体の重心位置を偏心させることにより立上り動作を緩慢化できたことにより、バラスト水を所定の注水量で停止することで、浮体を直立に起立する以前の斜め状態で停止させることが容易に可能になる。 Next, ballast water is injected, and after the float for the spar-type offshore wind power generation facility starts to raise up, the injection of ballast water is stopped at a predetermined amount, so that the spar-type offshore wind power generation facility is stopped in the tilted state before it is raised upright. By shifting the position of the center of gravity of the float, the raising action can be slowed down, and by stopping the injection of ballast water at a predetermined amount, it becomes easy to stop the float in the tilted state before it is raised upright.
最後に、更にバラスト水を徐々に注水することによりスパー型洋上風力発電設備を直立に起立させる。スパー型洋上風力発電設備が斜めに停止した状態から直立させる場合は、慣性力は僅かしか作用しないため直立直後の動揺をほぼ無くすことが可能になる。 Finally, the spar-type offshore wind turbine is raised upright by gradually injecting more ballast water. When raising the spar-type offshore wind turbine from an angled, stopped position, only a small amount of inertial force acts, so it is possible to almost completely eliminate rocking immediately after raising the turbine.
従って、バラスト水の注水によるスパー型洋上風力発電設備の立て起こしを安全かつ効率的に行うことが可能になる。 This makes it possible to safely and efficiently erect spar-type offshore wind power generation equipment by injecting ballast water.
請求項4に係る本発明として、前記重心偏心化手段は、前記スパー型洋上風力発電設備用浮体の外面に着脱自在に取り付けたウエイトとする請求項2、3いずれかに記載のスパー型洋上風力発電設備の施工方法が提供される。
As a fourth aspect of the present invention, there is provided a construction method for a spar-type offshore wind power generation facility as described in either of
上記請求項4記載の発明は、前記重心偏心化手段の第1形態例を示したものである。具体的には、前記重心偏心化手段として、前記スパー型洋上風力発電設備用浮体の外面に着脱自在に取り付けたウエイトとするものである。
The invention described in
請求項5に係る本発明として、前記ウエイトは、立て起こしした際に、海面上の位置に取り付けてある請求項4記載のスパー型洋上風力発電設備用浮体の立て起こし方法が提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for erecting a float for a spar-type offshore wind power generation facility as set forth in the fourth aspect, in which the weight is attached to a position above the sea surface when erected.
上記請求項5記載の発明は、前記ウエイトは、立て起こしした際に、海面上の位置に取り付けるようにしたものである。浮体を立て起こした後、不要になったウエイトの撤去が容易に行えるようになる。
According to the invention described in
請求項6に係る本発明として、前記重心偏心化手段は、前記浮体の内部に投入した固形バラストとする請求項2、3いずれかに記載のスパー型洋上風力発電設備の施工方法が提供される。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a construction method for a spar-type offshore wind power generation facility as set forth in either of the second or third aspect, wherein the center of gravity offsetting means is solid ballast placed inside the floating body.
上記請求項6記載の発明は、前記重心偏心化手段の第2形態例を示したものである。具体的には、前記重心偏心化手段として、前記スパー型洋上風力発電設備用浮体の内部に投入した固形バラストを利用するものである。固形バラストは、通常、浮体を立て起こしした後に浮体内に投入されるものであるが、水とは異なり固形バラストならば、安息角(崩れないで安定を保持し得る斜面角度)の傾斜角度までは移動することなく偏在状態を保持するため重心位置を偏心させる手段となり得る。また、安息角を越えてから固形バラストの移動速度は水と比べて遅く直立する直前までは偏心量は漸減しながらも偏心状態を維持するため、重心偏心化手段として採用することが可能である。
The invention described in
以上詳説のとおり本発明によれば、スパー型洋上風力発電設備の施工に当たって、現状より更なる施工の効率化を図り、施工期間の短縮を図ることが可能になる。 As explained above in detail, according to the present invention, it is possible to further improve the efficiency of construction and shorten the construction period when constructing spar-type offshore wind power generation facilities.
また、バラスト水の注水によるスパー型洋上風力発電設備の立て起こしを安全かつ効率的に行うことが可能になる。 It will also be possible to safely and efficiently erect spar-type offshore wind power generation equipment by injecting ballast water.
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。
〔スパー型洋上風力発電設備1〕
本発明の係る「スパー型洋上風力発電設備の施工方法」を説明する前に、スパー型洋上風力発電設備1の構造例について、図1~図5に基づいて詳述する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Spar-type offshore wind power generation facility 1]
Before describing the "construction method for a spar-type offshore wind power generation facility" according to the present invention, a structural example of the spar-type offshore wind
前記スパー型洋上風力発電設備1は、図1に示されるように、筒状形状を成すスパー型の浮体4と、この浮体4に繋がれた係留索5と、タワー6と、タワー6の頂部に設備されるナセル8及び複数のブレード9,9…からなる風車7とから構成されるものである。
As shown in FIG. 1, the spar-type offshore wind
前記浮体4は、図2に示されるように、コンクリート製のプレキャスト筒状体15、15…を高さ方向に複数段積み上げ、各プレキャスト筒状体15、15…をPC鋼材19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4Aと、この下側コンクリート浮体構造部4Aの上側に連設された上側鋼製浮体構造部4Bとからなる。
As shown in FIG. 2, the
前記下側コンクリート浮体構造部4Aを構成している前記プレキャスト筒状体15は、図3に示されるように、軸方向に同一断面とされる円形筒状のプレキャスト部材であり、それぞれが同一の型枠を用いて製作されるか、遠心成形により製造された中空プレキャスト部材が用いられる。
The precast
壁面内には鉄筋20の他、周方向に適宜の間隔でPC鋼棒19を挿通するためのシース21、21…が埋設されている。このシース21、21…の下端部にはPC鋼棒19同士を連結するためのカップラーを挿入可能とするためにシース拡径部21aが形成されているとともに、上部には定着用アンカープレートを嵌設するための箱抜き部22が形成されている。また、上面には吊り金具23が複数設けられている。
In addition to the reinforcing
プレキャスト筒状体15同士の緊結は、図4(A)に示されるように、下段側プレキャスト筒状体15から上方に延長されたPC鋼棒19、19…をシース21、21…に挿通させながらプレキャスト筒状体15,15を積み重ねたならば、アンカープレート24を箱抜き部22に嵌設し、ナット部材25によりPC鋼棒19に張力を導入し一体化を図る。また、グラウト注入孔27からグラウト材をシース21内に注入する(図4(B)参照)。なお、前記アンカープレート24に形成された孔24aはグラウト注入確認孔であり、該確認孔からグラウト材が吐出されたことをもってグラウト材の充填を終了する。
As shown in Figure 4(A), the precast
次に、図4(B)に示されるように、PC鋼棒19の突出部に対してカップラー26を螺合し、上段側のPC鋼棒19、19…を連結したならば、上段となるプレキャスト筒状体15のシース21、21…に前記PC鋼棒19、19…を挿通させながら積み重ね、前記要領によりPC鋼棒19の定着を図る手順を順次繰り返すことにより高さ方向に積み上げられる。この際、下段側プレキャスト筒状体15と上段側プレキャスト筒状体15との接合面には止水性確保及び合わせ面の接合のためにエポキシ樹脂系などの接着剤28やシール材が塗布される。
Next, as shown in Figure 4(B), a
前記上側鋼製浮体構造部4Bは、図2に示されるように、相対的に下段側に位置する鋼製筒状体17と、相対的に上段側に位置する鋼製筒状体18とで構成されている。下段側の鋼製筒状体17は、下側部分がプレキャスト筒状体15と同一の外径寸法とされ、プレキャスト筒状体15に対して連結されている。前記鋼製筒状体17の上側部分は漸次直径を窄めた截頭円錐台形状を成している。
As shown in FIG. 2, the upper
上段側の鋼製筒状体18は、前記下段側の鋼製筒状体17の上部外径に連続する外径寸法とされる筒状体とされ、下段側の鋼製筒状体17に対してボルト又は溶接等(図示例はボルト締結)によって連結される。
The upper steel
一方、前記タワー6は、鋼材、コンクリート又はPRC(プレストレスト鉄筋コンクリート)から構成されるものが使用されるが、好ましいのは総重量が小さくなるように鋼材によって製作されたものを用いるのが望ましい。タワー6の外径と前記上段側鋼製筒状体18の外径とはほぼ一致しており、外形状は段差等が無く上下方向に連続している。図示例では、上段側鋼製筒状体18の上部に梯子13が設けられ、タワー6と上段側鋼製筒状体18とのほぼ境界部に周方向に歩廊足場14が設けられている。
The
前記係留索5の浮体4への係留点Kは、図1に示されるように、海面下であってかつ浮体4の重心Gよりも高い位置に設定してある。従って、船舶が係留索5に接触するのを防止できるようになる。また、浮体4の倒れ過ぎを抑えるように係留点に浮体4の重心Gを中心とする抵抗モーメントを発生させるため、タワー6の傾動姿勢状態を適性に保持し得るようになる。この係留索5の他端は海底に沈めたアンカーに対して繋いである。
As shown in Figure 1, the mooring point K of the
一方、前記ナセル8は、風車7の回転を電気に変換する発電機やブレード9の角度を自動的に変えることができる制御器などが搭載された装置である。このナセル8は、かなりの重量物となり、数十トンから数百トンの重さを有する。因みに、5MWの風車のナセル重量は200tを超えるようになる。
The
前記ブレード9は、近年は剛性の高い炭素繊維複合材料によって作られたものが主流となっている。羽根枚数は3~5枚程度であるが、最も多いのが3枚構造のものである。
In recent years, the
〔スパー型洋上風力発電設備の施工方法〕
次に、前述したスパー型洋上風力発電設備1の施工方法について詳述する。
[Construction method for spar-type offshore wind power generation equipment]
Next, a construction method for the above-mentioned spar-type offshore wind
本発明は、スパー型の浮体4と、該浮体4に上に立設されるタワー6と、該タワー6の頂部に取り付けられるナセル8と、該ナセル8に取り付けられる複数枚のブレード9とを備えるスパー型洋上風力発電設備1の施工方法であって、
前記浮体4の底部に所定量の固形バラスト32を投入した状態とし、この浮体4の上部にタワー6とナセル8と必要に応じて所定枚数のブレード9とを取り付けて一括施工状態とし、岸壁にて半潜水型台船33に積み込み、スパー型洋上風力発電設備1を設置する海上まで運搬する第1手順と、
洋上風力発電設備1を設置する海上において、前記半潜水型台船33に注水を行って半潜水状態とし、前記スパー型洋上風力発電設備1を海水に浮かばせるとともに、前記半潜水型台船33を待避させる第2手順と、
前記浮体4内にバラスト水を注水することにより、スパー型洋上風力発電設備1の立て起こしを行う第3手順と、
未取付け分のブレード9がある場合、大型起重機船を用いて取り付けるとともに、バラスト水の調整によって所定の吃水状態とする第4手順とからなるものである。以下、図6~図14に基づいて具体的に詳述する。
The present invention relates to a construction method for a spar-type offshore wind
a first step of loading a predetermined amount of
A second step of pouring water into the
A third step of erecting the spar-type offshore wind
If there are any
<第1手順>
所定の岸壁エリアにおいて、浮体4の製作を行ったならば、図6に示されるように、前記浮体4の底部に所定量の固形バラスト32を投入した状態とする。また、前記固形バラスト32の投入領域内に、バラスト水を排水するための排水ポンプ30を設置するとともに、その周囲を所定高さの有孔管31に囲むようにしたバラスト水排水設備29を設けるようにする。
<First Step>
Once the
前記排水ポンプ30の周囲を有孔管31で囲むのは、固形バラスト32が入って来ないようにするためであり、有孔管31の孔径が固形バラストの粒径よりも大きい場合には、有孔又は無孔の不織布、繊維状シートなどの透水性シートによって前記有孔管31の周囲を覆うようにするのがよい。前記有孔管31の高さは、少なくとも固形バラスト32の高さよりも高くするようにする。図6に示す形態例では、前記固形バラスト32の上面は通孔板33によって蓋がされており、固形バラスト32は移動できないように拘束されている。
The
本発明では、少なくともタワー6と、ナセル8と、必要に応じて所定枚数のブレード9とを取り付けて一括施工状態とするものである。そのため、海上に浮かべた際に、前記ナセル8やブレード9が水没しないようにするための水没対策が必要であるため、重心位置を下端側に移動させるために、固形バラスト32を事前に投入しておくようにしている。しかし、前記タワー6、ナセル8やブレード9はかなりの重量物となるため、固形バラスト32の増量が必要になる場合が想定される。そのような場合でも、固形バラスト32領域内の水をも排除可能とすることで、最小バラスト水量の低減を図ることが可能になる。
In the present invention, at least the
前記固形バラスト32としては、水より高比重である粉粒状のものが使用され、具体的には、砂、砂利、重晶石を含む鉱物類及び鉄、鉛等の金属粉、金属粒を含む金属類のうち一種または複数種の組み合わせからなるものとすることが好ましい。固形バラスト32の材質を調整することで、適切な比重のバラスト材が投入できるようになる。
The
次に、前記浮体4の上部にタワー6を連結するとともに、ナセル8を取付け、更に必要に応じて所定枚数のブレード9とを取り付けて一括施工状態とする(この状態もスパー型洋上風力発電設備1とする)。この形態例では、ブレード9については、一括施工状態では取り付けずに、後で別途取付けを行うようにする例を示している。
Next, a
スパー型洋上風力発電設備1の運搬は、図7に示されるように、半潜水型台船33を用いるようにする。半潜水型台船33のバラスト水調整しながら半潜水型台船33に積み込みを行う。この際、浮体4又はタワー6に対して重心位置を偏心させるためのウエイト2を着脱自在に取り付けておくようにする。前記ウエイト2が本発明の「重心偏心化手段」を構成するものである。前記ウエイト2については、取り外しの便宜から、前記浮体4又はタワー6の外面であって、立て起こしした際に、海面上となる位置に取り付けておくことが望ましい。前記ウエイト2を取り付けておくことの利点については後述することとする。
As shown in FIG. 7, the spar-type offshore wind
ここで、重心位置の偏心とは、スパー型洋上風力発電設備1の長手方向中心軸に沿った方向(Z軸)のみの偏心を意味するものではなく、スパー型洋上風力発電設備1の長手方向中心軸に直交する面方向(X,Y軸面)への偏心を含む重心位置の移動を意味するものである。従って、前記ウエイト2は、スパー型洋上風力発電設備1の外面の1箇所に設けるようにすればよく、スパー型洋上風力発電設備1の外面に対称位置となるように偶数箇所(例えば、180°方向位置又は90°方向位置等)に設けるのは望ましくない。
Here, eccentricity of the center of gravity does not mean eccentricity only in the direction (Z-axis) along the longitudinal central axis of the spar-type offshore wind
そして、同図7に示されるように、曳航船34によって設置場所の海上まで運搬する。
Then, as shown in FIG. 7, the equipment is transported by a towing
<第2手順>
スパー型洋上風力発電設備1のフロートオフ(浮上・進水)は、図8に示されるように、前記半潜水型台船33に注水を行って半潜水状態とし、スパー型洋上風力発電設備1を海水に浮かばせるとともに、前記半潜水型台船33は待避させるようにする。スパー型洋上風力発電設備1を海水に浮かばせた状態では、事前の浮体4内部への固形バラスト32の投入によって、スパー型洋上風力発電設備1の重心位置が下端側に移動されているため、図9に示されるように、スパー型洋上風力発電設備1は傾いた状態で浮かび、ナセル8は海面から上方側に離れた状態となっている。
<Second Step>
To float off the spar-type offshore wind
<第3手順>
次に、図9に示されるように、フロートオフされたスパー型洋上風力発電設備1に対して、注水が可能なように、バラストポンプ設備を搭載したバラスト台船35を近接させるとともに、バラストホース36を浮体4の内部に挿入してバラスト水の供給を可能とする。
<Third Step>
Next, as shown in Figure 9, a
バラスト水の注水を行い、スパー型洋上風力発電設備1の内部に所定量のバラスト水が継続的に一定水量ずつ注水されると、最初は少しづつではあるが、浮体のピッチ角(浮体4の長手方向中心軸と水面との成す傾斜角度θ)が上昇する。そして、ある時点を過ぎると、図10に示されるように、急激に浮体4は起立動作を開始するようになる。そして、図11に示されるように、スパー型洋上風力発電設備1がほぼ垂直に起立する。
When ballast water is injected and a predetermined amount of ballast water is continuously injected into the spar-type offshore wind
前記浮体4又はタワー6にウエスト2を取り付けて、重心位置を偏心させておくようにすると、後述の〔実施例〕に示されるように、バラスト水の注水によって横向きで浮かんだ状態から立上り動作に移行した際に、この立上り動作が緩慢になるとともに、直立状態に近くなってからの動揺を小さく押さえられるようになる。従って、バラスト水の注水によるスパー型洋上風力発電設備1の立て起こしを安全かつ効率的に行うことが可能になる。
By attaching the
スパー型洋上風力発電設備1を起立させたならば、図12に示されるように、前記ウエイト2を撤去する。
Once the spar-type offshore wind
また、同図12に示されるように、浮体4の上部に梯子13を取り付けるとともに、歩廊足場14を設ける。更に、前記浮体4に係留索5の一端を繋ぎ止めるとともに、他端を海底に沈設したアンカーに繋ぎ止めて浮体4の安定を図る。
As shown in FIG. 12, a
<第4手順>
次いで、未取付け分のブレード9、9…がある場合は、図13に示されるように、大型起重機船37に設備されたクレーンによって吊り下げながらナセル8に取り付けるようにする。なお、ブレード9の取付けは、一括で行っても良いし、一枚ずつ行うようにしても良い。
<Fourth Step>
Next, if there are any
すべての構成部材の取付けが完了したならば、バラスト水の調整によって所定の吃水状態とし、施工を完了する。 Once all components have been installed, the ballast water is adjusted to achieve the specified draft condition and construction is complete.
ところで、前記ブレード9などの取付に際しては、その重量に見合う量のバラスト水の排出が必要になるが、固形バラスト32内に設けた前記バラスト水排水設備29によって固形バラスト32中のバラスト水を排水することが可能になっているため最小バラスト水量の低減も容易である。また、撤去時においても、固形バラスト32中のバラスト水を排水することが可能であるため、フロートオンが可能な傾斜の確保が容易になる。
When installing the
〔スパー型洋上風力発電設備1の立て起こし方法の他例〕
次に、スパー型洋上風力発電設備1の立て起こし方法の第2形態例について詳述する。
[Another example of a method for erecting a spar-type offshore wind power generation facility 1]
Next, a second embodiment of the method for erecting the spar-type offshore wind
本第2形態例では、ウエイト2を予め取り付けておく点は同じであるが、バラスト水の注水方法を変えることによって、より安全にかつ効率的に行うことが可能になる。
In this second embodiment, the
本第2形態例では、バラスト水の注水を行い、スパー型洋上風力発電設備1が立て起こし動作を開始した後、所定量でバラスト水の注水を停止することによってスパー型洋上風力発電設備1を直立に起立する以前の斜め状態で一旦停止させた後、更にバラスト水を徐々に注水することによりスパー型洋上風力発電設備1を直立に起立させるようにするものである。
In this second embodiment, after ballast water is injected and the spar-type offshore wind
継続的に注水を行う第1形態例と対比すると、スパー型洋上風力発電設備1が急激な直立動作を開始したその途中で、バラスト水の注水を停止することによって、スパー型洋上風力発電設備1を直立に起立する以前の斜め状態で停止させるようにした点で異なるものとなっている。
Compared to the first embodiment in which water is injected continuously, this embodiment differs in that the injection of ballast water is stopped midway when the spar-type offshore wind
重心位置を偏心させるウエイト2を取り付けることで、直立動作が緩慢になるため、スパー型洋上風力発電設備1が直立する以前の斜め状態で停止させることが可能になる。スパー型洋上風力発電設備1を一旦傾斜状態で停止させた後、徐々に注水することによりスパー型洋上風力発電設備1を直立に起立させるようにすることで、スパー型洋上風力発電設備1が直立した際に生じる慣性力による動揺は僅かしか作用しないために、より安全にかつ効率的に行うことが可能になる。
By attaching the
ところで、前記重心偏心化手段として、後述の固形バラスト34を用いる場合、スパー型洋上風力発電設備1を直立に起立する以前の斜め状態で停止させる傾斜角度θは、固形バラスト32の安息角以下の角度とするのが望ましい。
When using the
〔重心偏心化手段の第2形態例〕
上記形態例では、重心偏心化手段としてウエイト2を用いた例を示したが、前記重心偏心化手段として、固形バラスト32を用いた例について、図15~図19に基づいて詳述する。なお、これらの図では前記バラスト水排水設備29については省略されている。
[Second embodiment of gravity center decentering means]
In the above embodiment, an example in which the
図15に示されるように、所定の岸壁エリアにおいて、スパー型洋上風力発電設備1の製作を行ったならば、バラスト調整しながら半潜水型台船33に積み込みを行う。スパー型洋上風力発電設備1を積込んだ状態で浮体4の内部に固形バラスト32を投入する。なお、固形バラスト32の投入は半潜水型台船33への積込み前に行うことも可能である。前記固形バラスト32は何らかの手段で拘束することなく流動可能な状態とする。従って、前記スパー型洋上風力発電設備1は横向きの状態で半潜水型台船33に積み込まれるため、前記固形バラスト32は横に広がった状態となっている。すなわち、前記スパー型洋上風力発電設備1が横向きの状態では、前記固形バラスト32によって前記浮体4の重心位置は偏心した状態となっている。
As shown in FIG. 15, once the spar-type offshore wind
図17に示されるように、曳航船34によって設置場所の海上まで運搬するしたならば、スパー型洋上風力発電設備1を海上に浮かばせる。前記スパー型洋上風力発電設備1のフロートオフ(浮上・進水)は、図16に示されるように、前記半潜水型台船33に注水を行って半潜水状態とし、スパー型洋上風力発電設備1を海水に浮かばせた後、前記半潜水型台船33をスパー型洋上風力発電設備1から離隔させるようにする。
As shown in FIG. 17, once the spar-type offshore wind
次に、図17に示されるように、フロートオフされた浮体4に対して、注水が可能なように、バラスト水のポンプ設備を搭載したバラスト台船35を近接させるとともに、バラストホース33をスパー型洋上風力発電設備1の内部に挿入してバラスト水の供給を可能とする。
Next, as shown in FIG. 17, a
バラスト水の注水を行い、スパー型洋上風力発電設備1の内部に所定量のバラスト水が注水されると、最初は少しづつではあるが、スパー型洋上風力発電設備1のピッチ角(浮体の長手方向線と水面との成す角度θ)が上昇する。そして、ある時点を過ぎると、図18に示されるように、急激にスパー型洋上風力発電設備1は起立動作を開始するようになる。そして、図19に示されるように、スパー型洋上風力発電設備1がほぼ垂直に起立する。
When ballast water is injected and a predetermined amount of ballast water is injected inside the spar-type offshore wind
前記スパー型洋上風力発電設備1が横向きの状態では、内部に投入された固形バラスト32によって浮体4の重心位置は偏心した状態にあり、バラスト水の注水によってスパー型洋上風力発電設備1のピッチ角θは徐々に上昇する。前記スパー型洋上風力発電設備1が傾斜しても、前記固形バラスト32は安息角(崩れないで安定を保持し得る斜面角度)の傾斜角度θまでは移動することなく偏在状態を保持する。そして、スパー型洋上風力発電設備1の傾斜角θが安息角を越えてから固形バラスト32は移動を開始するが、その移動速度は水と比べて遅いため、起立まで時間を掛けながら固形バラスト32は流動し、最終的に浮体4の底部に充填する状態となることで重心位置の偏心が解消されることになるが、直立する直前までは偏心量は漸減しながらも偏心状態を維持するため、スパー型洋上風力発電設備1の立上り動作が緩慢になるとともに、直立状態に近くなってからの動揺を小さく押さえられるようになる。従って、バラスト水の注水による浮体4の立て起こしを安全かつ効率的に行うことが可能になる。
When the spar-type offshore wind
〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、一括施工状態のスパー型洋上風力発電設備1は、浮体4、タワー6及びナセル8によって構成されるものとしたが、図14に示されるように、一括施工状態のスパー型洋上風力発電設備1を浮体4、タワー6、ナセル8及び3枚のブレード9、9…とすることも可能である。なお、ブレード9の取付け枚数は全部としてもよいが、全枚数の内の1又は複数枚とすることも可能である。
[Other examples]
(1) In the above embodiment, the spar-type offshore wind
(2)前記重心偏心化手段として、スパー型洋上風力発電設備1の外面に取り付けたウエイト2を用いる場合と、浮体4の内部に固形バラスト32を投入する場合との2つの例について説明したが、これらは併用して用いることも可能である。
(2) Two examples of the center of gravity decentering means have been described: a case in which a
次に、本願発明において、浮体4又はタワー6に対して、重心偏心化手段(ウエイト2又は固形バラスト32)によって重心位置を偏心させた状態とすることの効果を検証するために行った実験と解析について詳述する。
Next, we will provide a detailed description of the experiments and analyses conducted to verify the effect of offsetting the center of gravity of the
1.水槽実験
1.1 模型諸元
図20および表1に、浮体模型40の概要・寸法を示す.想定実機(2MW機)の1/36.11の縮尺となっている.塩化ビニール製パイプを主体として製作し,浮体上部と下部に鉄板を装着することで重量及び重心高さを調整した。また、図20に示すように、浮体上部端より、65mmおよび418mmの2箇所に動揺計測で使用するマーカー41、42を取り付けている。
1.Aquarium Experiment
1.1 Model Specifications Figure 20 and Table 1 show the outline and dimensions of the floating
1.2 計測方法
水槽実験は,試験水槽(幅:24.4 m,長さ:38.8 m,実験時の水深:1.824 m)にて実施した。
1.2 Measurement method The water tank experiment was carried out in a test water tank (width: 24.4 m, length: 38.8 m, water depth during the experiment: 1.824 m).
浮体模型40を水槽中央にて係留した。係留は,浮体上部を水槽副台車から,浮体下部を水槽岸から行い、係留力によって浮体模型40の挙動が妨げられることのないよう予め調整するなどした。
The floating
浮体模型40の姿勢計測には,リアルタイムでマーカー41、42の動きを捕らえるモーションキャプチャーシステム(Qualysis)を使用した。浮体模型40に取り付けた2つのマーカー41、42は,水槽脇に設置された計4台のカメラ(Qualysis 5+;4 MP,2048x2048 pixels, 180fps)によってその動きを捕らえられ、0.02秒(50 Hz)毎に空間座標値として出力される。変換された座標値を基に、浮体中心軸と水面とのなす傾斜角を算出し、これをPitch角とした。
To measure the attitude of the floating
1.3 バラスト水の注水
バラスト水の注水は、浮体上部よりホースを通じておこなった。使用したポンプは、タクミナ製スムーズフローポンプ(最大吐出量1.08 L/min、最大吐出圧:1 MPa)である。実験時の流量は、0.73 L/min(実機換算で5.7 m3/min)とした。
1.3 Injection of ballast water Ballast water was injected through a hose from the top of the float. The pump used was a Takumina Smoothflow pump (maximum discharge volume: 1.08 L/min, maximum discharge pressure: 1 MPa). The flow rate during the experiment was 0.73 L/min (equivalent to 5.7 m3/min in actual equipment).
2.解析方法
解析は、任意のバラスト水が浮体内部にある状態において、浮体自身に作用する重力、内部バラスト水に作用する重力、偏心のためのウエイトに作用する重力、浮体に作用する浮力、運動する浮体が外部の流体から受ける付加質量力および抗力の6つの力を考慮し、これらと浮体運動にともなう慣性力との動的なつり合い条件から浮体姿勢を求めることをプログラム(ADAMS:機構解析ソフト)により行った。
2.Analysis method The analysis was performed by considering six forces - gravity acting on the float itself, gravity acting on the internal ballast water, gravity acting on the eccentricity weight, buoyancy acting on the float, and the added mass force and drag that the moving float receives from the external fluid - when any amount of ballast water is inside the float, and using a program (ADAMS: mechanism analysis software) to determine the float's posture from the dynamic balance conditions between these forces and the inertial forces associated with the float's movement.
3.実験及び解析結果
3.1 実験値と解析結果の比較(立て起し時)
立て起し時の実験結果を、ADAMSによるシミュレーション解析結果と比較して図21に示す。ここで、内部バラスト水がない状態での浮体自身の重心位置としては、浮体固定座標系に対して(Xg, Yg, Zg)=(0.0022m, 0.0m, 0.788m)を指定している。ただし、浮体固定座標系は浮体底面に原点を取り、浮体中心軸にそって上向きにZ軸を取り、これと直交する方向にX軸およびY軸をとっている。
3. Experimental and analytical results
3.1 Comparison of experimental values and analytical results (when erecting)
The experimental results during erection are shown in Figure 21, in comparison with the simulation analysis results by ADAMS. Here, the center of gravity of the float itself without internal ballast water is specified as (Xg, Yg, Zg) = (0.0022m, 0.0m, 0.788m) in the float-fixed coordinate system. Note that the float-fixed coordinate system has its origin at the bottom of the float, the Z axis points upward along the center axis of the float, and the X and Y axes perpendicular to this.
図21より,ADAMSによるシミュレーション解析結果は、実験結果(Experminent No.1)を良好に再現できていることが分かる。 Figure 21 shows that the simulation analysis results using ADAMS reproduce the experimental results (Experminent No. 1) well.
3.2 浮体重心位置の偏心による応答への影響(立て起し時)
3.1より、ADAMSによるシミュレーションにより立て起し時における浮体応答を精度よく予測できることが分かったので、次に浮体重心位置の偏心による応答への影響をシミュレーションにより調査する。Xg=0.0(偏心なし)と、ウエイトの取付けによってXg=0.0022m(実験条件と同様)とXg=0.0044m(重心位置の偏心が2倍の場合)とのXgの値を変化させた計3ケースについて、立て起し時の浮体応答のシミュレーションを実施した。その結果を図22に示す。
3.2 Effect of eccentricity of floating center of gravity on response (when standing upright)
As seen in 3.1, the ADAMS simulation can accurately predict the response of the floating body when it is raised, so next we will investigate the effect of the eccentricity of the float's center of gravity on the response by simulation. We conducted a simulation of the floating body response when it is raised for a total of three cases, changing the value of Xg to Xg=0.0 (no eccentricity), Xg=0.0022m (same as the experimental conditions), and Xg=0.0044m (when the eccentricity of the center of gravity is twice as much) by attaching weights. The results are shown in Figure 22.
図22より、偏心がない場合(Xg=0.0m)は,立ち上がりが急になるとともに直立状態になって以降大きな動揺を生じることがわかる。一方、重心の偏心をXg=0.0022mとしたケース、更に重心の偏心をその2倍大きくとったケースの場合は、立ち上がりが緩慢になるとともに、直立状態に近くなっても小さな動揺しか生じないことが分かる。重心の偏心をXg=0.0022mとしたケースと、重心の偏心をXg=0.0044mとしたケースとの比較により、偏心を大きくすると起立動作の緩慢が大きくなるとともに、直立後の動揺は小さくなることが判明した。 Figure 22 shows that when there is no eccentricity (Xg = 0.0m), the standing up becomes steeper and there is a large amount of swaying once the person is upright. On the other hand, when the eccentricity of the center of gravity is Xg = 0.0022m, and when it is twice as large, the standing up becomes slower and there is only a small amount of swaying even when the person is close to being upright. Comparing the case where the eccentricity of the center of gravity is Xg = 0.0022m with the case where the eccentricity of the center of gravity is Xg = 0.0044m, it was found that increasing the eccentricity makes the standing up movement slower and reduces the swaying once the person is upright.
以上により、注水による浮体の立て起しにおいては、重心位置の偏心させることで、立ち上がりを緩慢化でき、かつ直立後の動揺を小さく抑えることができることが判明した。 From the above, it was found that when raising a floating body by pouring water in, the raising speed can be slowed down by shifting the position of the center of gravity, and the rocking after the body is raised can be kept to a minimum.
1…スパー型洋上風力発電設備、4…浮体、4A…下側コンクリート製浮体構造部、4B…上側鋼製浮体構造部、5…係留索、6…タワー、7・(7')…風車、8…ナセル、9…ブレード、15…プレキャスト筒状体、17・18…鋼製筒状体、19…PC鋼棒、29…バラスト水排水設備、30…排水ポンプ、31…有孔管、32…固形バラスト、33…半潜水型台船、34…曳航船、35…バラスト台船、36…バラストホース、37…大型起重機船、40…浮体模型、41・42…マーカー 1...Spar-type offshore wind power generation equipment, 4...Float, 4A...Lower concrete floating structure, 4B...Upper steel floating structure, 5...Mooring line, 6...Tower, 7/(7')...Wind turbine, 8...Nacelle, 9...Blade, 15...Precast tubular body, 17/18...Steel tubular body, 19...PC steel rod, 29...Ballast water drainage equipment, 30...Drainage pump, 31...Perforated pipe, 32...Solid ballast, 33...Semi-submersible barge, 34...Tow ship, 35...Ballast barge, 36...Ballast hose, 37...Large crane ship, 40...Float model, 41/42...Marker
Claims (6)
前記浮体の底部に所定量の固形バラストを投入した状態とし、前記固形バラストの投入領域内に、排水ポンプを配置するとともに、その周囲を所定高さの有孔管によって囲んだバラスト水の排水設備を設け、前記浮体上部にタワーとナセルと必要に応じて所定枚数のブレードとを取り付けて一括施工状態とし、岸壁にて半潜水型台船に積み込み、スパー型洋上風力発電設備の設置海上まで運搬する第1手順と、
スパー型洋上風力発電設備の設置海上において、前記半潜水型台船に注水を行って半潜水状態とし、前記スパー型洋上風力発電設備を海水に浮かばせるとともに、前記半潜水型台船を待避させる第2手順と、
前記浮体内にバラスト水を注水することにより、スパー型洋上風力発電設備の立て起こしを行う第3手順と、
未取付け分のブレードがある場合は大型起重機船を用いて取り付け、最後にバラスト水の調整によって所定の吃水状態とする第4手順とからなることを特徴とするスパー型洋上風力発電設備の施工方法。 A construction method for a spar-type offshore wind power generation facility including a spar-type floating body, a tower erected on the floating body, a nacelle attached to a top of the tower, and a plurality of blades attached to the nacelle, comprising the steps of:
a first step of loading a predetermined amount of solid ballast into the bottom of the float, arranging a drainage pump in the area where the solid ballast was loaded and providing a ballast water drainage facility surrounded by a perforated pipe of a predetermined height, attaching a tower, a nacelle, and a predetermined number of blades as necessary to the upper part of the float to complete the construction all at once, loading the whole into a semi-submersible barge at the quay, and transporting it to the sea for installation of the spar-type offshore wind power generation facility;
A second step of injecting water into the semi-submersible barge at sea where the spar-type offshore wind power generation facility is installed, making the semi-submersible barge float on seawater, and moving the semi-submersible barge aside;
A third step of erecting the spar-type offshore wind power generation facility by injecting ballast water into the float;
This construction method for a spar-type offshore wind power generation facility is characterized by comprising a fourth step of installing any remaining blades using a large crane ship, and finally adjusting the ballast water to achieve the specified draft state.
事前にスパー型洋上風力発電設備の浮体又はタワーに対して、重心偏心化手段によって重心位置を偏心させた状態とし、バラスト水の注水を継続的に行い、スパー型洋上風力発電設備を直立に起立させる請求項1記載のスパー型洋上風力発電設備の施工方法。 When erecting the spar-type offshore wind power generation facility in the third step,
2. A construction method for a spar-type offshore wind power generation facility as described in claim 1, in which the center of gravity of the float or tower of the spar-type offshore wind power generation facility is offset in advance using a center of gravity offsetting means, and ballast water is continuously injected to erect the spar-type offshore wind power generation facility upright.
事前にスパー型洋上風力発電設備の浮体又はタワーに対して、重心偏心化手段によって重心位置を偏心させた状態とし、バラスト水の注水を行い、スパー型洋上風力発電設備が立て起こし動作を開始した後、所定量でバラスト水の注水を停止することによってスパー型洋上風力発電設備を直立に起立する以前の斜め状態で一旦停止させた後、更にバラスト水を徐々に注水することによりスパー型洋上風力発電設備を直立に起立させる請求項1記載のスパー型洋上風力発電設備の施工方法。 When erecting the spar-type offshore wind power generation facility in the third step,
2. A construction method for a spar-type offshore wind power generation facility as described in claim 1, in which the center of gravity of the float or tower of the spar-type offshore wind power generation facility is offset in advance by a center of gravity offsetting means, ballast water is injected, and after the spar-type offshore wind power generation facility starts to stand up, the injection of ballast water is stopped at a predetermined amount to temporarily stop the spar-type offshore wind power generation facility in the tilted state before it is stood upright, and then ballast water is gradually injected again to stand the spar-type offshore wind power generation facility upright.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021054617 | 2021-03-29 | ||
JP2021054617 | 2021-03-29 | ||
PCT/JP2022/014409 WO2022210359A1 (en) | 2021-03-29 | 2022-03-25 | Construction method for spar-type offshore wind power generator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2022210359A1 JPWO2022210359A1 (en) | 2022-10-06 |
JP7642216B2 true JP7642216B2 (en) | 2025-03-10 |
Family
ID=83459026
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023511170A Active JP7642216B2 (en) | 2021-03-29 | 2022-03-25 | Construction method for spar-type offshore wind power generation equipment |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7642216B2 (en) |
WO (1) | WO2022210359A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014187977A1 (en) | 2013-05-23 | 2014-11-27 | Offshore Engineering Services Llc | Deep-draft floating foundation for wind turbine with clustered hull and compartmented ballast section and self-erecting pivoting installation process thereof |
JP2015140723A (en) | 2014-01-29 | 2015-08-03 | サノヤス造船株式会社 | Tower type hydro-structure and installation method therefor |
JP6113735B2 (en) | 2011-09-29 | 2017-04-12 | ウィンデル アーエス | Floating wind turbine |
JP2020172872A (en) | 2019-04-09 | 2020-10-22 | 三菱重工業株式会社 | Semi-sub floating body and method for installing wind mill on ocean using semi-sub floating body |
-
2022
- 2022-03-25 WO PCT/JP2022/014409 patent/WO2022210359A1/en active Application Filing
- 2022-03-25 JP JP2023511170A patent/JP7642216B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6113735B2 (en) | 2011-09-29 | 2017-04-12 | ウィンデル アーエス | Floating wind turbine |
WO2014187977A1 (en) | 2013-05-23 | 2014-11-27 | Offshore Engineering Services Llc | Deep-draft floating foundation for wind turbine with clustered hull and compartmented ballast section and self-erecting pivoting installation process thereof |
JP2015140723A (en) | 2014-01-29 | 2015-08-03 | サノヤス造船株式会社 | Tower type hydro-structure and installation method therefor |
JP2020172872A (en) | 2019-04-09 | 2020-10-22 | 三菱重工業株式会社 | Semi-sub floating body and method for installing wind mill on ocean using semi-sub floating body |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
佐藤郁,宇都宮智昭,白石崇,大久保寛,環境省 浮体式洋上風力発電実証事業 ―その2 小規模試験機の施工について―,風力エネルギー利用シンポジウム,日本,日本風力エネルギー学会,2012年,第34巻,pp.187-190,DOI: 10.11333/jweasympo.34.0_187,ISSN 1884-4588 |
宇都宮智昭,佐藤郁,白石崇,五島市椛島における浮体式洋上風力発電について,システム/制御/情報,日本,システム制御情報学会,2016年09月15日,第60巻第9号,pp.402-406,DOI: 10.11509/isciesci.60.9_402,ISSN:2424-1806(online),0916-1600(print) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2022210359A1 (en) | 2022-10-06 |
JPWO2022210359A1 (en) | 2022-10-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102160325B1 (en) | Submersible active support structure for turbine towers and substations or similar elements, in offshore facilities | |
EP2933381B1 (en) | Gravity system foundation | |
JP6270527B2 (en) | Installation method of offshore wind power generation equipment | |
JP5022976B2 (en) | Spar-type floating structure for offshore wind power generation, its manufacturing method, and its installation method | |
JP5738644B2 (en) | Installation method of offshore wind power generation equipment | |
US9856621B2 (en) | Method of construction, installation, and deployment of an offshore wind turbine on a concrete tension leg platform | |
CN107399411A (en) | The ballast control system of floating wind turbine platform and vertically-aligned adjusting method | |
JP5738643B2 (en) | Installation method of offshore wind power generation equipment | |
KR20150131080A (en) | Floating offshore wind power generation facility | |
JP2010223114A (en) | Offshore wind power generation facility and its construction method | |
KR20140144220A (en) | Structures for offshore installations | |
CN106759430B (en) | A construction method for a complete wind power plant with three cylindrical foundations and a concrete support structure | |
CN107882055A (en) | A kind of construction method of blower fan cushion cap | |
WO2010143967A2 (en) | Tripod foundation | |
CN106522263B (en) | A kind of wind-powered electricity generation complete machine construction method of four bucket foundations and concrete support structure | |
JP7642216B2 (en) | Construction method for spar-type offshore wind power generation equipment | |
JP5738642B2 (en) | Installation method of offshore wind power generation equipment | |
US20240166313A1 (en) | Method for raising floating body for spar-type offshore wind power generation facility | |
CN112678116B (en) | Mooring device suitable for large water level change | |
JP2024175445A (en) | Construction method of spur-type offshore wind power generation equipment | |
JP7474669B2 (en) | How to mount a wind turbine on an offshore wind power generation facility | |
JP2024179238A (en) | How to build a spar-type offshore wind power generation facility | |
JP2025004632A (en) | How to build a spar-type offshore wind power generation facility | |
JP2025017761A (en) | How to build a spar-type offshore wind power generation facility | |
CN205653811U (en) | Marine fan gravity type foundation and basic system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230731 |
|
AA64 | Notification of invalidation of claim of internal priority (with term) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A241764 Effective date: 20231023 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231027 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240926 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241118 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250204 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250217 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7642216 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |