JP5022797B2 - 洋上風力発電のスパー型浮体構造およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本願発明は洋上風力発電のスパー型浮体構造およびその製造方法に関するものである。
洋上風力発電の浮体構造としては、石油や天然ガスなどの海岸資源の掘削および貯蔵に用いられる浮体構造を参考にして、これまでにセミサブ型やスパー型、テンションレッグ型の浮体構造が提案されている。このうちスパー型浮体構造は全長１００ｍを超えるものも少なくなく、その製造が陸上の製作ヤードで行われるため、スパー型浮体構造を複数製造するためには広大な製作ヤードを必要とする。またドックを利用して製造する方法も考えられるが大型のスパー型浮体構造を製造するにはコスト高になる。そのためスパー型浮体構造はほとんどが鋼構造になり、海水中における腐蝕などに対する耐久性が問題となっている。このため耐久性を高めるものとしてコンクリート製のスパー型浮体構造が考えられる。また、その他の水中構造物の剛性を高めるものとしては、例えば特開２００３−２５２２８８号公報の発明が知られている。
特開２００３−２５２２８８号公報
しかし、上記のコンクリート製のスパー型浮体構造は鋼構造に比べて重量が大きく、浮力を確保するには浮体を大きくする必要があり経済的に不利であった。また浮体を大きくすると作用する波力も大きくなるため動揺も大きくなっていた。また、通常、コンクリート製のスパー型浮体構造は円筒形であるため横倒した状態で製造される。しかし、この状態でコンクリートを打設することは内外の支保工等の設備が大掛かりになることや、広大な製作ヤードが必要になることに加え、円筒断面へのコンクリートの打設には材料分離が発生し易くなるため、均質なコンクリートの打設が困難であるという問題があった。
本願発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量で耐久性に優れ、かつ短期間に製造することができる洋上風力発電のスパー型浮体構造およびその製造方法を提供することである。
以上の課題を解決するための洋上風力発電のスパー型浮体構造は、上下の蓋体と、該蓋体の間に連続的に設置される筒状で複数個のプレキャストコンクリートブロックを繋ぎ合わせた筒体と、該筒体と前記上下の蓋体とに連通しこれらを上下方向で一体に接合するＰＣ鋼材とで下部浮体が構成され、前記下部浮体の上位置の蓋体に立設されもので前記筒体の径よりも小径で且つ有底筒状で複数個のプレキャストコンクリートブロックを繋ぎ合わせた第２筒体と、該第２筒体の上部に被せる上蓋と、前記下部浮体の上位置の蓋体と前記上蓋とこれ等の間の前記第２筒体とに連通しこれらを上下方向で一体に接合するＰＣ鋼材とで上部浮体が構成され、前記下部浮体の筒体と前記上部浮体の第２筒体とには、前記ＰＣ鋼材によってプレストレスが付与されていることである。また、前記下部浮体における筒体は、上下方向においてその上部は中空部が形成され、その下部は上下方向の隔壁によって仕切られたバラストタンクが形成されており、該バラストタンクの上側に内周に沿って補強突起が設けられ、上部浮体における第２筒体の内側には、底壁と上下方向の隔壁とによって複数の水密区画部が形成されていることを含むものである。
また、洋上風力発電のスパー型浮体構造の製造方法は、筒状で複数個のプレキャストコンクリートブロックと筒状でかつ内側に隔壁によって形成したバラストタンクを有する複数個のプレキャストコンクリートブロックとを横倒しの状態で連続的に接合して筒体を形成し、該筒体の前後に蓋体を被せた後、この前後の蓋体と前記筒体とにかけて配設されたＰＣ鋼材を所定の力で緊張して下部浮体を形成するとともに前記筒体にプレストレスを付与した後、該下部浮体の上面に有底筒状で上下方向の隔壁によって複数の水密区画部が形成され且つ前記筒体の径よりも小径な複数個のプレキャストコンクリートブロックを繋ぎ合わせた第２筒体を連続的に接合し、この第２筒体の上面に上蓋を被せた後に、前記上蓋と前記第２筒体と前記下部浮体の上位置の蓋体とに連通して配設されたＰＣ鋼材を所定の力で緊張して上部浮体を形成するとともに前記第２筒体にプレストレスを付与することである。
また、洋上風力発電のスパー型浮体構造の製造方法は、筒状で複数個のプレキャストコンクリートブロックと筒状でかつ内側に隔壁によって形成したバラストタンクを有する複数個のプレキャストコンクリートブロックとを横倒しの状態で連続的に接合して筒体を形成し、該筒体の前後に蓋体を被せた後、この前後の蓋体と前記筒体とにかけて配設されたＰＣ鋼材を所定の力で緊張して下部浮体を形成するとともに前記筒体にプレストレスを付与した後、該下部浮体の上面に有底筒状で上下方向の隔壁によって複数の水密区画部が形成され且つ前記筒体の径よりも小径な複数個のプレキャストコンクリートブロックを繋ぎ合わせた第２筒体を連続的に接合し、この第２筒体の上面に上蓋を被せた後に、前記上蓋と前記第２筒体と前記下部浮体の上位置の蓋体とに連通して配設されたＰＣ鋼材を所定の力で緊張して上部浮体を形成するとともに前記第２筒体にプレストレスを付与することである。
洋上風力発電のスパー型浮体構造を、筒状のプレキャストコンクリートブロックをＰＣ鋼材で一体接合して構成したことにより広大な製作ヤードが不必要となった。またプレキャストコンクリートブロックをＰＣ鋼材でプレストレスを付与して一体的に接合したことにより、部材厚が小さくなってスパー型浮体構造が軽量化される。また内側に隔壁を備えたプレキャストコンクリートブロックを連続的に接着することにより、スパー型浮体構造の下部浮体の下側に複数のバラストタンクを形成することができる。また上部浮体の内部にも隔壁によって水密区画部が形成されたことにより、船舶や漂流物が衝突した場合でもその安定性を確保することができる。
以下、本願発明の洋上風力発電のスパー型浮体構造（以下スパー型浮体構造という）およびその製造方法について説明する。はじめにスパー型浮体構造について説明し、次に、その製造方法について説明するが、各実施の形態において同じ構成は同じ符号を付して説明し、異なった構成にのみ異なった符号を付して説明する。
スパー型浮体構造１は、図１に示すように、風力発電のために洋上に直立状態に浮かべて係留チェーンＢによってアンカーＣに接続されて使用される。このようにスパー型浮体構造１を海上において直立させるには、後述する下部浮体３のバラストタンク４にバラスト水を注入して上部を中心に回転させる。このスパー型浮体構造１には支柱Ｄが接合され、該支柱ＤにブレードＥが設置されて洋上風力発電装置Ａが構成されている。
このスパー型浮体構造１は、図２〜図５に示すように、上部浮体２と下部浮体３とから構成され、該下部浮体３の下側には９つのバラストタンク４が形成されている。この下部浮体３は円筒状のプレキャストコンクリートブロック５と、円筒状でかつ内側に隔壁１１、１２を備えたプレキャストコンクリートブロック６とが連続的に接着されて筒体７に形成され、この筒体７の前後に蓋体８、９が被せられ、これらが蓋体８、９とプレキャストコンクリートブロック５、６とにかけて配設されたＰＣ鋼材１０によって接合されている。
このＰＣ鋼材１０はＰＣ鋼線やＰＣ鋼棒などであり、円筒状のプレキャストコンクリートブロック５、６の複数箇所（８箇所）に配設され、所定の力によって緊張されて下部浮体３全体にプレストレスを付与している。また下部浮体３の下部におけるプレキャストコンクリートブロック６の内側には交差した縦横（各二枚）の隔壁１１、１２によって９つの区画１３が形成されている。
したがって、このプレキャストコンクリートブロック５が複数連続して繋ぎ合わされると９つのバラストタンク４が下部浮体３の下部に形成される。またバラストタンク４の最上部におけるプレキャストコンクリートブロック６の上部には内周に沿って補強突起１５が形成されている。またバラストタンク４の上部には円筒状のプレキャストコンクリートブロック５が複数接合されて中空部１６を形成している。よって、この中空部１６とバラストタンク４とからなる筒体７の前後が蓋体８、９で塞がれて中空の下部浮体３が形成されている。
このように９つものバラストタンク４を設けたのは、洋上においてスパー型浮体構造１の直立のための回転を円滑に行うとともに、直立状態での波による動揺を最小限に抑えるためである。すなわち細かく分けたバラストタンク４にバラスト水を任意の順に入れることによって、スパー型浮体構造１の円滑な傾斜と円滑な回転を行うことができ、かつ細かく分けられたバラスト水により水面変動による重心移動が小さくなって浮体の安定性を高めることができる。
一方、上部浮体２は、下部浮体３のプレキャストコンクリートブロック５、６よりも小径なプレキャストコンクリートブロック１７によって形成されている。このプレキャストコンクリートブロック１７も円形であり、交差した縦横の隔壁１９と底壁１８とにより４つの区画２０が形成されている。
したがって、このプレキャストコンクリートブロック１７を３個連続して繋ぎ合わせて図３（２）に示すように第２筒体１７ａとし、その上部に上蓋２１を被せると内側に１２個の水密区画部２２が形成された上部浮体２が形成される。この上蓋２１とプレキャストコンクリートブロック１７とは、これらと下部浮体の蓋体９とにかけて配設されたＰＣ鋼材１０によってプレストレスが付与されて接合されている。
この上部浮体２は、図１に示すように、スパー型浮体構造１を洋上に直立して浮かべたときに海面から僅かに突出する箇所に設置される。これはスパー型浮体構造１に支柱ＤおよびブレードＥを取り付けて洋上風量発電装置Ａを構成したときに、モーメントが大きく作用する箇所であるため、ここに水密区画部２２を設けて補強するとともに、船舶や漂流物が衝突した場合のスパー型浮体構造１の安定性を確保するものである。
次に、このスパー型浮体構造の製造方法を図６〜図８に基づいて説明するが、これは上部浮体２と下部浮体３とを形成した後に、これらを接合して構成するものである。まず、下部浮体３のプレキャストコンクリートブロック５、６を製造する。
これは先行して製造したプレキャストコンクリートブロックの上面を型枠代わりにしてコンクリートを打設するマッチキャスト方式で行われる。この方式はプレキャストコンクリートブロックを繋ぐ場合に接合面の誤差が生じないという利点がある。
まず、図６に示すように、隔壁を備えたプレキャストコンクリートブロックを製造する場合は、先行のプレキャストコンクリートブロックの型枠２４にコンクリート２５を打設して先行のプレキャストコンクリートブロック２６を製造する。次に、この上面に次のプレキャストコンクリートブロックの型枠２７を設置し、これにコンクリート２８を打設して後行のプレキャストコンクリートブロック（上部のプレキャストコンクリートブロック）２９を製造する。
そして、この後行のプレキャストコンクリートブロック２９の上面が、その次のプレキャストコンクリートブロックの型枠として使用される。そのため、図７に示すように、後行のプレキャストコンクリートブロック（上部のプレキャストコンクリートブロック）２９のコンクリート２８を型枠２７に打設し、このコンクリート２８が硬化した後に、この後行のプレキャストコンクリートブロック２９をクレーンなどで上方へ持ち上げて、先行のプレキャストコンクリートブロック２６を側方へ引き出す。そして、この先行のプレキャストコンクリートブロック２６を側方へ引き出した後、後行のプレキャストコンクリートブロック２９を吊り降ろす。
次に、この側方に引き出されたプレキャストコンクリートブロック２６は型枠２４を解体していないため、側方に引き出した後に型枠２４を解体する（この型枠２４はプレキャストコンクリートブロック２６を側方に引き出す前に解体することもできる）。そして、この型枠２４を解体したプレキャストコンクリートブロック２６を、図８に示すように、転倒台３０を用いて９０度に向きを変えて門型クレーン３１で移動し、スパー型浮体一基分のプレキャストコンクリートブロックが完成するまで所定の箇所に仮置きをする。
そして一基分のプレキャストコンクリートブロックが完成した後、すなわち中空部を形成する円筒形のプレキャストコンクリートブロック５と、バラストタンクを形成するプレキャストコンクリートブロック６とを形成した後に、各プレキャストコンクリートブロック５、６の接合面に防水パッキンを接着し、これを介してこれらのプレキャストコンクリートブロック５、６を接合して筒体７を形成し、この前後に蓋体８、９を被せる。そして、この蓋体８，９とプレキャストコンクリートブロック５、６とにかけてＰＣ鋼材１０を配設した後、これを所定の力で緊張するとプレストレスが付与された下部浮体３が完成する。
次に、上記と同じ方法で形成した前記のプレキャストコンクリートブロック２６よりも小径のプレキャストコンクリートブロック１７と、上蓋２１とをＰＣ鋼材１０で一体的に接合して上部浮体２を形成し、これを下部浮体３の蓋体９に接合することによって、上部浮体２と下部浮体３とからなるスパー型浮体１が製造される。
Ａ 洋上風力発電装置
Ｂ 係留チェーン
Ｃ アンカー
Ｄ 支柱
Ｅ ブレード
１ スパー型枠浮体構造
２ 上部浮体
３ 下部浮体
４ バラストタンク
５、６、１７ プレキャストコンクリートブロック
７ 筒体
８、９ 蓋体
１０ ＰＣ鋼材
１１、１２ 隔壁
１３ 区画
１５ 補強突起
１６ 中空部
１８ 底壁
１９ 隔壁
２０ 区画
２１ 上蓋
２２ 水密区画部
２４、２７ 型枠
２５、２８ コンクリート
２６ 先行のプレキャストコンクリートブロック
２９ 後行のプレキャストコンクリートブロック
３０ 転倒台
３１ 門型クレーン
Ｂ 係留チェーン
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１ スパー型枠浮体構造
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２５、２８ コンクリート
２６ 先行のプレキャストコンクリートブロック
２９ 後行のプレキャストコンクリートブロック
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３１ 門型クレーン
Claims (3)
- 上下の蓋体と、該蓋体の間に連続的に設置される筒状で複数個のプレキャストコンクリートブロックを繋ぎ合わせた筒体と、該筒体と前記上下の蓋体とに連通しこれらを上下方向で一体に接合するＰＣ鋼材とで下部浮体が構成され、
前記下部浮体の上位置の蓋体に立設されもので前記筒体の径よりも小径で且つ有底筒状で複数個のプレキャストコンクリートブロックを繋ぎ合わせた第２筒体と、該第２筒体の上部に被せる上蓋と、前記下部浮体の上位置の蓋体と前記上蓋とこれ等の間の前記第２筒体とに連通しこれらを上下方向で一体に接合するＰＣ鋼材とで上部浮体が構成され、
前記下部浮体の筒体と前記上部浮体の第２筒体とには、前記ＰＣ鋼材によってプレストレスが付与されていること、
を特徴とする洋上風力発電のスパー型浮体構造。 - 下部浮体における筒体は、上下方向においてその上部は中空部が形成され、その下部は上下方向の隔壁によって仕切られたバラストタンクが形成されており、該バラストタンクの上側に内周に沿って補強突起が設けられ、上部浮体における第２筒体の内側には、底壁と上下方向の隔壁とによって複数の水密区画部が形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の洋上風力発電のスパー型浮体構造。 - 筒状で複数個のプレキャストコンクリートブロックと筒状でかつ内側に隔壁によって形成したバラストタンクを有する複数個のプレキャストコンクリートブロックとを横倒しの状態で連続的に接合して筒体を形成し、該筒体の前後に蓋体を被せた後、この前後の蓋体と前記筒体とにかけて配設されたＰＣ鋼材を所定の力で緊張して下部浮体を形成するとともに前記筒体にプレストレスを付与した後、
該下部浮体の上面に有底筒状で上下方向の隔壁によって複数の水密区画部が形成され且つ前記筒体の径よりも小径な複数個のプレキャストコンクリートブロックを繋ぎ合わせた第２筒体を連続的に接合し、この第２筒体の上面に上蓋を被せた後に、前記上蓋と前記第２筒体と前記下部浮体の上位置の蓋体とに連通して配設されたＰＣ鋼材を所定の力で緊張して上部浮体を形成するとともに前記第２筒体にプレストレスを付与すること、
を特徴とする洋上風力発電のスパー型浮体構造の製造方法。
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| JP4494282B2 (ja) * | 2005-04-20 | 2010-06-30 | 戸田建設株式会社 | プレキャスト工法による変断面塔状構造物 |
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2007
- 2007-07-11 JP JP2007182021A patent/JP5022797B2/ja active Active
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| JP2009018671A (ja) | 2009-01-29 |
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