機能
係留施設は、浮体式洋上風力タービンの位置保持機能を提供し、基礎構造物とタービンの安定性に貢献します。
費用*
1 GW の浮体式洋上風力発電所の場合、約 4 億 1,100万ドルです。
サプライヤー
アジア市場向け英国サプライヤー:
Bridon-Bekaert, Venterra, First Marine solutions, First Subsea, InterMoor, Tekmar Group.
日本のサプライヤー:
MODEC.
韓国のサプライヤー:
DSME.
主要な係留施設のオプション: 左上より時計回りの順番で通常のカテナリー係留、マルチカテナリー係留、浮力セミトート係留、トート係留 画像提供: BVG Associates 無断複写・複製・転載を禁じます
浮体式洋上風力タービンの典型的な係留施設コンポーネント 実際のシステムでは、これら全てを同時に使用することはありません。画像提供: BVG Associates 無断複写・複製・転載を禁じます
基本情報
セミサブ型構造物には、図 27に示すとおり、柔軟性を提供する様々な方法を備えた 4 つの主要な係留施設オプションがあります。各サイトの最適な設計は、技術的および経済的なトレードオフとなります。
- 通常のカテナリー係留: 自由に吊り下げられたチェーン係留索を使用し、その自重によって懸垂線の形状を形成するシステム。係留索は基礎構造物をアンカーに接続します。海底接地部の鎖が長いということは、アンカーにはほぼ水平に力が加わるということであり、地盤条件が許せば、ドラッグ式埋め込みアンカーを使用します。これは最もシンプルな係留施設の設計で、最も安価なアンカータイプを使用し、浅い場所で使用されます。タービンからアンカーまでの半径は水深のおよそ 6～8 倍です。
- マルチカテナリー: 係留鎖を使用し、ロープセクションを含むこともあるシステム。柔軟性はまずカテナリーチェーンセクションにより、また使用されている場合はロープセクションの弾性により提供されます。その柔軟性は、クランプウェイトとフロートを追加することで調整できます。地盤条件が許せば、ドラッグ埋め込み式アンカーとの併用が想定されます。
- 浮力セミトート: 最上部と最下部にチェーンを使用し、各ラインの中間部分にロープを組み合わせて使用するシステム。地上チェーンは、アンカーにかかる荷重が主に水平方向であることを保証し、ブイモジュールはロープ部分を海底より持ち上げて損傷を防止します。柔軟性は主にロープ部分の弾性によって提供されます。
- トート: 基礎構造物とアンカーの間に張力をかけた状態で接続されたロープラインを使用するシステム。接続と張力調整のため、最上部・最下部に短い鎖部分を使用する場合があります。柔軟性は、ロープ部分の特性と、使用されている場合は荷重軽減装置によって実現されます。このオプションではアンカーに高い垂直荷重を含む、より大きな荷重がかかるため、より大容量の杭またはサクションアンカーが必要です。タービンからアンカーまでの半径が水深の約 2 倍であるため、他の係留施設よりも設置面積が小さくなります。
浮体式洋上風力タービン用係留ソリューションは、浮体式石油・ガスプラットフォームで実証済みの技術から開発されました。一般に、浮体式洋上風力タービンは石油・ガスプラットフォームより浅い海域に配置され、異なる一連の荷重がかかり、油流出のリスクがないため、故障による影響が少ないという点で異なります。
係留索は垂直に対して斜めに基礎構造物に接続します。張力の水平成分は基礎構造物を定位置に保持し、張力の垂直成分は基礎構造物とタービンの安定性に貢献する復元力を提供します。
初期の係留施設のほとんどは、柔軟性があり、極端な荷重を軽減するように設計されています。柔軟性はいくつかの方法で達成できます:
- カテナリー形状は、重量に応じて荷重が増加すると伸びてまっすぐになります。
- 接地チェーンの長さは、その重量に応じて荷重の増加とともに徐々に浮き上がります。
- トート係留索またはセミトート係留索は、その長さと材質の特性に応じて、ある程度の順応性を提供します。
- インラインダンパーやその他の荷重軽減装置は、通常は係留索の上部に配置され、トート係留およびセミトート係留用に開発されています。
係留システム設計は「拘束型」にもでき、これは動きを最小限に抑えることを意味します。
典型的なエクスカーション (水平変位) は水深の 30 ～ 35% です。これは、水深 100 m の場合、浮体基礎構造物が定位置から 30 ～ 35 m ほど移動する可能性があることを意味し、ダイナミックアレイケーブルなどのシステムはこの動きに耐える必要があります。
初期の実証プロジェクトでは 3 本係留施設が推奨される設計でしたが、冗長性と個々のアンカー重量軽減のため、6 本設計が標準になる可能性が高くなっています。
冗長性はよく使われる用語ですが、係留施設の設計の文脈では誤解される可能性があります – つまり障害が発生しないことを意味するものではありません。浮体式洋上風力タービン係留設備に関する関連規格がガイドラインを提供します。ガイドラインに従って設計するか、あるいは保険会社に新しい係留施設の設計が目的に適合していることを納得させるかは、エンジニア次第です。保険会社が納得すると、投資家や融資機関からの信頼を得る事ができます。
係留施設のコストが最小になるのは、水深約 100 ～ 150 m です。浅い水深では、水深に対する相対的な波高に関する複雑さが増し、基礎構造物の柔軟性を管理するのが難しくなるため、コストが増加します。深度が深くなると、係留索の長さが長くなるため、コストが増加します。
係留施設の詳細設計によっては、漁業など風力発電所範囲内での特定の種類の活動が制限されることがあります。
係留施設の設計では、大規模な修理の際に設置と接続が容易で、取り外しも容易である必要があります。