风力発电タワーの新构造开発
―高さ70尘クラスを1週间程度で施工、高さ100尘クラスも可能に―
三井住友建設株式会社(東京都新宿区荒木町13-4、社長 友保 宏)は、これまでに主にPC(プレストレストコンクリ-ト)橋梁の分野で蓄積したPC技術をさらに発展させ、大型風力発電機の支持構造物として、外ケーブル方式のプレキャストPCタワーを開発しました(特許出願中)。
【开発の背景】
近年、地球环境问题に対する関心が高まる中、环境负荷の少ないクリーンエネルギー源の一つとして风力発电が注目されています。国内では既に160程度の风力発电施设が建设されていますがその発电量は50万办飞未満にとどまっています。资源エネルギ-庁総合资源エネルギー调査会新エネルギー部会の报告书(贬13.6月)に掲げられた?2010年までに300万办飞」という导入目标に対して、今后さらに建设が推进されるとともに、より高い発电効率追求のため、洋上への进出や発电机の高性能化?大型化と合わせて発电タワーの更なる高度化が図られるものと考えられます。
国内では大型の风力発电タワーが既に500基以上建设されていますが、一般にその构造は中空円筒形(モノポール构造)です。日本国内での実绩は钢製パイプ形状?现场継手による构造がその殆どを占めています。将来の発电タワーの大型化を考虑した场合、钢製断面の场合では、曲げ変形の局部座屈によるタワーの损伤や繰り返し荷重による溶接部の疲労破壊などが悬念されます。
当社は、これまでに主に笔颁桥梁の分野で蓄积した笔颁技术をさらに発展させ、将来の风力発电タワーの大型化を念头に、プレキャストコンクリート製风力発电タワーの开発を行いました。
【新工法の特徴】
今回の新工法は、高强度コンクリート製の円筒形プレキャスト部材(セグメント)を积み重ねてタワーを构筑するもので、セグメントの接合を外ケーブル方式のプレストレス导入によって行うことを最大の特徴としています。タワーをコンクリート构造にすることで高い刚性や耐久性を持たせることができ、変形や振动などの问题を軽减し、局部座屈や溶接部の疲労破壊の悬念が解消されます。またコンクリートタワーをプレキャスト化することによって现场作业期间を大幅に短缩しており、高さ70尘クラスのタワーを1週间程度で架设することが可能です。将来のタワーの大型化に対しては断面を円周方向にも分割することができ、これにより高さ100尘クラスのプレキャストコンクリートタワーへの対応も可能です。
【プレキャストコンクリート製风力発电タワーの概要】
1.构造概要
タワー全体の构造は中空円筒形(モノポール构造)です。
プレキャスト製の中空円筒形コンクリート部材(セグメント)を积み重ねて、プレストレスにより一体化させることで风力発电机の支持构造物としてのコンクリート製タワーを构筑します。
コンクリート部材にプレストレスを与えるためには笔颁钢材を配置?紧张しますが、本工法ではこの笔颁钢材をコンクリート断面外(円筒部材の内侧)に配置する?外ケーブル构造」としています。この笔颁钢材には防錆?被覆処理したものを使用します。
外ケーブルの定着は、円筒セグメントの内侧に定着用のコンクリート突起を设けて行います。
セグメントとセグメントの接合面はずれ防止等のための?キー」を设けますが、接着剤等を使用しないドライジョイントとしています。
このような外ケーブル构造によるプレキャストコンクリート製风力発电タワーの构造的?施工的特徴には次のようなものが挙げられます。
(1)耐 久 性: コンクリート製であるため沿岸部など厳しい環境においても耐久性に優れ ています。
(2)高 剛 性: 鋼製に比べてタワー本体の剛性が大きく、変形?振動による問題(タワー 本体や発電機に与える影響など)に対して有利です。また鋼製タワーで懸 念される溶接部疲労や局部座屈などが解消されます。
(3)プレキャスト化: 高品質?高精度な部材製作が可能であるとともに、コンクリートタワ ーで課題となる架設工期を大幅に短縮できます。また外ケーブル構造 であるため使用期間が経過した後のタワー解体?撤去が容易かつ安全に行えます。
(4)外ケーブル构造: プレストレス導入方法を外ケーブル構造とすることにより、架設作業 において緊張作業がクリティカルとならずに架設期間の短縮に貢献し ます。
(5)メンテナンス性: プレキャストコンクリート構造自体が耐久性に優れています。また、 外ケーブル構造によりPC鋼材の保守?点検を含めたメンテナンス性 が高い。
(6)そ の 他:
?钢製と同程度のコスト及び构造寸法での构筑が可能です。
?建設後PC鋼材の追加配置により耐力増加を行うことが可能です。 タワーはそのままで発電機の取替え(大型化のための取替→塔頂の 荷重増加)なども想定できます。
?外ケーブル構造+プレキャスト製であるため使用期間終了後に解体 すると架設前の状態となり、場合によっては新たに再利用を考える こともできます。
2.构造设计例
国内最大规模の1.7惭奥相当の风力発电机(タワー高さは约60尘)を想定した试设计结果を示します。
タワーは23个の円筒形プレキャストコンクリートセグメントにより构成されます。セグメントの外直径は下部で3.5尘、上部で3.0尘。コンクリート厚は25肠尘。1つのセグメントの长さは运搬?架设を考虑して重量を抑えるために、2.2～2.4尘としています。
构造検讨の规準として、长期荷重に対しては接合部の目开きを许容しないフルプレストレス状态(全段面圧缩状态)として部材および笔颁钢材本数の设定を行っています。また暴风时、地震时等の短期荷重に対しては若干の接合部目开きを许容し、コンクリート圧壊および笔颁钢材の降伏を照査することで安全性を确保しています。
また、より规模の大きな発电机およびタワーを想定する场合にはタワー部材断面が大きくなりますが、タワー円周方向にセグメントを分割することによりタワー高さ100尘クラスにおいても対応が可能です。
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