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いとはしどり
5 years ago
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1 第 1 回みやぎ洋上風力発電等導入研究会日本における洋上風力発電と将来展望東京大学大学院工学系研究科社会基盤学専攻石原孟 2016 年 9 月 9 日

2 内容 2 1. 洋上風力発電の現状 2. 洋上風力発電の研究開発 3. 洋上風力発電の将来展望

3 1. 洋上風力発電の現状

4 欧州における洋上風力発電導入量 4 洋上風力発電の導入がイギリスを中心に拡大し 2015 年までに累計 1200 万 kw を達す 2015 年に新規に建設された洋上ウィンドファームは 370 万 W 1 ヶ所あたりの平均出力は 37 万 kw(2014 年実績 ) 2015 年の欧州の洋上風力への投資は 3GW で 133 億ユーロ (1.74 兆円約 58 万円 /kw) ( 出典 )EWEA The European offshore wind industry key trends and statistics 2014 (2015 年 )

5 欧州における大規模ウインドファーム (1-10 位 ) 5 Wind farm Total (MW) Location Turbines & model Commissioning Date London Array 630 Gwynt y Môr 576 Greater Gabbard 504 United Kingdom United Kingdom United Kingdom 175 Siemens 3.6MW Siemens 3.6MW Siemens 3.6MW 2012 Anholt 400 Denmark 111 Siemens 3.6MW 2013 BARD Offshore Germany 80 BARD 5.0MW 2013 Global Tech I 400 Germany 80 Areva Multibrid 5.0MW 2015 West of Duddon Sands 389 Walney (phases 1&2) 367 United Kingdom United Kingdom Thorntonbank 325 Belgium Sheringham Shoal 315 United Kingdom 108 Siemens SWT-3.6MW Siemens SWT-3.6MW Senvion 5MW, 48 Senvion 6.15MW Siemens 3.6MW

6 世界最大の洋上風力発電所 London Array 6 現在世界最大の洋上風力発電所 London Array の設備容量は 63 万 kw 2012 年 12 月に 175 基の風車の建設が完了 2013 年 4 月 6 日は発電開始

7 風車の大型化 7 10 年毎にロータの直径は約 3 倍出力は約 10 倍 A380 を空中で回している 1985 年 15m 50kW 1993 年 40m 500kW 2005 年 126m 5000kW 2020 年 200m 20MW

8 洋上風力開発における港の役割 8 建設コストを減らすために作業はなるべく陸上で行う必要がある風車基礎の組み立てに適した港湾は必要がある洋上風力発電開発を行うために港湾への投資は不可欠である

9 再生可能エネルギーの導入ポテンシャル 9 洋上風力の導入ポテンシャル : 太陽光の 10 倍地熱小水力の 100 倍日本の 10 電力会社の発電設備の 8 倍

10 賦存量 (MW) わが国における洋上風力賦存量 10 NEDO による洋上風力賦存量評価風速 7m/s 以上, 離岸距離 30km, 水深 200m までの洋上風力発電賦存量は, 約 12 億 kw 水深 m の範囲の賦存量は水深 50m までの賦存量の 4 倍以上洋上風力発電の開発可能性着床式洋上風力発電の適応限界水深と考えられる 50m までの賦存量は約 2 億 1000 万 kw 設置可能海域内の 5% が利用可能とした場合,1000 万 kw の設備容量浮体式洋上風力発電が実用化されれば, 水深 200m まで設置可能海域の賦存量は約 12 億 kw となり利用可能率を 4% とした場合,4800 万 kw の設備容量 500, , , , ,000 0 水深 0-20m 20-50m m 0-10km 10-20km 20-30km 離岸距離

11 国内の洋上風力発電 Setana wind power plant Wind Power Kamisu 北海道茨城県山形県

12 2. 洋上風力発電の研究開発

13 わが国の洋上風力発電における技術課題欧州と我が国では気象海象条件 ( 台風地震うねり ) が異なっていることから欧州での事例をそのまま適用することはリスクが大きい 2. 洋上風車の設計洋上での施工維持管理等様々な課題がある 3. 洋上風力発電の環境影響評価手法を確立する必要がある気象海象条件の解明洋上風車設計施工技術の開発環境影響評価手法の確立風況観測タワー風車波浪観測装置

14 国内における洋上風力発電の実証研究 Rendering 14 浮体式日本海側着床式 Substation 4 Colum Semi-Sub Advanced Spar 3 Colum Semi-Sub ( 出典 : 福島洋上風力コンソーシアム ). 太平洋側浮体式着床式

15 実証研究海域 ( 銚子沖 ) 15 洋上風況観測システム実証研究の設備観測タワー実証研究海域洋上風力発電システム風車実証研究の設備 (2400kW) 送電ケーブル (22kV) 研究設備変電設備当社系統東電系統

16 風車観測タワー基礎の製作完了 ( 撮影時期 :2012 年 5 月 ) 観測タワーの完成 (8 月 18 日 ) 海底ケーブルの敷設 (9 月 6 日 ) 風車の建設完了 ( 10 月 14 日 ) 16

17 銚子沖における洋上風力発電実証設備 (2013 年 2 月に発電開始 )

Tower moment (MNm) Tower moment (MNm) Tower height [m] Tower moment (MNm) 発電時の最大風荷重の予測結果 18 30 20 10 measurement simulation 70 60 50 ロータに作用するモーメントに起因するタワーモーメントロータに作用するスラスト力に起因するタワーモーメント 0 35 30 0 5

18 Tower moment (MNm) Tower moment (MNm) Tower height [m] Tower moment (MNm) 発電時の最大風荷重の予測結果 measurement simulation ロータに作用するモーメントに起因するタワーモーメントロータに作用するスラスト力に起因するタワーモーメント wind speed (m/s) Fore-Aft Tower Moment (MNm) wind speed (m/s) wind speed (m/s) タワー基部ではスラスト力が支配的である一方, タワー頂部ではロータに作用するモーメントが支配的

19 タワー高さ M.S.L.+100m 自立式三角断面鋼管トラス気象海象の観測 95m 90m 80m 70m 60m 洋上風況の把握高高度の風速鉛直分布の把握洋上の大気安定度の把握波浪特性の把握黒潮域における海潮流特性の把握波と風の同時生起性の把握 19 50m 三杯式風速計矢羽式風向計 40m 30m 超音波式風速計気圧計温湿度計データ通信用ブイ 20m 15m プラットフォーム ) M.S.L. PC ケーソン基礎温度差計ドップラーライダー雨量計超音波ドップラー式流向流速分布計 (ADCP) 超音波式波高計

20 年最大風速 (m/s) 環境条件の評価手法と支持構造物の計算手法の提案 _01_P13_26_10_(Mixd)+(14nen)(10000nen)-ObsTower_100_new.QPC (m/s) 45.8(m/s) 観測値温帯低気圧 ( ガンベル分布 ) と台風シミュレーションの合成温帯低気圧と熱帯低気圧 ( 修正ガンベル分布 ) の合成再現期間 ( 年 ) 基準化変数 -ln(-ln(f)) IEC Ed.4 台風の評価地震荷重の評価 IEC Ed.2 波浪の評価 IEC Ed.1 支持構造物の評価 (a) Mesoscale model 風速計 (b) Typhoon model (c) Combined model 加振装置遠隔操作盤ナセル内部 1 次モード 0.2% 2 次モード 2.5% 加振機

21 プロジェクトのホームページ出典 : 21

福島沖実証研究の概要第 1 期 ( 平成 23 年度 ~) 22 第 1 期では,

商業風車搭載の浮体式洋上風力発電設備 1 基を建設し, 実証研究を行う要素技術の開発を行うと共に気象海象浮体動揺

今後の事業化を見据えて世界最大級の 7MW 商業風車搭載の浮体式風力発電設備を建設し実証研究を行うサブステーション第 1

1 期の半分に低減させ, 大型風車搭載の浮体式洋上風力発電設備による大規模洋上ウィンドファームの事業性を検証する

22 福島沖実証研究の概要第 1 期 ( 平成 23 年度 ~) 22 第 1 期では, 浮体式洋上サブステーションと海底ケーブルを設置し, 本実証研究の基盤を構築するとともに, 既存の 2MW 商業風車搭載の浮体式洋上風力発電設備 1 基を建設し, 実証研究を行う要素技術の開発を行うと共に気象海象浮体動揺応力などの浮体式洋上風力発電設備の設計に必要な基礎データを取得する第 2 期 ( 平成 25 年度 ~) 第 2 期では, 今後の事業化を見据えて世界最大級の 7MW 商業風車搭載の浮体式風力発電設備を建設し実証研究を行うサブステーション第 1 期第 1 期 1,850m V 字型セミサブ第 2 期第 2 期 1,480m V 字型セミサブ第 2 期の建設単価は第 1 期の半分に低減させ, 大型風車搭載の浮体式洋上風力発電設備による大規模洋上ウィンドファームの事業性を検証するダウンウィンド風車搭載浮体サブステーション送電ケーブルダウンウィンド風車搭載浮体アドバンストスパー 1,480m アドバンストスパー出典 :

23 福島復興浮体式洋上ウィンドファーム実証研究事業 23 出典 :

24 ふくしま絆 24 完成した浮体式洋上変電所と観測タワー出典 :

25 ふくしま未来 25 完成した 2MW 風車搭載浮体式洋上風力発電設備出典 :

26 完成した 7MW 風車搭載浮体式洋上風力発電設備出典 : ふくしま新風 26

27 完成した 5MW 風車搭載浮体式洋上風力発電設備出典 : ふくしま浜風 27

28 維持管理手法の開発 28 海底ケーブルの陸揚げ地点に陸上開閉所を設置し常時 4 人の作業員が洋上発電施設のリモートモニタリングにより管理を行っている発電所のメンテナンスは通常アクセス船を使用していますが緊急時に迅速に対応できるようにヘリコプターを使用したサブステーションでの緊急訓練を実施すると共により効率的なアクセス方法および維持管理手法の開発を行っている出典 :

29 環境影響評価 29 年 4 回 ( 四季 ) の船舶からの目視調査では海鳥としてアホウドリやヒメウ等の重要種底魚調査ではカナガシラやマダラ等が確認されている通年における定点調査では海産哺乳類としてカマイルカ等が確認され浮魚類としてブリやメジナが周辺海域より多く集まっていることが確認された出典 :

30 漁業との共存 30 漁業関係者との協議を定期的に行うと共に浮体周囲の漁業環境調査魚獲試験魚類の ROV 調査および海洋情報データの提供を実施しているこれらの活動を通じて新たな漁具漁法の開発や浮体の魚礁効果と集魚効果を明らかにすることにより浮体式洋上風力発電と漁業との共存の具体的な方向性を検討している出典 :

福島洋上風力交流センター 31 31 福島復興のシンボル事業である浮体式洋上ウインドファーム実証研究につい http://www.fukushima-forward.

31 福島洋上風力交流センター福島復興のシンボル事業である浮体式洋上ウインドファーム実証研究について地元の住民に理解を深めていただくために福島洋上風力交流センターを市小名浜の観光物産センターいわきららミュウ2 階に開設している出典 :

32 コンソーシアムのホームページ 32 出典 :

33 3. 洋上風力発電の将来展望

34 国内における洋上風力発電の導入計画 34 固定価格買取制度に洋上風力発電の買取区分が 2013 年に新設された全国の港湾で商業ベースの着床式洋上風力発電の導入計画が始まっている ( 出典 ) 経済産業省調達価格算定委員会第 16 回配布資料

ブレーマハーフェンの洋上風力誘致戦略 35 Bremerhaven 港のあゆみ 1827 年にブレーメンの外港都市としてヴェーザー川の下流 50km の位置に建設されドイツの主要な港湾として造船業とともに栄えてきた第二次世界大戦終了後もドイツ駐留米陸軍への物資供給港としての役割を果たしてきた 1989 年に冷戦終結に伴いドイツ駐留米陸軍への物資供給港としての役割が終えさらに

35 ブレーマハーフェンの洋上風力誘致戦略 35 Bremerhaven 港のあゆみ 1827 年にブレーメンの外港都市としてヴェーザー川の下流 50km の位置に建設されドイツの主要な港湾として造船業とともに栄えてきた第二次世界大戦終了後もドイツ駐留米陸軍への物資供給港としての役割を果たしてきた 1989 年に冷戦終結に伴いドイツ駐留米陸軍への物資供給港としての役割が終えさらにアジアや東欧の台頭による造船業不況により 3500 人が失業人口も減少した 2001 に市議会では北海における大規模洋上風力開発に適した港湾設備および造船重工業の高い技術力豊富な労働力を活かし洋上風力開発を主目的とした再生可能エネルギーセクターの設立を決定し 2004 年に世界最大規模の 5000kW 風車の試験を開始した Bremerhaven の戦略 Bremerhaven 港の強みを生かした再生可能エネルギーセクターの設立 ( 戦略立案 ) 世界最大規模の 5000kW 風車試験の実施により港の魅力をアピール ( 広報活動 ) 実証実験サイトの提供と許認可手続きの迅速化 ( 集積企業への支援 ) 大型風車メーカ 2 社 ( 洋上風力関連 ) 設計コンサルタント重工 ( 風車関連 ) 風車試験機関 ( 風車関連 ) 中型風車メーカ 2 社 ( 輸出関係 )

36 ブレーマハーフェンの洋上風力開発拠点 36 ブレーマハーフェン港湾空撮図陸上に設置された実証研究の洋上風車岸壁に隣接する風車メーカー工場風力発電産業用に改修された港湾施設

37 北九州市おける洋上風力開発の戦略 37 福岡県の北九州市は港の沖合に広がる 2700 万平方メートル (ha) の水域を対象に発電能力が 200MW 以上の設備を建設運営する事業者を募集する 2017 年 1 月以降に事業者を選定して建設開始は 2021 年度を見込んでいる ( 出典 : 北九州市港湾空港局 ) 充実した電力系統港湾インフラの利用海域の管理と利用調整の仕組みの整備

福岡県北九州市が北九州港周辺区域における洋上風力発電施設の導入拡大を目的に申請していた港湾区域の拡張に同意し港湾法に基づき

38 響灘洋上風力発電施設の公募対象水域 38 この 4 区域を使って発電能力が 150MW の洋上風力発電所を建設できる発電事業者は 20 年間にわたって対象水域を占用できる国土交通省は 2016 年 6 月 10 日福岡県北九州市が北九州港周辺区域における洋上風力発電施設の導入拡大を目的に申請していた港湾区域の拡張に同意し港湾法に基づき洋上風力発電施設の導入に関する港湾区域の変更事案は日本で初めての事例となる拡張範囲 A 区 ( 水域面積 :1,367ha) B 区 ( 水域面積 :720ha) C 区 ( 水域面積 :533ha) D 区 ( 水域面積 :67ha) ( 出典 : 北九州市港湾空港局 )

を適用した場合には年間の売電収入は約 190 億円にのぼる NEDO が公表した

39 NEDO における洋上風力発電実証研究成果の利用 39 北九州市の公募で建設する大規模な洋上風力発電所が完成すると発電能力を 200MW 設備利用率を 30% で計算すると年間の発電量は一般家庭の使用量に換算して約 15 万世帯分に相当する現在の洋上風力発電の買取価格 (1kWh あたり 36 円税抜き ) を適用した場合には年間の売電収入は約 190 億円にのぼる NEDO が公表した 2013 年の実証データによると年間の平均値で 7.1m/s 設備利用率は 28.5% 洋上風力の目標値である 30% に近い水準を実証した

40 グリーンエネルギーポートひびき 40 ( 出典 : 北九州市港湾空港局 ) 洋上風力を含めた風力発電設備そのものの導入だけでなく部品やメンテナンス訓練施設物流センターなどの関連産業も集積させることでアジアの中心となる大規模な風力発電産業を築こうという壮大なプロジェクトである北九州市は 7 日洋上風力発電施設設置運営への参加を検討している事業者向けの説明会を開催した新電力会社など 8 グループが参加した

風力産業と雇用 41 風車は1~2 万点の部品からなる自動車型産業日本の風力累積導入量は250 万 kw 世界の1% わが国では売上高 3000 億円と雇用 5000 人世界では売上高 8.3 兆円 ( 日本の30 倍 ) と雇用 50 万人 ( 日本の100 倍 ) 産業雇用者数 / 新規設置量 MW 雇用者数 / 既存設置量 MW 風車製造 ( 直接雇用 ) 7.

41 風力産業と雇用 41 風車は1~2 万点の部品からなる自動車型産業日本の風力累積導入量は250 万 kw 世界の1% わが国では売上高 3000 億円と雇用 5000 人世界では売上高 8.3 兆円 ( 日本の30 倍 ) と雇用 50 万人 ( 日本の100 倍 ) 産業雇用者数 / 新規設置量 MW 雇用者数 / 既存設置量 MW 風車製造 ( 直接雇用 ) 風車製造 ( 間接雇用 ) 風車設置保守メンテナンスその他直接雇用合計 ( 出典 : みずほコーポレート銀行の資料 ) 陸上風力発電 : 雇用者数は年間新規導入の場合風 1MW あたり 15.1 人となっておりその大半は風車製造に関わるものである洋上風力発電 : 雇用者数は 22 人と推計しており陸上風力発電に比べ 1.5 倍の雇用効果が期待される

洋上風力開発の戦略瀬棚洋上風力発電所イギリスの洋上風力開発の戦略 (2004) 神栖風力発電所 (2009) 42 2007 年, 政府は 2020 年までに 1800 万 kw という開発目標を発表事業規模は 13 兆円 7000 基以上の洋上風車を設置し, 国の全消費電力の 3 分の 1 を賄う英国国王の資産管理を行う政府系特殊法人が開発区域を指定.

42 洋上風力開発の戦略瀬棚洋上風力発電所イギリスの洋上風力開発の戦略 (2004) 神栖風力発電所 (2009) 年, 政府は 2020 年までに 1800 万 kw という開発目標を発表事業規模は 13 兆円 7000 基以上の洋上風車を設置し, 国の全消費電力の 3 分の 1 を賄う英国国王の資産管理を行う政府系特殊法人が開発区域を指定. 北海海底油田鉱区のように入札を実施ラウンド 1 18 区域 150 万 kw 2001 入札完了ラウンド 2 15 区域 710 万 kw 2003 入札完了ラウンド 3 9 区域 3200 万 kw 2010 入札完了計画通りにいけば, 設備容量は 4060 万 kw に達する世界中の風力発電企業の研究施設や製造拠点を集積し, 国の一大産業として発展させる

43 欧州における洋上風力導入量見通し 43 陸上風力発電は 2020 年頃に年間導入量は頭打ちとなる洋上風力発電は 2030 年まで年間導入量は拡大している 2020 年代の前半にも洋上風力発電の年間投資額が陸上風力発電投資額を超える見通し ( 出典 )EWEA Pure Power wind energy target for 2020 and 2030 (2011 年 )

わが国の風力発電のロードマップ (JWPA 作成 ) 44 2050 年までに風力発電による電力供給は 20% を目指す 2020 年 :1100

44 わが国の風力発電のロードマップ (JWPA 作成 ) 年までに風力発電による電力供給は 20% を目指す 2020 年 :1100 万 kw 2030 年 :3600 万 kw 2050 年 :7500 万 kw その半分は洋上風力着床式は 4 分の 1 浮体式は 4 分の 1

45 ご清聴ありがとうございました! 年に2000kWの風車 80 基がデンマークに建設された ( Horns Rev 洋上風力発電所 : 水深 6~12m, 離岸距離 14~20km) ( 出典 :EWEA,2009)

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PowerPoint Presentation 洋上風力発電の最新動向と将来展望東京大学大学院工学系研究科社会基盤学専攻石原孟 2018 年 3 月 30 日洋上風力発電のメリット膨大な風力賦存量大都市 ( 東京, ニューヨーク ) での風が弱いに対し, 近隣する洋上の風は強く, 膨大な風力エネルギーがあるドイツデンマークでは陸上風力発電の適地不足から洋上風力発電に進出離岸距離 50km までで, 洋上風力賦存量は東京電力の年間電力販売量とほぼ等しい.