浮体式洋上風力発電の最新動向

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しらんつちた
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1 風力発電の最新技術動向と環境影響評価に関するシンポジウム ( ) 浮体式洋上風力発電の最新動向長崎総合科学大学池上国広

2 風力発電再生可能なクリーンエネルギーの代表的なものとして期待されてその利用技術の開発実用化に向けての取り組みが世界各国で積極的に展開されている長所再生可能で環境に優しいクリーンエネルギー比較的低コストで事業化容易小規模分散型で有事の際の影響が最小離島などの独立電源としての活用設置や修理が短工期短所不安定で不確実 ( 出力変動 ) 周辺の環境への影響 ( 騒音景観 )

3 世界の風力発電の導入量資源量 : 世界全体の電力需要量 (14TW) の 4 倍に相当世界累計設置容量 (2010 年末 ) 194.4GW(2.3%) 4.5~11.5%(2020 年 ) デンマーク, 3.8 カナダ, 4 イギリス, 5.2 フランス, 5.7 イタリア, 5.8 日本, 2.18 インド, 13.1 その他合計 194.4(GW) 中国, 42.3 アメリカ, 40.2 デンマーク :20% スペイン :17% スペイン, 20.7 ドイツ, 27.2

4 洋上風力発電陸上風力発電における問題が顕在化し洋上風力発電に関心地形や建物による影響が少なく風況が良いためより安定した発電が可能用地の確保賦存量が大きい生態系への悪影響が懸念されない景観騒音の問題が緩和 Nysted Offshore Wind Farm デンマークを中心に建設が進められてきたが近年になって欧州全域に広がる勢いを見せ特に英国の伸びが著しいデンマークロラン島南部設置 2.3MW 72 基 =166MW (2003 年設置 ) 2.3MW 90 基 =207MW (2010 年設置 )

洋上風力発電のランキング世界の洋上風力発電所 2010 年現在欧州各地に 39 の着床式洋上風力発電所があり 2,396MW の供給能力 100GW 以上のプロジェクトが進行中であり 2020 年に 40GW,2030 年 150GW を目標発電所出力 (MW) 国メーカーと型番稼動年 Thanet 300 イギリス 100 ヴェスタス V90-3MW 2010 Horns Rev

5 洋上風力発電のランキング世界の洋上風力発電所 2010 年現在欧州各地に 39 の着床式洋上風力発電所があり 2,396MW の供給能力 100GW 以上のプロジェクトが進行中であり 2020 年に 40GW,2030 年 150GW を目標発電所出力 (MW) 国メーカーと型番稼動年 Thanet 300 イギリス 100 ヴェスタス V90-3MW 2010 Horns Rev II 209 デンマーク 91 シーメンス Rødsand II 207 デンマーク 90 シーメンス Lynn and Inner Dowsing 194 イギリス 54 シーメンス Robin Rigg (Solway Firth) 180 イギリス 60 シーメンス 2010 Gunfleet Sands 172 イギリス 48 シーメンス ]Nysted (Rødsand I) 166 デンマーク 72 シーメンス

6 日本の洋上風力の導入ポテンシャル洋上風力の開発普及に期待開発不可条件自然条件風速 : 6.5 m/s 未満離岸距離 :30 km 以上水深 :200 m 以上社会条件法規制区分 : 国立国定公園 ( 海域公園 ) ( 陸上 :28,294 万 kw)

) に限定サミットウインドパワー酒田洋上風力発電所 600kW x 2 基 (2004 年設置 ) ブレード直径 47m, ハブ高さ

7 せたな町洋上風力発電施設風海鳥日本の洋上風力発電着床式の実績が出てきつつある海岸部設置 :3 施設 ( 瀬棚町サミットウィンドパワー酒田ウインドパワーかみす ) 設置沖合設置 :NEDO で実証試験実施中設置水深が浅水域 ( 水深 50m 程度 ) に限定サミットウインドパワー酒田洋上風力発電所 600kW x 2 基 (2004 年設置 ) ブレード直径 47m, ハブ高さ 47m 防波堤背後のドルフィン型基礎上に設置町単独事業 2,000kW x 5 基 (2004 年設置 ) ブレード直径 80m, ハブ高さ 60m 岸壁に近接

8 日本の洋上風力発電ウインドパワーかみす洋上風力発電所 NEDO 洋上風力発電システム実証研究 2MW 7 基 (2010 年設置 ) ブレード直径 80m, ハブ高さ 60m モノパイル基礎 ( 鋼製モノパイル ) 護岸から 50m の外洋銚子沖 3km 2010 年度 ~2013 年度着床式発電システム保守管理技術開発設計指針作成環境影響評価

9 洋上風力発電の種類水深によって異なったタイプの基礎水深 30m 未満着床式洋上風力直径 6m 程度の円柱型水深 60m 程度まで着床式洋上風力 3 脚のパイル構造鋼鉄製のジャケット構造大水深浮体式洋上風力遠浅の少ない日本では浮体式洋上風力に期待出典 :Dynamic Modeling and Loads Analysisan Offshore Floating Wind Turbine

10 浮体式洋上風力発電の種類安定性確保の方式スパー型 ( 低重心 ) テンションレグ型 ( 係留索 ) ポンツーン型 ( 浮体浮力 ) 出典 :Dynamic Modeling and Loads Analysis an Offshore Floating Wind Turbine

世界の浮体式洋上風力発電欧州を中心にして浮体式洋上風力発電の開発進展中イタリアで実海域での模型試験ノルウェーで世界初の実証試験 2011 年に入りさらに2ヶ所で実証実験開始 Blue H ( イタリア ) Hywind ( ノルウエー ) イタリアプッリャ州の南東 21km 沖設置

11 世界の浮体式洋上風力発電欧州を中心にして浮体式洋上風力発電の開発進展中イタリアで実海域での模型試験ノルウェーで世界初の実証試験 2011 年に入りさらに2ヶ所で実証実験開始 Blue H ( イタリア ) Hywind ( ノルウエー ) イタリアプッリャ州の南東 21km 沖設置 (2008 年 ) ¾ scale model, 8 か月で撤去設置水深 :113m Tension leg 係留システムノルウェー南西海岸 10km 沖設置 (2009 年 6 月 ) 風車 :Siemens 製 2.3MW 設置水深 :200m 鋼製スパー型喫水 100m カテナリー係留

12 世界の浮体式洋上風力発電 SWAY ( ノルウェー ) WindFloat ( ポルトガル ) ノルウェーベルゲン沖設置 (2011 年 3 月 ) 1/6 scale model 5MW を想定異常気象に遭遇し浸水して沈没ポルトガルアグサドウラ沖設置 (2011 年 ) 風車 :Vestas 製 V80-2.0MW 浮体 : セミサブ型チェインと繊維索係留

13 日本の浮体式洋上風力発電ハイブリッドスパー型 ( 環境省京大 ) 風レンズ風車 ( 福岡市九大 ) 五島市椛島沖 1 キロ (2010 年度 ~2015 年度 ) 福岡市海の中道沖 (2011 年 12 月 ) 3KW 風車 2 基

14 日本の浮体式洋上風力発電福島復興浮体式洋上ウインドファーム実証研究事業 ( 経産省丸紅 ) 福島県沖合最大 40 キロ (2011 年度 ~2015 年度実施 ) 浮体式風車 (2MW1 基 7MW2 基 ) と浮体式変電所 1 基を建設

15 環境省委託事業浮体式洋上風力発電実証事業世界で 3 例目我が国初の浮体式洋上風力発電の実海域実証事業スケジュール H22 地域受容性評価環境影響評価方法検討基本設計 H23 小規模試験機設計建造実証機詳細設計気海象調査環境事前調査 H24 小規模試験機設置実証運転実証機建造気海象調査環境調査 H25 実証機設置実証運転気海象調査環境調査 H26 実証運転気海象調査環境調査 H27 実証運転実証機撤去 ( 予定 ) 事業性等の評価環境調査手法検証

16 業務実施体制 ( 平成 22 年度 ) 委託者 : 環境省契約者 : 京都大学共同研究契約浮体式洋上風力発電実証事業検討会事業実施協力者 (11 社 ): 長崎総合科学大学芙蓉海洋開発( 株 ) ( 財 ) ながさき地域政策研究所イーアンドイーソ ( 独 ) 海上技術安全研究所リューションズ ( 株 ) 新日鉄エンジニアリング( 株 ) 双日九州( 株 ) 富士重工業( 株 ) 三井松島産業( 株 ) 戸田建設( 株 ) エコパワー( 株 ) 外部協力者 : 日本ヒューム ( 株 ) 佐世保重工業 ( 株 ) ( 株 ) ジェイパワーシステムズ ( 株 ) 九電工アドバイザー : 長崎県産業労働部長崎県知事公室長崎県環境部九州電力 ( 株 )

17 業務実施体制 ( 平成 23 年度以降 ) 委託者 : 環境省浮体式洋上風力発電実証事業検討会共同事業実施者 (5 社 ): 戸田建設( 株 ) 富士重工業( 株 ) 芙蓉海洋開発( 株 ) 京都大学 ( 独 ) 海上技術安全研究所共同研究契約外部協力者 (9 社 ): 長崎総合科学大学 ( 財 ) ながさき地域政策研究所新日鉄エンジニアリング( 株 ) ( 株 ) ジェイパワーシステムズ日本ヒューム( 株 ) 佐世保重工業( 株 ) イーアンドイーソリューション( 株 ) エコパワー( 株 ) ( 株 ) 九電工長崎県産業労働部長崎県環境部九州電力( 株 ) アドバイザー : 長崎県企画振興部長崎県水産部 ( 財 ) 日本海事協会

18 自然条件水深 : 約 96 m 年平均風速 : 6.95 m/s ( 高度 60 m) 極値風速 : 53.1 m/s (50 年 ) 有義波高 : 7.7 m (50 年 ) 潮流 : 最大流速 1.05 kt 社会的条件共同漁業権 : 五島ふくえ漁協地元自治会 : 椛島自治会景観 : 海域付近に美観地区なし航路 : 定期船の航路なし航空路 : 空港の制限区域に該当せず実証施設設置海域五島市椛島天見ヶ浦沖合い 1 km の地点を選定

19 基本設計フロー設置海域の選定設計条件の設定風車方式の選定浮体方式の選定係留アンカ方式の選定電気設備海底ケーブルの選定全体仕様設定許容荷重決定動的解析による荷重計算浮体係留仕様変更解決できない場合は風車仕様変更強度評価 NG OK 全体仕様決定

20 スパー型 2MW 級浮体形式 : スパー型単純円筒形状で水線面積小 PC コンクリートと鋼のハイブリッド構造基本仕様風車方式 : 2MW ダウンウインド風車水平軸 3 枚翼プロペラ式タワー : モノポール型係留方式 : カテナリー係留方式アンカーチェーンアンカー :Drag Anchor 方式

21 主要寸法最高到達高さ :100 m ローター半径 :40 m 浮体海上部直径 :5 m ハブ高さ :60 m 係留位置 : 水面下 12 m 水深 :96 m 浮体海中部直径 :8 m 喫水 :78 m 送電ケーブル : 陸地まで約 2km

22 スパー型浮体の特徴単純円筒形状で構造がシンプル低コスト重心を下にすることで復原性を確保水線面積が小さいため波力の影響が小さい波浪応答特性波なし形状 : 波浪応答が小さいジャイロ効果 : 風車のブレードの回転に伴って浮体軸回り運動が発生する RAO[m/m] 円柱実機 Heave 波周期 [s]

23 強度照査手法短期間で最適設計をする為に風車側の仕様を設定クライテリアを定めて浮体側だけで設計ループを回せるようにした風車仕様設定風車仕様設定風車強度許容値設定浮体係留仕様設定動解析浮体係留仕様設定風車強度評価動解析浮体係留強度評価 NG 浮体係留強度評価 NG OK 作業ループが大きい OK 検討評価が早い 23

24 風力発電機の許容荷重主軸ブレード増速機ブレード根元ピッチ機構ローターハブナセル各部の許容荷重ヨー機構タワー部位ブレード接続部等価許容荷重 8,000 knm ピッチ機構 45,000 kn 主軸 20,000 kn 増速機 3,500 kn ヨー機構 50,000 kn 許容荷重設定部位

25 解析法概要風車風車空力弾性解析ソフト : FAST 風車制御 : 外部コントローラ浮体係留系流体力 :Morison 式復原力 : 線形バネ係留力 : カテナリー理論

26 Heave abs.max (m) Yaw abs.max (deg) Sway abs.max (m) Pitch abs.max (deg) Surge abs.max (m) Roll abs.max (deg) 浮体変位 (DLC6.1a) Case SURGE Case ROLL Case SWAY Case PITCH Case HEAVE Case YAW

27 Z (m) Z (m) Z (m) Z (m) 浮体曲げ (DLC6.1a) Mxy (knm) Criteria Mxy (knm) Criteria θ=0deg θ=30deg Criteria Criteria Mxy (knm) Mxy (knm) θ=60deg θ=90deg

28 Height above sea level (m) Height above sea level (m) Height above sea level (m) Height above sea level (m) タワー (DLC6.1a) 許容値に対するタワー設計荷重 ( 限界状態設計法 ) Criteria Criteria ,000 40,000 60,000 80, , ,000 Bending moment, Mxy (knm) ,000 40,000 60,000 80, , ,000 Bending moment, Mxy (knm) θ=0deg θ=90deg 許容値に対するタワー設計荷重 ( 許容応力度設計法 ) Criteria Criteria ,000 40,000 60,000 80, , ,000 Bending moment, Mxy (knm) ,000 40,000 60,000 80, , ,000 Bending moment, Mxy (knm) θ=0deg θ=90deg

29 気象海象調査目的実証候補海域の風況波浪流況の特性を把握するとともに浮体式洋上風力発電設備設計条件の基礎データを取得する調査項目地上風調査波浪調査流況調査

30 気象調査地上風観測椛島 St.W1 St.W2 天見ヶ浦 km 風車設置予定地点 : 地上風観測地点地上風観測機器

4.22~ 海底設置型波浪計 (St.B) 電磁流速計 (St.A St.B) H23.8.11~H23.9.

31 波浪流況観測 St.B St.C 天見ヶ浦 St.A 海象調査椛島ブイ式波浪計 (St.A) H ~H H ~ 海底設置型波浪計 (St.B) 電磁流速計 (St.A St.B) H ~H X バンドレーダー (St.C 予定 ) H23.9~H23.11( 予定 ) 1km 風車設置予定地点ブイ式波浪計海底設置型波浪計

32 環境影響評価洋上風力発電の普及には環境影響の評価が不可欠環境の自然構成要素の良好な状態の保持大気環境 : 騒音低周波音水環境 : 濁度底質 ( 硫化物粒度組成 ) 地形 : 海底地形生物の多様性の確保及び自然環境の体系的保全海域植物 : 海藻草類海域動物 : 底生生物魚介類海産哺乳類動物 : 鳥類生態学的に重要なエリア : 藻場干潟サンゴ礁生態系 : 重要種の生態との関連その他生物環境 : 水中騒音人と自然との豊かな触れ合い景観 : 景観資源

33 目的環境調査環境影響評価を行なうため調査して環境データを取得する調査項目騒音低周波音濁度底質海藻草類底生生物魚介類海産哺乳類鳥類生態系水中騒音景観漁業環境基礎調査漁業実態調査

34 騒音低周波音発生源 ( 風車設置予定地点 ) 騒音調査イメージ : 発生源 ( 風車予定地点 ) 1: 椛島小中学校周辺 2: 芦浦地区 3: 天見ヶ浦東地区 4: 大小瀬地区 km 34

35 濁度底質海底ケーブル工事箇所ケーブル長 200m の埋設 R1 R3 R2 T1 C1 C2 T2 風車設置予定地点.A C3 予定地点から半径 400m C4 濁度測定器 ( クロロテック ) : 濁度底質測点 : 濁度底質対照区測点 km

36 海藻草類海底ケーブル工事箇所ケーブル長 200m の埋設 KR KT 潜水士による観測状況風車設置予定地点 : 海藻測線 : 海藻対照区測線 km 海藻草類観察 ( 中央の海藻はオバクサ )

37 底生生物 GPS 調査船海底ケーブル工事箇所ケーブル長 200m の埋設 R3 スミスマッキンタイヤ型 - 型採泥器 T1 S2 スミスマッキンタイヤー型採泥器による採集の状況 C1 C2 T2 S1 風車設置予定地点 200m : 底生生物測点 : 底生生物対照区測点 : 魚介類調査測線 C3 予定地点から半径 400m C km 底生生物採取のためのスミスマッキンタイヤー採泥器

38 海産哺乳類目視調査 ( 船上 ) 生物音調査生物音連続調査

39 鳥類オオミズナギドリトビ鳥類観測地点ならびに船舶調査 ( トランセクトライン ) ハヤブサコサギ

40 水中音水中音の測定

41 地域受容性地元 ( 自治体漁協住民 ) の協力支援体制の構築関係機関に対する説明協議社会的条件に関する説明協議 ( 地元の合意 ) 長崎県五島市自治会漁協商工会許認可に関する説明協議 ( 許認可 ) 省庁 : 国交省地方整備局海上保安庁長崎海上保安部長崎県 : 五島振興局環境部地元との協調関係の形成醸成地元住民漁協説明会の開催 ( 情報公開交換 ) 危機管理連絡会の設置 ( 危機管理体制 ) 五島市消防本部海上保安部五島警察署漁協

42 まとめ風力発電洋上風力発電の普及日本の場合は浮体式に期待 ( 実証実験 ) 浮体式洋上風力発電実証実験( 環境省 ) 平成 22~27 年 ( 運転 :25~27) 五島市沖スパー型浮体 PCハイブリッド構造環境影響評価地域受容性

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Microsoft Word NEDO.doc 特集 NEDO における洋上風力発電実証研究独立行政法人新エネルギー産業技術総合開発機構 (NEDO) 伊藤正治大重隆山崎雄一郎力久弘昭 1. はじめに我が国の風力発電の導入は過去 1990 年の電気事業法関連法令の改正 1992 年から始まった電力会社による各種電力購買メニュー 1993 年の系統連系技術要件ガイドラインの整備 2003 年の電気事業者に一定量以上の新エネルギー等による電気の利用を義務づける