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ためひとみやくぼ
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TSC Foresight セミナー ( 第 1 回 ) 洋上風力発電の取り組み (

3 1. 日立の風力発電システム事業 2

1-1. 日本の環境に適合した風車開発に向けて国産技術の開発富士重工による 40kW

( 日立 ) 航空機 ( 富士重工業 ) 技術の統合系統技術などとの融合ダウンウィンド

洋上プロジェクト ( 着床浮体 ) に本格参入 1995 2000 2005 2010

0-80 日立に事業統合 (2012-) 東日本大震災 (2011) HTW2.

4 1-1. 日本の環境に適合した風車開発に向けて国産技術の開発富士重工による 40kW 100kW 機開発 100kW 機でアップウインドとダウンウインドの性能比較技術の集約電機 ( 日立 ) 航空機 ( 富士重工業 ) 技術の統合系統技術などとの融合ダウンウィンド 2MW 機開発日本型大型風車の実用化 5MW 風車翼径 127m 136m の実用化洋上プロジェクト ( 着床浮体 ) に本格参入小型風車開発 40kW 100kW 2MW 開発 (2003-) HTW 日立に事業統合 (2012-) 東日本大震災 (2011) HTW 地震津波に耐える HTW2.1-80A HTW HTW2.5U-100 HTW HTW

1-2. 日立風力事業の概要風力関連製品を日立地区に集結日立港から海上輸送山手工場

PCS:Power Conditioning System, WF: Wind Farm,

5 1-2. 日立風力事業の概要風力関連製品を日立地区に集結日立港から海上輸送山手工場風力発電機纏め風力発電機設計製造風力発電機保守埠頭工場 ( 日立港 ) ナセル生産工場 ( 日立製作所 ) 海底ケーフル ( シェイハワーシステムス ) 大みか工場風力発電 PCS 設計製造風力発電系統解析 WF 監視制御装置国分工場風力発電用変電装置 HVDC PCS:Power Conditioning System, WF: Wind Farm, HVDC: High Voltage Direct Current ナセル組立現場日立港 550t クレーン 4

風増速効果風向ブレードウェイクによる乱流風向計風向き暴風停電時の安全性パッシブヨー制御により電力供給なしでも安全性を担保

6 1-3. ダウンウィンド方式のメリット 2MW 風車で培ったダウンウィンド技術を踏襲し洋上向けに信頼性安全性を向上 1. 風見鶏効果 2. ヨーエラー低減 3. 風増速効果風向ブレードウェイクによる乱流風向計風向き暴風停電時の安全性パッシブヨー制御により電力供給なしでも安全性を担保基礎極値荷重の低減転倒モーメント低減により基礎物量が減り建設工事のコストダウンも達成風向風速計が前部にあるためブレードによる乱れの影響を受けずらく信頼性が向上 LiDAR 設置時データ欠損無しナセルの風のブロッキング効果によるり風速増加効果発電効率の向上 5

1-4. 日立の風車納入実績風車納入実績 No エリア運開済運開前 1 北海道 2MWx8 2 東北 2MWx34 2MWx56 3 東京 2MWx3 5MWx1 2MWx3 4 中部 2MWx71 2MWx11 1 5 北陸 2MWx4 6 関西 2MWx21 2MWx13 7 中国

7 1-4. 日立の風車納入実績風車納入実績 No エリア運開済運開前 1 北海道 2MWx8 2 東北 2MWx34 2MWx56 3 東京 2MWx3 5MWx1 2MWx3 4 中部 2MWx71 2MWx 北陸 2MWx4 6 関西 2MWx21 2MWx13 7 中国 2MWx4 8 四国 2MWx8 9 九州 2MWx20 2MWx4 5MWx1 陸上合計 2MWx161 5MWx1 2MWx99 5MWx 東京日立着床浮体式洋上陸上総合計 2MWx178 5MWx2 2MWx99 5MWx1 * 2017 年 11 月時実績 6

8 2. 5.2MW 洋上向け風車実証機 7

9 2-1. 鹿島港深芝風力発電所 (5.2MW 実証機 ) 鹿島港港湾用地内に実証機を建設 (2015 年 3 月 ) 実証機の隣接地にパワーカーブ測定用の風況観測タワーを設置 2016 年 10 月 127 から 136 へのブレード乗せ替えを実施風況観測タワー建設地点 HTW /136 実証機建設地点 500 m 8

10 2-2. 日立大型洋上風車 (5.2MW 風車 ) の仕様日立は洋上風力発電用風車として高風速地域向けおよび低風速地域向けに 2 種類の型式をラインアップ No 項目 HTW ( 低風速地域向け ) HTW ( 高風速地域向け ) 1 定格出力 5,200kW 5,200kW 2 ロータ直径 136m 127m 3 ブレード長 66.5m 62m 備考 4 年平均風速 7.5m/s 10m/s IEC クラス準拠の場合 5 極値風速 Vref 6 風速クラス 55m/s (77m/s) 5.2MW 風車諸元 57m/s (80m/s) 10 分平均値 (3s 平均値 ) 疲労 III I 主に平均風速に依存極値 S T* *JIS Class T 7 乱流カテゴリ A A 8 カットイン風速 3.5m/s 4m/s 9 カットアウト風速 25m/s 25m/s 9

11 出力 (kw) 2-3. HTW の発電量向上パワーカーブ比較 HTW は低風速域での発電特性が向上 6,000 5,000 HTW ,000 3,000 HTW カットアウト風速 ;25m/s 2,000 1,000 0 風速 (m/s) 出力比 % % % % 風速 (m/s) 10

12 2-4. 台風 21 号 (2017 年 10 月 23 日通過 ) の例 (1) 10 月 23 日 12 時 2017 年 10 月に発生した台風 21 号は勢力も強く首都圏を横断し 5MW 実証機の直近 ( 西側 ) を通過した 10 月 22 日 18 時 5MW 実証機 10 月 21 日 18 時台風 21 号の進路 ( 出典 Wikipedia) 11

13 2-5. 台風 21 号 (2017 年 10 月 23 日通過 ) の例 (2) 10/23 6:40 最大瞬間風速 44.8m/s 10 分平均風速 29.1m/s 最大風速 (m/s) 平均風速 (m/s) 最大瞬間風速は 45m/s ヨー制御によりヨー角は追従フリーヨーにはなっていない停電無し風向 (deg) ヨー角 (deg) 10 月 22 日 10 月 23 日 12

14 3. 台湾彰化プロジェクト 13

15 3-1. 彰化プロジェクト概要 1. 仕様総出力 109MW(5.2MW 21 基 ) ジャケット基礎 ( モノパイル不可 ) 平均風速 10m/s 標準風速 57m/s 地震加速度 1.13G(ALE ピーク ) 2. 契約形態 EPC(Jan De Nul/ 日立コンソーシアム ) 161kV 系統連系 ( 地上変電所 ) 5 年間の O&M 3. サイト離岸距離 :6~8km 水深 :18~28m 4. 要求納期 2020 年 12 月末据付試運転完了 ALE: Abnormal Level Earthquake EPC: Engineering Procurement and Construction 14

16 3-2. 契約形態 JDN- 日立コンソーシアム台湾電力契約コンソーシアムリーダー Jan De Nul 基礎設計製作据付 WTG 据付 BOP WTG 以外の O&M 海底ケーブル陸上変電所 ( 陸上ケーブル含む ) 日立 WTG 設計製作 WTG 据付の TA WTG の O&M 工事業者 WTG 現地組立台中港整備 15

17 4. ナセル耐久試験 16

18 4-1. 試験装置概要スペイン北部のナバラ州の国立再生可能エネルギーセンター (CENER: Centro Nacional de Energías Renovables) にて試験を実施出典 : 17

19 4-2. Pamplona( 近隣 ) の町並毎年 7 月に開催される牛追い祭で有名 18

20 4-3. スペイン内陸上輸送 Pasajes 港から CENER の建屋へ輸送据え付け Pasajes 港 5.1m ギプスコア州管轄 0.1m ナバラ州管轄 CENER 輸送特殊車両 ( 全長 75m) 搭載時輸送ルート (134km) Pasajes 港へ船到着 :10 月 23 日 Pasajes 港 ~ 待機場所 :11 月 15~17 日待機場所 ~CENER:11 月 28 日 ~12 月 1 日 CENER 建屋内積み込み時 19

21 4-4. スペイン内陸上輸送輸送風景 20

22 Load normarised by MXmax and FXmax Load normarised by MXmax and FXmax 4-5. 荷重設定実機の設計用疲労等価荷重を上回る荷重を複数パターン設定 2 Load case B 2 Load case A Time [s] Time [s] 固定座標系 MXN MYN MZN Time [s] Time [s] 回転座標系 MXR MYR MZR

23 4-6. CENER におけるドライブトレイン試験試験設備側原動機 ( モータ ) 試験設備側減速機 ( キヤ ) FAS (Force application system) ナセル電力機器など 22

24 Stress range normalized by yield stress 4-7. 試験結果概要 (1) 試験は無事完了し風車の主要構造の健全性を確認した Mainframe stress range G9 Hub stress rage H11 Rotation shaft stress range Load case A B C D Test term without stopped day 計 4 ヶ月

25 Stress range (N/mm2) Stress range (N/mm2) 4-8. 試験結果概要 (2) SN 線図に対する代表部位の疲労強度状態一部境界条件が実機と異なる部位は設計荷重を上回る応力範囲が確認されたが部材に損傷はなし試験結果安全率含生存率 97.7% 安全率除生存率 97.7% 安全率除生存率 50% Hub H E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1.E+08 Number of cycles (cycle) 400 Main frame G E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1.E+08 Number of cycles (cycle)

26 5. 日立の風車メンテナンス体制 25

28 5-3. O&M( 運転保守 ) 日立風力保守トレーニングセンター高度な保守サービスの提供を通して日本の風力発電業界の発展に貢献保守点検員を効率的に育成実機を用いた実践的な講義内容約 200 名を養成したカリキュラム制御盤 PCS 外観 OJT 27

29 6. まとめ 28

30 6-1. まとめ 1. 洋上向け 5MW 風車は強風地域向け HTW と低風速地域向け HTW の 2 機種を開発した 2.HTW は標準風速 57m/s(Class T) HTW は標準風速 55m/s(Class S) と IEC Class I(50m/s) を上回る仕様である 3. ダウンウインド方式を採用し台風通過時の信頼性を向上した台風 21 号 (2017 年 10 月 ) 通過データでも健全性が確認されている 4. 台湾彰化プロジェクトの概要を説明した 5. ナセルに 20 年相当の疲労荷重を負荷する寿命試験を実施しパワートレインの信頼性を確認した 29

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2016 年 2 月 25 日株式会社日立製作所第 2 回電力自由化 EXPO 第 4 回 [ 国際 ] 風力発電展 WIND EXPO 2016 に日立グループブースを出展 ~ お客さまとの協創による新たなエネルギーバリューチェーンの実現をめざして ~ 電力自由化 EXPO 日立グループブースの外観イメージ WINDEXPO 日立ブースの外観イメージ株式会社日立製作所 ( 執行役社長兼 COO: