成果報告書詳細
管理番号20120000000536
タイトル平成23年度成果報告書 風力等自然エネルギー技術研究開発 洋上風力発電等技術研究開発 浮体式洋上風力発電に係る基礎調査
公開日2012/6/20
報告書年度2011 - 2011
委託先名イー・アンド・イーソリューションズ株式会社、独立行政法人海上技術安全研究所、芙蓉海洋開発株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約 本調査は、今後の浮体式洋上風力発電の事業化へ向けた研究開発の方向性を与える基礎資料とすることを目的として実施した。
 浮体式洋上風力発電における風車特有の重点的課題として捉えられているのは、動揺とコストである。TLP型においては動揺の少なさが強調され、その他の浮体形式ではコストが着目されている。また、製造コストの低さの優位性においてスパー型が、洋上施工を安全かつ経済的に行う観点でセミサブ型が有利とされている。
 一方、浮体式風力発電のコスト面から浮体・係留の構造様式を比較すると、スパー型、セミサブ型、TLP型の順で複雑さが増し、スパー型が最もシンプルであるため大量生産に適し、コストダウンが期待できる。また、組立・運搬の観点からはスパー型は組立海域が限られることに対して、セミサブ型は喫水が浅いため大きな問題がなく、コスト面では有利である。TLP型は、係留方式が地盤の状態に大きく影響を受けてテンプレートの据付コストは高くなるが、セミサブ型と同様の輸送方法が適用できる利点はある。維持管理費は、事業費の中で大きなウエイトを占めるもので、事業化の成否を決めかねないコストである。洋上では沖合への距離が遠くなるに従いアクセス性が低下することから、風車の故障を修復する場合、荒天時には容易に風力発電施設に近づくことができず、停止時間の長期化を招くこととなる。
 また、浮体式洋上風力発電施設の事業費算定のために、事業規模等の諸条件を総出力500MW :5MW×100基、スパー型,ト?ト係留と設定し、経済性の検討を行った。事業費は、建設費3,448億円(約69万円/kW)、運営費80億円/年、撤去・解体費309億円と算定され、事業費を削減するためには、浮体施設費とO&M費が重要であることが分かった。回収法による発電原価(年平均風速:7.0m/s)は、28.43円/kWhと計算され、これは、我が国の着床式洋上風力発電の発電原価(9.4?23.1円/kWh)と比較すると、約1.2?3.0倍に相当する。また、キャッシュフロー計算によりPIRR税引前8%で、30円/kWhを満たすケース(年平均風速7.5m/s)は、建設費52.3万円/kW、O&M費14,400円/kW・年であり、事業化のためには、風速条件が良く、一層の建設費とO&M費の削減が必要であることが認められた。
 世界では、浅海域の少ない国では、技術開発・素材の開発を目的として、国の助成制度を受けた浮体式洋上風力発電の実証試験が実施・計画されていることから、今後、市場の拡大はあり得る。我が国では、浮体式洋上風力発電のポテンシャルは膨大である。特に陸上風力発電のポテンシャルが少ない東京電力と中部電力管内においては、将来的に浮体式をはじめとする洋上風力発電の導入の可能性の高い海域と言える。
 浮体式洋上風力発電の取り組みに関して、関連機関にヒアリングを行った結果、官民ともに技術研究開発に取り組んでおり、潜在的なニーズは大きいと考えられた。今後、浮体式洋上風力発電の建設コスト・O&M費の低減化、故障発生率の低下等が着実に進めば、我が国周辺海域において、浮体式洋上風力発電施設の水平展開が図られる可能性は高い。我が国は、着床式洋上風力発電では海外に大きく遅れをとっているが、浮体式洋上風力発電については、海外の研究成果に追いつき・追い越すことが可能と考えられることから、今後の技術研究開発が望まれる。
なお、要素技術開発のうち、重要度の高い研究項目は、風車応答評価の高度化、保守管理方法の確立、浮体構造の最適化、浮体応答評価の高度化、システム全体の最適設計、施工性の向上、アクセス性の向上、メンテナンス手法の開発並びに海上風の実測である。
英文要約ゝhis survey aims to serve as a basic material of future floating off-shore wind generation.
^ne of the most important issues considered for the wind mill in particular, are oscillation and cost. TLP type is featured for its small oscillation and other float types have advantage in cost. Also, spar types have advantage in construction cost, and semi-submersible types have advantage in off-shore construction both in terms of cost and safety.
・Since the conformation becomes more complex in the order of spar, semi-submersible and TLP, spar types are suitable for mass production meaning that the cost can be expected to be reduced. Comparing assembling and transportation, the semi-submersible types have advantage in terms of cost. TLP types can be transported in the same manner as semi-submersible, although cost for installation of templates is high as the mooring system depends highly on the geology. O&M cost shares high percentage in the project cost, thus it plays a crucial factor for project success. The accessibility shall cause prolongation of dead time as it will be unable to reach the turbine upon times of rough weather, when it is needed to fix malfunction.
!n this survey, economic analysis was conducted to calculate a typical floating off-shore wind farm. The conditions set were; total capacity: 500MW, spar and tout mooring. The result was construction cost being 345 billion yen (690,000 yen/kW), O&M cost was 8 billion yen/year, demobilization cost was 30.9 billion yen. To reduce the cost, it was found that reducing the cost of floating facility and O&M are important. The generation cost was estimated as 28.4yen/kWh (wind velocity 7.0m/s), and comparing the cost of fixed-bottom off-shore wind generation in Japan, it was 1.2 - 3.0 times expensive. Cash flow was calculated and at PIRR before tax of 8%, the cost which satisfies 30yen/kWh (wind velocity 7.5m/s) is construction cost being 523 thousand yen/kW and O&M being 14.4 thousand yen/kW/year. Therefore, for commercialization, good wind conditions and reduction in construction and O&M cost is needed.
!n overseas market, floating off-shore wind generation experiments are planned and conducted with governmental subsidiaries. Japan have huge potential, especially in areas covered by TEPCO and Chubu Electric Power, where land-based wind power potential is small. If, in the future the cost of construction and O&M decreases further together with the reduction of malfunction rate, there shall be high possibility of development.
The individual research themes thought to be important are: improvement of wind-mill response assessment, establishment of maintenance method, optimization of floating system, improvement of floating response assessment, optimum design of the total system, improvement of construction method, improvement of accessibility, development of maintenance method and actual measurement of sea wind.
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