成果報告書詳細
管理番号20140000000843
タイトル平成23年度-平成25年度成果報告書 風力等自然エネルギー技術研究開発 海洋エネルギー技術研究開発 海洋エネルギー発電システム実証研究 (着定式潮流発電)
公開日2015/10/24
報告書年度2011 - 2013
委託先名川崎重工業株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約本成果報告書は、潮流エネルギーを利用した着定式潮流発電システムの確立を目的として、発電装置の概念設計・基本設計をはじめとする技術評価を行った結果と、実海域試験を実施する候補海域の選定結果について示す。
潮流発電装置の概念設計では、基本仕様の決定、装置設置方式のうち重力式における基礎部重量の削減案検討、設備工事の検討、メンテナンス方式の検討を実施した。基本設計では、ナセル組立性やメンテナンス性を考慮して、各機器のナセル内配置を決定した。
海底設置式潮流発電装置ではメンテナンス性が重要となるため、メンテナンス時にはナセルのみをベース構造部から切り離して海上まで浮上させた後、陸上まで移動させる方式とした。メンテナンス機構について、縮小模型による水槽試験として、ナセル昇降時挙動確認試験、ナセル曳航試験などを実施し、基本特性を把握した。また、ナセル嵌合部に関して、空気中で縮小模型による試験を実施し、嵌合許容範囲を把握した。
ブレードの設計については、流力設計・構造強度を考慮してブレード形状を設計し、CFD解析による流力性能評価を実施した。また、縮小模型による水槽試験として、ブレード性能確認試験を実施し、ほぼ設計通りの性能が得られることを確認した。一方、実機長FRP製ブレードを製作し、強度試験により海中で想定される負荷に対して十分耐えられることを確認した。
ドライブトレイン(発電装置)の設計については、設定した定格運転条件や過負荷・過回転条件などを考慮して、適切な機器(増速機・発電機)を選定した。また、実機サイズのドライブトレインを製作し、定格出力状態での連続運転試験を行った結果、総合効率の目標値を達成し、十分な耐久性を持つことを確認した。一方、潮流発電装置と地上を結ぶ海底ケーブルを分離・接続するための水中コネクタ着脱装置を製作し、陸上での動作試験を行った。その結果、問題なくコネクタが勘合でき、漏電や光通信の不良が発生しないことを確認した。
装置本体設計及び現地工事基本計画を始めとした設備設計に基づき、運搬・据付/施工・海底ケーブルの敷設方法・運転・保守・撤去に関する検討を行い、体制・スケジュールなどの実証試験計画を作成した。
潮流発電システムを実証する候補地を選定するため、沖縄海域において自然条件に関する資料及び法規制・社会条件の情報を収集し、実証候補地の絞り込みを行った。候補地点にて、潮流・波浪・海底地質等項目毎のさらに詳細な実測調査を実施し、実測候補海域点の系統調査及び連系可能な発電設備容量を調査した結果と合わせて、実証候補地を多良間島海域の1地点に絞り込んだ。多良間島海域において、潮流速及び波浪の実測調査を実施し、調和解析により算出した推算流速値と比較検討した。海洋生物に関する影響を把握するために生物相調査を行った結果、天然記念物に該当する種は確認されなかった。また、生物付着調査により、樹脂用防汚塗料の効果を確認した。一方、多良間島における潮流発電装置を連系する配電線路について現地調査した結果、海岸線は平坦であり、高圧配電線が設置されていることから、連系に支障のないことが分かった。
しかし、多良間島の潮流速実測調査から、最大流速が1.2m/s程度と遅いことが分かり、沖縄海域以外で候補海域の再選定を行った。NEDO報告書など既存資料を基に机上検討の結果、発電ポテンシャルが高い地点のうち最適な候補海域として、長崎県五島列島付近の海域と決定した。この海域については、今後詳細な潮流・波浪・海底や環境影響評価などの詳細調査とともに、地元協議などが必要である。
英文要約This progress report shows the technical verification results including the concept and preliminary design of the tidal turbine generating (TTG) system, and the selection result of a candidate site for demonstration tests.
For the concept design, determination of the basic specifications and a conceptual study on the equipment work has been implemented. For the preliminary design, the layout of respective equipment within the nacelle has been determined in consideration of ease of assembly.
Regarding the maintainability, the method of detaching the nacelle alone from the base structure has been chosen, and the basic characteristics could be defined by implementing verification tests on the nacelle hoisting behavior, etc. In the atmosphere, another test on the mating section was conducted to define the allowable range in actual subsea operation.
Regarding the design of blades, its hydrodynamic performance has been evaluated through CFD analysis. The blade performance test was verified that the results basically conform to the designed performance. It was confirmed that a full-scale blade has a sufficient strength.
Regarding the design of the drivetrain for TTG, appropriate equipment has been selected in consideration of the operating conditions. Upon performing a continuous operation test under the rated output condition, it was confirmed that the target value for aggregate efficiency can be reached. A wet-mate connection device, which will be used to connect a TTG device and a subsea cable, was tested on the ground. As a result, it was confirmed that the connectors can be joined properly.
A verification test plan was developed regarding transportation, installation, operation, withdrawal and etc.
In order to select a candidate site for demonstrating TTG system in the Okinawa waters, information on sea environmental conditions, regulatory and social conditions have been collected and candidate sites for verification tests have been narrowed down.
Detailed measurement surveys were conducted on sites covering each survey item, the results of which were combined with the survey results on the grid and the generating capacity to further narrow down the sites to 1 location. Measurements of tidal current velocity were performed in the waters of Tarama Island. After a biota study, no species designated as a protected species has been observed. Effectiveness of antifouling paint was verified through a study of ocean growth. Regarding power distribution route to connect TTG, it was found that consolidation of distribution system is possible.
But, it was found that its maximum current velocity is not enough to conduct demonstration tests in Tarama Island. Therefore, with the consideration based on existing materials, Goto waters in Nagasaki has been re-selected as the most suitable candidate site. For demonstration tests in Goto waters, detail survey for environment impact assessment, also consultation with local communities are required, hereafter.
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