成果報告書詳細
管理番号20150000000536
タイトル平成24年度-平成26年度成果報告書 風力等自然エネルギー技術開発 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 (浮体式潮流発電)
公開日2015/12/4
報告書年度2012 - 2014
委託先名三井海洋開発株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成24年度-平成26年度成果報告書 「風力等自然エネルギー技術開発/海洋エネルギー技術開発/海洋エネルギー発電システム実証研究(浮体式潮流発電)」

本共同研究事業では、潮流エネルギーを利用した浮体式潮流発電システム(以下、発電システム)を確立することを目的として、実証研究の海域の選定に向けたフィージビリティスタディ(FS)を実施し、事業化時に発電コスト40円/kWhの可能性を明らかにした。開発に先立ち次の6つの点をコンセプトとし、検討を行った。1:潮流の方向によらず発電可能なこと、2:安全性が保障された簡単な浮体とすること、3:設置と係留が容易な係留とすること、4:メンテナンスが容易であること、5:波による浮体の揺動を主要軸部から切り離し、安定性に優れていること、6:外部電源を必要とせずに制御できること。潮流タービンの開発においては、どの方向からの潮流でも確実にとらえられるように、垂直軸式のサボニウス型を選択した。CFD解析を行い、仕様を決め水槽試験用1/50モデルを作成し性能の確認を行なった。浮体は海洋石油生産設備などで多く使用されているCALM(Catenary Anchor Leg Mooring)ブイを構造のベースとしたもので検討を行い設計した。係留方式は、洋上での設置工事コストが比較的低く、撤去の際も含めて海底環境への影響がないカテナリー係留を採用した。浮体の水槽試験での結果を基に数値計算によるシミュレーションを行い、50年台風が襲来した際にも十分な強度をもつ係留であることを確認した。浮体と潮流タービン軸の相対的な揺動を可能にするために、揺動軸支持システムとしてゴム支承を用いる検討を行った。4種類のゴム支承について設計およびスケールモデルによる実験を行い耐久性の確認を行なった。発電デバイスとして、可変範囲が大きく内部機器のメンテナンスが不要な永久磁石型同期発電機を採用した、また、制御系は荒天時や系統電力がダウンした場合にでも機能維持ができる様にDC電源を持ち遠隔監視できるものを開発した。実証試験海域としては水深が50m程、大潮時の最大潮流が1.7m/sある佐賀県の玄界灘、加部島北西の海域を選定し、地元調整活動、海域の調査等を行い、実証試験海域として適している事が明らかになった。水槽試験によって得られた水車の発電性能から、実証試験機の年間予想発電量を試算した。さらに、将来的にスケールアップし、事業化した際の発電コストの試算を行い、潮流を用いた発電では41円/kWh、海流を用いた発電では40円/kWh、また、潮流・風力のハイブリッド発電では40円/kWhの発電コストであることが確認できた。
英文要約Title: Research and Development Project for Floating Tidal Power Generation Using Renewable Energy, Wind and Ocean Power Energy (FY2012-FY2014) Final Report

The objective of R&D project with NEDO aims to develop a floating power generating system utilizing tidal current Power. The feasibility study was conducted in order to select test site for the prototype and the study was verified the practical possibility to realize power generating cost of 40 yen/kWh. The system is designed based on following six concepts; 1: power generation available in any direction of tidal current 2: use of simple structure buoy which guarantees safety and robustness, 3: use of a mooring system which enables simple and easy deployment, 4: easy to maintenance, 5: angular motion of turbine axis separated from that of the buoy, which enhances the safety and robustness and 6: controllable without external power supply. Savonius current turbine was selected for this system in order to utilize any direction of tidal current. A water tank test was conducted with 1/50 scale test model which was specified based on CFD (Computer Fluid Dynamics) analysis. CALM (Catenary Anchor Leg Mooring) system was selected for mooring system since it has relatively low cost and low impact on seabed environment. The buoy was designed based on typical CALM buoy which is utilized for many types of offshore structures such as offshore oil plant. Safety of this mooring system under 50-year-storm was verified by computer simulation. The computer simulation model was validated by comparison with the result of water tank test. As the turbine axis supporting structure, elastomer support was considered in order to allow relative angular motion between the turbine axis and the buoy. Four types of elastomers were designed and tolerant tests were conducted using scale models of these elastomers. PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor), which has wide range of number of rotation available and works without inside maintenance, was selected as power generator. Control system was designed as a remote control system with independent DC power supply in order to keep controlled when turbine does not work (ex. heavy weather) or external power fails. As a test site for the prototype considering local stakeholders' coordination and marine environment, offshore area of northwest of Kabeshima, Genkai-sea, Saga prefecture is preferable where water depth is about 50 m and maximum tidal current is 1.7 m/s. The total amount of energy generated by the prototype in one year was estimated using the generation efficiency acquired by water tank test. In addition, the power generation cost of commercialized version was also estimated assuming scale-up. As a result, the costs were estimated 41 yen/kWh with tidal current, 40 yen/kWh with ocean current and 40 yen/kWh with wind/tidal current hybrid system.
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