未来の浮体式風車はどのように波に乗るのか

GEは昨日、未来の浮体式風力発電所の開発を促進する可能性のあるコンセプトの詳細を発表しました。浮体式タービンは、深海の広大な領域を洋上風力発電に利用できるようにするエンジニアリングの驚異であり、見方によっては悪夢でもあります。

広大な深海を洋上風力発電に利用できるようにする。

その可能性を秘めた浮体式タービンですが、これまでは商業規模での導入にはコストがかかりすぎました。また、浮体式であるがゆえに、海底に固定されたタービンにはない技術的課題が山積しています。GEは、コンサルティング会社のGlosten社と共同で開発している高度なタービン制御によって、これらの問題の一部を解決したいと考えています。また、自由の女神とワシントン・モニュメントを合わせた高さに匹敵する最大のタービンモデルと組み合わせています。

GEは米国エネルギー省から300万ドルの支援を受け、昨年から2年間のプロジェクトを進めています。このプロジェクトでは、モデル化とシミュレーションを行い、設計がうまくいくことを証明できれば、パートナー企業とともにプロトタイプの製作を進めることができます。本日、DOEが主催する "Energy Innovation Summit "において、その設計の詳細が発表されました。

GEの主任研究員であるロジャー・ブロムは、「バスを高い柱に乗せて浮かせ、風や波と相互作用しながら安定させる」ようなイメージで、水に浮かぶタービンを設計しました。

バスを高い柱に乗せて浮かせる

タービン自体は、海底に固定されている他のタービンと基本的には同じです。大きな違いは、タービンを支えるプラットフォームの設計と、荒れた外洋でタービンを操縦するための制御装置です。GEでは、既存の12MWタービンとプラットフォームの設計に自動制御を組み合わせ、より合理的な方法で連携できるようにしています。この制御装置は、センサーやコンピューターを内蔵しており、タービンが風や波に反応する仕組みを改善します。

この制御が成功すれば、浮いているタービンが自動的に調整され、強い風を受けても転倒しないようになります。その結果、発電量を最大化することができ、収益性を高めることができます。より高度な制御機能を持たない浮体式タービンは、波に耐えられるように大きくする必要があります。しかし、GEはよりスマートな設計により、他の設計の浮体式タービンに比べてプラットフォームの質量を3分の1以上に減らすことを目指しており、結果的にコスト削減にもつながります。

GEが採用しているのは、調整可能な「テンドン」で海底に固定された「テンションレッグ・プラットフォーム」と呼ばれるものです。この新技術は、海中の突風やうねりを感知して、リアルタイムにテンドンの長さを調整し、プラットフォームがスムーズに波に乗れるようにするものです。ブロムはこのプロセスを "See, Think, Do "と表現しています。例えば、制御システムのセンサーは、風速の変化を検知し、その変化がタービンにどのような影響を与えるかを判断し、それに応じた調整を行います。

国立再生可能エネルギー研究所（NREL）で洋上風力発電の研究を担当している主任エンジニアのウォルト・ミュージアルは、テンションレッグ式プラットフォームは「革新的」であり、最も安定したプラットフォーム設計のひとつであると述べています。しかし、設置が非常に難しく、本格的な洋上風力発電機を搭載した試作品もまだ実証されていない（同様の技術は洋上石油生産には使われている）とムジールは言います。とはいえ、浮体式洋上風力発電のすべてが、まだ斬新なものばかりです。世界で稼働している浮体式風力発電機は数えるほどしかなく、商業規模の風力発電所もありません。

しかし、それはすぐに変わるかもしれません。ミュジアルは、数年後には最初の商業規模のプロジェクトが、おそらくアジアで稼動すると予想しています。そのためには、GEが試みているような高度な制御装置の開発が大きな役割を果たすと彼は言います。

沿岸部の住民を満足させることができるほど、海岸から遠く離れた場所に移動することができる

「このプロジェクトは、洋上風力資源の大部分を利用するための共通の技術となる可能性があるからです」とブロムは言います。現在、洋上風力発電の設計は、水深60メートルより浅い海域に限られています。そのため、米国の洋上風力資源の60％は、着底式の洋上タービンでは対応できません。しかし、NRELによれば、これらの資源は浮体式洋上風力発電所で開発できる可能性があります。

浮体式洋上風力発電には他にも利点があります。浮体式洋上風力発電所は、海岸から十分に離れた場所に設置できるため、タービンが漁業や鳥類、海辺の景観に影響を与えることを懸念する沿岸部の住民を満足させることができます。また、プラットフォームを係留するためのアンカーを除いて、海底を傷つけることもありません。これにより、これまで洋上風力発電の開発で問題となっていた、タービンの基礎を設置するための専用船の不足も解消されます。

浮体式洋上風力発電は、これまで、開発のスピードやコストが本格的に普及するかどうかについては懐疑的な見方がありました。また、浮体式タービンは、より深い海域に進出している着底式のタービンと競合します。

シュトゥットガルト大学航空機設計研究所の風力エネルギー部門責任者であるポー・ウェンチェンは、「着底式洋上風力発電業界の創造性を過小評価すべきではありません、なぜなら彼らもまた限界を押し広げているからです」と言います。彼が洋上風力発電の研究を始めた約20年前には、従来のタービンが水深20メートル以上の海域に設置できるとは思われていませんでした。しかし、今ではその限界を打ち破っています。しかし、気候変動の危機を回避するために十分な再生可能エネルギーを開発するという競争の中で、浮体式と着底式の両方のデザインが海に進出する余地はまだ十分にあるかもしれません。

出典：https://www.theverge.com/2021/5/24/22448187/ge-floating-turbine-offshore-wind-farm-energy