Loading article…
洋上風力発電とは、通常は海上にある風力発電所で発電することです。陸上と比べて海上には障害物が少ないため、海上では風速が速くなる傾向があり、風力タービン1基あたりの発電量が増加します。[ 1 ]また、洋上風力発電所は、人や景観への影響が少ないため、陸上の風力発電所よりも論争が少ないです。 [ 2 ]
海洋産業における「オフショア」という用語の一般的な用法とは異なり、洋上風力発電は、湖、フィヨルド、穏やかな沿岸地域などの沿岸水域だけでなく、より深い水域も含む。ほとんどの洋上風力発電所は、比較的浅い水域に固定基礎式の風力タービンを使用している。より深い水域向けの浮体式風力タービンは、開発および導入の初期段階にある。
2022年現在、世界の洋上風力発電の定格容量は合計64.3ギガワット（GW）です。[ 3 ]中国（49%）、英国（22%）、ドイツ（13%）が世界の設備容量の75%以上を占めています。[ 3 ]英国の1.4 GWのホーンジー・プロジェクト・ツーは、世界最大の洋上風力発電所でした。計画段階にあるその他の大規模プロジェクトには、英国のドッガーバンク（4.8 GW）と台湾のグレーター彰化（2.4 GW）があります。[ 4 ]
洋上風力発電のコストは歴史的に陸上風力発電よりも高かったが、[ 5 ] 2019年には78ドル/MWhまで低下した。[ 6 ]ヨーロッパの洋上風力発電は2017年に従来の電源と価格競争力を持つようになった。[ 7 ]洋上風力発電は2010年代に年間30%以上増加した。2020年現在、洋上風力発電は北欧の発電の重要な部分を占めているが、世界の総発電量の1%未満にとどまっている。[ 8 ]洋上風力発電の陸上風力発電に対する大きな利点は、設備利用率が高いことである。これは、定格容量の設備が、より安定していて強い風が吹く場所でより多くの電力を生産できることを意味し、そのような場所は通常は洋上にあり、陸上ではごく限られた特定の場所にしかない。
ヨーロッパは洋上風力発電の分野で世界をリードしており、最初の洋上風力発電所（ヴィンデビー）は1991年にデンマークに設置されました。 [ 9 ] 2009年、ヨーロッパの洋上風力タービンの平均定格容量は約3MWで 、将来のタービンの容量は5MWに増加すると予想されていました 。[ 9 ]
2013年に行われた、陸上で使用されるタービンのサイズ、電気接続やコンバータなどのエンジニアリング面に関するレビューでは、業界は一般的に費用対効果の比率について過度に楽観的であったとみなし、「洋上風力発電市場は大きくはならないようだ」と結論付けた。[ 10 ] [ 11 ] 2013年には、洋上風力発電は、その年に建設された 合計11,159MW の風力発電容量のうち1,567MWを占めた。[ 12 ]
2014年1月までに、ヨーロッパでは69の洋上風力発電所が建設され、平均年間定格容量は482MWでした 。[ 20 ]ヨーロッパ 海域の洋上風力発電所の総設備容量は6,562MWに達しました 。[ 20 ] イギリスは3,681MWで圧倒的に最大の容量を誇り、デンマークが1,271MWで2位、ベルギーが571MWで3位でした。ドイツは520MWで4位、続いてオランダ（247MW ）、スウェーデン（212MW ）、フィンランド（26MW ）、アイルランド（25MW ）、スペイン（5MW）、ノルウェー（2MW）、ポルトガル（2MW ）となっています。[ 20 ]
2015年末までに、11のヨーロッパ諸国の84の洋上風力発電所に3,230基のタービンが設置され、送電網に接続され、総容量は11,027MWに達した。[ 21 ] [ 22 ] 英国に関して言えば、北海における風力発電所の開発の歴史は、2004年から2021年までの期間に、沿岸、沖合、深海という3つの段階を示している。[ 23 ]洋上風力発電の開発により、バルト海は同地域の国々にとって主要なエネルギー源になると予想されている。2022年に署名されたマリエンボルグ宣言によると、EUバルト海沿岸諸国はすべて、2030年までに19.6ギガワットの洋上風力発電を稼働させる意向を表明している。[ 24 ]
ヨーロッパ以外では、中国政府は 2015年までに5GW、2020年までに30GWの洋上風力発電設備容量という野心的な目標を設定し、他国の設備容量を凌駕しようとしていた。しかし、2014年5月時点での中国の洋上風力発電 設備容量はわずか565MWであった。[ 25 ] 2016年には中国の洋上設備容量は832MW増加し、そのうち636MWは中国国内で建設された。[ 26 ]
洋上風力発電の建設市場は依然としてかなり集中している。2015年末までに、シーメンス・ウィンド・パワーは世界の11 GW [ 27 ]洋上風力発電容量の63%を設置し、ベスタスは19%、センビオンは8%で3位、アドウェンは6%であった。[ 28 ] [ 16 ] 約12 GWの洋上風力発電容量が稼働しており、主に北欧に集中しており、そのうち3,755 MWは2015年に稼働を開始した。[ 29 ] 2020年現在、世界の洋上風力発電市場の90%は欧州企業が占めている。[ 30 ]
2017年までに、世界の洋上風力発電設備容量は20 GWに達した。[ 31 ] 2018年には、洋上風力発電は世界の電力供給のわずか0.3%しか供給しなかった。[ 32 ]それにもかかわらず、2018年だけで、世界規模でさらに4.3 GWの洋上風力発電設備が利用された。[ 32 ]デンマークでは、2018年に電力の50%が風力エネルギーで供給され、そのうち15%が洋上風力発電だった。[ 33 ]設置されたタービンの平均サイズは、2018年に6.8 MW、2019年に7.2 MW、2020年に8.2 MWだった。[ 34 ]
2022年、洋上風力発電業界は8.8 GWを追加し、世界の容量が前年比16%増の64.3 GWに増加し、2番目に大きな年間成長を記録しました。世界風力エネルギー協議会（GWEC）は大幅な拡大を予測しており、2032年までにさらに380 GWを追加して合計447 GWに達すると見込んでいます。しかし、ヨーロッパと米国の市場の課題により進捗が遅れる可能性があり、2023年から2027年の間に設置される容量は予測の3分の1にとどまると予想されています。[ 35 ]
2010年、米国エネルギー情報局は「洋上風力発電は、大規模展開が検討されているエネルギー生成技術の中で最も高価なものである」と述べた。[ 5 ] 2010年の洋上風力発電の状況は、250万～300万ユーロ/MWという価格帯で、陸上システムよりもはるかに大きな経済的課題を抱えていた。[ 36 ] その年、シーメンスとベスタスは洋上風力発電の90%のタービン供給業者であり、Ørsted A/S（当時DONG Energyという社名）、Vattenfall、E.onが主要な洋上風力発電事業者であった。[ 1 ]
2011年、Ørstedは、洋上風力タービンはまだ化石燃料と競争力がないが、15年後には競争力を持つようになると推定した。それまでは、国の資金援助と年金基金が必要になるだろう。[ 37 ] 2011年末時点で、ベルギー、デンマーク、フィンランド、ドイツ、アイルランド、オランダ、ノルウェー、スウェーデン、イギリス沖の海域には53のヨーロッパの洋上風力発電所があり、稼働容量は3,813MWであった[38]。また、 5,603MWが建設中であった[ 39 ] 。 2011年には、ヨーロッパの海域で85億ユーロ（114億ドル）相当の洋上風力発電所が建設中であった[ 40 ] 。
2012年、ブルームバーグは洋上風力タービンからのエネルギーコストが1MWhあたり161ユーロ（208米ドル）であると推定した。[ 41 ]
洋上風力発電のコストは予想よりもはるかに速いペースで低下している。2016年までに、4つの契約（ボルセレとクリーガース）はすでに2050年の予測価格の最低値を下回っていた。[ 42 ] [ 43 ]
米国の洋上風力発電プロジェクトの建設費用は2023年には1キロワットあたり4,000米ドルであるのに対し、陸上風力発電所の建設費用は1キロワットあたり1,363米ドルである。洋上風力発電のコストは2019年以降36%増加しているのに対し、陸上風力発電のコストは同時期にわずか5%しか増加していない。[ 44 ]
インフレ抑制法による補助金が利用可能になった後も、インフレのために米国の主要プロジェクトのいくつかが頓挫した。[ 45 ]
経済協力開発機構（OECD）は2016年に、洋上風力発電が2030年までに海洋経済の8％に成長し、その産業は43万5000人を雇用し、2300億ドルの価値を生み出すと予測した。[ 47 ]
欧州委員会は、洋上風力発電がグリーンディールの一部であるため、将来的に洋上風力発電の重要性が増すと予想している。[ 48 ]欧州の洋上風力発電の潜在能力を最大限に引き出すことは、グリーンディールのクリーンエネルギー部門における主要な取り組みの一つである。[ 48 ]
2050年までに、世界の洋上風力発電設備容量は1550GWに達すると予想されている。[ 31 ]これは2017年の容量と比較すると80倍の増加に相当する。[ 31 ]
洋上産業における現在の発展を特徴づける進歩の一つは、 風力資源がより豊富な沖合での洋上風力発電プロジェクトを可能にする技術である。特に、浮体式基礎技術の採用は、より深い海域での風力発電の可能性を引き出す有望な技術であることが証明されている。[ 49 ]
欧州の主要な投資家は欧州投資銀行（ EIB）です。EIBは洋上再生可能エネルギーに投資しており、欧州全体の容量の約40%を共同融資しています。2003年以降、EIBはベルギー、デンマーク、ドイツ、フランス、オランダ、ポルトガル、英国の施設を含む、欧州の34の洋上風力発電プロジェクトを支援しており、融資総額は100億ユーロを超えています。EIBは2019年から2023年の間に海洋再生可能エネルギーに37億ユーロを融資しており、風力発電所の融資に関する将来の計画があります。[ 50 ] [ 51 ]
風力タービンを沖合に設置する利点は、沿岸部では風がはるかに強く、陸上の風とは異なり、午後には強い風が吹くため、人々が最も電力を使用する時間帯と一致することです。また、沖合のタービンは、大都市などの沿岸部の負荷中心地の近くに設置できるため、新たな長距離送電線を敷設する必要がなくなります。[ 53 ] しかし、沖合への設置には、設置費用が高いこと、アクセスが困難であること、ユニットにとって過酷な条件であることなど、いくつかの欠点があります。
洋上に風力タービンを設置すると、ユニットは高湿度、塩水、塩水噴霧にさらされ、耐用年数に悪影響を及ぼし、腐食や酸化を引き起こし、メンテナンスや修理費用が増加し、一般的に設置や運用のあらゆる面が陸上の設置場所よりもはるかに困難で、時間がかかり、危険で、はるかに高価になります。湿度と温度は、密閉されたナセルを空調することで制御されます。 [ 54 ] 持続的な高速運転と発電は、摩耗、メンテナンス、修理の必要性も比例して増加させます。
タービンのコストは、今日の洋上プロジェクトの総コストのわずか 3 分の 1 から 2 分の 1 に過ぎず[ 36 ]、残りはインフラ、メンテナンス、および監督から発生します。基礎、設置、電気接続、および運用とメンテナンス (O&M) のコストは、陸上風力発電所と比較して、洋上設備の総コストの大きな割合を占めています。設置と電気接続のコストは、海岸からの距離と水深とともに急速に増加します。[ 55 ]
洋上風力発電のその他の制約は、設置数がまだ限られていることに関係している。洋上風力産業はまだ完全には工業化されておらず、2017年時点でも供給のボトルネックが存在する。[ 56 ]
洋上風力発電所は、陸上風力発電所に比べてタービンが大きい傾向があり、その規模は今後も拡大していく見込みです。洋上風力発電所の経済性は、発電量あたりの設置費用や送電網接続費用が減少するため、大型タービンの方が有利になる傾向があります。[ 55 ]さらに、洋上風力発電所は、陸上風力タービンのような土地の確保や輸送要件といった規模の制約を受けません。[ 55 ]
国際再生可能エネルギー機関（IRENA）の報告によると、2022年の新規洋上風力発電プロジェクトからの電力コストは、前年と比較して0.079米ドル/kWhから0.081米ドル/kWhに上昇した。この上昇は、材料費や設備費の上昇傾向にもかかわらず、陸上風力発電や太陽光発電（PV）などの他の再生可能エネルギー源で見られる低下傾向とは対照的である。[ 57 ]
国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の研究者らは、2035年までに洋上風力発電のコストが減少すると予測している。固定式洋上風力発電の均等化発電コストは、2021年の1メガワット時（MWh）あたり75ドルから2035年には53ドルに、浮体式洋上風力発電の均等化発電コストは207ドルから64ドルに減少すると推定している。これらのコスト推定は、サプライチェーン、港湾、送電システムなどのインフラの進歩に支えられ、世界の洋上風力発電の導入が9倍に増加するという予測に基づいている。[ 58 ]
風力発電所の運営費は、維持費（38%）、港湾活動費（31%）、運営費（15%）、ライセンス料（12%）、その他の費用（4%）に分けられます。[ 59 ]
運用・保守費用は、一般的に運用費の53%、洋上風力発電所のライフサイクルコスト全体の25%～30%を占めます。運用・保守費用は、この資源のさらなる開発における主要な障壁の一つと考えられています。
洋上風力発電所のメンテナンスは、陸上設備に比べてはるかに費用がかかります。例えば、陸上では、ピックアップトラックに乗った技術者1名が、ほぼあらゆる天候条件下で、タービンに迅速、容易かつ安全にアクセスし、車両から降りてタービンタワーまで歩いて行き、到着後数分以内にユニット全体にアクセスできます。一方、洋上タービンへのアクセスは、ドックや桟橋まで車で行き、必要な工具や資材をボートに積み込み、風力タービンまで航海し、ボートをタービン構造物に固定し、工具や資材をボートからタービンへ、またタービンからボートへと移し替え、残りの手順を逆の順序で実行する必要があります。ヘルメット、手袋、安全メガネなどの標準的な安全装備に加えて、洋上タービン技術者は、救命胴衣、防水または耐水性の衣服、作業環境、海況、気象条件により、水中に転落した場合に迅速な救助が困難または不可能な場合は、サバイバルスーツの着用を求められる場合もあります。通常、大型動力船の海上での操縦と取り扱いに熟練した訓練を受けた技術者が少なくとも2人必要となる作業でも、運転免許証を持つ技術者1人が陸上ではるかに短い時間とはるかに低いコストで実行できる。
洋上風力タービンの設置コストは2019年に30%低下し、$78/MWhとなり、他の種類の再生可能エネルギーよりも急速な低下となった。[ 6 ] 大規模なイノベーションにより、2020年までに洋上風力発電のコストを25%削減できる可能性があると示唆されている。[ 60 ] 洋上風力発電市場は、世界のほとんどの国で再生可能エネルギー目標を達成する上で重要な役割を果たしている。
2016年の将来のプロジェクトに関するオークションでは、政府の入札と規模により、700 MWのボルセレ3&4ではメガワット時（MWh ）あたり54.5ユーロ[61 ]、600 MWのクリーガース・フラックでは（送電なしで）1 MWhあたり49.90ユーロ[ 63 ]のコストに達しました。
2017年9月、英国では1MWhあたり57.50ポンドのストライク価格で契約が締結され、原子力発電よりも安価で、ガス発電と競争力のある価格となった。[ 64 ]
2018年9月、米国マサチューセッツ州のVineyard Wind社に、1MWhあたり65～74ドルの費用で契約が締結された。[ 65 ] [ 66 ]
洋上風力資源は、地球の表面積のうち陸地に比べて海洋や海が占める割合を考えると、その性質上、規模が巨大で分散度が高い。洋上の風速は、陸地の障害物がないことと、森林やサバンナなどの陸地の地形に比べて水面の粗度が低いことから、陸上の同等の場所よりもかなり高いことが知られている。この事実は、同じ入力データと方法論を使用して陸上と洋上の両方のエリアをカバーするグローバル風速マップによって示されている。北海 の場合、風力タービンのエネルギーは、海域1平方メートルあたり年間約30 kWhで、送電網に供給されている。海域あたりのエネルギーは、タービンのサイズにほぼ依存しない。[ 67 ]
洋上風力発電の技術的に利用可能な資源ポテンシャルは、平均風速と水深の要素であり、タービンを固定できる洋上風力資源から発電できるのは、その場所に限られます。現在、固定基礎の洋上風力タービンは、水深約50 メートル (160フィート)まで設置できます。それ以上になると、浮体基礎のタービンが必要となり、現在提案されている技術に基づくと、最大1 キロメートル (3,300フィート)の深さまで設置できる可能性があります。 [ 68 ] 実行可能な水深と毎秒 7 メートル (23フィート/秒)を超える風速の分析に基づくと、調査対象の 50 か国だけで 17テラワット(TW)を超える洋上風力発電の技術的ポテンシャルがあると推定されています。これには、オーストラリア、日本、米国、西ヨーロッパなどのほとんどの OECD 諸国は含まれていません。アルゼンチンや中国などの恵まれた国では、それぞれ 2 TW と 3 TW のポテンシャルがあり、このような場所での洋上風力発電の大きなポテンシャルを示しています。[ 69 ]
洋上風力発電所の稼働計画を策定するには、いくつかの種類の情報を入手する必要があります。これには以下が含まれます。
アトキンソン持続可能な未来センターの支援を受けた大学、産業界、政府の研究者連合による報告書によると、測定用の既存のハードウェアには、光検出測距（LIDAR ） 、音波検出測距（SODAR ）、レーダー、自律型水中ビークル（AUV）、リモート衛星センシングなどがあるが、これらの技術は評価され、改良されるべきである。[ 70 ]
多くの要因が関係するため、洋上風力発電所の最大の難点の1つは、荷重を予測することです。解析では、プラットフォームの並進運動（サージ、スウェイ、ヒーブ）と回転運動（ロール、ピッチ、ヨー）とタービン運動の間の動的結合、および浮体式システムの係留索の動的特性を考慮する必要があります。基礎と下部構造は洋上風力システムの大部分を占めており、これらの要因のすべてを考慮に入れる必要があります。[ 70 ]
タワーと基礎の間のグラウトにおける荷重伝達はグラウトにストレスを与える可能性があり、いくつかの英国の海上タービンでは弾性ベアリングが使用されています。 [ 71 ]
腐食も深刻な問題であり、詳細な設計検討が必要です。海洋石油・ガス産業やその他の大規模産業プラントで活用されている専門知識を応用することで、腐食の遠隔監視が可能になる見込みは非常に高いと言えます。
さらに、洋上風力発電所の風下にある風力発電所の発電効率が低下することが判明したため、戦略的意思決定では、国境を越えた最適化の限界と可能性を考慮する必要があるかもしれない。[ 72 ] [ 73 ]
洋上風力発電所の設計に関するガイドラインの一部はIEC 61400-3に規定されているが[ 74 ] [ 75 ] [ 76 ]、米国では他にもいくつかの規格が必要となる[ 77 ] 。
欧州連合（EU）では、コスト削減のため、各国の異なる基準をより統一的なガイドラインに合理化する必要がある。[ 78 ]この基準では、風、波、潮流などの現場固有の外部条件に基づいて荷重解析を行うことが求められている。[ 79 ]
計画と許可の段階には 1,000 万ドル以上かかる場合があり、5〜7 年かかり、結果も不確実です。業界は政府にプロセスの改善を迫っています。[ 80 ] [ 81 ]デンマーク では、障害を最小限に抑えるために、これらの段階の多くが当局によって意図的に合理化されており、[ 82 ]この政策は「ワンストップショップ」と呼ばれるコンセプトで沿岸風力発電所にも拡大されています。[ 83 ] 米国は2012 年に「Smart from the Start」と呼ばれる同様のモデルを導入しました。 [ 84 ]
EUでは、2018年の改正再生可能エネルギー指令により、風力発電プロジェクトの開始を支援するために許可プロセスが簡素化されました。[ 30 ]
洋上風力タービンの設置と運用は、国内法と国際法の両方で規制されています。関連する国際法の枠組みは、海洋の使用に関する国家の権利と責任を規制する国連海洋法条約（UNCLOS ）です。 [ 85 ]洋上風力タービンが設置されている海域によって、適用される規制規則が決まります。
領海（海岸の基線から12海里まで）では沿岸国が完全な主権を有しており[ 85 ]、したがって洋上風力タービンの規制は完全に国家管轄下にある。
排他的経済水域（基線から最大200海里）は、国家の領土の一部ではなく、沿岸国の排他的管轄権および管理下に置かれ、特定の目的のために利用されます。その目的の一つが風力発電です。[ 85 ]これは、この水域内では、沿岸国が洋上風力発電所を設置・運営し、設置の事前通告があれば、すべての船舶が尊重しなければならない安全区域をその周囲に設定する権利を有することを意味します。また、設置物も安全区域も、国際航行に不可欠とみなされる航路を妨害することはできません。[ 85 ]
排他的経済水域の外側には公海、すなわち国際水域がある。[ 85 ]この水域内では、エネルギー生産の目的は公海の自由として明示的に言及されておらず、そのため洋上風力発電施設の法的地位は不明確である。学術界では、公海上の洋上風力発電施設の法的地位の不確実性が、使用権をめぐる国家間の紛争の対象となる可能性があると主張されている。[ 86 ]解決策として、洋上風力発電施設を船舶や人工島、設備、構造物 とみなすことで、公海の自由として組み込むことができると提案されている。[ 86 ]
2020年現在、外洋での風力発電は、水深が深いことによる困難さから、技術的にはまだ実現可能ではない。[ 87 ]しかし、浮体式風力タービンの技術の進歩は、深海風力発電プロジェクトの実現に向けた一歩である。[ 87 ]
一般的に、固定基礎の洋上風力タービンは、水深が50 メートル (160フィート)未満で、平均風速が毎秒 7 メートル (23フィート)を超える地域で技術的に実現可能であると考えられています。[ 68 ]浮体式洋上風力タービンは、水深が50 ～ 1,000 メートル (160 ～ 3,280フィート)の地域で技術的に実現可能であると考えられています。表示されているベトナムの地図は、水深に応じて、固定基礎と浮体式洋上風力タービンの両方について、同国の技術的可能性の推定値を示しています。
現在稼働中の洋上風力発電所のほぼすべては、いくつかの試験プロジェクトを除いて、固定基礎型タービンを採用しています。固定基礎型洋上風力タービンは、水中に固定基礎を持ち、水深50～60メートル（160～200フィート）までの比較的浅い海域に設置されます。[ 88 ]
水中構造物の種類には、モノパイル、三脚、ジャケットなどがあり、海底にはモノパイルまたは複数の杭、重力式基礎、ケーソンなどさまざまな基礎があります。[ 88 ] 洋上タービンは、水深に応じて安定性を確保するために異なる種類の基礎を必要とします。現在までに、さまざまな解決策が存在します。[ 9 ] [ 89 ]
直径11メートル（36フィート） 、重量2,000トンまでのモノパイルを製造できますが、これまでの最大は1,300トンで、一部のクレーン船の1,500トンの制限を下回っています。その他のタービン部品ははるかに小さいです。[ 90 ]
三脚杭基礎構造システムは、モノパイルシステムよりも深い水域に到達するために開発された比較的新しい概念で、最大60mの深さまで対応可能です。この技術は、上部のジョイントピースを介して連結された3本のモノパイルで構成されています。このソリューションの主な利点は、3本のモノパイルを設置してから上部のジョイントを追加するだけで済むため、設置が簡単であることです。また、ベースが大きいため、転倒のリスクも低減されます。[ 91 ]
鋼製ジャケット構造は、石油・ガス産業で数十年にわたり使用されてきた概念を洋上風力発電産業に応用したものです。その主な利点は、より深い水深（最大80m）まで到達できることにあります。主な制約は、建設および設置コストが高いことです。[ 91 ]
水深が約 60〜80 m を超える場所では、固定基礎は非経済的または技術的に実現不可能であり、海底に固定された浮体式風力タービンが必要となります。[ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]最終的にSeawind Ocean Technologyに買収されたBlue H Technologies は、2007 年に世界初の浮体式風力タービンを設置しました。[ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] Hywind は、 2009 年にノルウェー沖の北海に設置された世界初のフルスケール浮体式風力タービンです。[ 98 ] 2017 年 10 月に稼働を開始したHywind Scotland は、30 MW の容量を持つ最初の稼働中の浮体式風力発電所です。他の種類の浮体式タービンも導入されており、さらに多くのプロジェクトが計画されています。
現在設置されている陸上風力タービンの大部分とすべての大規模洋上風力タービンは水平軸型ですが、垂直軸型風力タービンが洋上設備での使用が提案されています。洋上設置と重心が低いことから、これらのタービンは原理的には水平軸型タービンよりも大きく建設でき、1基あたり最大20MWの容量の設計が提案されています。これにより、洋上風力発電所の規模の経済性が向上する可能性があります。[ 55 ]しかし、この技術の大規模な実証はまだ行われていません。
洋上風力タービンは海洋や大きな湖に設置されるため、タービンに使用される材料は陸上風力タービンに使用される材料から変更し、塩水に対する耐腐食性と、タワーが部分的に水没することによって生じる新たな荷重力に最適化する必要があります。洋上風力発電への関心の主な理由の1つは風速が高いことですが、風速の違いにより風力タービンの上部と下部の間に大きなせん断力が生じるため、荷重の違いが生じます。また、タワーの基部周辺の波によって生じるバフェッティング荷重も考慮する必要があり、これは洋上風力発電用途では鋼管タワーの使用に集約されます。[ 99 ]
洋上風力タービンは常に塩水にさらされているため、モノパイルとタービンタワーに使用される鋼材は、特にタワーの基部、つまりタワーに打ち付ける波の「飛沫帯」とモノパイルにおいて、耐食性処理を施す必要があります。使用できる技術には、陰極防食と、水素誘起応力割れの一般的な原因である腐食孔食を低減するためのコーティングの使用の2 つがあります。[ 100 ]陰極防食の場合、亜鉛メッキされた陽極がモノパイルに取り付けられ、モノパイルに使用されている鋼材よりも優先的に腐食するのに十分な電位差が鋼材との間にあります。洋上風力タービンに適用されているコーティングには、溶融亜鉛めっきと、ポリウレタン上塗りを施した 2～3 層のエポキシコーティングがあります。[ 100 ]
基礎とタービンの設置には、特殊なジャッキアップ式リグ（風力タービン設置船）が使用されます。2019年現在次世代の船舶が建造されており、3,000～5,000トンを160メートル（520フィート）まで吊り上げることができる。[ 102 ]大型部品の設置は困難な場合があり、ジャイロスコープによってハンドリング精度を向上させることができる。[ 103 ]動的測位は、基礎を設置する際に振動式杭打ち機を安定させるためにも使用されている。[ 104 ]
近年、浅水域に固定式洋上風力発電所を経済的に建設するために、多数のモノパイル基礎が使用されている。 [ 105 ] [ 106 ] それぞれ、一般的に直径の大きい単一の基礎構造要素を使用して、水面上の大きな構造物のすべての荷重（重量、風など）を支える。他のタイプには、三脚式（鋼鉄）と重力式基礎（コンクリート）がある。
砂地における風力タービンの海底モノパイル基礎の一般的な建設プロセスには、杭打ち機を使用して、杭の周囲の浸食を最小限に抑えるために、 0.5メートルの大きな石と砂利の層を貫通して、大きな中空鋼杭を海底に25メートル（82フィート）の深さまで打ち込むことが含まれます。これらの杭は、直径が4メートル（13フィート） 、壁の厚さが約50ミリメートル（2.0インチ）になることがあります。トランジションピース（ボート着陸装置、陰極防食、海底ケーブル用のケーブルダクト、タービンタワーフランジなどの事前設置機能を備えたもの）が、深く打ち込まれた杭に取り付けられ、杭の中心部から砂と水が取り除かれ、コンクリートに置き換えられます。さらに、より長期的な浸食防止のために、直径最大0.5メートルのさらに大きな石の層が海底の表面に塗布されます。[ 106 ]
タワーの設置と海底への接続を容易にするため、タワーは水面下部分と水面上部分の2つの部分に分けて設置されます。[ 99 ]タワーの2つの部分は、グラウト接続で満たされたトランジションピースで接続されます。グラウト接続は、タービンタワーにかかる荷重を、より安定したタービンのモノパイル基礎に伝達するのに役立ちます。接続に使用されるグラウトを強化する技術の1つは、モノパイルとタワー間の滑りを防止するために、グラウト接続の長さに沿ってせん断キーと呼ばれる溶接ビードを含めることです。[ 107 ]
洋上風力タービンの部品は大型です。設置前に製造施設と組立施設の間で部品を輸送する時間を最小限に抑える必要があります。そのため、洋上風力開発が集中している地域には、洋上風力港湾施設が特別に建設されています。 [ 108 ]大規模な洋上風力発電所プロジェクトでは、洋上風力港湾は設置のためのサプライチェーンの戦略的なハブとなります。[ 109 ]
2022年以降は、洋上風力タービン設置船（WTIV） [ 110 ] [ 111 ]、特に10MW以上のタービンを設置できる船が不足すると予想されており、洋上風力タービンを設置できる船の需要は2024年までに供給を上回ると予測されている。[ 112 ]
「洋上風力発電開発業者は、12 MW 以上の洋上風力タービンを設置できる WTIV [風力タービン設置船] の不足に対応し始めているが、2020 年代半ばまでに計画されている洋上風力発電設備の設置に対応できる世界の船団の能力については依然として不確実性がある (Hartkopf-Mikkelsen 2020; Rystad Energy 2020)。タフツ大学による、新興の米国洋上風力発電市場に対するグローバルサプライチェーンの影響に関する分析によると、現在の世界の WTIV 船団は 12 MW 以上の風力タービンを設置する準備ができていないことが示されている (Bocklet et al. 2021)。」[ 113 ]
洋上風力発電を陸上電力網に統合するための実行可能な選択肢として検討されている技術には、いくつかの異なるタイプがあります。最も一般的な方法は、高電圧交流（HVAC）送電線を使用することです。HVAC送電線は現在、洋上風力タービンのグリッド接続に最も一般的に使用されている形式です。[ 114 ]しかし、特に洋上タービンまでの距離が長くなるにつれて、HVACの実用性を妨げる重大な制約があります。まず、HVACはケーブルの充電電流によって制限されます。 [ 114 ]これはケーブルの静電容量の結果です。海底ACケーブルは架空ACケーブルよりもはるかに高い静電容量を持つため、静電容量による損失がはるかに大きくなり、特に軽負荷条件下では、送電線の受電端の電圧の大きさが発電端の電圧の大きさと大きく異なる可能性があります。これらの損失を補償するために、システムにケーブルを追加するか、無効電力補償を追加する必要があります。どちらもシステムにコストを追加します。[ 114 ]さらに、HVACケーブルには有効電力と無効電力の両方が流れるため、追加の損失が発生する可能性があります。[ 115 ]これらの損失のため、地下HVAC線は経済的な観点から延長できる距離が制限されます。洋上風力発電のHVAC送電の適切な最大距離は約120キロメートル（75マイル）と考えられています。[ 114 ]
高電圧直流（HVDC）ケーブルの使用は、HVACケーブルの使用に代わる方法として提案されている。HVDC送電ケーブルはケーブル充電電流の影響を受けず、無効電力を送電しないため電力損失が少ない。[ 116 ]損失が少ないため、海底HVDC線はHVACよりもはるかに遠くまで延長できる。このため、HVDCは洋上遠く離れた場所に風力タービンを設置するのに適している。ただし、HVDCは交流グリッドに接続するために電力変換器を必要とする。これには、線路転流コンバータ（LCC）と電圧源コンバータ（VSC）の両方が検討されている。LCCははるかに普及している技術で安価だが、VSCには独立した有効電力と無効電力の制御など、より多くの利点がある。[ 116 ] LCCを直流ケーブルでVSCに接続するハイブリッドHVDC技術の開発に新たな研究が投入されている。[ 116 ]
洋上風力タービンから陸上発電所へエネルギーを輸送するためには、海底に沿ってケーブルを敷設する必要があります。ケーブルは大量の電流を効率的に伝送できる必要があり、そのためにはケーブルに使用する材料の最適化と、ケーブル材料の使用を最小限に抑えるためのケーブル経路の決定が必要です。[ 99 ]これらの用途で使用されるケーブルのコストを削減する1つの方法は、銅導体をアルミニウム導体に変換することですが、アルミニウムは銅よりも密度が低いため、提案された交換ではケーブルの動きが増加し、損傷の可能性が高まるという問題が生じます。
デンマークの海運会社マースク・サプライ・サービスが立ち上げるスティルストロムと呼ばれる洋上電力充電システムは、船舶が海上で再生可能エネルギーを利用できるようにする。[ 117 ]洋上風力発電所から発電された電力に船舶を接続するこのシステムは、停泊中の船舶からの排出ガスを削減するように設計されている。[ 117 ]
洋上タービンは陸上タービンに比べてアクセスがはるかに困難であり（日常的なアクセスにはサービス船やヘリコプターの使用が必要で、ギアボックス交換などの重整備にはジャッキアップリグが必要）、そのため信頼性が陸上タービンよりも重要となる。[ 1 ]陸上基地から遠く離れた場所に位置する一部の風力発電所では、サービスチームが洋上宿泊施設に常駐している。[ 118 ]風力タービンのブレードへの腐食の影響を制限するために、弾性材料の保護テープが貼られているが、液滴侵食防止コーティングの方が風雨からの保護効果が高い。[ 119 ]
強制電流式陰極防食（ICCP）は、風力タービンのモノパイルや浮体式風力タービンプラットフォームの防食に用いられます。ICCPシステムは、現場での監視が不要で、従来のガルバニックシステムよりも環境に優しく費用対効果が高いため、腐食対策としてますます普及しています。従来のガルバニック陽極陰極防食（GACP）システムは2つの金属間の自然な駆動力によって作動しますが、ICCPシステムは連続的な外部電源を使用します。
保守組織は、タービンの保守と修理を行い、そのリソースのほぼすべてをタービンに費やしています。ブレードの点検の従来の方法は、作業員がブレードにロープで降りて、タービン1基につき1日をかけて点検することです。一部の発電所では、モノパイルから600mmの望遠レンズを通してブレードを撮影することで、1日に3基のタービンのブレードを点検し、上昇を避けています。[ 120 ]また、カメラドローンを使用する発電所もあります。[ 121 ]
遠隔地に設置されるため、洋上風力タービンの予知および健全性監視システムはますます必要となるでしょう。これにより、ジャストインタイムメンテナンスの計画が改善され、運用およびメンテナンスコストが削減されます。大学、産業界、政府の研究者連合による報告書（アトキンソン持続可能な未来センターの支援による）[ 70 ]によると、これらのタービンからの現場データを利用可能にすることは、タービン設計に使用される複雑な解析コードの検証に非常に役立ちます。この障壁を減らすことは、風力エネルギーを専門とするエンジニアの教育に貢献するでしょう。
最初の洋上風力発電所が寿命を迎えると、所有者が保証する費用が1MWあたり約200万～400万デンマーククローネ（30万～60万米ドル）でリサイクルする解体産業が発展する。[ 122 ] 最初に廃止された洋上風力発電所は、2015年11月にスウェーデンのYttre Stengrundで、続いて2017年にVindeby 、2019年にBlythが廃止された。
洋上風力発電所は、発電量あたりの地球温暖化係数が非常に低く、陸上風力発電所と同程度です。また、陸上施設に比べて騒音や景観への影響が少ないという利点もあります。
民間の洋上風力開発業者が環境への悪影響をますます意識するようになったため、より持続可能な建設方法への転換が起こっている。これは、慈善団体や地域社会とのパートナーシップを通じて見ることができる。2022年には、洋上風力の専門プロバイダーであるØrstedと環境保護慈善団体である世界自然保護基金（WWF）が、洋上風力インフラプロジェクトの増加を促進すると同時に、生物多様性への有益な影響を促進し優先することを確実にするためのグローバルパートナーシップを構築したことが発表された。[ 123 ]洋上風力プロバイダーのVattenfallは、気候変動関連プロジェクトを支援するために、ノーフォークの地域に1500万ポンドの投資パッケージを発表した。[ 124 ]
洋上風力発電産業が急速に発展・拡大するにつれ、開発者が考慮しなければならない必要な環境上の配慮に関する欧州指令が数多く制定されてきました。2008年には、欧州海洋戦略枠組み指令が制定され、その中核要素として、洋上風力発電インフラによる海洋環境への悪影響を軽減する環境影響評価（EIA）が盛り込まれました。 [ 125 ] EIAは、洋上風力発電設備などの重要インフラから生じる海洋生物、海底、生態系全体などへのさらなる撹乱を防ぐ手段として導入されました。[ 126 ]洋上風力発電インフラの開発がEIAに関連する措置に準拠しない場合、事業者は、発生する可能性のある損害を相殺するために、別の側面で環境を補償する義務を負います。[ 127 ]
2020年11月、欧州委員会は、2050年までに気候変動中立の目標達成を支援するため、洋上再生可能エネルギーに関する欧州連合戦略を発表した。この戦略の中核は、加盟国間の協力を促進する役割を活用し、EU法に照らして風力開発の役割に関するガイダンスを公表し、さまざまな官民プロジェクトを支援することで、欧州の洋上風力産業を拡大することである。[ 128 ]
洋上風力発電産業はここ数十年で劇的に成長したが、これらの風力発電所の建設と運用が海洋生物や海洋環境にどのような影響を与えるかについては、依然として多くの不確実性が残っている。[ 129 ]しかし、洋上風力発電の容量が増加するにつれて、建設、運用、廃止というタービンのライフサイクル段階におけるさまざまな環境副作用を継続的に調査する学術研究の分野が発展してきた。[ 130 ]さまざまな環境影響は、海鳥、カメ、魚、アザラシ、クジラなど、さまざまな海洋生物に影響を与える。
洋上風力発電設備の設置、撤去、および必要なメンテナンスは、海洋環境に重大な悪影響を及ぼす可能性があります。これらの活動が渡りや繁殖の時期に行われると、海鳥や魚などの海洋生物に混乱をもたらす可能性があることがわかっているため、こうしたプロセスのタイミングが重要です。[ 131 ]さらに、洋上風力発電設備の設置は、海鳥などの海洋生物の移動における主要な影響要因であると主張されていますが、この問題に関する公表されている研究は限られています。[ 132 ]
洋上風力発電設備の重要なプラスの環境影響の一つは、人工礁の形成の可能性です。このような礁は間接的に海洋生物の多様化を促進し、様々な種が繁栄することができます。[ 133 ]しかし、洋上風力発電所は海底の堆積物に干渉することで海洋生息地に害を及ぼす可能性があります。[ 134 ]
洋上風力発電所からの騒音オフセットに関する調査から得られた証拠は、設置プロセスがネズミイルカやアザラシなどの動物の身体的および行動的プロセスを変化させる可能性があることを示唆している。[ 135 ]海鳥の福祉は、タービンとの衝突の可能性によって危険にさらされており、また、渡り鳥としての持久力に大きな影響を与える可能性のある移動経路の変更を引き起こす可能性がある。[ 136 ]これに加えて、洋上風力発電所の存在は、視覚的および騒音オフセットにより、海鳥の行動を変化させる可能性がある。[ 137 ]
海洋開発によるあらゆる形態の水中騒音は、海洋生物の生存率を低下させる可能性があることが指摘されている。[ 138 ] 2015年以降、アメリカ合衆国東海岸全体でクジラの死亡が急増している。[ 139 ]しかし、2023年8月現在、ニュージャージー沖での風力発電所の建設は始まっていないため、これらのクジラの死亡が洋上風力発電に関連している可能性は低い。むしろ、NOAAによると、船舶との衝突や漁網への絡まりがこれらの死亡の原因である可能性が高い。[ 140 ]
スペインで行われた研究では、洋上風力発電所の視覚的な存在がレクリエーション観光の需要を減少させ、発展途上の洋上風力産業の本拠地である沿岸コミュニティに国および地域の経済的悪影響をもたらす可能性があることが判明した。[ 141 ]しかし、この関連性は誇張されていると考える人もおり、世論の一部はタービンの物理的な視覚的存在を支持していると主張している。[ 142 ]このサブ問題は、洋上風力に関する研究がまだ比較的新しく、新しい主張の導入によって依然として激しい議論が続いていることを示している。
外来種の脅威は、洋上風力発電が適切な生息地となることで生じる重大な環境リスクとして指摘されている。その影響には、外来種の存在による生物多様性の不安定化、ひいては他の海洋生物の絶滅などが含まれる可能性がある。[ 143 ]
洋上風力発電産業の発展に伴い、タービンの空間計画決定プロセスに関して、さまざまな環境上の考慮事項が前面に出てくるようになりました。上記のセクションで示したように、近年、洋上風力発電と環境との関係に関して、さまざまな環境上の懸念が提起されています。計画段階では、風況や収益性といった一般的に考慮される事項に加えて、洋上風力発電所の具体的な配置は、事業資本を損なうことなく海洋環境に大きな利益をもたらす可能性があります。[ 144 ]
衝突リスクモデルは、海洋空間計画が環境保護をその手順に組み込み始めた良い例です。2022年、スコットランド政府は、海鳥が風力タービンに衝突する可能性を計算する独自の衝突リスクモデルの数式を概説した研究を発表しました。[ 145 ]
空間計画の政治はますます複雑化するだろうという見方が強まっている。再生可能エネルギーの目標を達成する必要があるため、洋上風力発電の開発は主に陸上風力発電インフラが直面する政治的問題を解決するためであったと主張されているが、実際にはこれらの問題は繰り返されている。[ 146 ]計画プロセスにおいて、環境への配慮と地域住民などの関連する利害関係者とのバランスを取ることが難しくなっている。[ 147 ]洋上風力発電所の海洋空間計画は非常に政治的であり、プロセスに影響を与えようとするさまざまなアジェンダとアクターが存在する。[ 148 ]しかし、海洋空間計画は共通の法的枠組みを提供するので、洋上風力開発に関連して環境への配慮を実現する上で全体的に有益であると主張されている。[ 149 ]
風力発電や太陽光発電のインフラのほとんどは、これまで監視されておらず、具体的なセキュリティ対策も講じられていませんでした。ノルド・ストリーム攻撃の後になって初めて、企業は遠隔監視CCTVやドローンなどを使用して洋上風力発電所の監視を開始しました。[ 150 ]今後数年間で風力発電所の数と地理的な分布が増加すると予想されるため、水面下を含むセキュリティの死角をカバーするためのより効果的な対策が必要です。さまざまな利害関係者や統治機関の間での情報共有に関する問題にも対処する必要があります。[ 151 ] さらに、このようなインフラはグレーゾーン/ハイブリッド戦争に対して脆弱であるため、セキュリティ対策の開発と実施の際にこれを考慮する必要があります。敵対的な行為者がすでにEUの海上インフラを監視していることが確認されており[ 152 ]、NATO第5条を発動する可能性のあるグレーゾーンハイブリッド戦争の可能性がさらに示唆されている[ 153 ] 。深刻な脅威のリスクに対抗するための強固なリスク評価と目的に合ったセキュリティプロトコルを通じてこれらの脅威に対処することについては、十分な検討がなされていない[ 154 ]。 さらに、海上風力および太陽光発電インフラの構築と維持に必要な重要な部品の大部分はEU/NATO加盟国以外で製造されており、サプライチェーンのリスクとなる可能性がある[ 155 ] 。 サイバーセキュリティも重要な懸念事項である。2022年には、ドイツの風力タービン会社Nordex SEがランサムウェア攻撃を受け[ 156 ]、同年には、Viasat Inc.のKA-SAT衛星ネットワークへのサイバー攻撃の後、ドイツの風力タービンメーカーEnerconが5,800基の風力タービンとの通信を一時的に失った[ 157 ] 。
現在進行中のプロジェクトのほとんどは、ヨーロッパと東アジアの海域で行われている。
北米でもいくつかの開発計画が提案されている。米国では、東海岸、五大湖、太平洋沿岸の風力資源が豊富な地域でプロジェクトが開発中である。2012年1月には、強力な環境保護を組み込むとともに立地選定プロセスを迅速化することを目的とした「スマート・フォー・ザ・スタート」規制アプローチが導入された。具体的には、内務省は沿岸沖の「風力エネルギー区域」を承認し、プロジェクトは規制承認プロセスをより迅速に進めることができるようになった。[ 176 ] 米国初の洋上風力発電所は、2016年12月に稼働を開始した30メガワット、5基のタービンを備えたブロックアイランド風力発電所である。 [ 177 ] [ 178 ]多くのスポーツフィッシャーマンや海洋生物学者は、ブロックアイランド沖の5基の6メガワット風力タービンの基部が人工礁として機能していると考えている。[ 179 ]
計画段階にある別の洋上風力発電所は、バージニアビーチ沖にある。2018年8月3日、ドミニオン・エナジーは、バージニアビーチ沖27マイルに2基の風力タービンを設置するパイロットプログラムを発表した。この海域では4～6週間の調査が行われている。[ 180 ]
オンタリオ州のカナダの風力発電は、五大湖のいくつかの候補地を追求しており、その中には、海岸から約20km離れた場所にあり、容量が400MWを超える、計画が中断されているトリリウム・パワー・ウィンド1も含まれる。[ 181 ] [ 182 ] その他のカナダのプロジェクトには、太平洋西海岸のプロジェクトがある。[ 183 ]
インドは洋上風力発電所の可能性に着目しており、グジャラート州沖に100MWの実証プラントを計画している（2014年）。[ 184 ] 2013年、グローバル風力エネルギー協議会（GWEC）が主導する組織グループが、インドにおける洋上風力発電開発の可能性のある地域を特定し、この分野の研究開発活動を促進するために、 FOWIND（インドにおける洋上風力発電の促進）プロジェクトを開始した。2014年、FOWINDは、タミル・ナードゥ州の8つの地域で潜在的可能性が認められた地域について、科学技術政策研究センター（CSTEP）に事前実現可能性調査を委託した。[ 185 ]
オランダは2022年2月11日、政府が2030年までに洋上風力発電の目標を21GWに引き上げると発表した。これは同国の電力需要の約75%を満たすことになる。これにより、洋上風力発電はCO2排出量を55%削減するという気候目標の達成に重要な貢献をすることになる。[ 186 ]
2026年、英国は、海底ケーブルで各国を結ぶ北海に100GWの送電網を構築する欧州洋上風力発電計画に参加すると発表した。[ 187 ]この計画に参加を表明している他の国には、ベルギー、デンマーク、フランス、ドイツ、アイスランド、アイルランド、ルクセンブルク、オランダ、ノルウェーなどがある。[ 188 ]
実質価格は専門家の予測の半分まで下落した。
。 カスカシでは、シーウェイ7号線は水中騒音の低減のために振動杭打ち技術も利用した。
この記事には、パブリックドメインにあるこの情報源からのテキストが含まれています。