浮体式洋上風力発電は垂直発電を約束

Jul 25, 2023

長らく風力産業の片隅に追いやられてきた垂直軸風力タービン（VAWT）が、浮体式プラットフォームで新たな寿命を迎える可能性がある。

スウェーデン企業SeaTwirlは、数年以内に世界最大の洋上風力発電市場になると予想される中国で特許を取得したと今週発表するなど、浮体式洋上VAWT設計で最近話題を呼んでいる。

SeaTwirlによれば、この特許は最近米国でも承認されたもので、発電機と軸受ハウジングをボートで水面直上で交換できる設計に関するもので、設置とメンテナンスのコストを削減し、ダウンタイムを最小限に抑えることができるという。

標準的な水平軸洋上風力タービンの繊細な機器のほとんどは水面から高い位置にあるため、修理がより困難で危険になります。

SeaTwirlは先月、浮体式VAWTの1メガワットのプロトタイプを構築する7000万スウェーデンクローナ（700万ドル）のプロジェクトについて、海洋物流会社NorSeaとベルギーのColruyt Groupの支援を獲得したと発表した。 SeaTwirl CEO のガブリエル・ストレンバーグ氏は GTM に対し、S2 プロトタイプは 2020 年に製造される可能性が最も高く、ノルウェーで製造される予定であると語った。

SeaTwirlの一連の発表は、米国に本拠を置くサンディア国立研究所による昨年の研究で、VAWTには浮体式プラットフォームによる洋上風力発電のコストを削減する大きな可能性がある可能性があることが判明した後に行われた。

5年間、410万ドルをかけたこの研究では、VAWTにより、すべて故障しやすいギアボックス、高速シャフト、ヨーシステム、ナセルの必要性がなくなるため、浮体式洋上風力タービン、設置、メンテナンスのコストを削減できる可能性があることが判明した。

しかし、洋上での水平軸風力タービン (HAWT) と比較した VAWT の主な魅力は、安価な浮体プラットフォームで動作する可能性があることです。

サンディア社の風力エネルギー技術部門の研究主任ブランドン・エニス博士は、「浮体式洋上風力発電にとって、このプラットフォームは電力の均等化コストに唯一最大の貢献をしている」とGTMに語った。

「ローターが少し高価でも、プラットフォームのコストが大幅に削減されている場合、それはシステムの利点となる可能性があります。」

浮体式洋上風力発電はまだ初期段階にあるが、コストが低下し、浅海にある洋上風力発電所に最適な場所の多くが使い果たされているため、2020年代に普及すると予想されている。

浮遊プラットフォーム上の HAWT にとって大きな課題は、ドライブトレインや発電機など、タービンのより重いコンポーネントの多くが水面より高いところにあることです。

これにより大きな転倒モーメントが発生し、通常は基礎構造に質量を追加することで、浮遊プラットフォームを安定させる必要があります。 サンディアで研究されたダリウス設計のような VAWT では、重いコンポーネントはすべてタービンの基部に設置されます。

これにより、安定性が向上するだけでなく、メンテナンスや修理がより簡単かつ安価になります。

VAWT のもう 1 つの利点は、HAWT とは異なり、風が高さによって方向を変える風向変化の影響を受けにくいことです。

最後に、専門分析会社である Quest Floating Wind Energy によると、VAWT は、HAWT ベースの風力発電所に伴う後流効果の克服に役立つ可能性があります。

クエストの市場開発・戦略担当ディレクター、エリック・ライカース氏は「業界はこれまで以上に大型のタービンに注目している」と語った。 「GE の 12 メガワットのタービンは 220 メートルに及びます。これは、フローターを約 1.5 キロメートル離す必要があることを意味し、その結果、多額のケーブル配線コストが発生します。」

それとは対照的に、フランスでの研究では、単一のフローターに 2 つの VAWT を配置すると、実際に互いの性能が​​向上し、ケーブル配線の必要性が軽減され、この技術が湖などの狭い環境に適した選択肢になることが示唆されていると同氏は述べた。

また、重要なことは、HAWT の大型化により浮体式基礎の作業がますます困難になる一方で、VAWT の場合、サイズの増加により性能とコスト効率が向上する可能性があるということです。 「オフショアでは、アップスケールの効率が向上します」とエニス氏は言います。

サンディア氏は、長期的には浮体式プラットフォーム上のVAWTの平準化エネルギーコストがメガワット時当たり110ドルまで低下する可能性があると試算したが、研究機関はHAWTとの同一比較を実施しなかった。

2017 年のある調査によると、現在の HAWT 技術を使用した浮体式洋上風力発電のエネルギーの平準化コストは、メガワット時あたり約 180 ドル以上です。

大型化した VAWT のコスト競争力の向上は、この技術の大きなセールスポイントのように聞こえますが、実際にはそれが障害になる可能性があることをエニス氏は認めました。

小規模では、VAWT は歴史的に HAWT ほどのパフォーマンスを発揮できず、そのため大規模な発電には使用できませんでした。

これは、オフショアで使用するための VAWT を構築したい企業は、大規模化という重大な開発リスクを引き受ける意欲のある支援者を見つける必要があることを意味します。

フローティングファンデーションメーカーIdeolの最高販売マーケティング責任者であるブルーノ・ゲシエ氏は、依然としてこのコンセプトに懐疑的である。 同氏は、「12～15メガワットの垂直軸タービンを商業配備できるようになるには、数十年、数十億年かかるだろう」と述べた。

「水平軸（タービン）はすでにそのような規模で稼働しており、誰も匹敵することのできない経験と工業製造能力の利益をもたらします。」