北カリフォルニアは、米国で最も強い洋上風が吹く地域のひとつであり、再生可能エネルギーを生み出す大きな可能性を秘めています。
同地域では4.6ギガワットを発電でき、160万世帯分の電力を賄うのに十分な量です。
大陸棚は急速に深くなるため、風力タービンを設置するのは費用がかさみ、ほぼ不可能です。
解決策のひとつは、タービンを浮かせることです。
欧州とアジアでは、すでに複数の本格的な浮体式洋上風力発電所が稼働しています。
北カリフォルニアは、米国で最も強い洋上風が吹く地域のひとつであり、クリーンエネルギーを生み出す大きな可能性を秘めています。しかし、課題があります。大陸棚は急速に深くなるため、従来型の風力タービンを海底に直接設置するのは、費用がかさむうえ、不可能でないにしても極めて困難です。
水深が約200フィート（約60メートル）を超えると、つまり18階建てのビルの高さにほぼ相当する深さになると、これら「モノパイル」構造物は事実上、選択肢になりません。
世界各地のいくつかの地点で試験が進められている解決策が登場しました。それは、風力タービンを浮かせるというものです。実際、カリフォルニアでは、干ばつが圧力となっており水力発電の供給に影響を及ぼし、山火事が脅威となっていることから、太平洋岸北西部からの電力輸入にも影響が出ており、同州は計画を進めています米国初の浮体式洋上風力発電所を開発するための計画を、現在も進めています。
では、どのような仕組みなのでしょうか。
タービンを浮かせる3つの主な方法
浮体式風力タービンは他の風力タービンと同様に機能します。風がブレードを押し、ローターが回転して発電機を駆動し、電力を生み出します。ただし、タワーを地面や海底に直接固定する代わりに、浮体式風力タービンはプラットフォーム上に設置され、チェーンやロープなどの係留索で、海底のアンカーに接続されています。
これらの係留索は、風に抗してタービンの位置を保持し、電力を陸上に送る海底ケーブルにもつないだ状態を保ちます。
安定性の多くは、浮体式プラットフォーム自体によってもたらされます。ポイントは、強風や嵐の際にタービンが大きく傾かないよう、プラットフォームを設計することです。
プラットフォームには主に3つのタイプがあります。
1）スパー型ブイ式プラットフォームは、タービンタワーから下方に伸びる、長い中空の円筒です。深海で垂直に浮かび、円筒の底部に入れたバラストによって重心を下げています。その後、固定されますが、損傷を避けるため、水の動きに合わせて移動できるよう、たるませた係留索が使われています。スパー型ブイは、長年にわたり石油・ガス業界で洋上作業のために使用されてきました。
2）セミサブ型プラットフォームは、タワーから広がる大型の浮体船体を備え、やはりアンカーで固定して漂流を防ぎます。設計者たちは、これらの船体の一部に複数のタービンを設置する試みを続けています。
3）テンションレグ型プラットフォームは、下方の床面へまっすぐに張られた緊張索を備えた、より小型のプラットフォームです。これらは軽量ですが脆弱であり、安定性を主に係留索とアンカーに依存しているため、地震や津波の影響を受けやすくなっています。
各プラットフォームは、タービンの重量を支え、タービンの稼働中も安定を保たなければなりません。中空のプラットフォームは、多くの場合、大型の鋼製またはコンクリート製の構造物で作られており、タービンを支えるための浮力をもたらすことで、この機能を部分的に果たします。一部は港で完全に組み立てて、設置場所まで曳航できるため、固定式基礎構造物よりもはるかに安価になる可能性があります。固定式基礎構造物では、専用の船舶が必要で、現場での設置が必要です。
浮体式プラットフォームは、10メガワット以上の電力を発電できる風力タービンを支えることができ、これは他の洋上風力タービンとほぼ同等の規模であり、畑で見かけるような一般的な陸上風力タービンの容量の数倍にあたります。
なぜ浮体式タービンが必要なのでしょうか。
最も強力な風力資源の一部は、陸から離れた、数百フィートの水深がある地域にあります。例えば、米国西海岸沖、五大湖、地中海、日本沿岸などがこれにあたります。
2021年5月、デブ・ハーランド内務長官とギャビン・ニューサム カリフォルニア州知事は、西海岸の一部地域を開放する計画を発表しました。対象は、カリフォルニア州中部のモロ湾沖およびオレゴン州境付近で、洋上風力発電を目的としています。同地域は急速に水深が深くなるため、陸から数マイルしか離れていない風力発電所であっても、浮体式タービンが必要になります。ニューサム知事によれば、同地域では当初、4.6ギガワットのクリーンエネルギーを供給でき、これは160万世帯に電力を供給するのに十分な量です。これは現在の米国の洋上風力発電量総計の100倍以上にあたります。現在の米国の洋上風力発電量総計。
世界では、欧州とアジアですでに複数の本格的な実証プロジェクトが稼働しています。ハイウィンド・スコットランド・プロジェクトは、2017年に初の商業規模の洋上浮体式風力発電所となりました。ノルウェーのエネルギー企業Equinorが設計したスパー型ブイに支えられた、6メガワットのタービン5基で構成されています。
洋上浮体式風力発電所は商業技術になりつつありますが、解決すべき技術的課題はまだ残されています。プラットフォームの動きにより、ブレードやタワーに大きな力がかかり、空気力学はより複雑で不安定になる可能性があります。また、水深が非常に深くなるにつれて、係留索、アンカー、海底電力ケーブルのコストが非常に高くなる可能性があるため、より安価でありながら信頼性の高い技術が必要になります。
近い将来、浮体構造物に支えられた洋上タービンがさらに増えることが予想されます。
