浮体式風力タービンは、カリフォルニアを含む世界各地で試験されています。
地面や海底に設置する代わりに、浮体式風力タービンは、係留索で水中の所定の位置に固定されたプラットフォームの上に設置されます。
浮体式プラットフォームは、10メガワットの電力を生み出すタービンを支えることができます。これは一般的な陸上風力タービンの数倍に相当します。
しかし、プラットフォームの揺れによってタービンブレードにかかる力が増すことや、水深の深い場所では係留索のコストが高くなることなど、解決すべき技術的課題が残っています。
北カリフォルニア沖には米国でも有数の強い風が吹き、クリーンエネルギーを生み出す大きな可能性があります。しかし、課題もあります。大陸棚が急に深くなるため、従来型の風力タービンを海底に直接設置するのは、費用がかさみ、実現できない場合もあります。
水深が約200フィート（18階建ての建物ほどの高さ）を超えると、こうした「モノパイル」構造の設置はほぼ不可能になります。
解決策として、世界各地で試験が進む浮体式風力タービンが登場しました。
カリフォルニア州では、干ばつによって圧力が高まっている水力発電の供給をめぐり、州は国内初の浮体式洋上風力発電所を開発する計画を進めています。2022年12月7日、連邦政府はカリフォルニア州沖約20マイルにある5つのリース区域を、浮体式風力発電所の開発を計画する企業に競売で貸し出しました。落札額は海底に固定できる風力発電所が計画される大西洋岸沖の最近のリース区域より低かったものの、かなりの額となり、合計で7億5,700万米ドルを超えました。
では、浮体式風力発電所はどのように機能するのでしょうか。
タービンを浮かべる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じ仕組みで動きます。風がブレードを押してローターを回転させ、その回転で発電機を動かし、電気を生み出します。ただし、タワーを地面や海底に直接埋め込むのではなく、浮体式風力タービンはプラットフォームの上に設置されます。プラットフォームは、鎖やロープなどの係留索で海底のアンカーにつながれています。
係留索は風に流されないようタービンを所定の位置に保ち、発電した電気を陸地へ送るケーブルとの接続も維持します。
安定性の大部分は浮体式プラットフォーム自体が担います。強風や嵐の際にも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が重要です。
プラットフォームには主に3つの種類があります。
スパーブイ式プラットフォームは、タービンタワーから下方へ伸びる長い中空の円筒です。深海で垂直に浮かび、円筒の下部にバラストを積んで重心を下げます。その後、所定の位置に係留しますが、係留索にはたるみを持たせ、水の動きに合わせて動けるようにして損傷を防ぎます。スパーブイは、石油・ガス業界で長年にわたり洋上作業に使われてきました。
半潜水式プラットフォームは、タワーから外側に広がる大きな浮体式船体を備え、漂流を防ぐために係留されます。設計者たちは、こうした船体の一部に複数のタービンを設置する実験を行っています。
テンションレッグ式プラットフォームは小型で、張力をかけた索が真下の海底までまっすぐ伸びています。こうしたプラットフォームは、軽量ですが、より脆弱です。安定性を係留索とアンカーにより大きく依存するため、地震や津波の影響を受けやすくなります。
各プラットフォームはタービンの重量を支え、稼働中も安定していなければなりません。その一助となるのが、中空のプラットフォームです。大型の鋼鉄やコンクリート構造物で作られることが多く、浮力によってタービンを支えます。港で組み立てを完了してから設置場所まで曳航できるものもあり、現地設置に専用船が必要な着床式構造物より、はるかに低コストになる可能性があります。
浮体式プラットフォームは、10メガワット以上の電力を生み出せる風力タービンを支えることができます。これは、他の洋上風力タービンと同程度の規模であり、野原で見かける一般的な陸上風力タービンの発電容量の数倍に当たります。
なぜ浮体式タービンが必要なのでしょうか。
最も強い風力資源の一部は、米国西海岸沖、五大湖、地中海、日本沿岸など、沖合にあり、海底まで数百フィートの水深がある場所にあります。
12月初旬に競売にかけられた米国のリース区域は、約583平方マイルに及び、2つの地域に分かれています。一つはカリフォルニア州中部のモロベイ沖、もう一つはオレゴン州境付近です。カリフォルニア沖は急に深くなるため、岸から数マイルしか離れていない場所に風力発電所を建設する場合でも、浮体式タービンが必要になります。
建設が完了すれば、この5区域の風力発電所は約4.6ギガワットのクリーン電力を供給でき、150万世帯に電力を供給できると政府は試算しています。落札企業は、さらに多くの電力を生み出せる可能性があるとしています。
ただし、実際に風力タービンを海上に設置するまでには時間がかかります。競売の落札企業は司法省による独占禁止法審査を受け、その後、通常は数年かかる長期の計画策定、許認可取得、環境審査の手続きを経ることになります。
米国初の太平洋洋上風力リース入札の結果
カリフォルニア州沖で浮体式風力発電所を開発するため、5つのリース区域への入札を連邦政府から認められた企業は43社でした。仮落札者は2022年12月7日に発表されました。
世界では、浮体式風力タービンを使った実規模の実証プロジェクトが、すでに欧州とアジアで複数稼働しています。ハイウィンド・スコットランド・プロジェクトは2017年、商業規模の洋上浮体式風力発電所として初めて稼働しました。ノルウェーのエネルギー企業、エクイノールが設計したスパーブイで、6メガワットのタービン5基を支えています。
Equinor Wind USはカリフォルニア州中部沖の入札の一つを落札しました。別の落札企業はRWE Offshore Wind Holdingsです。RWEは欧州で風力発電所を運営し、3件の浮体式風力タービン実証プロジェクトを手がけています。ほかに参加した企業であるCopenhagen Infrastructure Partners、Invenergy、Ocean Windsは、大西洋岸のリース区域を保有するか、既存の洋上風力発電所を運営しています。
浮体式洋上風力発電所は商用技術になりつつありますが、解決すべき技術的課題が残っています。プラットフォームの動きによってブレードやタワーにかかる力が増し、空気力学的な挙動が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と、係留索、アンカー、電力ケーブルのコストが極めて高くなる可能性があるため、信頼性を保ちながら低コストを実現する技術が必要です。
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と期待できます。
