洋上風力発電の経済的最適化に関する研究

海上风电经济优化研究

基本信息

批准号：
12J10310
负责人：
菊地由佳
金额：
$ 1.73万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J10310/
关键词：
洋上風力発電所建設コストエンジニアリングコストモデル施工稼働率気象・海象シミュレーション浮体式洋上風車動揺予測非線形減衰力長周期動揺波と潮流の相互作用洋上風力発電経済最適化コストモデル構造特性

项目摘要

洋上風力発電所の開発には建設コストの評価が重要である．陸上風力と異なり，日本では本格的な洋上風力発電所がなく，実績値に基づき建設コストを評価できない問題がある．一方，欧米ではエンジニアリングモデルを用いた風力発電所の建設コストの評価手法が提案されている．しかし，風車タワーと基礎のコストは水深等に依存し，様々な海域における評価に時間がかかる．また，気象・海象シミュレーションを用いて施工稼働率を評価する必要があるが，その評価精度は不明である．そこで，本研究では，まず，風車のタワー・基礎をモデル化し，風車の1次固有振動数と風車のタワー・基礎の直径と水深の関係式を導出し，動的解析により固有振動数の修正係数を求めた．風車とタワーの共振回避条件に基づき，風車の固有振動数と水深からタワー・基礎の直径を解析的に求めることを可能にした．また，杭の長さと水深の関係式は基礎に作用する地震荷重と地盤反力により導出した．次に，高度化した気象・海象シミュレーションにより，銚子沖の洋上風力発電所における風速，波高，波周期を求めるとともに，バイアス補正式を提案し，低波高・短波周期の予測精度を向上した．また予測値および作業中止条件を用い，各種施工方法の施工稼働率を評価し，観測値を用いた評価と同程度の精度を有することを示すとともに，本手法を北九州沖の洋上風力発電所に適用し，海象条件と施工方法が施工稼働率に与える影響を明らかにした．最後に，水深，離岸距離，風車の規模を考慮した洋上風力発電所のエンジニアリングコストモデルを構築した．欧州における建設コストの実績値を用いて，構築したエンジニアリングコストモデルは実績値に基づくパラメトリックコストモデルによる評価より精度の高いことを示した．また，提案モデルを用いて，日本における洋上風力発電所の建設コストを水深別に評価し，中水深以降の開発シナリオを示した．

评估建筑成本对于离岸风电场的发展很重要。与陆上风力发电不同，日本没有全尺寸的海上风电厂，无法根据实际价值对建筑成本进行评估。同时，在欧洲和美国，已经提出了使用工程模型评估风电场建设成本的方法。但是，风力涡轮塔和地基的成本取决于深度等，并且在各种海洋地区的评估需要时间。此外，有必要使用天气和海景模拟评估施工利用率，但是评估的准确性尚不清楚。因此，在这项研究中，我们首先对风力涡轮机的塔楼和基础进行了建模，从而得出了风力涡轮机的一阶固有频率，塔的直径和深度以及风力涡轮机的深度，并通过动态分析计算了固有频率的校正系数。根据风力涡轮机和塔之间的避免谐振条件，现在可以分析塔和基础的直径从风力涡轮机的固有频率和深度确定。此外，桩的长度与深度之间的关系是由作用于基础和地面反应力的地震载荷得出的。接下来，我们通过使用复杂的天气和与海洋相关的模拟，计算了Choshi离岸风电场的风速，波高和波浪周期，并提出了一种偏差校正技术，提高了低波和短波周期的预测准确性。此外，使用预测的价值和工作终止条件，评估了各种施工方法的施工利用率，表明准确性与观察到的值相似，并且还将这种方法应用于Kitakyushu海岸附近的海上风电场，阐明了海上条件和建筑方法对建筑利用率的影响。最后，我们为海上风电场构建了工程成本模型，并考虑到了深度，撕裂距离和风力涡轮机。使用欧洲的实际建筑成本，我们证明了构建的工程成本模型比使用基于实际施工值的参数成本模型进行评估要准确。此外，使用拟议的模型，我们通过水深度评估了日本海上风电场的建设成本，并在中间深度深处介绍了开发方案。