洋上風力発電の経済的最適化に関する研究

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．

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．