2014년도부터 시작되는 제2기에서는 높이 200미터에 달하는 초대형 풍차를 바다에 띄울 예정이다. 구조가 다른 2종류의 부체식 설비를 건설하여 실용화를 위한 검증작업을 실시한다. 제1기 설비와 조합한 대규모 해상풍력발전소는 세계를 리드하는 일본의 전력기술을 실증하는 현장이 된다.

바로 운전이 시작되는 제1기의 발전설비에 이어 2014년도에는 제2기의 건설공사가 시작된다. 풍차의 크기는 2배가 되며, 발전능력은 7MW로 증강될 예정이다. 육상 풍력발전을 포함하더라도 일본 국내에서 최대급, 해상에서는 세계에서도 비교적 큰 규모로, 육지에서 떨어진 부체식으로는 최초의 시도이다.

 

 2종류의 초대형 풍차의 경우, 담당하는 제조사가 달라 기초부분의 구조가 크게 다르다. 하나는 미쯔비시중공업이 담당하는 “V자형 세미서브”라는 구조로 제1기 발전설비 “후쿠시마 미래”와 닮은 형태가 된다.

 

다른 하나는 조선회사 저팬 마린 유나이티드에 의한 “어드밴스트 수퍼”로, 이것은 변전설비와 유사한 원주구조가 된다. 단 기초부분 위에 설치하는 풍차 및 발전기의 사양은 두 개 모두 동일하다. 최대 특징은 풍력발전에서는 선진적인 유압 드라이브식을 채용하는 점이다. 초대형 풍차가 생산하는 큰 동력을 높은 효율로 발전기에 전달하기 위해서이다.

통상적인 풍력발전에서는 톱니바퀴를 회전시켜 동력을 전달하는 방법이 일반적이지만 톱니바퀴 대신에 유압을 사용하면 무리 없이 고속에서 회전시킬 수 있어 발전기의 성능과 내구성이 향상된다. 풍력에서는 최대급의 7MW 발전능력을 실현함과 동시에 보수작업에 수고와 비용이 소요되는 부체식 설비의 고장을 경감시킬 수 있는 장점이 있다.

제2기에서 설치하는 초대형 풍차는 날개 부분의 직경이 167미터로 길이가 제1기 풍차의 2배 이상이 된다. 때문에 풍차의 회전축 위치는 해수면으로부터 105미터의 높이에 설정할 필요가 있다. 해수면 아래 부분을 고려하면 전체 높이는 200미터를 넘어 거의 50층의 초고층 빌딩에 해당된다.

 

이러한 거대한 건축물을 바다에 띄우기 위해서는 파도 및 조류의 영향에 의한 흔들림을 적절한 범위로 한정시켜야 한다. 이러한 점에서 중요한 것은 기초부분의 구조로 2종류 중 미쯔비시중공업이 건설하는 V자형 세미서브에 특징이 있다. 제1기를 포함하여 합계 4종류의 부체식 설비 중에서 단 하나만이 비대칭 형태를 하고 있다.

풍차를 지지하는 수직 방향의 타워 최하부에서 수평 방향에 2개의 기둥이 90도의 각도로 L자형으로 뻗어 있다. 비대칭 설비를 세 점에서 균형을 맞출 필요가 있어 대칭형 설비와 다른 부유방식이 된다. 실제로 후쿠시마 연안 해상에서 파도 및 조류의 영향을 어떻게 흡수할 수 있을까. 발전량에 차이가 나타날 것인가. 대칭형 발전설비와 비교할 때 결과가 흥미롭게 나타나 앞으로의 부체식에 의한 해상풍력 동향을 좌우하는 지침이 된다.

초대형 풍차에 의한 두 개의 발전설비는 해상에서 제1기 발전/변전설비와 조합되어 운전한다. 제1기 발전설비 “후쿠시마 미래”를 중앙에 놓고 1.6킬로미터 간격으로 3기가 일직선상에 배치되어 있다. 각 변전설비와 수중 케이블이 연결되어 높은 전압으로 변환시켜 해저 케이블을 통해 후쿠시마현 내로 송전된다.

 

계획에서는 제2기의 공사가 2014년 7월부터 시작될 예정으로 발전설비의 건설에 2개월 정도가 소요될 예정이다. 또한 변전설비와 접속하는 라이저 케이블(riser cable) 공사도 진행되고 있으며, 9월에 완료될 예정이다. 그 후에 확인시험 등을 실시하고 순조롭게 진행된다면 연말까지 시운전을 개시할 수 있다.

합계 3기의 발전설비가 가동된다면 최대 16MW의 전력을 해상에서 부는 바람의 힘으로 만들 수 있다. 후쿠시마현 연안은 평균 풍속이 7m/s를 넘는 양호한 조건을 기대할 수 있어 발전능력에 대한 실제 출력(설비 이용률)은 30% 정도까지 높아질 것이다. 그렇게 된다면 연간 발전량은 4,000만 kWh를 넘어 일반가정 1만 2,000세대분의 전력을 공급할 수 있는 발전소가 된다.

제2기 프로젝트는 “부체식 해상 초대형 풍력발전소 설치 실증사업”이다. 2015년도 말까지 2년간 부체식 발전/변전설비의 기술적인 검증을 진행하고 부근을 항해하는 선박의 안전성 및 해양생물을 포함한 동식물에 대한 영향을 상세하게 조사할 계획이다. 그리고 주변 해역에서 운영되는 어업과의 공존도 중요한 주제가 된다.

 

 

まもなく運転が始まる第1期の発電設備に続いて、2014年度には第2期の建設工事が始まる。風車の大きさは2倍になり、発電能力は7MW（メガワット）に増強する予定だ（図1）。陸上の風力発電を含めても国内で最大級、洋上では世界でも有数の規模で、陸地から離れた浮体式としては初めての試みである。しかも一挙に2基を建設する。

　2種類の超大型風車は担当するメーカーが異なり、基礎部分の構造が大きく違う。1つは三菱重工業が担当する「V字型セミサブ」と呼ぶ構造で、第1期の発電設備「ふくしま未来」と似た形になる。もう1種類は造船メーカーのジャパンマリンユナイテッドによる「アドバンストスパー」で、こちらは変電設備の「ふくしま絆」と同様の円柱構造をとる。

 

　ただし基礎部分の上に乗る風車や発電機の仕様は2つとも同じである。最大の特徴は、風力発電では先進的な油圧ドライブ方式を採用する点にある。超大型風車が生み出す大きな動力を効率よく発電機に伝えるための工夫だ（図2）。

 

 

 

　通常の風力発電では歯車を回転させて動力を伝える方法が一般的だが、歯車の代わりに油圧を使うと無理なく高速で回転させることができ、発電機の性能と耐久性が向上する。風力では最大級の7MWの発電能力を実現するのと同時に、保守作業に手間とコストがかかる浮体式の設備の故障を軽減できるメリットがある。

　第2期で設置する超大型の風車は羽根の部分（ローター）の直径が167メートルもあり、第1期の風車の2倍以上の長さになる（図3）。そのために風車の回転軸（ハブ）の位置は海面から105メートルの高さに設定する必要がある。海面から下の部分を加えると、全体の高さは200メートルを超えて、ほぼ50階建ての超高層ビルに相当する。

 

　

 

これほど巨大な建造物を海に浮かべるためには、波や潮の影響による揺れを適度な範囲に抑えなくてはならない。その点で重要なのが基礎部分の構造で、2種類のうち三菱重工業が建設するV字型セミサブに特徴がある（図4）。第1期を含めて合計4種類の浮体式設備の中で、ひとつだけ非対称の形になっている。

 

 

 

 

　風車を支える垂直方向のタワーの最下部から、水平方向に2本の柱が90度の角度でL字型に伸びている。非対称の設備を3点でバランスさせる必要があり、対称型の設備とは違う揺れ方になる。

　実際に福島沖の洋上に浮かべてみて、波や潮の影響をどう吸収できるのか。発電量に違いは出るのか。もう一方の対称型の発電設備と比較した結果は興味深く、今後の浮体式による洋上風力の動向を左右する指針になる。