부체식 해상풍력에서 상용 수준의 발전설비가 일본에서 처음으로 운전을 개시하였다. 환경성 실증사업으로서 나가사키현 고토 연안에 건설을 추진한 것으로 직경 80m의 대형 풍차를 사용하여 2MW의 전력을 공급할 수 있는 능력이 있다. 후쿠시마 연안에 건설 중인 동일한 규모의 발전설비보다도 빨리 운전을 개시하였다.

해상풍력 중에서도 일본의 근해에 적합한 것이지만, 수심 50m 이상의 해역에서도 설치할 수 있는 부체식의 발전설비이다. 부체식으로 발전능력이 2MW급의 대형 풍차가 나가사키현 고토 연안에서 10월 28일 운전을 개시하였다. 고토열도의 한가운데에 있는 카바섬의 연안 1km 해역으로 수심은 100m이다.

 

이 프로젝트는 환경성의 실증사업으로서 2010년~2015년도 6개년 계획으로 진행되고 있다. 2012년 6월에는 발전능력이 100kW의 “소규모 시험기”가 발전을 개시하여 성능 및 풍황 등을 관측해 왔다. 새롭게 운전을 개시한 “실증설비”는 풍차 직경이 80m의 크기이며 전체 길이는 172m로 총 중량은 3,400톤이다.

카바섬 연안은 연간 평균 풍속이 7.5m/s(해상 60m 상공)로 풍력발전에 적합한 해역이다. 그리고 파도의 높이가 1m 이하가 되는 비율이 89%로 온화한 상태로 발전설비의 흔들림이 과제인 부체식에는 유리한 조건일 것이다.

일본 국내에서는 경제산업성이 주도하여 후쿠시마 연안에서도 동일한 규모의 부체식에 의한 해상풍력발전 설비의 건설이 추진되고 있다. 11월 중에 시험운전을 개시할 계획으로 고토 연안의 프로젝트가 조금 빠르게 시작되었다.

 

두 프로젝트의 차이는 고토 연안의 발전설비가 원통형의 “스파(spar)형”이지만, 후쿠시마 연안에서는 기초부분의 구조가 복합한 “세미 서브형”을 채용한 것이다. 고토 연안의 스파형은 기초 부분의 상부가 강철이며 하부에는 녹일 슬지 않도록 콘크리트를 사용한 하이브리드 방식의 특징을 가지고 있다.

고토 연안의 프로젝트에서 중요한 테마 중 하나는 낙도의 전력공급체제를 강화하는 것이다. 해상풍력발전에 의한 전력은 해저 케이블을 통해 카바섬의 각 가정에 공급하고 인근 섬에도 해저 케이블을 경유하여 송전할 수 있다.

 

기존 발전소가 트러블 등으로 운전을 정지한 경우에도 낙도의 전력을 확보할 수 있다. 환경성은 실증설비를 운전하면서 2015년도 말까지 각종 검증을 지속할 예정이다. 발전설비의 흔들림 및 발전상황, 주변 자연환경에 대한 영향 등을 관측한다. 그리고 발전한 전력 중 잉여분을 수소로 변환, 저장하는 기술을 개발하여 낙도의 에너지로서 활용하는 것도 추진할 예정이다.

한편, 나가사키현에는 작은 섬이 많이 존재한다. 이러한 섬을 포함하여 현 전체의 해안선의 길이를 합계하면 4,000km 이상이 되며 제1위인 홋카이도와 거의 동등하다. 특히 낙도에서는 전력을 안정적으로 확보하는 것이 큰 과제이다. 그를 위해 15년 전부터 섬에 풍력발전소를 건설하는 프로젝트가 시작되어 현재까지 10개가 넘는 섬에서 풍력발전설비가 가동되고 있다.

발전능력이 10MW를 넘는 대규모 설비도 5군데 있으며 그 중 3군데는 히라도섬과 고토열도이다. 낙도에 있는 풍력발전소로는 신카미고토쵸에서 가동 중인 풍력시스템이 좋은 사례이다. 바다에서 가까운 언덕 위에 8기의 대형 풍차가 운용되고 있어 최대 16MW의 발전능력이 있다. 이것으로 1만 1,000세대분의 전력을 담당할 수 있다. 신카미고토쵸의 세대 수는 1만 정도로 풍력발전으로 마을의 전력을 자급자족할 수 있다.

그러면 어떻게 발전설비를 해상에 띄울 것인가. 풍차의 기초부분은 “스파형”이라는 가늘고 긴 원통형의 구조로 이루어져 있다. 낚시에서 사용하는 “찌”를 상상하면 이해하기 쉽다. 현재 시험기는 소규모일지라도 풍차를 포함하면 전체 길이가 71m이다.

 

그 중 반 정도가 해면보다 아래에 있는 스파로 직경은 최대 3.8m이다. 스파는 앵커와 해저 케이블이 연결되어 있어 카바섬에서 규슈전력의 송배전 네트워크에 접속하는 형태로 이루어져 있다. 그리고 주위의 섬에도 전력을 보낼 수 있다. 해상풍력발전이 낙도의 전력을 안정적으로 확보하는 수단으로 적합한 이유이다.

일본은 바다로 둘러싸여 있기 때문에 해상풍력발전이 유망하다고 하지만, 수심이 얕은 해역이 적기 때문에 깊은 해역에 대응할 수 있는 부체식의 실용화가 기대되고 있다. 환경성에 의하면 일본에서 가능한 풍력발전의 잠재량은 육상이 2.8억 kW, 착상식(수심 50m 미만)이 3.1억kW인 반면에 부체식(수심 50m 이상)은 12.6억 kW로 4배 이상 많다.

나가사키현의 재생가능에너지 중에는 현재 풍력발전이 최대이다. 앞으로도 섬을 중심으로 해상을 포함한 풍력발전의 도입량이 계속 증가할 것이다. 그리고 현 내에서는 활화산인 운젠산이 있어 지열이 풍부하다. 섬에서도 온천이 용출하는 장소가 많아 최근에는 온천수를 사용한 발전이 시작되고 있다. 풍력과 함께 지열발전이 증가하면 전력의 자급자족 체제가 더욱 안정될 것이다.

 

国内初の海に浮かぶ大型風車、福島よりも早く長崎で発電開始
 

 

洋上風力の中でも日本の近海に適しているのが、水深50メートル以上の海域でも設置できる浮体式の発電設備である。浮体式で発電能力が2MW（メガワット）クラスの大型風車が長崎県の五島沖で10月28日に運転を開始した。五島列島のほぼ真ん中にある椛島（かばしま）の沖合1キロメートルの海域で、水深は100メートルある（図1）。

 

図1　浮体式の洋上風力発電設備が稼働する五島市椛島の位置。出典：環境省

 

 このプロジェクトは環境省の実証事業として2010～2015年度の6カ年計画で進めているものである。2012年6月には発電能力が100kWの「小規模試験機」が発電を開始して、性能や風況などを観測してきた。新たに運転を開始した「実証機」は風車の直径が80メートルの大きさで、全長は172メートルに達する（図2）。総重量は3400トンにもなる。

 

図2　五島沖の洋上風力発電設備。2012年6月に稼働した「小規模試験機」と2013年10月に稼働した「実証機」のイメージ。出典：環境省

 

椛島の沖合は年間の平均風速が7.5メートル/秒（海上60メートルの上空）になる風力発電に適した海域である。しかも波の高さが1メートル以下になる割合が89％と穏やかな状態で、発電設備の揺れが課題になる浮体式には有利な条件がそろっている。

 

図3　浮体式の洋上風力発電設備の基本構造。出典：国土交通省

 

国内では経済産業省が主導して福島沖でも同規模の浮体式による洋上風力発電設備の建設が進められている。11月中に試運転を開始する見込みで、五島沖のプロジェクトが一歩リードした形だ。

 
両者の違いは五島沖の発電設備が円筒形の「スパー型」をとるのに対して、福島沖では基礎部分の構造が複雑な「セミサブ型」を採用した点にある（図3）。五島沖のスパー型は基礎部分の上部が鋼で、下部にはサビにくいコンクリートを使ったハイブリッド方式が特徴だ。

 
五島沖のプロジェクトで重要なテーマのひとつが、離島の電力供給体制を強化することにある。洋上風力発電による電力は海底ケーブルを通じて椛島の各家庭に供給するほか、近隣の島にも海底ケーブルを経由して送電することができる（図4）。既存の発電所がトラブルなどで運転を停止した場合でも離島の電力を確保することが可能になる。

 

 

図4　浮体式洋上風力発電設備からの送電経路。出典：環境省

 

 

環境省は実証機を運転しながら、2015年度末まで各種の検証を続ける予定だ。発電設備の揺れや発電状況、周辺の自然環境に対する影響などを観測する。さらに発電した電力のうち余剰分を水素に変換・貯蔵する技術を開発して、離島のエネルギーとして活用することにも取り組んでいく。