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Microsoft PowerPoint - ○SeaJapan_セミナ_井上系長_(事前印刷用)0309

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(1)

浮体施設での再生可能エネルギー利用

浮体施設での再生可能エネルギー利用

の安全性評価に関する最近の話題

の安全性評価に関する最近の話題

独立行政法人 独立行政法人

海上技術安全研究所セミナー

海上技術安全研究所セミナー

2014 2014年年44月月1010日日 東京ビッグサイト東京ビッグサイト

(

(

)

)

海上技術安全研究所

海上技術安全研究所

洋上再生エネルギー開発系長

洋上再生エネルギー開発系長

井上俊司

井上俊司

(2)

Contents

求められる安全性と

国際標準および国内基準の動向

1

力学的留意点

2

今後の議論への提言

3

(3)

色々な法令・規格等の立場

目的の記載 所有者の 財産保護 利用者の 利益保護 第三者 への影響 電気事業法 • 電気事業の運営を適正かつ合理的 • 電気の使用者の利益を保護 • 電気事業の健全な発達 • 公共の安全 • 環境の保全 電気事業者 電気使用者 公共安全 環境保全 船舶安全法 • 堪航性ヲ保持 • 人命ノ安全ヲ保持 船主 乗客 貨物 海洋汚染 建築基準法 • 国民の生命、健康及び財産の保護 • 公共の福祉の増進 施設所有者 施設利用者 隣接住居者 JIS(洋上風 力) • 洋上風車の技術的健全性 • 期待寿命においてあらゆる危険性 による損傷の適切な保護レベル 元々のJISの目的は幅広いが、ここでは、 「品質レベルの互換性」「公正性(取引 上)」等に主眼があると思われる。 船級規則 • 安全及び合理的な設計 船級の元々の目的は保険に係る認証な るも、船舶安全法の代行の役目もある。

(4)

建築基準法施行令において、建築物の規定を

準用するよう定めた工作物

高さが六メートルを超える煙突(支枠及び支線がある場合においては、これら

を含み、ストーブの煙突を除く。)

高さが十五メートルを超える鉄筋コンクリート造の柱、鉄柱、木柱その他これ

らに類するもの(旗ざおを除く。)

風車

高さが四メートルを超える広告塔、広告板、装飾塔、記念塔その他これらに

類するもの

高さが八メートルを超える高架水槽、サイロ、物見塔その他これらに類するも

五 高さが二メートルを超える擁壁

倒壊した場合の影響範囲の、別の建築物または人の存在可能性を考慮

洋上の場合には、どうなるのか???

(5)

浮体式洋上風力発電の事例

①技術の流れの認識

既往の浮体施設 陸上の風力発電施設 洋上・着床式の風力発電施設 洋上・浮体式の風力発電施設

②既往の浮体施設からの変化

• 有人性 – 点検・保守要員の駐在確率、等 • 有人(船舶) • 無人(ブイ) • 信頼性レベル – 適切な破損確率 • 自然環境の再現期間 • 部分安全率 • リスク・シナリオ – 浸水 – 係留の不具合、漂流、等々

わが国の自然環境条件お

よび社会環境条件への適

合を図る

全体最適に

留意

(6)

色々な形式が存在しているので形式毎の検討が必要。 支持構造、発電機共に大きく動揺する。両者の動揺は複合的に作 用する為、統合した解析が必要。 想定外の外力による漂流・転覆・沈没の確率とそれらが発生した時 の挙動についての評価が必要。 支持構造 動揺 漂流等の有無

浮体式洋上風力発電の事例

③着床式施設からの変化

④我が国特有の事象(課題設定例)

地震、津波

周辺航行船舶

→多い

海岸域の高い人口密度、

漁業等での高度利用およ

び保全すべき自然・景観

地震、津波に対する安全性評価手

船舶との衝突時の挙動評価手法

(注)

漂流時の挙動評価手法(注)

(注)船舶衝突と漂流影響のクライテリアは、種々社会的環境条件にも 依存するので、一概に決めることはできない。

(7)

国土交通省 浮体式洋上風力発電施設技術基準

適用 支持構造物(浮体施設及びタワー) 最大搭載人員を有しない船舶 浅海影響を受けない水深 背景となっている基準類 IEC 61400-3(着床式) ・・・外部条件、荷重、構造設計(全体強度)、等 NK鋼船規則 ・・・構造設計(局部強度)、係留、復原性、等 ISO 19901-7(係留) • 極値気海象条件の再現期間:50年 • 地震・津波の考慮 • 材料:船舶構造規則に規定する材料 • 復原性 – 係留が有る場合と無い場合の両方を検討 – 非損傷時 • 風による傾斜モーメント及び波による動揺に対して十分な復原力 • ブレードが水面に接触しない – 損傷時 • 計画喫水の上方5.0mから下方3.0mまでの範囲の1区画浸水 • 海底ケーブルの引き込み箇所や係留ラインからの反力を受ける箇所等の浸水

(8)

船舶安全法

浮体式洋上風力発電施設技術基準

安全ガイドライン

技術基準のレビュー

研究課題

(手法の検証、現象の解明等)

技術基準の具体的な

運用マニュアル

安全ガイドラインの検討途

上で浮かび上がった問題

の中で、技術基準の改定

が望ましい部分の検討

H25年度・海事局の検討

技術基準の改定を海事局

が検討(予定)

IEC国際標準化対応

(9)

IECの概要

International Electrotechnical Commission

国際電気標準会議 正会員:60カ国、準会員:22カ国 (最高分担金:日、米、英、独、仏、中:8.223%) 1976年、ISOと協定 ⇒IEC:電気・電子分野、ISO:その他の工業 TC88:風力タービン 審議団体:(社)日本電機工業会(JEMA) TC114:海洋エネルギー(波力・潮力変換) 2007年より 審議団体:(社)電気学会 • 損傷時復原性で想定する浸水区画 – 全ての区画 – 危険がある限定区画 – そもそも、損傷時復原性は不要 • 係留における非冗長システム (係留1本破断で、漂流または転覆) – 増すべき安全率(20%?)

IECにおける浮体式洋上風力発電施設での論点

(安全思想関係)

(10)

IEC 62600(海洋エネルギー) におけるリスクの考え方

重大性のカテゴリー

関連する重大性

傷害、落命

経費

発電損失、修繕費用、補償

財産

機器損失、第三者への財産危害

環境

生態系への影響可能性

社会的問題

公衆の批判的な認識

人命関連の

カテゴリー

重大性の階級

高位の重大性

中位の重大性

低位の重大性

有人、避難不可能

有人、避難可能

無人

課題

•重大性の定量化

•重大性と所要安全率の関係

(11)

ABSの考え方(浮体式洋上風力)

ISO19904-1での

L2(中位レベル)

Un-crewed and moderate consequences of failure

但し、下記の場合には

L1(高位レベル)

も有り得る

初期開発ステージにある施設の

大規模事故が、公衆の否定的

認識につながったり、関係産業の成長、政府の政策に対してリス

クとなる場合

浮体および係留の

冗長性の低さが一般の批判に晒される可能

性がある場合

複数基が配置されるウンドファームにおいては、

種々シナリオでリスク評価が必要

(12)

API Robustness Requirement に基づく

米国の主張

再現期間(年)

1.0

1.35

50

500

ロバストネス・チェック

500年再現の荷重が、荷重安全率

IECの風車の場合、1.35)より大きい場

合、

500年再現での照査を要求

(13)

考察

発生周期が、数十年~数百年の地震については、

500年、1000年等の再現

期間は明らかに有意。

一方、例えば潮位(水位)は、

500年、1000年等の再現期間は無意味。数十

年に亘る既往最大潮位で極値を代表できるのが普通。

物理現象面での空間的・時間的スケールを考えて、再現期間を設定する必要あ

り。

⇒台風においても、

500年、1000年等の再現期間は無意味ではないか。

論点②:再現期間

500年の台風

考察

•大きめの再現期間を設定する場合には、他の安全係数は下げて良い筈

•総合過酷度で見た場合に、再現期間500年が最も厳しい条件なのかは不明

論点①:確率論的妥当性

(14)

50年後

50年前

現在

トレンド線

50年再現値

最近は、種々気象パラメータで、観測史上最大が続発

(地球温暖化の影響?)

⇒トレンドを踏まえた推定ができないものか

論点②:再現期間

500年の台風(補足)

(15)

風力

波力

バラスト

潮流力

係留力

流体力

ピッチ

制御

風車ブレード

ピッチ角 風や浮体動揺を考慮して、ピッチ角を制御

ブレードの回転方向

浮体式洋上風力発電における外力

(16)

浮体式洋上風力発電荷重の課題

発電時

スラスト大

暴風時(フェザリング)

スラスト極小

暴風時:波浪による動揺

慣性力荷重

浮体式の場合、発電時か暴風時かどちらが厳しい?

陸上

洋上

(17)

ブレードピッチ制御の方式によっては、過大な動揺発生

浮体式洋上風力発電における

ネガティブダンピング

(18)

浮体式潮流(海流)発電の安全性力学

流速・流向

×

変動・不均一

荷重

•並進力

•回転モーメント

係留

•引っ張り破断

•疲労破壊

現地観測・推算

○年間再現期待

発現頻度(表)

水槽実験・シミュレーション

連成特性

尺度影響(水槽実験)

(19)

浮体式波力発電の安全性力学

荷重の成因

荷重の種類

関連強度

デバイスの状態(3種類の極限)

固着

(ブレーキ)

K=∞

共振

自由

(ニュートラル)

K=0

浮体運動に

よる荷重

接合荷重

主としてデ

バイス強度

対地荷重

主として係

留強度

波漂流力

係留強度

• 二体問題として捉えることが可能

– 固定系と可動物体

– 2つの可動物体

– 可動浮体と水柱・・・等々

• 発電デバイスは、ばね・減衰系として捉えることが可能

水槽実験・シミュレーション

荷重・強度評価

(20)

今後の議論への提言

安全フィロソフィーの共通認識基盤が必要

何を守るのか

他の類似製品との差異を踏まえた相場観

法令上のカテゴリー ⇒ 重複を除く

最低要件は何か ⇒ 事業者の選択肢との兼ね合い

国際標準化との関わり ⇒ 実機経験で発言力を

• 新しい製品カテゴリー ⇒ 特性の理解

– 「発電施設」「浮体」と言った短絡的な整理は駄目

参照

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