足利工業大学
牛山 泉
ushiyama@ashitech.ac.jp 平成26年11月８日「風力発電講演会」 主催：ひた市民環境会議エネルギー部会再生可能エネルギーの主役
風力発電
再生可能エネルギーの主役
風力発電
1
．環境とエネルギー問題の現状
2.
陸上風力発電の現状
3.
洋上風力発電の現状
4.
日本における風力発電導入の課題
5.
木質バイオマスの取り組み
６．将来のエネルギーと風力発電
世界人口増加とエネルギーの需給
1800 1900 2000 2100 2200 2300 0 20 40 60 80 100 150 100 50 0 120 116億人 70億人 石油 原子力 天然ガス バイオ水力 石炭 人 口 （ 億 人 ） 石 油 換 算 エ ネ ル ギ ー 消 費 量 （ 億 ト ン ） 西 暦 （年） エネルギー難民1978年
1998年
国別CO
2
排出量（2008年）
Ashikaga Inst. of Tech.
主要各国のエネルギー自給率
～わが国のエネルギー自給率は、主要先進国の中で最も低い～ 4% 7% 16% 27% 61% 87% 139% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 160% 日本 フランス イタリア ドイツ アメリカ イギリス カナダ エネルギー自給率（原子力を国産とした場合） エネルギー自給率（原子力を輸入とした場合）日本のエネルギー消費構成
〈出典〉 2005年度、資源エネルギー庁 石油 49% 石炭 20% 天然ガス 14% 原子力 11% 再生可能エネルギー 6% 2005年 6億トン日本の原油輸入量と国別シェア
（2003年度） クウェート 7 . 4 % カタール 9 . 7 % イラン 1 6 . 1 % サウジ ア ラ ビア 22.8% UAE 2 4 . 3 % 中国 1 . 4 % 分割地帯 3 . 6 % インドネシ ア 3 . 6 % その他 6 . 5 % オマーン 3 . 1 % ナイジ ェリ ア 1 . 5 %計
2億4485万
キロリットル
石油運搬船
総排水量：約25万t 全長：約330m 全幅：60m
Shellのエネルギー資源予測
石油 天然ガス 再生可 能エネル ギー再生可能エネルギーの主役
風力発電
1
．環境とエネルギー問題の現状
2.
陸上風力発電の現状
3.
洋上風力発電の現状
4.
日本における風力発電導入の課題
5.
木質バイオマスの取り組み
６．将来のエネルギーと風力発電
風力発電が貢献可能
[環境保全] ・温室効果ガス削減 ・SOx,NOx削減 [エネルギーセキュリティー] ・エネルギー多様化 ・国産エネルギー [経済効果] ・雇用創出 ・地域経済の活性化風力発電の役割
年
累積導入量（2000年〜2013年）
17
各国の導入量
18
各国の風力発電導入率
Annual Global Wind Power Development
Actual 1990-2007 Forecast 2008-2012 Prediction 2013-2017
0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 70,000 80,000 90,000 100,000 110,000 1990 2007 2012 2017 MW
Prediction Offshore (Forecast) Forecast Existing capacity
Source: BTM Consult ApS - March 2008
風力発電の現在と未来：
風車は既に“兆円ビジネス”
成長率は
20%以上/年
（5年で2.5倍増）
出典：BTM Consult Aps World Market Update 2007、GWEC 2008 速報
2017年: 104百万kW/年 2012年: 51百万kW/年 2007年: 20百万kW/年 2008年の新規導入量 27GW（約4兆円）/年 ・ 約1.7万台/年 新規導入量 の推移
世界の風車生産と関連雇用
0
10
20
30
40
50
60
70
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
年
新規導 入量 ( G W ／年) 雇用人 数 ( 万人)0
50
100
150
200
250
300
350
累積導
入量 (
G
W
)
新規導入量
雇用人数
累積導入量
出典： BTM Report, GWEC の Global Wind Energy Outlook 2008 より
2010年は 新規生産30GW/年、
関連雇用は５０万人以上
風車年産１MW≒１５人の雇用
→石油火力発電所（石油量）に換算すると・・・
約17,000kL（ドラム缶8,600缶）
に相当
→一般家庭の消費電力に換算すると・・・
約1,400世帯分
に相当
→CO
2削減量に換算すると・・・
約5,000ton
に相当
→上記CO
2削減量を吸収するための杉の木に換算すると・・・
約36万本
に相当
2MW級風車の環境貢献度
平均風速 7m/s で 707万kWh/台･年、発電する。
→ 13万台で日本の全電力需要をまかなえる。
23 23 2003にRPS制度を導入⇒再エネ倍増
日本における再生可能エネルギーの成長
R P S Annual average increase 8%/year Annual average increase 13% / year F I TPurchase of Residential Surplus Electricity
Biomass PV Geothermal Wind X 10 million kWh fiscal year
24
日本の風力発電導入量
1995 1990 2010 2005 Total capacity: 2,642MW 1,913 units (April 2013) 累 積 設 備 容 量 (kW ) RPSLocal New Energy Introduction Scheme
Wind Field Test Scheme
都道府県別風力発電導入量
都道府県別風力発電導入量 0 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 200,000 北 海 道 青 森 県 岩 手 県 宮 城 県 秋 田 県 山 形 県 福 島 県 茨 城 県 栃 木 県 群 馬 県 埼 玉 県 千 葉 県 東 京 都 神 奈 川 県 新 潟 県 山 梨 県 長 野 県 静 岡 県 愛 知 県 岐 阜 県 三 重 県 富 山 県 石 川 県 福 井 県 滋 賀 県 京 都 府 大 阪 府 兵 庫 県 奈 良 県 和 歌 山 県 鳥 取 県 島 根 県 岡 山 県 広 島 県 山 口 県 徳 島 県 香 川 県 愛 媛 県 高 知 県 福 岡 県 佐 賀 県 長 崎 県 熊 本 県 大 分 県 宮 崎 県 鹿 児 島 県 沖 縄 県 設 備 容 量 （ ｋ Ｗ ） 0 50 100 150 200 250 設 置 基 数 （ 基 ） 2004年度末設備容量 2003年度末設備容量 2004年度末設置基数 NEDO技術開発機構 （2005年3月末現在） 九州経産局 20.3% 東北経産局 39.6% 関東経産局 8.0% 中部経産局 6.9% 近畿経産局 1.7% 中国経産局 1.9% 四国経産局 1.9% 沖縄総合事務局 1.3% 北海道経産局 18.4% ２００４年度 総設備容量 926,575kW26 三菱重工業 2.5 MW (7MW) 日本製鋼所 2.7 MW (3MW) 日立製作所 2.0 MW (5MW) 駒井ハルテック 300 kW
国内の大型風力発電機メーカー
( ) 開発中27
日本の再生可能エネルギーポテンシャル
太陽光
風力（陸上）
風力（洋上）中小水力
バイオマス
地熱発電
単位（百万
kW ）
150
300
1,600
14
38
14
合 計
原子力発電
211,600
万kW4,820万kW（2011年3月11日現在）の44倍
（環境省による
2011－4）
再生可能エネルギーの主役
風力発電
1
．環境とエネルギー問題の現状
2.
陸上風力発電の現状
3.
洋上風力発電の現状
4.
日本における風力発電導入の課題
5.
木質バイオマスの取り組み
６．将来のエネルギーと風力発電
ポルトガル最西端ロカ岬碑文
欧州の洋上風力発電
35
2010年：2.6GW 2020年：40GW
2030年：150GW
0 25,000 50,000 75,000 100,000 125,000 1990 2011 2016 2021 MW
Annual Global Wind Power Development
Offshore (Pridiction) Prediction Offshore (Forecast) Forecast Existing capacity
Source: BTM Consult - A Part of Navigant - March 2012
Annual Global Wind Power Development
洋上風力発電の急展開
The tripods stand in file and empty pontoon is hooked onto tug boats.
With a full cargo, the MPI Discovery leaves Esbjerg in DK
every two weeks for Thames estuary.
43
洋上風力発電の研究開発
響灘【着底式） 2013 日本製鋼所 2MW 五島（浮体式） 2012 富士重工 100kW 2013 日立 2MW 銚子【着底式） 2013 三菱重工2.4MW 福島（浮体式） 2013 日立 2MW, パワーステーション 2014 三菱重工 7MW 2015 三菱重工 7MW銚子沖洋上風車（NEDOの国プロ、三菱重工ＭＨＩ）
一体組されたナセル（MWT92洋上実証機） 三菱本牧工場9号岸壁に接岸中のSEPあそ（左）、くろしお（右） 「あそ」に翼3枚、RH、タワー1節目を搭載、「くろしお」 に ナセル、タワー2~4節目及び650tonクローラクレーンを積載 あそ（左） くろしお（右） 2012年10月設置完了 2013年1月運開 銚子沖洋上サイトに設置された風車 千葉県銚子市屏風が浦沖３ｋｍ、出典；NEDO45
気象観測タワーと洋上風力発電機
18.0m 11.9m 100.0m 14.1m 92m 80.0m 32m 21.0m 10.1m Top 126.0m 11.9m MHI92m/2.4MW• Offshore wind conditions
• Vertical wind speed profile at higher points • Atmospheric stability
46
Wind turbine On 14 Oct.
2012
Mast
On 21 Aug. 2012
日立製作所（旧 富士重工）
の洋上風力の取組み
茨城県のウインドパワーかみす
（2010年 富士重工 2MW×7台）
長崎県五島列島の環境省浮体式
洋上風車実証プロジェクト
（2013年10月 日立 2MW）
着床式
浮体式
48 2013 2013 2014 2014 Hitachi 2MW Mitsui semi-sub MHI 7MW MHI semi-sub MHI 7MW JMU Spar Hitachi JMU Spar
Project Consortium:11 members
Marubeni (Project integrator) MHI
University of Tokyo Mitsubishi Corp. IHI Marine United MES
Nippon Steel Hitachi
Furukawa Electric Shimizu Corp.
Mizuho Information & Research
福島沖 洋上浮体式洋上風力発電プロジェクト
普及段階
NEDO’s Projects on Offshore Wind Energy
FY2008 FY2009 FY2010 FY2011 FY2012 FY2013 FY2014 FY2015 FY2016
Demonstration of Offshore Floating Wind Farm
(Fukushima, METI’s Project)
Development of 7MW-class Wind Turbine
Demonstration of Offshore Wind Measurement
Demonstration of Offshore Wind Power Generation
Ｆeasibility
Study
50
Ref: Nikkei Business
日立の２MW浮体式風車
（浮体は三井造船）
出典: Fulushima FORWARD PJ 出典: 朝日新聞 2013年 6/27 千葉県市原の三井造船ドックから進水 6/28~7/1 東京湾から福島県小名浜港に回航 7/27 小名浜港から出港、設置サイトへ 11/11に竣工式を開催の予定。世界初の浮体式洋上変電所
（変電所は日立、浮体はJMU)
2013年 7月初旬に横浜市金沢区の JMUのドックから進水。 直接、福島沖のサイトまで回航。 11月11日に竣工の予定。 出典: Fulushima FORWARD PJ再生可能エネルギーの主役
風力発電
1
．環境とエネルギー問題の現状
2.
陸上風力発電の現状
3.
洋上風力発電の現状
4.
日本における風力発電導入の課題
5.
木質バイオマスの取り組み
６．将来のエネルギーと風力発電
日本における外部環境課題
・Devastating strong Typhoons
・Winter lightning stronger than IEC standard
・Deflected and turbulent wind
・Narrow and winding road for transportation
Typhoon Winter lightning Transportation Construction Turbulence Typhoon Winter lightning Transportation Construction Turbulence
No.3,5：Micon 400kW Fell Down
←Asahi Daily News
No.4：Micon 400kW Cover Fly Away
Okinawa Times→
No.6 ：Enercon 600kW Blade Broken
日本型風車設計ガイドラインより
冬季日本海沿岸部の落雷被害
Lightning Risk Map
RED zone: High-risk area
●Measured lightning strikes
at Goishigamine Site
●Include strong attacks
ranging 400-500 C. ● Goishigamine Site Charge (Coulomb) Cumulat iv e prob abilit y ( % )
落雷による風車被害の例
導入促進に向けて
•
方針の明確化
o中・長期導入目標の早期策定
• 2020年：1,100万kW、2030年：2,700万kW、2050年：5,000万kW•
事業性の確保
o適正価格による長期間の買取り
• 20円/kWh、20年間•
インフラの整備
o抜本的な系統連系対策の実施
• 調整電源・送電線の新増設、気象予測システムによる広域運用•
建設の迅速化
o規制・制度の緩和
• 建築基準法、公園法、森林法、農地法など•
技術開発の促進 o調査・研究開発の実施
• 着床式洋上風力、浮体式洋上風力、気象予測システム 5960
中・長期導入目標の早期策定
•
現在までの目標値・見通し・試算値
京都議定書・総合資源エネルギー調査会
• 2010年：300万ｋＷ RPS法義務量
• 2010年：122億ｋWh ＝ 300万ｋW（風力分） • 2014年：160億ｋWh （＝393万ｋW（風力分を正比例計算時）） 総合資源エネルギー調査会 需給部会
• 2020年：200万ｋｌ ≒ 490万kW（洋上風力無し） • 2030年：269万ｋｌ ≒ 660万kW（洋上風力無し） 地球温暖化問題に関する閣僚委員会 タスクフォース会合
• 2020年：1,100万ｋW（国立環境研究所AIMモデル：真水▲15％時） • 2020年：2,000万ｋW（国立環境研究所AIMモデル：真水▲20％時） 環境省 中長期ロードマップ検討会
• 2020年：1,131万ｋＷ（洋上風力含む） • 2030年：2,700万ｋＷ（洋上風力含む） • 2050年：5,000万ＫＷ（洋上風力含む）61
適正価格による長期間の買取り
•
風力発電の事業性悪化
設置コスト（kW単価）が上昇：
20万円（1997年）⇒ 30万円/kW（2008年） 「RPS＋電気」価格（kWh単価）が低下：
11.8円（2003年） ⇒ 10.1円/kWh （2009年) • 風車の価格上昇と調達期間の長期化（世界的に風車不足） • 為替変動（前金：発注時と出荷時とに、合計約80から90％を支払） • 鋼材等材料費の高騰、消耗品・交換部品のコスト上昇 • RPSバンキング量増加（RPS義務量と電力会社殿の努力） • 「抽選」による系統連系候補者に選定後、詳細設計による辞退件数も増加出典：第29回新エネルギー部会資料、RPS法ホームページ 為替： Forex Watcher 2001/11 2003/09 2005/07 2007/05 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 2008/07 １６９．９７ 2000/10 ８８．９３ 2009/03 80 2009/01 １１２．０８ 2000/01 ユーロ・円（ＥＣＵ・円）月足 １９９７ １９９８ １９９９ ２０００ ２００１ ２００２ ２００３ ２００４ ２００５ ２００６ ２００７ ２００８ 年度 ｋW当たり設置コストの最小値、最大値と平均値 およびkＷｈ当たり「RPS相当量＋電気」加重平均価格 設置コスト 最大値 （左軸） 設置コスト 最小値 （左軸） 設置コスト 平均値 （左軸） 「RPS相当量 ＋電気」価格 加重平均値 （右軸） 設置コスト [千円/kW] ５００ ４５０ ４００ ３５０ ３００ ２５０ ２００ １５０ １００ ５０ ０ ２０ １８ １６ １４ １２ １０ ８ ６ ４ ２ ０ 「RPS相当量 ＋電気」価格 [円/kWｈ]
62
抜本的な系統連系対策の実施
•
現行の設備・運用のみでは、近く限界へ達する
送電線の新増設などによる系統強化策の実施
• 風況条件が良い風力発電適地は、送電容量が少ない、または無い 調整電源、地域間連系線、電力貯蔵設備の新増設など
による系統安定化策の実施
• 短・中周期変動対策：出力変動緩和制御蓄電池システム – 世界に誇れる蓄電池産業育成効果含む • 短・中周期変動対策：風車制御機能の有効活用 – 最大出力制限機能、出力上昇率制限機能、無効電力制御機能な ど • 中・長周期変動対策：調整電源の新増設 – 揚水発電所（可変速度化、発電機増設）、出力一定制御蓄電池な ど • 中・長周期変動対策：気象予測システムの有効活用 – 数日先の誤差＝中、数時間先の誤差＝極小 – 欧州では実運用中 対策費用の一般電力消費者負担などの制度化が必要
63
送電線の新増設
• 好風況地域：送電線容量不足
（送電線なし）
– 66kV系送電線の新増設が必要
上図は、154kV以上の送電線 のみ記載風力発電のための送電網整備実証事業
(北海道北部風力送電(株）の事業概要）
65
規制・制度の緩和
•
開発･建設に関する規制の緩和
改正建築基準法により、風車タワーは超高層ビルと
同等の耐震設計・構造計算を求められることとなり、
設置コストの高騰につながっている
環境影響評価法の風力発電事業への適用内容に
よっては、開発期間・コストの大幅増加が懸念される
•
設置許可の早期化・柔軟化・明確化
風力発電の適地（風が強く、民家から離れている場
所）の多くは、さまざまな立地規制の対象となっている
ため、風力発電の導入が進んでいない
適地の例 立地規制 国立・国定公園、都道府県立自然公園 自然公園法、自然公園条例 森林（普通林・保安林） 森林法 農地・牧草地 農地法 海岸・臨海部 海岸法、港湾法66
調査・研究開発の実施
•
風力発電の導入拡大を可能にするための、系統インフラに
関する調査･研究
送電線・調整電源および蓄電池などの電力貯蔵設備の新増
設計画の策定と実施
• 送電線、調整電源および電力貯蔵設備などの新増設および広域電力 系統運用システムの確立には10年単位の期間を要す • 適正容量の対策設備を適正配置することにより、資源の有効活用を 図る•
気象予測を取入れた広域電力系統運用システムの確立と実施
•
着床式及び浮体式洋上風力の研究開発・実証と導入促進
日本は、海岸線が長い海洋国家 世界は、着床式洋上風力の建設計画が急増 日本独自の技術開発によりIEC規格への反映を行うと共に、 浮体式洋上風力で、世界のトップランナーへ！ （世界に誇れる日本の三大技術として：太陽光・高性能蓄電池・浮体式洋上 風力） 研究開発機関または専門プロジェクトチームの創設67
風力発電の出力特性と平滑化効果
（ＪＷＰＡにて解析）
•
東北電力殿㈱管内
13ウインドファーム ２９１,９５０ｋW 2006年3月末現在 容量比：７８．３％•
2005年4月から2006年3月まで
の1年間
サンプリング周期＝10秒 データ分解能＝１００ｋW•
３種類の解析
管内一括 グループ別（３グループ） 個別ウインドファーム•
出力変動緩和制御蓄電池
20％ｋＷ、１時間定格設置の場合 なし 27.00MW 2003-02 32.50MW 2001-11 19.25MW 2003-10 13.00MW 2004-10 30.00MW 2003-11 33.00MW 2003-01 6.00MW 2000-11 14.40MW 2001-11 24.75MW 2001-12 7.65MW 2002-11 30.00MW 2004-11 25.50MW 2006-10 10.50MW 2003-10 16.00MW 2004-01 42.00MW 2004-12 21.00MW 2003-12 Ａグループ Ｂグループ Ｃグループ再生可能エネルギーの主役
風力発電
1
．環境とエネルギー問題の現状
2.
陸上風力発電の現状
3.
洋上風力発電の現状
4.
日本における風力発電導入の課題
5.
木質バイオマスの取り組み
６．将来のエネルギーと風力発電
69 那須塩原市 ■薪ストーブやぺレッ トストーブ、さらに 事業者は発電の燃料 として利用できるエ ネルギーです。 ■特に、建設発生木材 の多い宇都宮市や、 森林が多い佐野市や 鹿沼市などで利用可 能量が多いといえま す。
木質バイオマスの利用可能量～栃木県
３ 栃 木 県 の 現 況栃木県におけるバイオマスの利活用
■汚泥系バイオマス■ ○バイオガス（下水汚泥）発電 （県央浄化センター） ・発電方式 ：燃料電池 ・設備容量 ：315kW ・年間発電量 ：約250万kWh（一般家庭約700軒分） ・建設工事 ：H25～26（発電開始H26年度末予定） 70 ４ 栃 木 県 の 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー 導 入 の 取 組 （ バ イ オ マ ス ） （イメージ図（東北電力サイトより））71 ■木質系バイオマス■ ○製材残材や林地残材の有効活用の推進 ○とちぎカーボンオフセット制度の推進 ■家畜ふん尿系バイオマス■ ○バイオガス発電プラント実証試験 （県畜産酪農研究センター）
栃木県におけるバイオマスの利活用
４ 栃 木 県 の 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー 導 入 の 取 組 （ バ イ オ マ ス ）72 那須塩原市 ■温泉施設設置者な どが給湯や床暖房 等に利用できるエ ネルギーです。 ■特に、日光市や那 須塩原市、那須町 など温泉資源が豊 富な地域で、利用 可能量が多いとい えます。
栃木県の温泉熱の利用可能量
３栃 木 県 の 現 況73 「大気中の熱・温泉熱」利活用プロジェクト
栃木県における温泉熱の利活用
４ 栃 木 県 の 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー 導 入 の 取 組 （ 温 泉 熱 ） ■温泉熱利用■ ○温泉熱利用機器導入モデルプランを活用した温泉熱利用機器の 導入拡大（ヒートポンプ・熱交換器） ○地域協議会の活動支援 （イメージ図（ゼネラルヒートポンプ工業株式会社サイトより）） ■温泉熱発電■ （バイナリー発電） ○導入基礎調査（Ｈ24） ○事業化検討再生可能エネルギーの主役
風力発電
1
．環境とエネルギー問題の現状
2.
陸上風力発電の現状
3.
洋上風力発電の現状
4.
日本における風力発電導入の課題
5.
木質バイオマスの取り組み
６．将来のエネルギーと風力発電
75
大分県の再生可能エネルギー源
大分県は、再生可能エネルギーの自給率が全国１位
再生可能エネルギーの供給量は全国2位
再生可能エネルギーの供給密度は全国3位
主な再生可能エネルギー源は
地熱発電、地熱利用、小水力
であり、開発利用が進んでいる。
そのうち、地熱発電が約48％、地熱利用が約22％、小水力
発電が約１８％を占めている。
エネルギー種別では、地熱発電と地熱利用の供給量･自給
率・供給密度が共に全国1位、バイオマス発電の供給量が全
国9位(自給率全国３位)、太陽光発電の自給率は全国4位であ
る。
エネルギー種 年間供給量 供給量ランク 自給率ランク 供給密度ランク 供給比率 1 太陽光発電 958TJ 21 7 24 5.2% 2 風力発電 194TJ 28 25 29 1.1% 3 地熱発電 8,813TJ 1 1 1 47.9% 4 小水力発電 3,247TJ 14 9 13 17.7% 5 バイオマス発電 574TJ 9 3 10 3.1% 6 太陽熱利用 634TJ 19 4 20 3.4% 7 地熱利用 3,955TJ 1 1 1 21.5% 8 バイオマス熱利用 13TJ 43 37 44 0.1% 合計(供給量) 18,386TJ 2 1 3 自給率 民生＋農林水産エネルギー需要 供給密度 区域面積 22.91% 80,258TJ 2,895TJ/km2 6,350km2
大分県の再生可能エネルギー供給状況
風力熱発電：
ベースロードとしての風力発電
蒸気タービン 発電機 復水器 太陽熱発電と同じ 溶 融 塩 な ど の 循 環 50 ～ 100m ©Torresol ギアレス蓄熱槽
蒸気発生器 火力発電と同じ 他タワーへ140m
太陽熱発電の例
熱を貯めて必要時に取り出 す。圧倒的に安い 650℃の塩循環。 24h発電実証中 発熱機：回転力をIHで熱に変える。ブレーキ の一種なので発電機より小さく・軽く・安い。“Poseidon 37 “ Wind & Wave Hybrid System in Denmark “
DESERTEC PROJEKT 4000億ユーロ プロジェクト 砂漠で作った 電力を中部 ヨーロッパへ？
