スコットランド国際開発庁・英国大使館　松枝　晃

３．水素社会

3-1.政府のコミットメント

2020年12月にスコットランド政府（Scottish Government）は、Hydrogen Policy Statement ⁴⁾ を発表した。スコットランドが水素社会を推進するにあたり政府が出したコミットメントで、戦略の上位部分になる。これに続いてアクションプランが発表される事になっている。
⁴⁾ https://www.gov.scot/publications/scottish-government-hydrogen-policy-statement/

このStatementには、以下の様な今後１０年毎のビジョンが書かれている。大まかには、最初の１０年で需要・供給を確立して市場を立ち上げ、次に生産量増加・コストダウン、さらに生産量を増やしてコストを下げてスコットランド域外に輸出すると言うものである。

• • 2020年～ 　Demonstration, Market demands, Policy Framework. 政府の支援で交通と産業用市場を確立。

• • 2030年～ 　Production at Scale. スケール拡大、コスト低減、国内向け価格競争力、Floating Production.

• • 2040年～ 　Scale up & Global expansion. 最低価格の水素生産。パイプライン等海外への輸出インフラ整備。

さらに、投資額を含むいくつかの要点が書かれている。

• • 水素生産目標：２０３０年までに５GWの生産設備容量を確保,２０４５年までに２５GW.

• • 投資： 5年で£100 million の政府予算を投入.

• • Blue Hydrogen：’20半ばまでCCSと組み合わせてblue hydrogenを量産

• • Green Hydrogen – Offshore Wind：長期には、洋上風力によるgreen hydrogen生産のskillとsupply chainが重要。

• • 技術とInnovation：官民の資金投入, 水素燃料電池, 電気分解装置などのキー技術の確保.

• • 国際コラボレーション：Shared hydrogen economy , 水素輸出.

3-2.マーケット予測

同様に2020年12月にスコットランド政府から洋上風力から水素への市場機会を評価するレポートが出されている ⁵⁾。需要と供給の両面から可能性が検討されているが、需要面での予測を図９に示す。円の大きさが需要の大きさを示している。
比較的近い将来の市場として、建物の暖房がある。これは地域の暖房が天然ガスを用いて行われており、現状の二酸化炭素排出の大きな部分を占めていることによる。
また交通では、一般の自家用車ではなくトラック、バス、鉄道などが有力とされている。これは車両の運行範囲が限定されるため、燃料供給のインフラが作りやすい事による。
また元々ある化学・産業用途も可能性のあるマーケットで、農業肥料のアンモニアの原料としての水素などがある。

⁵⁾ Scottish Offshore Wind to Green Hydrogen Opportunity Assessment
https://www.gov.scot/publications/scottish-offshore-wind-green-hydrogen-opportunity-assessment/

3-3.現行のプロジェクト例

3-2の評価の中で、水素のコストについても検討されており、一つのシナリオとして洋上風力発電サイトの近傍で水素を製造する案が示されている。それによると2030年頃に2.3GBP/kgの可能性があるとの事だが、これは日本の経産省の基本戦略目標 ⁶⁾ で示されている2030年に30円/Nm3とほぼ同じ数値となっている。
⁶⁾ https://www.meti.go.jp/press/2018/03/20190312001/20190312001-2.pdf

実際に、洋上での水素生成に関して幾つかの実証実験が行われており、その一つにアバディーン沖15Kmの地点で行われているDolphyn Project ⁷⁾ がある（図10-1,2）。２MWの風車を利用するものから始め、2027年には10MW風車10台を使用する計画である。

⁷⁾ https://ermdolphyn.erm.com/p/1

他の水素利用に関するプロジェクト例を示す。
Aberdeen市は、Hydrogen Hubになると言うビジョンを持っており、水素利用に関して先進的な取り組みを行っている。公共交通（バス）や公用車に水素燃料電池車を使っている（図11）。

Levenmouthでは、SGN（Scotland Gas Network:企業）がH100Fife ⁸⁾ というプロジェクトを行っている（図12）。第一フェーズでは、洋上風力の電力で水を電気分解してGreen Hydrogenを生成し、300家庭にクリーンガスを供給するものである。水素は、暖房その他現行の天然ガスの機能を置き換えるものである。
⁸⁾ https://www.sgn.co.uk/H100Fife

【著者紹介】
松枝　晃（まつえだ　あきら）
英国大使館・スコットランド国際開発庁
上席投資担当官

■略歴
金沢大学 工学部 電気工学科卒、
１９８１年オリンパス光学株式会社（当時）。研究開発部門で回路設計、新規事業開拓、オープンイノベーション等経験。
２０１０年スコットランド国際開発庁。センシング技術を中心に日本スコットランド間の技術案件を担当。
２０１２年から海洋関係。北海のSubsea技術と日本の海洋関連技術のコラボレーションを促進。

三井海洋開発（株）事業開発部 ⼩林 秀信

(3) 最少の占有面積による社会受容性と経済性の両立

ウインドファームにおいては風車の単機発電容量が大きければ基数の低減も可能となり、さらに、緊張係留による占有面積の最小化は漁業をはじめとする既存事業への影響を最小限とすることができ、浮体式洋上風力発電の普及拡大を促進すると考える。

1) 大量発電の実現
TLPの占有面積の小ささは、事業会社が確保したサイト面積を有効に活用することができ、風力エネルギーによる発電量を最大化する。セミサブとの比較において区画制限があるサイトの際まで浮体を配置できることから、国交省のマニュアルに従った配置で比較した場合、例えば下記を例とした場合、約二倍の風車基数の配置が期待できる。

【検証例】同面積あたりの最大風車設置数

2) 社会受容性
水深100ｍのサイトにおけるセミサブの係留長は風車を中心に直径で約2.4㎞となる。これに対し、TLPは電力ケーブルが左右に300ｍ伸びる程度であり占有面積はほぼTLPの係留面積そのものである。TLP型における浮体間のスペースは、他の浮体形式と比し、漁業や既存事業への影響を最小限にすることが期待できる。

＜TLPとSemi-subにおける占有面積の比較＞

３. おわりに

TLP型浮体による洋上風力発電は、今後大型化が期待される風車への対応、日本固有の自然条件への適用性、また社会からの受容性において最も適した浮体であると考える。現在、1/60スケールでの水槽実験までは完了し、2020年代後半には実海域において、10MWを超えるクラスでの実スケールでの実証試験を実施を予定している。三井海洋開発は、この実証試験を通じ、構成する要素技術、工法をあらゆる角度から検証し確実なものにすることにより、2030年代初頭の商業設備への導入を皮切りに、我が国の浮体式洋上風力の普及、発展に貢献する所存である。

【著者紹介】
小林 秀信（こばやし　ひでのぶ）
三井海洋開発株式会社 事業開発部

■略歴
20年以上にわたり、石油、ガス、化学業界にてEPCのセールス/マーケティングに従事。
2018年に三井海洋開発（株）入社。新規事業を担当。
現在 同社の風力発電事業の推進において2030年の商業化を目指し活動中。

戸田建設（株）　戦略事業推進室　安仲 ともえ

3. コスト削減への取り組み

 戸田建設では今後の事業拡大に向け、ハイブリッドスパー型のコスト削減に取り組んでいる。コスト削減のポイントとして、現在、大きく以下の2点に焦点を当てている。
 1点目は、スパー型の利点である大量生産性を活かした生産体制を確立することである。まず、長崎県五島市にハイブリッドスパー型浮体建造ヤード（Offshore Wind Hub 五島）を整備し、コンクリート部と鋼製部の製造、艤装品の取り付け等を実施している。浮体建造手法としては、1基分の浮体をいくつかの部材に分けて製作するブロック建造手法を採用している。浮体組立の手順としては、まず、建造ヤードで製作したコンクリート部の各ブロックと、工場で製作した鋼製部の各ブロックをそれぞれ組み立てる。次に、コンクリート部と鋼製部を連結する。最後に、タワーを連結して浮体を一体化する（図3）。組立完了後、一体となった浮体を岸壁から半潜水型スパッド台船（図4）に積み込み（図5 ロールオン）、施工海域まで曳航する。
 浮体構造がシンプルな円筒構造となっているため、製造、組立時に特別な技術が不要で、さらに同一形状、類似形状の部材のため、製作の効率化が可能となる。また、組立、積込み作業は全て浮体を水平に寝かせた状態で実施するため、特殊なクレーンや大きな地耐力を必要とせず、一般的な岸壁での建造が可能である。従って、建造場所を選ぶことなくどこの地域でも容易に大量生産が可能となり、大幅なコスト削減が可能となる。

 2点目は、スパー型の課題である洋上施工時に大型起重機船を必要とするという点を改善することである。洋上施工手順としては、まず、ハイブリッドスパー型浮体建造ヤードで組み立てた浮体を半潜水型スパッド台船にロールオン後、施工海域まで曳航する。施工海域に到着した後、半潜水型スパッド台船を潜水させた後に浮体を海面に浮き上がらせ、浮上した浮体を半潜水型スパッド台船から引き出す（図5 フロートオフ）。次に、浮体内部にバラスト水を注水し、下部に重心を移動させることで浮体を建起す。最後に、建起した浮体上部に風車本体の各部品を取り付ける。
 大型起重機船を使用する場合、天候により作業可否が左右され、傭船料の増加や工程遅延の影響によるコスト増加が生じるが、半潜水型スパッド台船を利用した工法では、従来浮体の建起し等に使用していた大型起重機船を必要としない。これにより、大型起重機船の使用という課題を解決した。

4. おわりに

 ハイブリッドスパー型浮体式洋上風力発電の建造と洋上施工手順は非常にシンプルであり、造船所のような特殊な設備や技術を必要とせず、全国にある一般的な港湾で建造が可能である。また、技術開発から建造、洋上施工、維持管理、撤去までの一貫体制で、ニーズに応じた様々な種類の風車を搭載可能であり、世界中の海域への対応が可能となっている。今後もより広いニーズに対応し、事業拡大を目指して更なる技術革新を進めていく所存である。

【著者紹介】
安仲　ともえ（あんなか　ともえ）
戸田建設株式会社　戦略事業推進室
浮体式洋上風力発電事業部
技術企画部　技術課

■略歴
2016年　東京海洋大学海洋工学部海事システム工学科　卒業
同年　　 三井造船株式会社（現　三井E&S造船株式会社） 入社
2021年　戸田建設株式会社　入社　現在に至る

（株）ソニック　三井 正雄

2.1　観測例

 2021年7月、台風8号が宮城県に上陸した。図5は、岩手県の釜石沖（水深49m）に設置された海象計によって、この時観測された有義波の時系列を示したものである。期間中の最大有義波高および有義波周期は、それぞれ2.34m、8.6秒であった。海象計ではこの水位変動と同時に、上述した通り任意水深層における斜め3方向の水粒子速度を計測している。これら複数の観測波動量を用いて波の方向スペクトル解析を行うことにより、波浪の究極情報とも言える波の方向スペクトルが高精度で推定可能となっている。
 図6は、図5と同様に台風8号が来襲した際に推定された方向スペクトルより、特徴的な形状を選択的に5例示したものである。図中、左（26日18時）から右（28日4時）に向かって時間が経過している。なお、各図の縦軸は周波数、横軸は波の来襲方向である。

 図6が示すように、当初東からの風波（周期の短い波）が卓越していた。その後徐々にピークが低周波側（図中下側）に移動し、27日の9時には周期の長いうねりが卓越していたことが確認できる。さらに時間が経過すると再度風波が発達し、28日4時には風波とうねりが混在していることがわかる。このように、方向スペクトルを確認することによって、波の発達から減衰における一連の波浪特性やエネルギー分布を把握することが可能となる。
 このような波浪の方向スペクトル推定機能は、海象計が有する代表的かつ特徴的な機能であり、これによって観測地点にどのような方向から、どのような周期でどれ位のエネルギーを持った波が来襲してきたかを詳細に知ることができるようになり、各地で波浪の特性把握に大きく貢献するようになった。

2.2　解析手法の高度化

 海象計では通常、任意の異なる3層の観測データを収集・収録しているが、機能的にはさらに多層のデータも測得可能となっている。図7はその一例として、2011年の東北地震に伴う津波を東京湾の横須賀で観測した結果であり、水位変動（上段）と共に各水深層の流速ベクトルを時系列表示させたものである。なお実際の観測は10層のデータを取得したが、ここでは選択的に水深5mから20mまで5層の結果を例示した。図7より、水深によらず一様な津波流速の鉛直構造を確認することができる。このように海象計では、海底付近から海面まで、多くの波動量を連続的に計測している。そこで、方向スペクトルの高精度化を期待して、これら多層の水粒子速度情報を利用した方向スペクトルの推定精度について検討した。

 図8 は、方向スペクル推定時に使用する伝達関数を改良すると共に、図中の (1)～(10) に示すように1層から順に10層まで観測層数を増やして推定した例を示したものである。図8 に見られる様に、従来の1層から観測層数を増加させることにより、方向集中度の増加が認められる。これは方向スペクトルの推定精度が向上した結果を示唆するものである。さらに観測層数を3層以上使用した場合、推定された方向スペクトルの形状は酷似しており、安定してほぼ同じエネルギー分布を示していることがわかる。この結果は、推定された方向スペクトルの高い安定性と信頼性を示すものであり、今後の海洋波の特性解明に有用な成果であると信じている。

おわりに

 我々は、1990年頃から海象計の開発･改良に取り組み，長年に渡り海洋波の方向スペクトルの観測・解析法の研究を継続的に実施して来た。今回報告した結果はそれらのごく一部ではあるが、信頼性を有すると確信できるレベルの方向スペクトルが推定可能となった最近の状況をざっくりと紹介できたのではないかと期待したい。
 わが国の波浪観測の実績は、間違いなく世界のトップクラスであろう。しかし近年指摘されている波浪状況の変化スピードは著しく、これに観測・解析手法の改良が対応できていないように思う。これを転機と位置づけ、そろそろ有義波に代えてスペクトルに基づく検討が必要であると思う。港湾・海岸分野の多くの技術は有義波諸元に基づいて検討されてきたが、今後はスペクトルの観測情報を用いたより合理的な技術の検討・開発が必要かと思う。本報告がそれら技術的検討に少しでも役立つことを願う次第である。

【著者紹介】
三井 正雄（みついまさお）
株式会社ソニック

■略歴
1992年、株式会社カイジョーに入社（独立分社後、現ソニック）
入社後一貫して波浪観測技術の開発に従事
途中、港湾空港技術研究所、九州大学にて波浪データの解析手法に関する研究に従事