次世代洋上直流送電システム開発事業

平成28年11月15日

スマートコミュニティ部成果報告会

委託先：

学校法人常翔学園（大阪工業大学）

株式会社大林組

住友電気工業株式会社

一般財団法人電力中央研究所

国立大学法人東京大学

学校法人東京電機大学

東京電力ホールディングス株式会社

東京電力パワーグリッド株式会社

株式会社東芝

株式会社日立製作所

古河電気工業株式会社

再委託先：

学校法人大阪電気通信大学

日新電機株式会社

国立大学法人東京工業大学

学校法人五島育英会（東京都市大学）

学校法人金井学園（福井工業大学）

日立ABB HVDCテクノロジーズ株式会社

国立大学法人東北大学

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目次

1. 背景2. 件名・目的・概要3. 事業実施体制4. 直流送電の必要性5. 世界トップクラスモデルの設定6. 洋上直流送電システム検討用系統モデル例7. 開発検討事項の目標とコンセプト8. システム開発の主な開発項目9. 要素技術開発の主な開発項目10. 主な研究開発項目と担当機関11. 研究内容12. タイムライン概要

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１．背景

平成２６年６月から平成２７年１月において、将来の大規模洋上風力発電の展開に向けて、現状の技術課題や今後の技術開発の方向性を議論する研究会として、『次世代洋上風力プラットフォーム研究会』（NEDO新エネルギー部主催）を産学協働にて実施した。その結果、以下のまとめを得た。

日本において再生可能エネルギー電源比率を向上させるためには、大規模な洋上ウィンドファームが不可欠

その実現にはウィンドファームの発電電力を陸上系統に送電するための、環境適合性・高信頼性・低廉性を有する次世代の洋上風力発電プラットフォームが必要。

具体的には、沿岸から数十ｋｍの海域に複数のウィンドファームを設置することを想定して、交流送電の場合と直流送電の場合について、コスト・信頼性・安全性・環境性などの観点から洋上プラットフォームの最適化を検討する技術開発が必要。

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２．件名・目的・概要

◆概要複数の大規模な洋上ウィンドファームの電力を電力大消費地まで送電するには、大きな接続可能量を持つ上位送電線への連系を実現する高信頼・低廉性を有する長距離送電システムの開発が必要である。そのため、長距離送電に適した直流型送電システムの開発・実用化に向けたシステム技術と要素技術を開発し、将来の大規模洋上風力拡大に向けた基盤技術を確立する。

◆件名：次世代洋上直流送電システム開発事業

◆目的複数の大規模な洋上ウィンドファームの電力を高需要地へ送電するため、高信頼性・低廉性を有する直流送電線システムの実用化に向けたシステムや要素技術の開発・実証を行う。

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３．事業実施体制

NEDO

大阪工業大学

東京大学

東京電機大学

東京工業大学

東京都市大学

福井工業大学

大阪電気通信大学

東芝

電力中央研究所

日立製作所

東京電力ホールディングス

大林組

住友電気工業 日新電機

東北大学

古河電気工業

10企業・8大学

東京都市大学

東京電力パワーグリッド

日立ABB HVDCテクノロジーズ

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統合推進委員会

直流送電システム開発WG

直流送電システム要素技術開発WG

委員長 横山明彦 教授（東京大学）委員 システム開発：東京電力、電力中央研究所、東京大学

要素技術開発：住友電気工業、東芝、日立製作所、古河電気工業大阪工業大学、大林組、東京電機大学

研究統括 馬場旬平 准教授（東京大学）委員 住友電気工業、東京大学、電力中央研究所、東京工業大学

東京電力、東京都市大学、日立製作所

プロジェクトの運営、研究開発成果の評価等を外部有識者、各分野の専門家を集めてご意見・評価をいただく

要素技術開発から報告される進捗内容の共有などを行う（要素技術開発との協調）事業参画企業・大学を集めて各技術開発テーマの進捗管理及び情報交換を行う

システム開発から報告される進捗内容の共有などを行う（システム開発との協調）事業参画企業・大学を集めて各技術開発テーマの進捗管理及び情報交換を行う

３．事業実施体制

研究統括 萩元信彦 グループマネージャー（東京電力）委員 大林組、住友電気工業、東芝、日立製作所、古河電気工業

大阪工業大学、東京電機大学、大阪電気通信大学、福井工業大学、東北大学日立ABB HVDCテクノロジーズ、日新電機、東京電力

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半径50km円

↓

４．直流送電の必要性（風力ポテンシャル）

■ 優良な洋上風力ポテンシャルは、一部の地域に偏在し、沿岸沿いに１００ｋｍ以上に渡り帯状に繋がる

■ 優良な風力ポテンシャルは、宮城・福島・茨城・房総沿岸

優良な風力ポテンシャルの中心と内陸地との距離は概ね５０ｋｍ程度

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直流送電総費用

海底ケーブルの場合50～100km

距離

交流送電総費用

損失

直流機器費用

直流線路費用

損失

交流線路費用

交流機器費用

費用

４．直流送電の必要性（交流送電と直流送電の費用比較）

出典：Chan-Ki Kim他著, “HVDC Transmission: Power Conversion Applications in Power Systems,” John Wiley & Sons (2008)Dr. Yanny Fu, KEMA Consulting, “Long distance bulk transmission,” Dutch Association for Engineers and Engineering Students (2010)Vahan Gevorgian, NREL他, “Submarine Power Transmission,” Energy Development in Island Nations (2010)

HVAC HVDC

海底ケーブルでグリッドを構成した場合、線路亘長50～100km程度の間にHVACとHVDC建設費用のクロスオーバーポイントがあると言われている。

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５．世界トップクラスモデルの設定（洋上風車単機出力）

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

W

Year →

Unit S

ize T

urb

ine G

enera

tor

(kW

) →

欧州における洋上風車単機容量（新設）

kW

＜世界トップクラスの設定＞洋上風車単機については、10MWクラスを想定する。

(NEDOで要素技術開発済)

■風車単機の平均出力(2014年)は約4.2MW

■7MWクラスが世界の最大8/31

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５．世界トップクラスモデルの設定（洋上WF出力）欧州における洋上ウィンドファーム出力容量（新設）

MW600

500

400

300

200

100

Win

d fa

rm s

ize(

MW

) →

02001 2003 2005 2007 20112009 2013

Year →

Greater Gabbard

Bard Offshore l

Horns RevllRobin Rigg

Gunfleet Sands

Q7

MWW

ind

farm

size

(MW

) →

Horns Revll

Robin Rigg

Gunfleet Sands

Bard Offshore Ⅰ

Greater Gabbard

Q7

■ウィンドファームの平均出力（2012年）は約275MW

■500MWクラスが世界の最大

＜世界トップクラスの設定＞洋上ウィンドファームについては、1,000MW（350MW×3）クラスを想定する。

Year →

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項目

ドイツ Dolwin1 ドイツ Dolwin2

運用開始年 2013年 2015年

出力容量 800MW 900MW

直流電圧 ±320kV ±320kV

直流地中ケーブル長 2×90km 2×90km

直流海底ケーブル長 2×75km 2×45km

５．世界トップクラスモデルの設定（HVDC出力）

IEEE Power & Energy Magazine

Volume 11, Issue 6, Nov./Dec.

2013 P83-95 より

＜世界トップクラスの設定＞HVDCについては、1,000MWクラスを想定する。

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保護・制御装置

昇圧機構

交流遮断器

保護・制御装置

集電母線

昇圧機構

電力系統

昇圧機構

保護・制御装置

集電母線

昇圧機構

保護・制御装置

集電母線

保護・制御装置

交流遮断器

昇圧機構

保護・制御装置

交流遮断器

昇圧機構

WF1

WF2

WF3

WF4

WF5

WF6

直流遮断器

直流遮断器

直流遮断器

直流遮断器

直流遮断器

直流遮断器

直流遮断器

直流遮断器

直流遮断器

直流遮断器

直流遮断器

直流遮断器

海陸

６．洋上直流送電システム検討用系統モデル例

◆陸上連系点2～3拠点

◆直流電圧500kV

◆HVDC容量1,000MVA/箇所

※洋上変換所については、本研究の中で経済性など踏まえた最適設計をしながら配置を示す。

FS用系統モデルの一例

※直流系統構成について、本研究の中で信頼度・経済性などを踏まえた最適設計をしながら構成を示す。

洋上変換所

陸 海

陸上変換所

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７．開発検討事項の目標とコンセプト

【目標】既存の交流送電システムに対して、コスト削減割合20%以上を実現するための直流送電システムの『基盤システム技術』と『基盤要素技術』を得ること。ひいては、世界トップクラスの高信頼性・低廉性を兼ね備えた実現モデルを完成させること。

■多端子直流送電システムのモデル解析を通じて、性能仕様・機器仕様を検討する。

■多端子洋上直流送電システムの設計・建設と運転・保守に渡るコストを試算し事業性を評価する。

■洋上風力の社会受容性課題を整理し、理想的な制度ルールを検討する。

■高信頼度・低廉性を兼ね備えた多端子直流送電システムの実現に向け必要な新しい要素技術のプロトタイプ設計開発を進める。

■試作・特性試験などを通じて、最終的な実現モデルを構成する要素技術の仕様を完成させる。

システム開発コンセプト 要素技術開発コンセプト

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主な開発項目立地・風況調査設計

洋上系統計画の基礎技術開発と

適用研究

経済性評価

社会受容性評価

制度・ルールの検討

洋上集電系統の計画と設計

500kV直流系統の計画と設計

自励式HVDC変換器の制御検証

８．システム開発の主な開発項目

システム開発の立て付け

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洋上ＨＶＤＣ変換所１

洋上ＨＶＤＣ変換所２交流系統

直流系統

陸上ＨＶＤＣ変換所１

陸上ＨＶＤＣ変換所２ＷＦ３

ＷＦ４

ＷＦ２

ＷＦ１

洋上風力に最適化された工事工法と設備（敷設船含む）の開発

９．要素技術開発の主な開発項目(洋上風車周り)

洋上風車周り

交流系統

洋上直流変換所1

陸上直流変換所1

陸上直流変換所2

洋上直流変換所2

WF1

WF2

WF3

WF4

直流系統

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集電昇圧方式ケーススタディならびに集電昇圧用高周波変圧器開発

異社間互換性を確保したマルチターミナルHVDCシステムの開発

９．要素技術開発の主な開発項目（洋上HVDC変換所周り）

大容量直流遮断器の開発

洋上ＨＶＤＣ変換所周り

HVDC変換ターミナル搭載洋上架台・基礎の開発

基礎技術開発（集電方式の一基盤技術 風力発電機の直列接続）

HVDC変換基礎技術開発（400Hz以上の高周波化変換器）

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９．要素技術開発の主な開発項目（500kV直流ケーブル周り）

ダイナミックレイティング技術を用いたダウンサイジングによる海底ケーブル最適化設計技術の開発

500kV直流ケーブル周り

DC500kVケーブル分岐ジョイントの開発

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項番 研究大項目 研究中項目 担当機関

① 洋上集電系統の計画と設計 東京大学／東京電力株式会社

② 500kV直流系統の計画と設計 東京大学／東京電力株式会社

③ 自励式HVDC変換器の制御検証 東京大学／東京電力株式会社

④ 洋上風力に最適化された工事工法と設備（敷設船含む）の開発 － 住友電気工業株式会社

⑤ 集電昇圧方式ケーススタディーならびに集電昇圧用高周波変圧器開発 － 株式会社日立製作所

⑥ 異社間互換性を確保したマルチターミナルHVDCシステムの開発 －株式会社東芝

株式会社日立製作所

⑦ 大容量直流遮断器の開発 － 株式会社東芝

⑧ HVDC変換ターミナル搭載洋上架台・基礎の開発 － 株式会社大林組

⑨ 基礎技術開発（集電方式の一基盤技術　風力発電機の直列接続） － 東京電機大学

⑩ HVDC変換基礎技術開発（400Hz以上の高周波化変換器） － 大阪工業大学

⑪ダイナミックレイティング技術を用いたダウンサイジングによる

海底ケーブル最適化設計技術の開発－ 古河電気工業株式会社

⑫ DC500kVケーブルジョイントの開発 － 住友電気工業株式会社

システム

開発洋上集電系統計画の基礎技術開発と適用研究

要素技術

開発

１０．主な研究開発項目と担当機関

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洋上集電系統の設計と計画

【研究目的】洋上集電系統の系統セキュリティとコスト評価に基づき、ウィンドファームの電力を効率よく集電できる最適な洋上集電系統を計画・設計すること。

【研究成果】

■洋上送電プロジェクト全体の費用と各設備毎の費用を収集し整理した。

■陸上系統と異なるコスト増減の要因が存在することが判った。(設備数削減によりプラットフォーム重量も低下し建設費が大幅に削減出来るなど)

■風力の期待出力は定格より低く、単一設備故障時等の設備容量を期待出力まで抑制できる可能性があることが判った。

１１①．研究内容（システム開発）

今後は、風力発電の出力分布を踏まえ、洋上集電系統の供給信頼度を整理し、受電設備の台数・容量や電圧階級等をパラメータとして、収集した費用データを用いて最経済となる洋上集電系統を設計する。例えば、上図のように発電抑制を許容する場合、発電機会損失と流通設備費用等から設備容量を選定する。

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500kV直流系統の計画と設計１１②．研究内容（システム開発）

コスト大

ケース① ケース② ケース③

陸上 風車 陸上 風車 陸上 風車

：交直変換器 ：直流遮断器

【パラメータ】遮断器の削減

【凡例】

【研究目的】想定するウィンドファーム規模を考えると、直流系統の事故は陸上基幹系統への影響が高いことから、コスト評価に加えて、系統信頼度の面からも問題のない系統を設計すること。

【研究成果】■将来のDCグリッド構築に向け高速遮断を実現するハイブリッド型直流遮断器(以下DCCB)を開発中である。■DCCBは大型で、設備費用とともにプラットフォームの建設費へ与える影響が大きい可能性がある。■経済性と信頼性のトレードオフ解析を可能とする数理最適化技術を用いた手法を開発中である。本問題の有望な解法の一つとして「組合せ最適化問題として定式化しメタヒューリスティクスを用いて解く方法」を検討している。

ケース 直流ケーブルの事故除去 メリット デメリット

①ベースケース

各端子を変換器で接続 事故区間の変換器ブロック ― ―

② 各端子をDCCBで接続 事故区間のDCCB開放 ・変換器数減によるコスト減 ―

③ 各端子をDCCB(一部省略)で接続 事故区間のDCCB開放及び変換器ブロック・変換器数減によるコスト減・DCCB数減によるコスト減

・一部事故区間にて風車側変換器がブロックし、接続されるWFが全量発電遮断

コスト小

今後は、DCCB導入事例がないため、要素技術ＷＧの研究を基にコストを試算する。また、例えば上図のように供給信頼度を満足しつつDCCBの設置数を最小化するなど経済的な500kV直流系統を設計する。

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自励式ＨＶＤＣ変換器の制御検証

【研究目的】洋上風力と交流系統を結ぶ多端子直流送電システム（マルチターミナルHVDCシステム）において、異メーカ製の自励式HVDC変換器に要求される制御・保護方式を検証するため、洋上風力・多端子直流システム・想定交流系統を含むシミュレーション解析計算を行う。

【研究概要】■HVDCメーカと協力して、異メーカ製自励式HVDC変換器が組み合わされた場合の共通制御・保護方式の仕様について、シミュレーション解析計算（ケーススタディ）により検証する。■洋上風力と交流系統を結ぶ多端子直流送電全体システムにおいて、交流系統または直流系統事故の自励式HVDC変換器の応動をディジタル系統シミュレータ試験により実証する。

【研究成果】■メーカ間で最小限のインターフェースを取決め、異メーカ自励式変換器の回路・制御を含むPSCADシミュレーション解析モデルを組み合わせて二端子HVDCをケーススタディ。 基本動作に異常ないことを確認。多端子モデル化へ進む。■ディジタルシミュレータRTDSは、MMC型多端子自励式HVDCと交流系統等を構成する規模のRTDSを環境整備中。■HVDCメーカと協力して、端子制御、上位（共通）制御、保護方式等を含む「多端子HVDC標準仕様書」を討議中である。

１１③．研究内容（システム開発）

ディジタルシミュレータRTDS

基本モデル構築

共通制御・保護制御仕様検討

シミュレーション解析環境構築

共通制御・保護制御機能の基本性能シミュレーション検証

異メーカ連系共通制御・

保護制御方式標準仕様策定

基本モデル構築

共通制御・保護制御仕様検討

東電

要素技術開発

システム開発

自励式ＨＶＤＣ変換器の制御検証

デジタルモデルアナログモデル設計・製作

デジタルモデルアナログモデル設計・製作

ＨＶＤＣ製造メーカＡ社

ＨＶＤＣ製造メーカＢ社

想定系統でのデジタルシミュレーション

試験・検証

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【研究目的】

洋上ＷＦ集電線路と500kV直流海底送電線路の海外での建設先行事例を調査し、日本近海固有の課題も考慮した上で、最適な工法/設備等について検討する。 これにより、低コストで効率的なケーブル敷設の工事工法を開発する。

【研究概要】

■ 洋上ＷＦ建設にて風車を多数設置する際の、集電系統構築における最適な工法を開発する。例1：風車建設を妨げないケーブル余尺を作らない工法を開発する。（ジョイント設置、風車基礎への固定等）例2：多数のケーブルドラムの荷捌き方法や風車建設も含めた、船の共用運用など工事計画の最適化検討する。

■ 陸上～PF間、あるいはPF～PF間をつなぐ500kV直流海底ケーブルの、最適な敷設工法を開発する。例：500kV直流海底ケーブルの多条数同時敷設工法の検討と、最適な敷設船ならびに設備仕様を検討する。【研究成果】

■ 風車へのケーブル引入れ工法において、ダイバーレス敷設が可能なケーブル防護材を適用することでコスト低減が可能であることを示した。今後、本手法の施工性確認を実験的に進める。■ 500kV直流海底ケーブルに防護管を取付ける工法において、船上にて防護管を取り付ける工法を検討する。机上検討から敷設速度を従来比２倍が可能と示唆された。今後、防護管の機械的強度の検証を進める。■ 500kV直流海底ケーブルの布設において、３条（あるいは２条）のケーブルを船上でバンドルし一括敷設する工法がコスト低減効果を得られることを示した。本手法の適用には海底敷設時にケーブルに加わる側圧が高くなることが懸案されるため、今後実験的に確認を進める。

１１④．研究内容（要素技術開発）

ジョイントの設置による基礎設置後(風車タワー建設前)のケーブル敷設と固定構造検討

洋上風力に最適化された工事工法と設備（敷設船含む）の開発

500kV直流ケーブルの多条数同時敷設による工事の効率化とコスト低減検討工法ｲﾒｰｼﾞ ジョイント

基礎（ｹｰﾌﾞﾙ固定構造）

小型船大型船

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【研究目的】ウィンドファーム（WF）を数百kV級直流系統に接続するには、各風車の発電電力の集電・昇圧が必要である。本研究では、各集電・昇圧方式のコスト・メリットを比較検討し、日本の洋上WF、洋上直流送電システムに適した方式を提案・選定する。

【研究概要】集電・昇圧方式として、交流方式（従来）と、直流方式が考えられる。本研究では各方式の得失を分析する他、従来、昇圧機構を搭載していた洋上プラットフォーム（PF）を不要とする洋上PFレス化に適した昇圧用高周波変圧器を試作・試験する。

【研究成果】・5kVA、500 kVAの高周波変圧器をそれぞれ試作・試験し、１層毎交互巻巻線を用いることで、通常巻と比較して3 kHzにおける巻線損失を60%低減できることを実証した。

・さらに、集電昇圧方式のケーススタディにより、洋上集電系統の電圧は154kVとする例が多く、直流保護設備のコストが課題であることを明らかにした。

１１⑤．研究内容（要素技術開発）集電昇圧方式ケーススタディーならびに

集電昇圧用高周波変圧器開発

500 kVA 試作変圧器5 kVA 試作変圧器 巻線損失測定結果(500kVA器）

交互巻

通常巻

低減

低減巻線損失

（kW）

周波数（Hz）

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【研究目的】多端子直流送電システム（マルチターミナルHVDCシステム）において、端子間の仕様の標準化を行い、異社間でも連系できるHVDCシステムの検討を行う。

【研究概要】■一端脱落時制御、ケーブル事故時保護方式・保護協調について検討し、回路仕様・機器仕様への要求を明確化する。■「直流回路方式」「基本制御方式」「事故時制御・保護方式」など各種開発事項を踏まえつつ、異メーカの変換器の相互連系を可能とする標準仕様書を生み出す。

【研究成果】■東芝・日立変換器を組合せた単極２端子HVDCのケーススタディ解析を実施し、組合せ可能であること確認した。

■標準仕様書の項目案を決定し、うち構成要素と機能および定常制御と運転シーケンスの１次案を作成した。

１１⑥．研究内容（要素技術開発）異社間互換性を確保したマルチターミナル

HVDCシステムの開発

単極２端子HVDCモデルの概略構成

1. 目的2. 多端子HVDCシステムの構成要素と主な機能・システム全体，各機器の定義など

3. 多端子HVDCシステムへの要求事項・発電機会損失最小、送電損失最小など

4. 定常状態における制御の案・変換器制御、多端子ＨＶＤC系統制御など

5. 多端子HVDCシステムの運転状態とシーケンス・起動、停止、縮退運転など

6. 多端子HVDCシステムの保護

標準仕様書 項目案

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【研究目的】洋上風力と交流系統を結ぶ多端子直流送電システム（マルチターミナルHVDCシステム）において、直流送電系統に事故が発生した際に、事故区間を高速で系統から切離して、健全な回路による電力供給を継続可能とする直流遮断器の開発検討を行う。

【研究概要】■経済性と性能を考慮して、機械式接点と半導体方式を組合せたハイブリッド方式直流遮断器の具体的設計仕様を明らかにする。■大容量直流遮断器の実現に向けた実機のスケールモデルの設計と試作、性能試験検証を行う。

【研究成果】■機械遮断部と半導体遮断部を構成する要素技術の検討とこれらの基本設計仕様を明確化した。■ハイブリッド方式の原理検証を目的とした10kV試作器を設計・製作した。

１１⑦．研究内容（要素技術開発）大容量直流遮断器の開発

ハイブリッド方式直流遮断器 １0kV器 機械部

機械式遮断部、断路部

半導体遮断部 転流回路

機械部

半導体部エネルギー放散部

避雷器

DCCB電圧

VCB電流

ブリッジ電流

DS電流

アレスタ電流

半導体電流

シミュレーションによる評価

機械式遮断部、断路部

半導体遮断部 転流回路

エネルギー放散部

機械部

半導体部

避雷部

DS電流半導体電流

VCB電流 アレスタ電流

DCCB電圧

ブリッジ電流

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【研究目的】HVDC変換ターミナルを洋上にて搭載可能な架台・基礎形式の開発を行う。特に、日本沿岸域の海象・地象条件を考慮した低コストおよび短期間内で構築可能な架台・基礎形式を抽出する。

【研究概要】

■類似ターミナルを搭載した既往の洋上架台・基礎の情報の収集・分析し、架台・基礎形式の特徴を整理し、日本沿岸域の海象条件および地象条件を考慮した架台・基礎形式の選定のための基礎資料を作成する。

■大水深域にて大型施設を搭載可能な基礎形式の性能・コスト・工期等の比較を行い、コストダウンを目指して、最近注目されているスカート・サクション基礎の模型実験をも含めた安定性能を照査し、設計施工上の課題・対応策をとりまとめる。

【研究成果】

■海外における洋上変電施設架台基礎事例および日本沿岸域の海象・地象条件の調査を行った。日本沿岸域では、砂地盤が主体であり、地震による水平荷重が卓越することより、欧州でも最近適用され始めているサクション基礎がモノパイルなどの従来基礎形式に比べコストダウンとなる可能性が大きいことがわかった。

１１⑧．研究内容（要素技術開発）HVDC変換ターミナル搭載洋上架台・

基礎の開発

GunfleetSands Ⅰ+Ⅱ

Greater Gabbard-

Inner GabbardAnholt

Burbo Bank Extension

基礎：モノパイル重量：1315t水深 15m

基礎：ジャケット重量：790t水深 30m

基礎：重力式重量：1710t水深 19m

基礎：ｻｸｼｮﾝ基礎重量：2500t水深：11～29m

架台基礎の代表例と主な設置条件

モノパイル

上部構造が１本杭に支持された構造形式。大きな水平荷重に対して杭の製作・打設上の限界あり。

重力式海底地盤に直接基礎を設置。堅固な地盤にのみ適用可能。整地・マウンドが必要。

ジャケット(杭)

あらかじめ支持層まで打設した杭に、工場製作したトラス形式のジャケットを設置。構造が複雑で施工期間が比較的長い。

ジャケット（ｻｸｼｮﾝ基礎）

ジャケットの基礎部がサクション(バケット）基礎となっている構造形式。引抜が作用した場合、受働サクション効果が発生し、大きな引抜抵抗を見込めるためコストダウンの可能性あり。日本で主体となる砂地盤において、その効果の検証が必要である。

各架台基礎形式の特徴と日本海域での適用性

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基礎技術開発（集電方式の一基盤技術風力発電機の直列接続）１１⑨．研究内容（要素技術開発）

【研究目的】風力発電の効率的な集電方式の一つとなる直列接続方式の有用性を検証するため、小規模の試験装置を開発し、システム開発より要求される諸条件に対する実証試験を行うとともに、システムのシミュレーションモデルを開発し、実用規模システムの仕様の検討を行う。

【研究概要】

■風力タービン模擬装置/同期発電機２台よりなる直列接続試験装置を開発し、諸条件に対する実証実験を実施する。

■直列接続風力発電システムのシミュレーションモデルを開発し、様々な運転状況に対する解析を実施する。

■電圧上昇を抑制しつつ大容量化を可能とする２組の直列接続システムの試験装置を製作して実証実験を行う。

■風速変動に伴う風力発電機の出力変動を補償するハイブリッド発電試験装置を開発し、実証実験を実施する。

直列接続集電システム

特 長洋上変電所が不要構成が簡単信頼性が高いメンテナンスが容易特別なフィルタ不要

⇩コスト削減を達成

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【研究目的】洋上風力発電・ウィンドファームから低電圧で多端子並列集電し、高電圧直流送電系統と結合するための変換装置を、高周波化により小型軽量化し、建設・輸送・保守コストを低減するとともに、変換器のモジュール化によりコスト低減する技術を開発する。同時に変換システムとしての設計指針・シミュレーションモデルを構築する。

【研究概要】■洋上プラットフォームの小型軽量化のため、高周波変換器システムの開発を行う。そのため、高効率な高周波変圧器を開発する。適切な材料と形状を選定し、価格上昇と効率低下を抑える。また、共振フィルタ（イミタンス変換リンク）を応用した変換器を構築し、変換器の効率低下を抑える。

■交流・直流変換器の高度なモジュール化のため、ゲートドライブ、計測保護制御系、冷却系を統合したスイッチングポールの開発を行う。ゲートドライブ、計測保護制御系は絶縁も考慮して、標準化する。また冷却系もブロック結合を検討する。

１１⑩．研究内容（要素技術開発）HVDC変換基礎技術開発

（400Hz以上の高周波化変換器）

500Hzで1/4

高周波化による小型軽量化

建設・輸送・保守コストを低減

設計指針・シミュレーションモデルを構築

50Hz

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HVDC変換基礎技術開発（400Hz以上の高周波化変換器）１１⑩．研究内容（要素技術開発）

変換器のモジュール化

製造・輸送・保守コストを低減

スイッチングポールの開発

モジュラーマルチレベル変換器 モジュール

【研究成果】交流・直流変換装置の小型軽量化とリアルタイムシミュレーションに関する国内外調査を行い、次のような状況が判明した。

■Solid State Transformer (SST)の応用として洋上風力発電からのHVDC変換装置が挙げられている。

■大容量変換器システムの冷却設計に関して、伝熱促進手段やポンプレス手段が考えられている。

■リアルタイムシミュレータを用いPHILS (Power Hardware In the Loop)技術に適用する研究が進んでいる。

【研究発表・講演（口頭発表も含む）】

■ Noriyuki Kimura , “Offshore Wind Energy with HVDC Transmission: Recent Development in Japan”, The 10th International Conference on Advances in Power System Control, Operation & Management (APSCOM 2015), 2015/11/8-11.

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【研究目的】海洋再生可能エネルギー向け直流500kV送電ケーブルにコスト削減率20%目標に貢献し得るダイナミックレイティング（DLR）技術を導入し、布設条件を模擬したケーブル評価によりコスト削減に対応した許容電流値制御、高い送電効率を実現する。

【研究概要】■ ダイナミックレイティング（DLR）システム設計 － 動的な送電容量制御ケーブルコストの多くを占める導体断面積削減の実現のため、導体温度を計測し時々刻々変化する導体温度を推定する。風力エネルギーの特徴であるランダムな発電量に対応して、導体温度を許容値以下に保ちつつ最大限の電力伝送が可能なシステムを設計・構築する。世界最先端の将来拡張性に富んだDLRの設計・開発を行う。

■ 実スケール実験様々な布設環境下を想定し直流500kVケーブルを配し、上記システムより電力制御が可能である事を実証する。

■ 異径ジョイントの開発温度環境の異なる箇所に配置されたケーブルの利用効率を高めるため、高温環境下のみ大断面積導体を使用するよう、直流500kVケーブルの異径ジョイントの開発を行う。

【研究成果】

■ DLRを導入する送電網の構成検討および、洋上ケーブルを模した環境下（海上や海中など）に実機相当ケーブルを製作・設置し、通電状態でのケーブル温度を計測中である。

１１⑪．研究内容（要素技術開発）ダイナミックレイティング技術を用いたダウンサイジングによる海底ケーブル最適化設計技術の開発

光ファイバ温度計測器の温度測定例 直流500kV異径ジョイントの概略図

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１１⑫．研究内容（要素技術開発）

【研究目的】洋上ウィンドファーム、プラットホームの増設による将来のシステム拡張への対応として、DC500kVケーブルのプラットホームへの接続を容易にする、パワーケーブルジョイント急速工法を開発する。合わせて異社間互換性を有する標準化ケーブル分岐ジョイントを開発する。

【研究概要】■DC500kVケーブル分岐ジョイントの設計、試作、性能試験を実施し性能評価を行う。

【研究成果】■洋上ウィンドファームを増設する場合に、分岐ジョイントを用いることで、ケーブル機器の小型化、施工時間の短縮が可能となることを示した。また、増設側の直流遮断機の省略なども低コスト化に有益である。これらの効果から、プラットフォームの小型化も可能となることを示した。今後分岐ジョイントを模擬した実規模ジョイントを試作し性能検証を進める。

DC500kVケーブル分岐ジョイントの開発

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１２．タイムライン概要

項 目 2015年度 2016年度 2017年度 2018年度 2019年度

研究開発項目Ⅰシステム開発

統合推進委員会システムWG要素技術WG

中間評価

研究開発項目Ⅱ要素技術開発

洋上集電系統の計画と設計、多端子HVDCシステムモデルの開発、海外コスト情報収集、国内導入ケースの概略検討など

国内導入ケース、事業性評価、制度ルールの検討など

プロトタイプ、試作機の仕様検討、設計開発・評価試験など

信頼性試験、実機の設計指針の検討、など

要求仕様の議論

技術情報共有

など

試験結果、

コスト情報

など

本事業は、システム開発、要素技術開発がそれぞれ協調して事業を進めている。今後、システム開発は、多端子HVDCシステムモデルの開発および導入モデルの概略検討などを実施し、要素技術開発は試作と試験・評価を行っていく。