Được chọn cho "Dự án hợp đồng phát triển công nghệ thế hệ tiếp theo để sản xuất điện gió nổi ngoài khơi" của NEDO

 Được chọn cho "Dự án hợp đồng phát triển công nghệ thế hệ tiếp theo để sản xuất điện gió nổi ngoài khơi" của NEDO

～Kiểm tra tính khả thi của tuabin gió trục đứng nổi cỡ lớn～

 Công ty TNHH Công nghệ Albatross (*1 "Albatross"), Công ty TNHH Phát triển Điện lực (*2 "J-Power"), Công ty Điện lực Tokyo Holdings, Inc. (*3 "TEPCO HD"), Kawasaki Kisen Kaisha, Ltd. (*4 Năm công ty, bao gồm Kawasaki Kisen (sau đây gọi là "Kawasaki Kisen"), Sumitomo Heavy Industries Marine Engineering Co., Ltd. (*5 thuộc sở hữu hoàn toàn của Sumitomo Heavy Industries, Ltd., sau đây gọi là "SHI-ME"), là Tập đoàn Nghiên cứu và Phát triển Quốc gia, Tập đoàn Phát triển Công nghệ Công nghiệp và Năng lượng Mới. Xúc tiến giới thiệu dự án Tua bin gió nổi ngoài khơi" của NEDO (NEDO) và đã được chọn là công ty thực hiện theo kế hoạch. Việc này đã được thực hiện.

Người ta đặt nhiều kỳ vọng vào việc sản xuất điện gió ngoài khơi như một cách để biến năng lượng tái tạo thành nguồn năng lượng chính và cần phải thương mại hóa năng lượng gió nổi ngoài khơi, đặc biệt khi vùng biển nông ở Nhật Bản bị hạn chế.

Trong nghiên cứu khả thi này, chúng tôi sẽ xác minh tính khả thi của việc tạo ra tuabin gió trục đứng (trục nổi) thương mại quy mô lớn, trong đó tuabin gió và thân nổi quay cùng nhau, như một công nghệ thế hệ tiếp theo nhằm thay đổi trò chơi dành cho tuabin gió nổi ngoài khơi. Chúng tôi sẽ tạo ra một thiết kế để được phê duyệt thiết kế cơ bản. Tua bin gió trục thẳng đứng lớn hơn có hiệu suất tương đương với tua bin gió thông thường (trục ngang), và các bộ phận nổi của chúng nhỏ hơn và giá thành thấp hơn. Hơn nữa, vì nó có thể được sản xuất với thiết kế gần như giống nhau ngay cả khi độ sâu nước hoặc trầm tích đáy thay đổi nên dự kiến ​​sẽ giảm chi phí thông qua việc áp dụng đại trà.

Năm công ty sẽ tận dụng kiến ​​thức tương ứng của mình để phát triển tua bin gió trục nổi, nhằm mục đích biến năng lượng gió ngoài khơi trở thành nguồn năng lượng chính và góp phần hiện thực hóa một xã hội trung hòa carbon.

*1 Công ty TNHH Công nghệ Albatross (Chuo-ku, Tokyo, Giám đốc đại diện: Hiroji Akimoto)
*2 Công ty TNHH Phát triển Điện lực (Chuo-ku, Tokyo, Giám đốc đại diện, Chủ tịch và Giám đốc điều hành Kanno, v.v. )
*3 Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. (Tokyo, Nhật Bản )
*4 Kawasaki Kisen Kaisha, Ltd. (Chiyoda-ku, Tokyo, Giám đốc đại diện và Chủ tịch Koichi Myochin)
5 Sumitomo Heavy Industries Marine Engineering Co., Ltd. (Shinagawa-ku, Tokyo, Giám đốc đại diện kiêm Chủ tịch Koichi Miyajima) Koichi)

Trang trại gió với tuabin gió nổi trục đứng (ảnh) Phim YouTube https://youtu.be/UcJ7F-Y-dDw

Vai trò của mỗi công ty

( Nhà thầu phụ)

Công ty TNHH Fukui Fibertech: Phát triển kỹ thuật đúc liên tục FRP
Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Vật liệu Composite ICC (Viện Công nghệ Kanazawa): Phát triển kỹ thuật lắp ráp FRP liên tục
GH Craft Co., Ltd.: Cường độ cao và nhẹ thiết kế vật liệu composite
K-line・Wind Service Co., Ltd.: Xác minh công việc liên quan đến gió ngoài khơi của tàu
Trường Kỹ thuật Đại học Osaka, Khoa Khoa học và Kỹ thuật Trái đất: Phân tích đặc điểm chuyển động của vật thể nổi
Đại học Chubu: Biện pháp đối phó với sét
Trường Cao học Kỹ thuật Đại học Tokyo: Phát thải CO2 và hiệu quả kinh tế Đánh giá vòng đời
Viện Khoa học Công nghiệp, Đại học Tokyo: Dự báo tác động môi trường biển

Nền tảng phát triển

Người ta đặt nhiều kỳ vọng vào việc sản xuất điện gió ngoài khơi để biến năng lượng tái tạo thành nguồn năng lượng chính và việc thương mại hóa năng lượng gió nổi ngoài khơi đặc biệt quan trọng ở Nhật Bản, nơi vùng biển nông còn hạn chế.

Xu hướng phổ biến của tua bin gió nổi hiện nay là tua bin gió trục ngang gắn trên tháp cao, tương tự như tua bin gió trên bờ và tua bin gió cố định ngoài khơi. Việc cố gắng giữ các công trình như vậy đứng thẳng trong vùng nước có gió mạnh và sóng cao đòi hỏi phải có thân nổi lớn và đắt tiền cũng như thiết bị neo đậu. Vì vậy, thay vì mở rộng công nghệ tuabin gió trên đất liền, chúng tôi sẽ định nghĩa lại tuabin gió nổi bằng ý tưởng từ biển.

Hình 1. Hình ảnh tuabin gió trục nổi (mô hình trình diễn lớn loại 5MW)

Khái niệm này hỗ trợ tuabin gió trục thẳng đứng với "thân nổi hình trụ quay" (Hình 1). Nó được gọi là ``Tua bin gió trục nổi'' (FAWT) vì trục chính quay nổi trực tiếp trong nước biển. Cối xay gió và thân nổi quay cùng nhau.

Khi tuabin gió được chế tạo với trục thẳng đứng, các vật nặng như máy phát điện có thể được gắn bên dưới tuabin gió, dẫn đến trọng tâm thấp hơn. Vì không có vật nặng ở trên nên kết cấu đỡ nhẹ hơn và có thể chịu được độ nghiêng. Hiệu suất được cải thiện với độ nghiêng vừa phải nên nghiêng thụ động theo tốc độ gió nhưng không bị lật úp vì là tàu nổi nhỏ như phao câu cá. Quay trở lại những vấn đề cơ bản của kỹ thuật hàng hải, các kết cấu nổi cần có trọng tâm thấp và sẽ rẻ hơn nếu cho phép các kết cấu nổi nghiêng và lắc lư. Ngoài ra, việc di chuyển các vật nặng bằng cách thả nổi chúng (xoay chúng) sẽ tự nhiên hơn.

Lợi ích hoạt động
(Hiệu suất sản xuất/chi phí)

Tua bin gió trục đứng lớn hơn có thể đạt được hiệu suất tương tự như tua bin gió thông thường (trục ngang). Lý do tại sao các loại trục thẳng đứng bị hiểu lầm là có hiệu suất thấp là do ở các máy bay nhỏ, dòng chảy xung quanh các cánh tuabin gió gần với lớp ranh giới nhiều lớp, có xu hướng gây ra sự tách biệt và ngừng hoạt động, dẫn đến hiệu suất thấp. Cánh của máy bay lớn không bị dừng lại do lớp biên vận tốc hỗn loạn được phát triển tốt.

Hình 2. Máy bay nhỏ có nhiều xoáy bị bong ra do bị chết máy, hiệu suất thấp; máy bay lớn không bị chết máy và hiệu suất được cải thiện (đường viền màu của các thành phần tốc độ dựa trên phép tính số hai chiều, bên trái: máy bay nhỏ, bên phải: máy bay lớn, màu xanh đậm) (Tốc độ gió càng thấp thì tốc độ gió càng thấp, chứng tỏ tuabin gió đã hấp thụ động năng)

Tua bin gió FAWT có kích thước tương đương với loại trục ngang nhưng phần nổi nhỏ hơn và giá thành thấp hơn. Hình dạng thân nổi ít bị ảnh hưởng bởi lực sóng và các cánh tuabin gió được hỗ trợ bởi các dầm ở cả hai đầu, có khả năng chống gió mạnh hơn, cho phép triển khai ngoài khơi đồng thời hạn chế sự gia tăng chi phí thiết bị. Vì nó có thể được xây dựng với thiết kế gần như giống nhau ngay cả khi độ sâu nước hoặc trầm tích đáy thay đổi nên dự kiến ​​sẽ giảm chi phí thông qua việc triển khai đại trà.

(Tăng cường chuỗi cung ứng và thúc đẩy sản xuất trong nước)

Ngành điện gió Nhật Bản đang ở điểm cuối của chuỗi cung ứng dài bắt nguồn từ châu Âu nên luôn tiềm ẩn rủi ro thu mua. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi theo đuổi các thiết kế phù hợp với sản xuất trong nước và cùng nhau phát triển các phương pháp sản xuất cũng như chuỗi cung ứng. Rôto tuabin gió được sản xuất bằng cách đúc liên tục nhựa gia cố bằng sợi carbon (CFRP) (Hình 3), cho phép tự động hóa và tiết kiệm nhân công trong khu vực nhà máy nhỏ. Điều này giúp có thể tạo ra các tuabin gió có chi phí cạnh tranh ngay cả ở Nhật Bản, nơi chi phí đất đai và nhân công cao. Ví dụ, một tuabin gió 15MW được cấu hình bằng cách lắp đặt 15 máy phát điện 1MW. Điều này giúp có thể tạo ra một tuabin gió lớn ngay cả với một máy phát điện nhỏ được sản xuất tại Nhật Bản.