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JP-2026077377-A - 洋上変電所

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Abstract

【課題】洋上変電所において、限られたスペースを有効に活用する洋上変電所を提供する。 【解決手段】洋上に設置され、複数のフロアを備える洋上変電所１であって、複数の洋上風車１００と伝達ケーブル１１０で接続されている。複数の洋上変電所は、それぞれ３つの洋上風車と伝達ケーブルで接続されている。このような構成で、複数の洋上風車によって発電された電気を、中継地点となる洋上変電所に集約して、伝達ケーブルに流す電圧と電流を調整したうえで、陸上の受電設備に電気を送る。これにより、送電時の電力の損失を抑制するとともに、洋上変電所から陸上の受電設備までの伝達ケーブル１１０のコストを削減することができる。 【選択図】図１

Inventors

  • 治部 義昭
  • 柘植 信行
  • 田中 淳太郎

Assignees

  • 日鉄エンジニアリング株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (16)

  1. 洋上に設置される洋上変電所であって、 複数のフロア、 を備える洋上変電所。
  2. 前記複数のフロアは、海面より上に位置する、 ことを特徴とする請求項１に記載の洋上変電所。
  3. 蓄電池、 を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の洋上変電所。
  4. 前記蓄電池は、前記複数のフロアのいずれかに設置される、 ことを特徴とする請求項３に記載の洋上変電所。
  5. 整流器、 を更に備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の洋上変電所。
  6. 前記整流器は、洋上風車から送電される電力を交流から直流に変換する、 ことを特徴とする請求項５に記載の洋上変電所。
  7. 前記複数のフロアのうち、前記整流器が設置されるフロアと、前記複数のフロアのうち、前記蓄電池が設置されるフロアとは、同じである、 ことを特徴とする請求項６に記載の洋上変電所。
  8. 前記複数のフロアのうち、前記整流器が設置されるフロアと、前記複数のフロアのうち、前記蓄電池が設置されるフロアとは、異なる、 ことを特徴とする請求項６に記載の洋上変電所。
  9. 変圧器、 を更に備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の洋上変電所。
  10. 前記変圧器は、洋上風車から送電される電気、及び前記蓄電池が放電する電気を変圧する、 ことを特徴とする請求項９に記載の洋上変電所。
  11. 前記複数のフロアのうち、前記変圧器が配置されるフロアは、前記複数のフロアのうち、前記蓄電池が配置されるフロアと、同じである、 ことを特徴とする請求項９に記載の洋上変電所。
  12. 前記複数のフロアのうち、前記変圧器が配置されるフロアは、前記複数のフロアのうち、前記蓄電池が配置されるフロアと、異なる、 ことを特徴とする請求項９に記載の洋上変電所。
  13. 前記変圧器は、前記複数のフロアに跨って配置される、 ことを特徴とする請求項９に記載の洋上変電所。
  14. スイッチギア、 を更に備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の洋上変電所。
  15. 前記複数のフロアのうち、前記スイッチギアが配置されるフロアと、前記複数のフロアのうち、前記蓄電池が配置されるフロアとは、同じである、 ことを特徴とする請求項１４に記載の洋上変電所。
  16. 前記複数のフロアのうち、前記スイッチギアが配置されるフロアと、前記複数のフロアのうち、前記蓄電池が配置されるフロアとは、異なる、 ことを特徴とする請求項１４に記載の洋上変電所。

Description

本開示は、洋上変電所に関する。 従来より、洋上変電所が洋上に設置されている。 特許文献１は、洋上変電所を開示する。 特許文献２は、変圧器を備える接続ステーションを開示する。 特開２０１９－４１４７７号公報特表２０２３－５１７９３５号公報 洋上風車と、洋上変電所との配置関係を示す図である。本実施形態に係る洋上変電所の第１例の正面図である。本実施形態に係る洋上変電所の第２例の正面図である。本実施形態に係る洋上変電所の第３例の正面図である。本実施形態の洋上変電所における建屋の内部構造を示す断面図であって、各設備の第１の配置の例を示す図である。本実施形態の洋上変電所における建屋の内部構造を示す断面図であって、各設備の第２の配置の例を示す図である。本実施形態の洋上変電所における建屋の内部構造を示す断面図であって、各設備の第３の配置の例を示す図である。 以下、図面を参照し、本開示の一実施形態に係る洋上変電所１を説明する。 風力発電は、風のエネルギーを利用して発電する方法であって、枯渇せず、環境負荷が小さい発電方法として実用化が進められている。特に、洋上風力発電は、洋上に吹く風を利用して海に設置された風車（洋上風車）を回し発電する。そのため、陸上と比較して障害物が少ないことから、風況がよく、設備の大型化も実現できるため、コストの低減が可能であるなどのメリットを有する。 一方で、洋上に風車を設置する場合、洋上風車から陸の受電設備までの距離が長いために、洋上風車から陸の受電設備まで電力を伝達する際に様々な課題を有することがあった。例えば、洋上風車と陸の受電設備とをつなぐ伝達ケーブルによって、電力を長距離伝達させることは電力の損失を招くことがある。また、例えば、洋上風車により発電された電力が多くなると、洋上風車が発電した電気を外部に送電する伝達ケーブルの性能を超えることがある。これに対し、許容範囲の大きい（大容量な）伝達ケーブルは、その性能に比例して太くなり、高価となるため、特に洋上風車から陸までの距離が長い場合に、設置が高コストとなることがある。 本開示の洋上変電所１は、例えば、上記のような洋上発電における変電所として用いられる。本実施形態に係る洋上変電所１は、例えば、同じ海域又はウインドファームにおいて１つのみ設けられてもよいし、複数設けられてもよい。洋上変電所１が複数設けられる場合、例えば、互いに隣り合う洋上変電所１同士を伝達ケーブル１１０で接続し、互いに発電した電気を授受してもよい。 図１に、洋上風車１００と、洋上変電所１との配置関係の一例を示す。 １つの洋上変電所１は、複数の洋上風車１００と伝達ケーブル１１０で接続されていてもよい。図１に示す例では、洋上変電所１は、３つの洋上風車１００と伝達ケーブル１１０で接続されている。このような構成であれば、複数の洋上風車１００によって発電された電気を、中継地点となる洋上変電所１に集約することができる。詳細は後述するが、これにより、洋上変電所１において、伝達ケーブル１１０に流す電圧と電流を調整したうえで、陸上の受電設備に電気を送ることができる。よって、送電時の電力の損失を抑制するとともに、洋上変電所１から陸上の受電設備までの伝達ケーブル１１０のコストを削減することができる。 本実施形態の洋上変電所１は、複数のフロア２０と、下部構造３０と、蓄電池４１と、変圧器４３と、整流器４２と、スイッチギア４４と、を備える。本実施形態において、フロア２０は建屋１０における階を示す。 下部構造３０は、洋上変電所１を支持する構造体である。下部構造３０は、例えば、公知の構成が好適に用いられる。下部構造３０は、例えば、図２に示すようなジャケット式基礎、図３に示すようなモノパイル式基礎、図４に示すような浮体式基礎のいずれかが好適に用いられる。 図３に示すモノパイル式基礎は、海底に打設されたモノパイル３０Ｍで構成される。 図４に示す浮体式基礎は、海上に浮かぶ浮体３０Ｆを、海底に接続されたワイヤ３０Ｗによって支持することで構成される。図４に示す浮体式基礎における建屋１０は、浮体３０Ｆに作用する浮力によって海上に支持される。 本実施形態において、下部構造３０は、図２に示すように、ジャケット式基礎である。すなわち、下部構造３０は、建屋１０の下端が接続され、建屋１０を支持するレグ３２と、を少なくとも含む。図２に示すように、下部構造３０は、レグ３２が海底に打設された杭Ｐに接続されることで、洋上に配置される。 フロア２０とは、例えば階を示す。 本実施形態の洋上変電所１の有する建屋１０には、第１フロア２１（１階）と、第２フロア２２（２階）と、第３フロア２３（３階）と、の３つのフロア２０が設けられている。洋上変電所１の有するフロア２０の数は３つに限定されず、例えば２つであってもよく、例えば４つ以上であってもよい。 本実施形態における複数のフロア２０は、全周を壁に囲われている。フロア２０は、内部が例えば壁で仕切られ、複数の部屋を有していてもよい。また、複数のフロア２０は、海面より上に位置することが好ましい。複数のフロア２０が海面より上に位置するとは、すなわち複数のフロア２０を有する建屋１０の下端が海面より上に位置することであってもよい。複数のフロア２０は、その一部または全部が海面より下に位置してもよい。すなわち、例えば、第１フロア２１～第３フロア２３の少なくとも一部が海面より下に位置していてもよい。例えば、第１フロア２１、及び第２フロア２２が海面より下に位置していてもよい。 第１フロア２１～第３フロア２３には、例えば蓄電池４１、変圧器４３及び整流器４２等をはじめとする各種機器が設置されてもよい（詳細は後述する）。なお、例えば変圧器４３は、設備の規模が比較的大きく、洋上変電所１の有するフロア２０の階高よりも変圧器４３のサイズが大きい場合がある。この場合は、第１フロア２１、第２フロア２２、及び第３フロア２３のそれぞれの高さを適宜設定してもよい。その場合、各フロア２０の階高は統一されてもよいし、一部又は全部のフロア２０（階）の階高は異なってもよい。 次に、図５から図７に示すように、本実施形態の洋上変電所１が有する各設備（蓄電池４１、整流器４２、変圧器４３、スイッチギア４４）について説明する。 蓄電池４１は、洋上風車１００が発電した電力を蓄電する。 ここで、洋上風車１００の設置場所における風の強さが変化すること等によって、洋上風車１００による発電電力が変化する場合がある。このとき、洋上風車１００により発電された電力が増加すると、洋上風車１００が発電した電気を外部に送電する伝達ケーブル１１０の性能を超えることがある。すなわち、洋上風車１００が発電した電気によって、伝達ケーブル１１０に許容範囲を超える電流が付加される場合があり得る。 蓄電池４１には、洋上風車１００が発電した電気の一部が蓄電される。そして、残りの電気が伝達ケーブル１１０により陸の受電設備へ伝達される。このようにして、伝達ケーブル１１０に流れる電流を調整する。蓄電池４１に蓄電された電気は洋上風車の発電出力が低下し、放電しても伝達ケーブル１１０の許容範囲を超えない状況となった際に放電され、伝達ケーブル１１０によって伝達される。洋上風車１００が発電した電気をこのように送電することで、伝達ケーブル１１０に許容範囲を超える電流が付加されることを抑える。洋上変電所１における蓄電池４１の配置については後述する。 伝達ケーブル１１０は、例えば、下部構造３０（ジャケット式基礎）のレグ３２に沿って配置されるか、または海底に配置されていてもよい。なお、下部構造３０が浮体式基礎である場合、伝達ケーブル１１０は、例えば、海底または海中に配置されていてもよい。 整流器４２は、ケーブル５０によって伝達される電気を、交流から直流、又は、直流から交流に変換する。整流器４２は、例えば、洋上風車１００が発電した電気を蓄電池４１に蓄電させる際に、電気を交流から直流に変換する。つまり、蓄電池４１は、整流器４２によって交流に変換された電気を蓄電する。例えば、蓄電池４１に蓄電された電気を放電する際に、整流器４２は、電気を直流から交流に変換する。つまり、整流器４２は、蓄電池４１から放電された電気を直流から交流に変換する。すなわち、洋上風車１００が発電した電気は、交流であり、蓄電池４１に蓄電された電気は、直流である。 整流器４２には、例えば、公知のＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が好適に用いられる。洋上変電所１における整流器４２の配置については後述する。 変圧器４３は、電気の電圧を変圧する。変圧器４３は、例えば、洋上風車１００が発電した電気の電圧、及び、蓄電池４１から放電され整流器４２によって変換された電気の電圧を変圧する。 ここで、本実施形態において、洋上風車１００によって発電された電気の電圧は、整流器４２が処理可能な電圧よりも高い。そこで、変圧器４３は、例えば、洋上風車１００によって発電された電気を、整流器４２を介して蓄電池４１に蓄電させる際に、整流器４２が処理可能な電圧に降圧させる。このことで、整流器４２に過度な電圧が付加されることを抑える。 変圧器４３は、蓄電池４１から放電されて整流器４２によって直流から交流に変換された電気を、昇圧させてもよい。このことで、洋上変電所１の内部における送電の効率を向上させてもよい。あるいは、変圧器４３は、洋上風車１００が発電した電気を外部に送電する際に、送電する電気を昇圧させてもよい。このことで、洋上変電所１から陸上の受電設備への送電の効率を向上させてもよい。洋上変電所１における変圧器４３の配置については後述する。 スイッチギア４４は、電気回路を閉じたり開いたりすることによって、例えば、洋上風車１００が発電した電力を受電し、電気を変圧器４３へ送って使用しやすい電圧に変換のうえ施設の各所に送電したり、洋上風車１００が発電した電力及び、蓄電池４１から放電された電力を陸の受電設備へ送電する。スイッチギア４４は、電気のオン・オフ、設備の保護などに用いられるため、例えば、変圧器などの電気機器の前後やケーブルの送電元などに配置される。 洋上変電所１におけるスイッチギア４４の配置については後述する。 次に、図５～図７を参照し、複数のフロア２０における上記の各設備の配置について説明する。図５～図７は、洋上変電所１における建屋１０の内部構造を示す断面図であって、それぞれ別の例を示している。 本実施形態の洋上変電所１は、第１フロア２１～第３フロア２３の３つのフロア２０（階）を有する。そのため、以降の説明においては、各設備が第１フロア２１～第３フロア２３のいずれかに設置される場合について説明するが、各設備の配置は後述の例に限定されない。例えば、洋上変電所１が第１フロア２１、及び第２フロア２２の２つのフロア２０のみを有する場合は、各設備は、第１フロア２１又は第２フロア２２のいずれかに設置されていてもよい。例えば、洋上変電所１が第１フロア～第４フロアの４つのフロア２０を有する場合は、各設備は、第１フロア～第４フロアのいずれかに設置されてもよい。また、設備が設置されないフロア２０があってもよい。 このように、洋上変電所１における複数のフロア２０のいずれかに各設備を配置することができるため、比較的広い設置可能面積の中で、各設備の配置を検討することができる。これにより、例えば、各設備の配置を効率化することができる。ここで、各設備の配置の効率化とは、例えば、設置又はメンテナンスの作業者の作業効率を考慮した配置を行うことであってもよく、ケーブル５０の長さ等の設備コストを考慮した配置を行うことであってもよく、各設備に対する波浪及び雨風などの影響を考慮した配置を行うことであってもよい。 図５に、洋上変電所１における各設備の第１の配置の