洋上風力発電の台頭と未来

知っていましたか：

米国の公益事業規模のエネルギー生産施設では、2021年に約4兆1,160億キロワット時（kWh）（約4兆1,200億kWh）の電力が生産されました。石炭、天然ガス、石油、その他のガスは、この電力を生成するために使用される燃料の約61％を占めています。原子力エネルギーは全体の約19％を占め、再生可能エネルギー源は約20％を占めました。

再生可能エネルギーは未来です。持続可能な開発目標を達成するには、限られた資源の搾取を直ちに止めなければなりません。豊富で天然の再生可能な資源の利用に関する知識と情報を広めることは、地球環境の目標を達成するのに役立ちます。人類の生存と成長は、地球の天然資源に依存しています。しかし、地球がそれらを補充する能力は、これらの資源を制限します。搾取が再生を上回らない限り、淡水、森林、収穫可能な商品はすべて再生可能な資源です。金属鉱石と化石燃料は再生不可能な資源です。天然資源の需要と持続可能な管理は世界的な問題ですが、過剰搾取の地域的な影響の多くは国際的にも感じられるという事実があります。この章では、世界的な傾向を考慮して、ヨーロッパの再生可能資源と再生不可能な資源の使用における大きな変化に焦点を当てています。

米国エネルギー情報局によると、小規模太陽光発電システムは2021年にさらに490億kWhの電力を生成した。

再生可能な資源には、食料、水、風、太陽、森林、野生生物などがあります。資源の使用を持続可能にするには、資源の消費ペースを自然システムが補充するために必要な範囲内に抑える必要があります。状況によっては、地球の再生可能な資源在庫の枯渇率と、生産と消費がそれらの再生能力に及ぼす圧力の量が、すでにこのポイントを超えている可能性があります。

米国エネルギー情報局によると、2020年の米国の電力のほとんどは天然ガス、原子力、石炭によって発電された。

地球の埋蔵量は、鉱物、石油、ガス、石炭を材料やエネルギー源として使用しているために枯渇しています。ただし、リサイクルや使用効率の向上により、埋蔵量を利用できる期間を延ばすことができます。最終的には、より効果的なプロセスで再生不可能な資源を利用できる量は限られ、再生可能資源の使用が必要になり、現在の資源でサポートできる活動の数に制限が課せられます。天然資源と再生不可能な資源を効率的に利用することの重要性を理解するには、次のような事実と数字を検討することができます。

図1: エネルギー生産に使用される非再生可能資源のリスト

• 石炭

二酸化炭素排出と発電の最大の原因は石炭であり、低炭素エネルギーシステムへの切り替えは特に困難です。世界の電力の約3分の1は石炭を使用して生産されています。代替技術が利用可能になるまで、石炭は鉄鋼業界などのセクターにとって不可欠なものであり続けるでしょう。20か国以上が発電での石炭使用を段階的に廃止する期限を設定していますが、石炭は世界のエネルギーミックスで大きな役割を果たす可能性があります。政府と石炭セクターは、今後数十年にわたって石炭がよりクリーンなエネルギー源として役割を果たし続けることを望むなら、炭素回収利用と貯蔵を含むがこれに限定されない、汚染が少なくより効果的な技術を導入する必要があります。

Data Bridge Market Researchによると、石炭火力発電市場は2028年までに推定3,839.44 KWに達し、2021年から2028年の予測期間では6.50%の成長率を記録すると予想されています。石炭火力発電市場レポートでは、世界中で電化への依存度が高まっているため現在増加している成長を分析しています。急速な工業化、石炭の低価格での入手可能性、日常生活におけるエネルギー需要の増加による電力消費の増加、および地域での発電プロジェクト数の増加により、アジア太平洋地域は石炭火力発電市場を支配しています。Duke Energy Corporation、China Huadian Corporation LTD、KEPCO Engineering & Construction Company、INC、American Electric Power Company、Inc。、Dominion Energy、Jindal India Thermal Power ltd.は、この市場で活動している主要な企業の一部です。

この研究の詳細については、以下をご覧ください。 https://www.databridgemarketresearch.com/jp/reports/global-coal-power-generation-market

• 天然ガス

最も急速に成長し、最もクリーンに燃焼する化石燃料である天然ガスは、現在、世界の電力生産の約 25% を占めています。しかし、ネットゼロエネルギーシステムへの移行におけるその長期的な応用は不明です。天然ガスの燃焼は確かに温室効果ガスを排出しますが、特に石炭など、天然ガスに置き換わっている多くの燃料に比べて、CO2 と大気汚染が大幅に少なくなっています。天然ガスの使用は特にこの 10 年間で拡大し、総エネルギー需要の伸びの約 3 分の 1 を占め、他のどの化石燃料よりも多くなっています。シェールガスの入手可能性と取引可能な液化天然ガスの供給増加は、天然ガス産業のグローバル化を推進しています。ガス市場の拡大と長期契約からスポット価格設定への広範な移行の結果、市場はかつてないほど相互に関連しており、ある地域での需要または供給ショックが、現在では世界規模でガスと電力の両方の価格に影響を与えています。天然ガスは貯蔵能力、パイプライン輸送や液化して船舶輸送が可能、ガス火力発電所の迅速なオン・オフ機能などにより、季節的および短期的な需要変動に対応でき、風力や電力などの変動性再生可能エネルギーの拡大する利用をバックアップすることができます。しかし、ネットゼロ排出の達成に向けた世界的な取り組みの一環として、天然ガスの利用は圧力に直面すると予想されています。

• 原子力

もう一つの非再生エネルギー源は、一般的に原子力エネルギーです。原子力発電所で利用される物質は再生エネルギー源ではありませんが、原子力エネルギー自体は再生エネルギー源です。原子核、つまりコアに含まれる強力なエネルギーは、原子力エネルギーによって収穫されます。原子力エネルギーは放射性燃料を枯渇させるため、他の形態のエネルギーほど再生可能ではありません。しかし、水力発電に次いで、原子力エネルギーは世界で2番目に大きな低炭素電力源です。一部の国では大きな障害に直面していますが、原子力は伝統的に世界最大の炭素フリー電力供給源の1つであり、電力部門の炭素集約度を下げるのに役立つ可能性を秘めています。世界の電力の約10％は原子力エネルギーを使用して生産されており、先進国ではその割合はほぼ20％に上昇します。排出ガスのない電力を生成する能力があるにもかかわらず、原子力は異なる未来に直面しています。原子力は、初期費用が高く、プロジェクトのリードタイムが長いため、一部の地域では、天然ガスや現代の再生可能エネルギーなどのより手頃な価格で設置が速い代替手段との競争に苦戦しています。より小型のモジュール式施設を含む次世代インフラの構築により、原子力発電が再び有利になるかもしれない。多くの国で原子力発電の将来が不透明なため、数十億トンもの二酸化炭素が余分に排出される可能性がある。

• 油

化石燃料発電所は、石炭や石油を燃やして発生する熱を利用して蒸気を生成し、タービンを回して発電します。新型コロナウイルスの影響で世界の石油需要は歴史的に減少しましたが、2021年に反転しました。近い将来には需要が増加すると予想されていますが、代替燃料の脅威や通勤者や運転者の習慣の変化により、長期的な予測は不確実です。世界の石油消費量の予測は下方修正されており、政府がクリーンエネルギーを重視する傾向が強まり、法律が強化され、パンデミックが行動に与える影響が定着すれば、需要は以前の予想よりも早くピークを迎える可能性があります。

化石燃料は、毎年世界中で消費されるエネルギー全体の 80% 以上を占めています。化石燃料はエネルギー密度が高く、処理コストも低いため、私たちの存在に不可欠です。補充できない資源はより早く消費されます。事実上、一度使い果たしてしまうと、もう使い果たしたことになります。再生可能な資源は非常に豊富であるか、すぐに補充されるため、理論上は枯渇することはありません。これが、洋上風力発電がますます重要になり、認識されつつある状況です。

洋上風力発電：はじめに

洋上風力発電または洋上風力エネルギーは、海上の風の力から得られたエネルギーを電気に変換し、陸上の電力網に供給するものです。洋上風力エネルギーは、風を電気に変換する際に危険な温室効果ガスを排出しない、無限で継続的に再生可能なエネルギー源です。政府が気候変動と闘い、温室効果ガスを削減しようとしている中、洋上風力発電は将来の発電において極めて重要になります。ビジネス・エネルギー・産業戦略省（BEIS）の最新のエネルギー動向データによると、洋上風力発電の割合は、2019年第3四半期の9.7％から2020年第3四半期には11％に上昇しました。これは、太陽エネルギーの5.6％、バイオ燃料および廃棄物の12.7％とは対照的です。2020年には、直近の12月18日（17.2GW）を含め、数回にわたり、風力発電量の最高記録が更新されました。 8 月 26 日、風力発電は電力構成比で過去最高の割合 (59.9%) を占めました。英国は、10 GW を超える洋上風力発電設備を保有しており、これまでで最大の洋上風力発電設備を保有しています。英国の環境に優しく、回復力のある将来の経済は、洋上風力発電技術の世界的リーダーである北海によって推進されると考えられています。洋上風力発電設備の総容量では中国が第 2 位で、ドイツがそれに続いています。

世界最大の洋上風力発電所は北海のホーンシー 1 です。リンカンシャーの沖合 407 平方キロメートルに位置し、174 基のタービンを備え、1.2GW の再生可能エネルギーを発電しています。これは、再生可能エネルギーで 100 万世帯以上に電力を供給するのに十分な量です。英国とヨーロッパの近隣諸国は、洋上風力発電所からのグリーンでクリーンな電力の流れを改善するために協力しています。相互接続によって可能になった技術的成果について、詳しく知ることができます。以下に、洋上風力エネルギーに関するいくつかの事実を示します。

図2: 洋上風力発電に関する知られざる事実

• ほとんどのアメリカ人は洋上風力資源にアクセスできる - アメリカ人の大半が居住する五大湖と沿岸諸州は、国の電力需要の 80% 以上を占めています。国内初の洋上風力発電プロジェクトが計画されている米国北東部では、洋上風力発電資源が沿岸人口のすぐ近くに位置しているという有利な立地条件が整いました。沿岸沿いの風力タービンは、多くの一般的な電源よりも短い送電線で電力網に接続できます。
• 洋上風力はタイムリーです 洋上風力発電プロジェクトが計画されている多くの場所では、消費者の需要が最も高くなる午後遅くから夕方にかけて、洋上風速は最も高くなります。陸上の風力資源のほとんどは、電力の必要量が少ない夜間に強力になります。いくつかの企業が、深海で使用するための独創的な浮体式洋上風力発電プラットフォームを開発しています。浮体式プラットフォームには、スパーブイ、テンションレッグ プラットフォーム、半潜水型の 3 種類があります。半潜水型プラットフォームは、プロジェクトの約 75% で使用されると予想されています。
• 米国の洋上風力資源は主に深海に存在しています。 米国の洋上風力発電資源の約 60% は、海底に取り付けられた巨大な鋼鉄製の杭や格子構造物などの従来の基礎を使用するのが現実的でない場所にあります。米国の洋上風力発電プロジェクトでは、特定の現場条件に合わせてさまざまな種類の基礎が作られています。

今後10年間で、陸上風力と洋上風力の両方が飛躍的に拡大するでしょう。COVID-19による遅延にもかかわらず、Statistaは、世界の風力発電容量が2019年の650GWから2020年には743GWに増加したと報告しています。風力発電設備の急激な増加は、世界規模で風力発電が受け入れられつつあることを示しています。風力発電は、技術の進歩と気候変動と戦う国際的な取り組みにより、経済的に実行可能になりつつあります。英国、ヨーロッパ、北米、インドの国々もこの傾向を急速に加速させており、中国と米国は引き続き世界の風力発電産業を支配しています。

• 洋上風力発電所は海底ケーブルを使って電力を送電網に送電します。 洋上風力タービンで発電された電気は、海底に埋設されたケーブル網を通じて陸地へ送電されます。私たちの家庭、学校、職場はこの電気で稼働しており、その電気は沿岸の負荷センターによって配電網に配電され、優先的に送られます。
• 洋上風力発電コンポーネントの規模は拡大しています。 洋上風力タービンの部品を船やはしけで輸送することで、陸上の風力タービンの部品が抱える、トンネルや通行制限のある道路の通行といった物流上の問題が解消されます。海上での作業には特有の困難が伴いますが、これらの部品により、洋上風力発電開発者は、より多くの電力を生産できる大型タービンを建造できます。洋上タービンは、ワシントン記念塔の 1.5 倍の高さまで拡大でき、ブレードはフットボール場と同じ長さになり、洋上で利用できる膨大な風力資源を活用できます。
• 洋上風力発電の資源は豊富- 風力は、米国沿岸地域のコミュニティのニーズを満たすために、膨大な量のクリーンな再生可能エネルギーを供給する可能性があります。国立再生可能エネルギー研究所は、米国の洋上風力の技術的資源の潜在能力は、年間 2,000 ギガワット以上の容量、つまり 7,200 テラワット時の電力であると推定しています。

沖合の風は陸上の風よりも速く、安定しています。これは、沖合の風がエネルギー生成の信頼できる源であることを示しています。したがって、沖合の風力発電所は陸上の風力発電所よりも大きな利点があります。風速の小さな変化は、エネルギー出力の大幅な増加につながります。時速 15 マイルの風で稼働するタービンは、時速 12 マイルの風で稼働するタービンの 2 倍のエネルギーを生産できます。沖合では、風速が速いため、大幅に多くのエネルギーを生産できます。

陸上風力と洋上風力には違いがあります。その違いは、以下の表で理解できます。

世界中で地域が洋上風力発電の導入を進めています。取り組みを進める企業は、さまざまな障害に備え、さまざまな分野でトップクラスになる必要があります。今後数年間、洋上風力発電は、実証済みで信頼性の高い再生可能エネルギー源として拡大すると予測されています。ある調査では、世界の洋上風力発電の設置容量は、2020 年の 40 GW から 2050 年には 630 GW に増加し、1.5° シナリオではさらに 1,000 GW の発電が可能になると予測されています。

洋上風力発電システムの役割

風力タービンの連結されたカーボンファイバーブレードは空気によって回転します。ブレードに取り付けられたモーターが運動エネルギーを電気エネルギーに変換します。エネルギーはギアボックスに伝達され、ブレードの低速回転運動が高速回転運動に変換されます。次に、ドライブシャフトが発電機を稼働させるのに十分な速さで回転します。

風力エネルギーは、エネルギー生成の未来的なアプローチです。データブリッジマーケットリサーチは、世界の風力エネルギー基盤市場に関する調査レポートを作成しました。データブリッジマーケットリサーチによると、風力エネルギー基盤市場の規模は2028年までに2,054億9,000万米ドルと評価され、2021年から2028年の予測期間に10.40％の複合年間成長率で成長すると予想されています。風力や太陽光などの再生可能エネルギー源からの発電への好みの変化、再生可能エネルギーへの投資の増加、環境への懸念の高まり、急速な工業化、風力発電の設置容量の急速な増加、風力タービンの価格の低下により、上記の予測期間中に風力エネルギー基盤市場にさまざまな成長機会がさらに提供されます。

この研究の詳細については、以下をご覧ください。 https://www.databridgemarketresearch.com/jp/reports/global-wind-energy-foundation-market

陸上風力タービンは伝統的にこの産業を支配してきましたが、近年、技術の進歩により洋上風力発電所が誕生しました。水上タービンではなく陸上タービンは、陸上風力と呼ばれます。これらは、保全の可能性がほとんどない遠隔地に設置されることがよくあります。国際エネルギー協会は、陸上風力による電力生産量が 2019 年に 12 パーセント増加したと報告しています。陸上風力システムの欠点は、洋上風力システムの革新につながりました。これらの欠点のいくつかは次のとおりです。

• 風速の変化- 陸上の風力タービンの速度は必ずしも予測できるわけではありません。風速と風向は変動するため、陸上で安定して発電することは難しいかもしれません。エネルギー生産に備えるには、風向と風速を注意深く観察する必要があります。
• 風の妨害- 丘や山、近くの建物などの物理的な障害物によっても、発電量が一定しないことがあります。このため、陸上風力発電は年間を通じてエネルギーを生産することができず、洋上風力発電の約 3.6 MW に対して、約 2.5 MW しか発電できません。
• エネルギー断続的 陸上のタービンは年間を通じて稼働するわけではないため、風速が低い時期には化石燃料のバックアップが必要になります。また、エネルギー源として風力発電所への依存度が高まるにつれて、化石燃料の必要量も増えるでしょう。
• 視覚と音響の要素 - 陸上の風力発電所は周囲の景観を損なう可能性があります。より多くの電力を生産するために高台に建設された風力タービンは、近隣の住宅街に迷惑をかける可能性があります。さらに、住宅街の近くでは騒音が発生するため、風力タービンは静かではありません。たとえば、風力タービンを近くで見ると、芝刈り機のような音がします。

洋上風力発電について話すとき、それは風がより強く吹く浅い開放水域（通常は海洋）に設置された風力発電所を指します。湖やフィヨルドなどの沿岸水域も洋上風力があると言えるでしょう。ほとんどの洋上風力発電所では、浅瀬に固定された基礎の風力タービンが使用されています。しかし、技術が発達するにつれて、より深い水域に風力発電所を建設することが可能になります。世界風力エネルギー協議会によると、2030年までに洋上風力は234GW以上に達し、アジア太平洋地域が先頭に立つでしょう。平均して、洋上風速は陸上よりも高く、風速がわずかに改善しただけでも、エネルギー生産量が大幅に増加します。陸上タービンと同じ量の電力を生産するために必要なタービンの数は少なくなります。洋上風力タービンは、風速と風向がそれほど頻繁に変動しないため、信頼性が高くなります（つまり、より信頼性の高い発電になります）。洋上タービンの視覚的な影響は、陸上のものよりも小さくなります。風の流れを妨げる物理的な障壁はなく、土地利用の妨げにもなりません。このため、洋上風力発電所は陸上の風力発電所よりも拡張可能で、物理的な悪影響が少なく、より多くのエネルギーを生産できます。陸上の風力発電所よりも高く建設できるだけでなく、洋上風力タービンはより多くの風力エネルギーを捉え、より多くの電力を発電できます。

図3: 洋上風力発電市場の潜在性はアジア太平洋地域で最大

出典: マッキンゼー グローバルエネルギー展望 2021

洋上風力発電は事実上無限の選択肢を提供しており、ますます多くの国や地域が海洋エネルギーに関する目標や規制を定めるにつれて、ほぼ毎日新しい市場が生まれています。2020年半ばまでに建設された洋上風力発電は「わずか」23GWで、EUは2050年までに300GWの目標を掲げています。さらに、多くの国がCOVID-19からの経済回復を支援するためにグリーンエネルギーの使用にしっかりと取り組んでいるため、制限はほとんどありません。ベースケースでは、中国本土の240GWを含む2050年までに410GWが追加され、2020年に11GWの洋上風力発電が設置されたアジア太平洋地域（APAC）は、2030年代半ばまでに容量が大幅に増加し、欧州、中東、アフリカ（EMEA）を追い抜くと予想されています。台湾は中国本土とともに、アジアの洋上風力産業のリーダーとしての地位を確立しています。 2021年12月、日本は、ほとんどの政府が洋上風力発電容量を配分するために使用するツールである第3回入札を発表しました。ベトナム、韓国、オーストラリアは、それぞれの願望を実行に移し始めています。南北アメリカ大陸の洋上風力はまだ初期段階ですが、2050年までにこの地域では約35GWの容量が構築されると予想されています。2021年3月にジョー・バイデン米国大統領が署名した大統領令によると、2030年までに30GWの洋上風力発電容量を設置する必要があります。洋上風力発電に適した海域にアクセスできる州は、連邦政府の傾向を継続し、州レベルの高い目標を設定しています。東海岸でこの活動が最も見られる一方で、カリフォルニア、メキシコ湾、アラスカ、ハワイでも、浮体式技術を含む洋上風力の可能性に気づき始めています。

アゼルバイジャン、ブラジル、カナダ、コロンビア、インド、オマーン、フィリピン、スリランカ、トリニダード・トバゴなど、多くの国も洋上風力発電を調査しています。

洋上風力発電の将来も、技術の進歩により向上しています。最近まで、タービンの設置には、通常水深 50 メートルまでの海底に固定された基礎が使用されており、比較的狭い大陸棚が必要でした。新しい浮体式基礎の開発により、洋上風力発電の実現可能な海域は 5 倍に拡大しました。浮体式基礎は、その下の地形に関係なく設置でき、水深 1,000 メートル以上でも実現可能です。フランスで最初の商業用浮体式プロジェクトの入札はすでに完了しています。イタリアは、17 GW を超える洋上風力発電の可能性を特定しており、その 70% は浮体式基礎を必要とする深海にあります。

洋上風力発電への意識が高まるにつれ、洋上掘削も勢いを増しています。この機会を捉えて、データブリッジマーケットリサーチは詳細な調査を実施し、世界の洋上掘削市場に関するレポートを作成しました。データブリッジマーケットリサーチによると、洋上掘削市場は2028年までに推定評価額1億2,189万米ドルに達し、2021年から2028年の予測期間中に4.60%の成長率を記録すると予想されています。洋上掘削市場は、サービスタイプとアプリケーションに基づいて分類されています。サービスタイプに基づいて、洋上掘削市場は契約掘削、方向性掘削、掘削中のログ記録、掘削中の測定に分類されます。契約掘削セグメントは、市場の成長において最大のシェアを占めるでしょう。洋上掘削市場のアプリケーションセグメントには、浅海掘削、深海掘削、超深海掘削が含まれます。アジア太平洋地域は、同地域における石油とガスの需要増加に伴い、探査および生産活動の増加により、2021～2028年の予測期間中にオフショア掘削市場で最大の成長率を維持すると予想されています。

この研究の詳細については、以下をご覧ください。 https://www.databridgemarketresearch.com/jp/reports/global-offshore-drilling-market