洋上風力発電とは？仕組み・種類・メリット・課題・日本の現状をわかりやすく解説

洋上風力発電とは、海上に設置した風車で風のエネルギーを受け、その回転を利用して電気をつくる発電方式です。洋上は陸上に比べて風を遮る建物や山などが少なく、比較的強く安定した風を利用できます。また、広い海域を活用して大型風車を複数設置できるため、大規模な発電が可能です。

一方で、海上での建設やメンテナンスには専用船や港湾設備が必要となり、海底ケーブルの敷設、漁業との共存、海洋環境への配慮など、陸上風力発電にはない課題もあります。本記事では洋上風力発電の仕組みや種類、メリット・デメリット、日本における導入状況、大手風車メーカーについてわかりやすく解説します。

洋上風力発電とは

洋上風力発電は海上に設置した風力タービンを利用して発電する再生可能エネルギーです。基本的な発電原理は陸上風力発電と同じですが、風車を設置する場所が海上である点に大きな違いがあります。洋上は陸上よりも風況が比較的良く、大型風車を設置しやすいため、一つの発電所から大量の電力を供給できる可能性があります。資源エネルギー庁も、洋上風力発電は陸上風力発電より高い設備利用率が期待できると説明しています。資源エネルギー庁「再生可能エネルギーの長期電源化に向けた取組」複数の洋上風車を同じ海域に設置した発電所は「洋上ウィンドファーム」と呼ばれます。

洋上風力発電の仕組み

洋上風力発電では、風が持つ運動エネルギーを風車の回転エネルギーに変換し、さらに発電機によって電気エネルギーへ変換します。発電から送電までの基本的な流れは次のとおりです。

風車には増速機を使って回転数を高めてから発電機に伝える方式と、増速機を使わず発電機を直接回転させるダイレクトドライブ方式があります。風の運動エネルギーを回転エネルギーに変え、発電機によって電気へ変換することが風力発電の基本原理です。NEDO「風力発電の技術の現状とロードマップ」

洋上風力発電を構成する主な設備

洋上風力発電は、風車だけで成り立っているわけではありません。風車のほかに、基礎、係留設備、変電所、海底ケーブル、港湾設備、作業船などが必要になる点が洋上風力発電の特徴です。

洋上風力発電が注目されている理由

強く安定した風を利用しやすい

洋上には風を遮る建物や山が少なく、陸上に比べて強く安定した風が吹く傾向があります。風力発電の出力は風速の影響を大きく受けるため、良好な風況を確保できることは、発電量を増やすうえで重要です。ただし、風が常に一定という意味ではありません。台風や強風時には設備を保護するため、風車を停止させる場合もあります。

大型風車を導入しやすい

洋上では陸上ほど道路幅や橋梁、建物との距離などに制約されにくく、船舶を使って大型部品を運搬できます。ブレードが長くなるほど広い範囲の風を受けられるため、1基当たりの発電出力を大きくできます。近年では10MWを超える大型洋上風車の実用化が進んでいます。

大規模な発電所を建設できる

広い海域に多数の大型風車を設置することで、大規模な洋上ウィンドファームを建設できます。洋上風力発電は、太陽光発電などと比較して一つの発電事業の規模が大きく、再生可能エネルギーを大量導入するための有力な選択肢とされています。

関連産業への経済効果が期待できる

洋上風力発電には、風車の製造だけでなく、基礎構造物、海底ケーブル、港湾、作業船、建設工事、保守点検など幅広い産業が関係します。経済産業省の洋上風力産業ビジョンでは、洋上風力発電は構成機器や部品が数万点に及び、関連産業への大きな経済波及効果が期待できるとされています。経済産業省「洋上風力産業ビジョン」

洋上風力発電の種類

洋上風力発電は、風車を支える方法によって「着床式」と「浮体式」の2種類に大別されます。

水深50m前後が一つの目安として使われますが、実際に採用できる方式は水深だけでなく、海底地盤、波浪、風車の大きさ、施工方法などによって変わります。

着床式洋上風力発電

着床式は、風車を支える基礎を海底へ直接固定する方式です。技術が比較的確立されており、現在の世界の洋上風力発電では着床式が主流です。主な基礎形式には次の種類があります。

モノパイル式

大型の鋼管を海底へ打ち込んで風車を支える方式です。構造が比較的単純で施工しやすく、多くの洋上風力発電所で採用されています。

ジャケット式

鋼材を格子状に組み合わせた基礎を海底へ固定する方式です。モノパイル式より構造が複雑ですが、比較的深い海域や厳しい海象条件にも対応できます。

重力式

コンクリートなどで造られた重量のある基礎を海底へ設置し、その重さによって風車を支える方式です。海底地盤の整備が必要になる場合があります。

浮体式洋上風力発電

浮体式は、海上に浮かべた構造物の上へ風車を設置し、係留索とアンカーによって海底へつなぎ止める方式です。日本周辺は岸から離れると急に水深が深くなる海域が多いため、浮体式洋上風力発電の導入拡大が期待されています。NEDOも、日本では水深50m以深の海域が持つエネルギーポテンシャルは大きいと説明しています。NEDO「浮体式洋上風力発電技術ガイドブック」浮体式には主に次の種類があります。

セミサブ型

複数の浮体を組み合わせて安定性を確保する方式です。比較的浅い喫水でも設置しやすく、港で風車を組み立ててから設置海域へ曳航できる特徴があります。

スパー型

細長い円筒状の浮体を海中深く沈め、低い重心によって安定させる方式です。動揺を抑えやすい一方、組立や設置には十分な水深が必要です。

バージ型

箱船に近い幅広の浮体で風車を支える方式です。比較的浅い喫水で設置できますが、波による揺れを抑える技術が重要です。

TLP型

浮体と海底を緊張させた係留索で接続する方式です。上下方向の揺れを抑えやすい反面、係留設備の設計や施工が複雑になります。

洋上風力発電のメリット

発電量を確保しやすい

洋上は良好な風況を得やすいため、陸上風力発電より高い設備利用率が期待できます。

大型化と大規模導入が可能

大型風車を多数設置することで、広い海域から大量の電力を供給できます。

陸上の用地制約を受けにくい

住宅地や道路、山間部などの制約を受けにくく、陸上では設置が難しい大型風車も導入しやすくなります。

エネルギー自給率の向上につながる

風は国内で利用できるエネルギー資源です。洋上風力発電の拡大は、輸入燃料への依存を抑え、エネルギー安全保障を高めることにつながります。

地域産業や雇用を生み出す可能性がある

部品製造、港湾整備、建設、運転、保守点検など、長期間にわたって多くの企業や人材が関わります。

洋上風力発電のデメリットと課題

建設費用が高い

海上での基礎工事や風車の組立、海底ケーブルの敷設には、専用船や大型クレーンなどが必要です。浮体式では浮体、係留設備、動きに追従する海底ケーブルなども必要となり、さらなるコスト低減が求められています。

メンテナンスが難しい

洋上風車へ移動するには船舶やヘリコプターなどが必要です。波や強風によって現場へ近づけない場合もあり、故障から復旧までに時間がかかる可能性があります。NEDOでは、遠隔監視、予防保全、点検の自動化などによるメンテナンスの高度化が進められています。NEDO「洋上風力発電の低コスト化」

海底ケーブルや送電網の整備が必要

発電した電気を陸上へ送るためには海底ケーブルが必要です。さらに、大量の電力を受け入れるための陸上送電網も整備しなければなりません。

漁業や船舶航行との調整が必要

洋上風力発電所は海域を長期間利用するため、漁業者、海運事業者、地域住民、行政などとの合意形成が欠かせません。

海洋環境への影響を確認する必要がある

工事中の水中音や濁り、海底地形の改変、鳥類の衝突、海生哺乳類や魚類への影響などを調査する必要があります。環境省も、水中音、鳥類、海生哺乳類、魚類、底生生物、景観などを洋上風力発電の環境影響評価項目として整理しています。環境省「洋上風力発電所に係る環境影響評価手法の技術ガイド」

日本における洋上風力発電の現状

日本政府は、洋上風力発電について2030年までに10GW、2040年までに30～45GWの案件を形成する目標を掲げています。ここでいう「案件形成」は、すべてがその時点で運転を開始するという意味ではなく、将来の建設に向けて具体化された事業規模を指します。資源エネルギー庁によると、2024年時点では合計約5.1GWの洋上風力発電プロジェクトが開発中とされています。資源エネルギー庁「2025年、日本の洋上風力発電」

日本では秋田県、千葉県、新潟県、長崎県などを中心に洋上風力発電の導入や計画が進められています。ただし、日本周辺には水深が急に深くなる海域が多く、台風、落雷、地震、うねりなどにも対応しなければなりません。そのため、着床式の導入を進めながら、日本の海域条件に適した浮体式技術を確立することが重要です。

洋上風力発電の代表的な風車メーカー

洋上風力発電市場では、欧州やアメリカ、中国などのメーカーが大型風車を開発しています。市場シェアや順位は受注時期や集計方法によって変わるため、特定のメーカーを固定的に「世界第1位」と表現するより、代表的なメーカーとして紹介する方が正確です。

シーメンス・ガメサ

シーメンス・ガメサは、洋上風力発電で豊富な納入実績を持つメーカーです。大型洋上風車では、増速機を使わないダイレクトドライブ技術を採用しています。「SG 14-236」はローター直径236m、定格出力14MWで、Power Boost使用時には最大15MWに対応します。Siemens Gamesa「SG 14-236」

ヴェスタス

デンマークに本社を置くヴェスタスは、陸上風力と洋上風力の両方で事業を展開しています。洋上風車「V236-15.0 MW」は、ローター直径236m、定格出力15MWの大型モデルです。Vestas「V236-15.0 MW」

GE Vernova

GE Vernovaはアメリカを拠点とするエネルギー関連企業です。洋上風車「Haliade-X」はダイレクトドライブ方式を採用し、北海や大西洋の大型洋上風力プロジェクトで使用されています。GE Vernova「Haliade-X」

洋上風力発電ではボルトの締結管理が重要

洋上風車は、タワー、基礎、ナセル、ブレードなどの大型部品を多数のボルトで接続して組み立てます。運転中の風車には、風、波、振動による繰り返し荷重が長期間にわたって作用します。そのため、ボルトに適切な軸力が与えられていないと、接合部の微小なずれ、疲労損傷、緩みなどにつながる可能性があります。一方で、締め付け過ぎるとボルトの塑性変形や部品の損傷を招くおそれがあります。安全性と施工品質を確保するには、次の管理が重要です。特に大型化が進む洋上風車では高トルクに対応した油圧トルクレンチや電動トルクレンチ、ボルトテンショナーなどが使用されます。

風力タービンの安定性と運用の安全性を高めるためのボルト締結

風車タワーの建設では安定性が中心的な役割を果たします。というのも風車が大型化するほど構造物に作用するてこ力も大きくなるからです。風車メーカーのエンジニアは出力が増加し、ハブの高さが増加しているにもかかわらず、力を基礎に安全に誘導するという特別な課題に直面しています。洋上風車の場合ボルトサイズはM56、M64、M72 が標準であることがよくあります。HYTORC はこれらのボルト締結を最適化する方法と全体的に設計を改善する方法を調査しました。産業用ネジ締めの専門家はコストのプレッシャーも念頭に置いていました。あらゆる改善は関係者全員にとってコスト面でのメリットが得られる場合にのみ実行される可能性があるからです。

ボルトの位置と数は風力タービンの安定性にとって非常に重要です。有利な解決策は動力伝達を最適化するためにそれらをできるだけ外壁に近づけることです。新しい、より大きなピッチ円上に、より多くの接続要素を配置することが可能となり、より高い全体的な予荷重力で配置することができます。したがって、外部から作用する力はより多くのボルトに分散され、個々の接続要素にかかる負荷が軽減されることになります。

洋上風力発電に関するよくある質問

洋上風力発電と陸上風力発電の違いは何ですか？

最大の違いは風車を設置する場所です。洋上風力発電は良好な風況と広い設置空間を活用できますが、建設、送電、メンテナンスの費用は陸上より高くなる傾向があります。

風が吹かないと発電できませんか？

風が弱い場合は十分に発電できません。また、強過ぎる場合も設備を保護するため停止します。このため、送電網、蓄電設備、ほかの電源などと組み合わせて電力需給を調整する必要があります。

着床式と浮体式のどちらが主流ですか？

現時点では技術が確立されている着床式が主流です。ただし、日本では深い海域を活用できる浮体式の導入拡大が期待されています。

洋上風力発電は環境に影響しませんか？

発電時に燃料を燃焼しない一方、建設工事や設備の存在が海洋生物、鳥類、漁業、景観などへ影響を与える可能性があります。そのため、事前の環境影響評価と運転開始後のモニタリングが重要です。

まとめ

洋上風力発電は、海上の強く安定した風を利用して電気をつくる発電方式です。大型風車を多数設置して大規模な電力を供給できることから、再生可能エネルギーの導入拡大において重要な役割を担うと期待されています。一方で、建設費、メンテナンス、海底ケーブル、送電網、海洋環境、漁業との共存などの課題もあります。日本では着床式の導入を進めるとともに、水深の深い海域を活用できる浮体式洋上風力発電の技術確立が今後の重要なポイントになります。